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80V25A高精度穩(wěn)流電源的研制

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來(lái)源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):103
核心提示:

  1 引言
  作為電真空微波放大管的一種,速調(diào)管以其功率大﹑效率高的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛的應(yīng)用。而速調(diào)管一般都需要外加一個(gè)聚焦磁場(chǎng)。為了使速調(diào)管電子槍所打出的電子注不被散射損耗掉,這就要求磁場(chǎng)電源具有較好的電流穩(wěn)定度。
  2 性能指標(biāo)
  (1) 輸入:三相50Hz、380V;
  (2) 輸出:額定電壓80V,額定電流25A,要求0∽25A連續(xù)可調(diào);
  (3) 輸出電流紋波:0.08A;
  (4) 輸出電流穩(wěn)定度:0.08A;
  (5) 提供電源過(guò)流保護(hù),電源過(guò)壓/欠壓保護(hù);
  3 電路原理
  3.1 主回路
  主回路采用Buck變換器,原理框圖如圖1所示
  


  圖1  主回路框圖
  3.1.1 原理簡(jiǎn)介:
  50Hz、380V三相交流輸入電壓經(jīng)EMI電網(wǎng)濾波器阻斷噪音信號(hào),通過(guò)隔離變壓器降成100V左右的交流電壓,再經(jīng)過(guò)整流濾波,變成Buck變換器所需要的平滑直流電壓。圖1中,當(dāng)N1或者N2導(dǎo)通時(shí),電感L1在未飽和前,電流線形增加,電感L1的極性為左正右負(fù),二極管V1處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)N1和N2都關(guān)斷時(shí),由于電感L1中的磁場(chǎng)作用,改變L1兩端的電壓極性,左負(fù)右正,續(xù)流二極管V1導(dǎo)通,以保證輸出電壓和電流不變。由于磁場(chǎng)負(fù)載是一個(gè)感性負(fù)載,當(dāng)電源不工作時(shí),磁場(chǎng)負(fù)載必然會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反向的電壓,二極管V2用來(lái)將這一反向的負(fù)載能量釋放掉。
  3.1.2 關(guān)鍵元器件的選擇
  (1) 開(kāi)關(guān)管N1,N2的選擇:采用三菱公司100A單管IGBT(CM100H-12)。絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單和GTR的阻斷電壓高、飽和導(dǎo)通壓降低、載流能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)采用變壓器隔離。與不用變壓器,直接驅(qū)動(dòng)相比,主回路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的干擾小,不易引起震蕩。由于變壓器工作比的限制,若只用一個(gè)IGBT,使得占空比不能超過(guò)50%。因此,開(kāi)關(guān)管由兩個(gè)IGBT并聯(lián),用控制電路輸出的相位相差180的脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)。這樣,占空比就能達(dá)到96%,使得輸出電流能在很寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。而且,開(kāi)關(guān)管的損耗也能減少一半。
  (2) 反饋采樣電路:通常,電源的反饋采樣都采用電阻的形式。然而,由于本電源的輸出電流較大,若使用電阻采樣,電阻的功耗比較大。電阻的過(guò)分發(fā)熱,必然會(huì)引起電阻阻值的變化,從而引起反饋采樣電壓的變化,無(wú)法滿足電源的電流精度要求。這部分功耗,對(duì)整個(gè)電源而言,也是無(wú)用的能量損耗。而且,電阻的體積也比較大。采用電阻反饋顯然是不可取的。因此,采用額定值25A的霍爾電流傳感器(CSM025A)作為反饋的采樣。該傳感器具有良好的線性度、抗干擾能力強(qiáng)、低溫漂、寬頻帶等優(yōu)點(diǎn),能夠很好的滿足電源的電流精度要求。
  3.2 驅(qū)動(dòng)電路
  驅(qū)動(dòng)電路的原理框圖如圖2所示
  

  圖2 驅(qū)動(dòng)電路框圖
  3.2.1 驅(qū)動(dòng)電路的選擇:
  目前生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源大多采用PWM脈寬調(diào)制方式,少數(shù)采用PFM脈沖頻率調(diào)制。PWM的缺點(diǎn)是受功率開(kāi)關(guān)管最小導(dǎo)通時(shí)間的限制,對(duì)輸出電壓不能作寬范圍的調(diào)節(jié);另外,輸出端一般要接假負(fù)載,以防止空載時(shí)輸出電壓升高。PFM式開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬,輸出端可以不接負(fù)載。本電源要求在0∽25A寬范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào),因此采用PFM的方式。
  3.2.2 原理簡(jiǎn)介:
  圖2中,壓控震蕩器VCO輸出頻率由運(yùn)算放大器的輸出電壓Vo控制的方波,經(jīng)定時(shí)器、二分頻器和驅(qū)動(dòng)放大電路后形成兩路寬度相同的交替脈沖。再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器T1、T2隔離后,去分別驅(qū)動(dòng)主回路中的N1、N2兩只IGBT。R2、R3、V2、V3構(gòu)成IGBT柵極與發(fā)射極的快速放電回路,和變壓器T1一起構(gòu)成IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。這種驅(qū)動(dòng)方法既簡(jiǎn)單適用又可靠。
  3.3 保護(hù)電路
  本電源要求提供過(guò)流、過(guò)壓、欠壓保護(hù)。保護(hù)電路原理框圖如圖3所示。
  

  圖3 保護(hù)電路框圖
  3.3.1 原理簡(jiǎn)介:
  圖3中,當(dāng)電源產(chǎn)生過(guò)流、過(guò)壓、欠壓故障時(shí),V1、V2、V3為高電平,D觸發(fā)器檢測(cè)到該脈沖電平,鎖存故障。再送入到或門(mén),使得故障輸出V7為高電平。V7分為兩路:一路送到驅(qū)動(dòng)電路中,關(guān)掉驅(qū)動(dòng),保護(hù)主回路IGBT開(kāi)關(guān)管;另一路送到控制保護(hù)電路中,關(guān)斷三相380的輸入。
  3.3.2 欠壓故障的處理方法:
  由于電源慢啟動(dòng)的存在,在電源沒(méi)有達(dá)到額定電流之前,電源必然會(huì)報(bào)出欠壓故障。所以,在電源開(kāi)機(jī)穩(wěn)定之前要將欠壓故障先屏蔽掉。作者使用了NE555的單穩(wěn)態(tài)定時(shí)器。圖3中,二極管D1、D2構(gòu)成或門(mén)電路。開(kāi)機(jī)通電的同時(shí),定時(shí)器的輸出電壓V4為高電平,采樣電壓V5為低電平。此時(shí),V6為高電平,沒(méi)有欠壓故障。當(dāng)電源達(dá)到額定電流時(shí),V5為高電平,定時(shí)器仍然為高電平。當(dāng)定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間到了,定時(shí)器輸出V4為低電平,由于V5已變成高電平,V6始終為高電平。這時(shí),定時(shí)器不再起作用,電源能夠正常采樣欠壓故障。
  4 結(jié)論
  該電源已應(yīng)用于某型號(hào)氣象雷達(dá)的發(fā)射機(jī)上,無(wú)故障運(yùn)行3年,工作穩(wěn)定,性能可靠。
  參考文獻(xiàn)
  [1]張占松、蔡宣三,開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì),電子工業(yè)出版社,2001
_1_1_120442.html
      [2]何希才,新型開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用,科學(xué)出版社,2001

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