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高效数控开关电源

作者:admin来源:本网 日期:2017/10/30 9:25:08 人气: 标签:

  高效数控开关电源一一开头电源部分的设计电子信息工程011班指导教师:王翠莲吴其琦数校正电路APFC和全桥软开关相移谐振控制技术共同组成开关电源的功率因数校正主要是以高性能专用芯片UC3854为核心组成具有高达0.99功率因数的电路来完成它主要通过校正严重畸变的输入电流波形的失真,使开关电源输入端阻抗接近纯电阻特性使功率因数接近1的同时也大大减少了畸变电流的高次谐波对电网的污染全桥PWM软开关转换电路则以高性能的全桥相移谐振控制专用芯片UC3875为核心,通过辅助低损耗LC谐振电路使4个桥路开关器件IRFP460LC实现零电压软开关特性主功率变压器用了更高工作频率更低损耗的PC40型材质型号为PQ40/40的铁氧体磁芯,使开关电源整体效率大为提高。同时引入以MC-51单片机为核心的数字控制技术,从而能方便地对开关电源的工作状态进行监测和控制。

  一、概述开关电源技术的应用解决了线性稳压电源效率低下的弊端,其损耗大部分发生在开与关两个状态切换,并且随开关频率的提高而升高为此人们发明了软开关技术,该技术的关键定在开关器件状态切换期间,使开关器件两端的电压为0或使流过器件的电流为0,根据公式P=UI,在理论上损耗是等于0的开头电源具有高功率密度、高效率、重量小的特点。二、常用变压电路一)小功率电源一般都设计成反。激式拓扑它的结构简单实用,侧电路也潘吉;(二)正激式开关电源和反激式电路很相似,变压器原边的同名端接电源+Vcc,另一端接开关管;推挽式开关电源由两只开关管接在原线圈同名端上,电源+Vcc则接到原边线圈的中点抽头上,两个功率开关管在极性相反的PWM驱动信号控制下轮流导通和截止,形成一推一挽的工作方式;(四)半桥式开关电源所承受的电压应力要低得多,不仅降低了导通电阻,也提高了开关管的安全性;全桥开关电源半桥中的两个电容被开关管所代替,构成全桥开关电源三、软开关技术介绍开关器件在开或关时都不是瞬时完成的如果让开关管在每次的开或关之前使电压或电流为零,这样在过渡时期的损耗P=U0=0或P=(1=0,这就是软开关的基本含义根据开关过程的电压或电流为零分别称为零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS),在全桥开关电源中若是有一个桥臂为零电压开关而另一桥臂为零电流开关的就称为零电压零电流开关(ZVZCS)四、数控开关电源的设计方案对于本开关电源的控制,选用MC-51单片机作为控制芯片89C51按照设计要求,控制电路要完成输入交流电压的显示、输出直流电压值的设置和显示,对输出电流的监控若有过流过载,则由单片机输出控制信号关掉开关电源所有的工作芯片,并发出报警控制电路首先通过ADC(模拟激字转换器)把开关电源需要监控的各模拟量转换成数字量送到单片机进行处理,然后送到显示部分显示出电压值并送到DAC(数字膜拟转换器)把相应的控制量转换成模拟量后送到开关电源控制芯片,以实现对开关电源的控制。

  五、APFC技术的实现一个实际的有源功率因数校正器是一个复杂的电路,按照检测控制输入电流的原理划分可为4类:平均电流型,其工作频率恒定,电流连续如UC3854;滞后电流型,工作频率可变,电流达到滞后带内发生功率开关导通与截止,使电流升高和降低,其电流波形平均值决定电感输入电流,如CS3810;峰值电流型,工作频率变化,电流不连续如TDA4814;(四)电压控制型,工作频率固定,电流不连续,一般用于反激式开关电源,如ML48413在设计中,选用性能卓越的平均电流型UC3854六、全桥软开关技术的原理及设计本开关电源在功率转换部分采用以全桥软开关相移谐振控制芯片UC3875为核心的零电压全桥PWM方案中的软开关电路在一个完整的开关周期中一共有12个工作过程,下面将介绍12个过程的详细原理。其中正负半周各为12个工作过程:软开关示意图(一)(t~t1):设在t之前,S1S4已经导通,在t0~t1期间S1S4导通S2S3截止。所标的粗线为电流回路,由图可知超前臂中点电位UA=EC(电源电压),滞后臂中点电位为0,即UAB=EC在t1时刻原边电流由起始值I1线性增到最大值Ip(二)(t卜t2):是超前臂的谐振过程可知副边电路的状态及电流方向没有改变在t1之后电源供电回路被切断,电感中的磁能开始向负载释放,原边电流从Ip(t1)开始减小由于参与谐振的电感量很大,使原边电流衰减很慢,可近似看成一个恒定电流,C1C3的谐振电压变化为:/n由于tl之后C1C3迅速充放电使两臂在t2顺利实现零电压导通,超前臂死区时间△t要满足如下条件:(三)(t2~t3):ip正半周钳位续流过程粗线表示电流回路。如上所述,在t2时刻之前D3已经导通使UA被钳位到零,UAB也等于零。

  t4):S4关断后滞后臂谐振过程而t3时刻原边电流刚下降到I2,此时原边电流对C4充电,对C2放电。

  t5):谐振结束时,D2导通续流,原边电感能量反还电源,t5时刻ip下冲到零由于C2C4的充放电时间受负载负电流的影响,所以导通电流关断时间也不同。

  t5)期间原边电流剧减到0之前,滞后臂上管S2已经导通,且超前臂下管在t2时刻已经导服(七)(t6~t7):原边电流ip负半周功率输出过程因DR1完全关断,副边输出滤波电感反射回原边,电流回路为EC―S2原边绕组―Sh地,使原边电流ip从-I1缓慢线性增大到最大负峰值:(八)(t>t8):负半周超前臂谐振过程(九)(tt9):ip负半周钳位续流过程在(t>t8)期间D1已经导通钳位,因此在t8时刻驱动脉冲变高电平而零电压导通(t8t9)期间原边电流维持负向流动并缓慢衰减,其值为:副边输出电流iDR2也缓慢减小。(十)(t9~t10):ip负半周滞后臂谐振过程,ip上冲,副边电压反相,DRl开始导通,这使二极管DRl开始导通,但二极管DR2仍导通使输出较大电流。

  til):原边电感储能迅速返回电网,ip上冲过零t12):原边电流上冲过零点后,仍急剧正向增大在til时刻结束APFC电路后,高压电源可高达380V,为了提高所设计的变压器的功率容量,把最大工作磁通密度Bm取较小值为1000GS由以上参数可以计算出变压器原边绕组的匝数Np:9匝对于副边绕组需要设置好输出电压幅度Vop,由设计方案要求输出最大直流电压为30V,因此Vop由为了提高输出电路的性能,使输出电压稳定,波纹电压最低实际的整流滤波电路较复杂考虑到采用项因素之数值和:a.输出电压脉动值:Vo=30V+30  具体配置要求如下:鼠标;(二)软件环境

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