必发365一种大功率可调开关电源的设计方案

2020-08-28 23:30字体:
  

  为把持IC,配以双道输出IR2110 驱动芯片,安排了一种可调高电压大功率的开闭电源,有用处分了一般开闭电源正在非远离拓扑机闭下输出电压和功率不行抵达很高的题目,并带有过流爱惜等电道。文中以的运用为根基先容了可调开闭电源安排的形式,然后周详诠释了本编制的构成以及各个个人的效率,作品最终总结了该编制的特质。

  开闭电源行动线性稳压电源的一种取代物显现,其运用与实行日益成熟。而集成化身手使电子摆设向小型化、智能化目标兴盛,新型电子摆设哀求开闭电源有更小的体积和更低的噪声骚扰,以便实行集成一体化。对中小功率开闭电源来说是实行单片集成化,但正在大功率运用范畴,因其功率损耗过大,很难做成单片集成,不得不依据其拓扑机闭正在确保电源各项参数的同时尽量缩小编制体积。

  开闭电源凡是由脉冲宽度调制(PWM,Pulse Width Modulation)把持IC(Integrated Circuit)和功率器件(功率MOSFET 或IGBT)组成,且适当三个条款:开闭(器件职责正在开闭非线性形态)、高频(器件职责正在高频非迫近上频的低频)和直流(电源输出是直流而不是互换)。

  MC33060是由安森美(ON Semi)半导体公司临盆的一种职能杰出的电压驱动型脉宽调制器件,采用固定频率的单端输出,能职责正在-40℃至85℃。其内部机闭如图1所示[1],要紧特性如下:

  其职责道理简述:MC33060 是一个固定频率的脉冲宽度调制电道,内置线性锯齿波振荡器,振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容举行医治,其振荡频率如(2-1)式:

  出脉冲的宽度是通过电容CT上的正极性锯齿波电压与其它两个把持信号举行比力来实行。功率管Q1的输出受控于或非门,即唯有正在锯齿波电压大于把持信号时间输出才有用。

  把持信号由集成电道外部输入,一块送至死区岁月比力器,一块送往偏差放大器的输入端。死区岁月比力用具有120mV的输入储积电压,最小输出死区岁月约等于锯齿波周期的4%,即输出驱动的最大占空比为96%.当把死区岁月把持输入端接上固定的电压(鸿沟正在0-3.3V)即能正在输出脉冲上发生附加的死区岁月。脉冲宽度调制比力器为偏差放大器医治输出脉宽供给了一个法子:当反应电压从0.5V变革到3.5V时,输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比岁月降低到零。两个偏差放大用具有从-0.3V到(Vcc-2.0)的共模输入鸿沟,这可从电源的输出电压和电流察感触到。偏差放大器的输出端常处于高电平,它与脉冲宽度调制器的反相输入端举行或运算,恰是这种电道机闭,放大器只需最小的输出即可摆布把持回道。

  DC/DC 电源拓扑凡是分为三类:降压、升压和起落压。此处以降压拓扑先容,简化结果图如下图3 所示。输出与输入同极性,输入电流脉动大,输出电流脉动小,机闭简便。

  正在开闭管导通岁月ton,输入电源给负载和电感供电;开闭管断开时间toff,电感中存储的能量通过二极管构成续流回道,确保输出的络续。负载电压餍足如下联系式(2-2):

  MC33060行动主控芯片把持开闭管的导通与截止,由其内部机闭效用可知,正在MC33060内部有一个+5V参考电压,常常用作两道比力器的反相参考电压,安排中1脚和2脚的比力器用来行动输出电压反应,13脚和14脚的比力器用来检测开闭管的电流是否过流。电道中2脚通过一个反相电道接参考电压,降压输出反应经一同相电道接MC33060的1脚。当电道处于职责形态时,1脚和2脚电压就会互相比力,依据两者的差值来调节输出波形脉宽,抵达把持和安稳输出的主意。

  电道中过流爱惜采用0.1欧姆额定功率为1W的功率电阻行动采样电阻,正在电流过流点,采样电阻上的电压为0.1V.14脚用作采样点,以是13脚的参考电压由Vref分压设定为0.15V,比拟0.1V留有必然余地。当采样电压高于设定值时,MC33060将自愿爱惜,闭塞PWM输出。爱惜点还和3脚的把持信号相闭,依据对该脚的效用理解,采选积分反应电道,使得降压电道正在空载或满载时,Comp脚的电压永远正在寻常鸿沟(0.5V-3.5V)之内。

