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高效數控開關電源

作者:admin來源:本網 日期:2017-10-30 9:22:00 人氣: 標簽:

  高效數控開關電源一一開頭電源部分的設計電子信息工程011班指導教師:王翠蓮吳其琦數校正電路APFC和全橋軟開關相移諧振控制技術共同組成開關電源的功率因數校正主要是以高性能專用芯片UC3854為核心組成具有高達0.99功率因數的電路來完成它主要通過校正嚴重畸變的輸入電流波形的失真,使開關電源輸入端阻抗接近純電阻特性使功率因數接近1的同時也大大減少了畸變電流的高次諧波對電網的污染全橋PWM軟開關轉換電路則以高性能的全橋相移諧振控制專用芯片UC3875為核心,通過輔助低損耗LC諧振電路使4個橋路開關器件IRFP460LC實現零電壓軟開關特性主功率變壓器用了更高工作頻率更低損耗的PC40型材質型號為PQ40/40的鐵氧體磁芯,使開關電源整體效率大為提高。同時引入以MC-51單片機為核心的數字控制技術,從而能方便地對開關電源的工作狀態進行監測和控制。

  一、概述開關電源技術的應用解決了線性穩壓電源效率低下的弊端,其損耗大部分發生在開與關兩個狀態切換,并且隨開關頻率的提高而升高為此人們發明了軟開關技術,該技術的關鍵定在開關器件狀態切換期間,使開關器件兩端的電壓為0或使流過器件的電流為0,根據公式P=UI,在理論上損耗是等于0的開頭電源具有高功率密度、高效率、重量小的特點。二、常用變壓電路一)小功率電源一般都設計成反。激式拓撲它的結構簡單實用,側電路也潘吉;(二)正激式開關電源和反激式電路很相似,變壓器原邊的同名端接電源+Vcc,另一端接開關管;推挽式開關電源由兩只開關管接在原線圈同名端上,電源+Vcc則接到原邊線圈的中點抽頭上,兩個功率開關管在極性相反的PWM驅動信號控制下輪流導通和截止,形成一推一挽的工作方式;(四)半橋式開關電源所承受的電壓應力要低得多,不僅降低了導通電阻,也提高了開關管的安全性;全橋開關電源半橋中的兩個電容被開關管所代替,構成全橋開關電源三、軟開關技術介紹開關器件在開或關時都不是瞬時完成的如果讓開關管在每次的開或關之前使電壓或電流為零,這樣在過渡時期的損耗P=U0=0或P=(1=0,這就是軟開關的基本含義根據開關過程的電壓或電流為零分別稱為零電壓開關(ZVS)或零電流開關(ZCS),在全橋開關電源中若是有一個橋臂為零電壓開關而另一橋臂為零電流開關的就稱為零電壓零電流開關(ZVZCS)四、數控開關電源的設計方案對于本開關電源的控制,選用MC-51單片機作為控制芯片89C51按照設計要求,控制電路要完成輸入交流電壓的顯示、輸出直流電壓值的設置和顯示,對輸出電流的監控若有過流過載,則由單片機輸出控制信號關掉開關電源所有的工作芯片,并發出報警控制電路首先通過ADC(模擬激字轉換器)把開關電源需要監控的各模擬量轉換成數字量送到單片機進行處理,然后送到顯示部分顯示出電壓值并送到DAC(數字膜擬轉換器)把相應的控制量轉換成模擬量后送到開關電源控制芯片,以實現對開關電源的控制。

  五、APFC技術的實現一個實際的有源功率因數校正器是一個復雜的電路,按照檢測控制輸入電流的原理劃分可為4類:平均電流型,其工作頻率恒定,電流連續如UC3854;滯后電流型,工作頻率可變,電流達到滯后帶內發生功率開關導通與截止,使電流升高和降低,其電流波形平均值決定電感輸入電流,如CS3810;峰值電流型,工作頻率變化,電流不連續如TDA4814;(四)電壓控制型,工作頻率固定,電流不連續,一般用于反激式開關電源,如ML48413在設計中,選用性能卓越的平均電流型UC3854六、全橋軟開關技術的原理及設計本開關電源在功率轉換部分采用以全橋軟開關相移諧振控制芯片UC3875為核心的零電壓全橋PWM方案中的軟開關電路在一個完整的開關周期中一共有12個工作過程,下面將介紹12個過程的詳細原理。其中正負半周各為12個工作過程:軟開關示意圖(一)(t~t1):設在t之前,S1S4已經導通,在t0~t1期間S1S4導通S2S3截止。所標的粗線為電流回路,由圖可知超前臂中點電位UA=EC(電源電壓),滯后臂中點電位為0,即UAB=EC在t1時刻原邊電流由起始值I1線性增到最大值Ip(二)(t卜t2):是超前臂的諧振過程可知副邊電路的狀態及電流方向沒有改變在t1之后電源供電回路被切斷,電感中的磁能開始向負載釋放,原邊電流從Ip(t1)開始減小由于參與諧振的電感量很大,使原邊電流衰減很慢,可近似看成一個恒定電流,C1C3的諧振電壓變化為:/n由于tl之后C1C3迅速充放電使兩臂在t2順利實現零電壓導通,超前臂死區時間△t要滿足如下條件:(三)(t2~t3):ip正半周鉗位續流過程粗線表示電流回路。如上所述,在t2時刻之前D3已經導通使UA被鉗位到零,UAB也等于零。

  t4):S4關斷后滯后臂諧振過程而t3時刻原邊電流剛下降到I2,此時原邊電流對C4充電,對C2放電。

  t5):諧振結束時,D2導通續流,原邊電感能量反還電源,t5時刻ip下沖到零由于C2C4的充放電時間受負載負電流的影響,所以導通電流關斷時間也不同。

  t5)期間原邊電流劇減到0之前,滯后臂上管S2已經導通,且超前臂下管在t2時刻已經導服(七)(t6~t7):原邊電流ip負半周功率輸出過程因DR1完全關斷,副邊輸出濾波電感反射回原邊,電流回路為EC―S2原邊繞組―Sh地,使原邊電流ip從-I1緩慢線性增大到最大負峰值:(八)(t>t8):負半周超前臂諧振過程(九)(tt9):ip負半周鉗位續流過程在(t>t8)期間D1已經導通鉗位,因此在t8時刻驅動脈沖變高電平而零電壓導通(t8t9)期間原邊電流維持負向流動并緩慢衰減,其值為:副邊輸出電流iDR2也緩慢減小。(十)(t9~t10):ip負半周滯后臂諧振過程,ip上沖,副邊電壓反相,DRl開始導通,這使二極管DRl開始導通,但二極管DR2仍導通使輸出較大電流。

  til):原邊電感儲能迅速返回電網,ip上沖過零t12):原邊電流上沖過零點后,仍急劇正向增大在til時刻結束APFC電路后,高壓電源可高達380V,為了提高所設計的變壓器的功率容量,把最大工作磁通密度Bm取較小值為1000GS由以上參數可以計算出變壓器原邊繞組的匝數Np:9匝對于副邊繞組需要設置好輸出電壓幅度Vop,由設計方案要求輸出最大直流電壓為30V,因此Vop由為了提高輸出電路的性能,使輸出電壓穩定,波紋電壓最低實際的整流濾波電路較復雜考慮到采用項因素之數值和:a.輸出電壓脈動值:Vo=30V+30  具體配置要求如下:鼠標;(二)軟件環境

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