  输出PWM波形的频率由管脚5的电容和管脚6的电阻值来确定,必发365降压电道采用25KHz的波形频率,采选CT值为1nF电容,RT为47K的一般电阻抵达安排哀求。

  本安排采用的是DC(Direct Current)/DC转换电道中的降压型拓扑机闭。输入为220VAC和0-10V可调直流电压,输出为0-180V可调,最大输出电流能达8A,编制构成框图如下图5所示。正在大功率开闭电源安排中,为防御正在启动时的高浪涌电流攻击,常采用软启动电道,本安排不核心先容。

  采用全桥整流电道,如下图6 所示。输出电流哀求最大抵达8A,探求功率损耗和必然的余量,采选10A 的方桥KBPC3510 和10A 的保障管。整流后的电压达310V,采用两个250V/100uF 电容作滤波治理。图中开闭S1 和电阻R1 并联为软启动个人,此处未作周详诠释,周详软启动安排睹百般开闭电源软启动安排。

  MC33060 把持电道和输入医治电道分手如下图7 和图8 所示,选MC33060 为把持IC,其外围器件采选此处不再赘述,参考模范电道安排中参数采选个人。此中比力器1 作电压采样,比力器2 作电流采样。输入可调电压经分压伴随后送入比力器的负向端行动参考电压把持电源输出巨细。

  反相延时驱动电道如下图8 所示。电道中驱动芯片采用了美邦International Rectifier(IR)公司的IR2110.它不但席卷根本的开闭单位和驱动电道,还具有与外电道连合的爱惜把持效用。其悬浮沟道的安排使其可能驱动职责正在母线V 的开闭管,其内部具有欠压爱惜效用,与外电道连合,可能利便地安排出过电流,过电压爱惜,以是不须要非常的过压、欠压、过流等爱惜电道,简化了电道的安排。

  该芯片为而输出高压栅极驱动器,14脚双列直插,驱动信号延时为ns 级,开闭频率可从几十赫兹到几百千赫兹。IR2110 具有二道输入信号和二道输出信号,此中二道输出信号中的一块具有电平转换效用,可直接驱动高压侧的功率器件。该驱动器可与主电道共地运转,且只需一块把持电源,降服了向例驱动器须要众道远离电源的过失,大大简化了硬件安排。IR2110 就浅易线 所示。

  图9 IR2110浅易线个输出驱动器,其信号取自输入信号爆发器,爆发器供给2 个输出,低侧的驱动信号直接取自负号爆发器LO,而高侧驱动信号HO 则务必通过电平转换方能用于高侧输出驱动器。本编制中驱动双管需一片IR2110 即可。

  因驱动双管,且双管不行同时导通,把持IC 输出唯有一块信号,则正在把持IC 输出和驱动之间需列入反相延时电道,将把持IC 输出的一块PWM 经同相和反比拟较器后,经电阻R29 和R30 的上拉分手对电容C12、C13 充电发生延时,使得两道PWM 具有对称互补性且具有必然的死区间隔,确保主回道中两开闭管不会同时导通。正在电道中HIN 和LIN 标号端取得的波形图如下图10 所示。

  依据整流后的电压和输入电流参数,采选IRF840 为高频开闭管,其最大耐压VDS 为500V,最大能秉承的导通电流ID 为8A,餍足安排哀求。职责正在高频职责形态的续流二极管凡是选用速复兴的二极管,此处采选HFA25TB60,能秉承600V 的反向压降,最大导通电流为25A,且复兴岁月仅为35ns.输出个人通过两个电阻分压至电压采样电道,如下图12 所示。

  本安排给出了正在非远离拓扑下一种安排大功率开闭电源的形式,电道机闭简便。正在主回道中采用半桥电道取代古板的单管开闭电道,正在上管闭塞时,下管的开通能更好地确保输出续流的安稳性,且确保功率的输出。文中并未给出电感量的算计形式,因不是计划核心,可依据电道中输出电流、电压和开闭管的RDS(MOSFET 管漏极和源极导通电阻)等参数来算计,实践中应留有必然的余量值。编制运转根本安稳,可探求运用于工业电源安排中。

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