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全桥逆变软开关焊接电源主电路的仿真研究

全桥逆变软开关焊接电源主电路的仿真研究
全桥逆变软开关焊接电源主电路的仿真研究

全桥逆变软开关焊接电源主电路的仿真研究

滕玉林1,2王晓兰1,陈善义2

1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州730050;

2.兰州电力技术学院应用管理室,兰州730046

摘要:结合软开关技术实现原理,通过Matlab软件仿真,分析研究了焊接电源移相全桥脉宽调制零电压零电流(PS-FB-ZVZCS-PWM)软开关电路,给出了电路模型和关键元件的设计参数。在数字化弧焊电源控制系统中,采用TMS320F2812 DSP芯片作为CPU,实现了对焊接电源的实时控制,由于其具有速度快、精度高等特点,为弧焊逆变器控制系统真正实现数字化提供了条件。最后采用Matlab/Simulink软件对焊接电源主电路进行仿真,结果表明电源主回路的设计方案正确可行。

TMS320F2812;软开关;IGBT; PWM技术;逆变电源

TE902A1001-3938(2011)11-0010-04

Simulation Research on Welding Power Source Main Circuit 

of Full Bridge Inverter Soft Switch 

TENG Yu-linWANG Xiao-lanCHEN Shan-yi

(6)

(15)

@@[1]曲学基,曲敬铠,于明扬.IGBT及其集成控制器在电力 电子装置中的应用[M].北京:电子工业出版社,2010.@@ [2]宜庭,石生.弧焊电源[M].北京:机械工业出版社.1994.@@[ 3 ]杨志刚,李永富.基于 Matlab/Simulink的三相逆变器控 制策略的仿真研究[J].电源技术,2006(10):56-70.@@ 4]徐科军,陈志辉,傅火丰.TMS320F2812 DSP应用技术 [M].北京:科学出版社,2010.

@@[5]李鹤岐,高忠林,王睿,等.数字化控制逆变焊接电源系 统研究[J].电焊机,2004,34(12):11 -14.

@@[6]黄忠霖,黄京.电力电子技术的Matlab实践[M].北京: 国防工业出版社,2009.

作者简介:滕玉林(1980-),男,主要从事电力电子技术应用与弧焊设备的教学与研究工作。

2011-05-11

全桥逆变软开关焊接电源主电路的仿真研究

作者:滕玉林, 王晓兰, 陈善义, TENG Yu-lin, WANG Xiao-lan, CHEN Shan-yi

作者单位:滕玉林,TENG Yu-lin(兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州730050;兰州电力技术学院应用管理室,兰州730046), 王晓兰,WANG Xiao-lan(兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州,730050), 陈善义,CHEN Shan-yi(兰州电力

技术学院应用管理室,兰州,730046)

刊名:

焊管

英文刊名:Welded Pipe and Tube

年,卷(期):2011,34(11)

本文链接:https://www.sodocs.net/doc/118519737.html,/Periodical_hg201111002.aspx

常见几种开关电源工作原理及电路图

一、开关式稳压电源的基本工作原理 开关式稳压电源接控制方式分为调宽式和调频式两种,在实际的应用中,调宽式使用得较多,在目前开发和使用的开关电源集成电路中,绝大多数也为脉宽调制型。因此下面就主要介绍调宽式开关稳压电源。 调宽式开关稳压电源的基本原理可参见下图。 对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压Uo取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。直流平均电压U。可由公式计算, 即Uo=Um×T1/T 式中Um为矩形脉冲最大电压值;T为矩形脉冲周期;T1为矩形脉冲宽度。 从上式可以看出,当Um 与T 不变时,直流平均电压Uo 将与脉冲宽度T1 成正比。这样,只要我们设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。 二、开关式稳压电源的原理电路 1、基本电路

图二开关电源基本电路框图 开关式稳压电源的基本电路框图如图二所示。 交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后,变成含有一定脉动成份的直流电压,该电压进人高频变换器被转换成所需电压值的方波,最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。 控制电路为一脉冲宽度调制器,它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化,制成了各种开关电源用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例,以达到稳定输出电压的目的。 2.单端反激式开关电源 单端反激式开关电源的典型电路如图三所示。电路中所谓的单端是指高频变换器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧。所谓的反激,是指当开关管VT1 导通时,高频变压器T初级绕组的感应电压为上正下负,整流二极管VD1处于截止状态,在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时,变压器T初级绕组中存储的能量,通过次级绕组及VD1 整流和电容C滤波后向负载输出。

(整理)常用彩电开关电源原理

彩电开关电源原理 A3电源: A3机芯电源最早出现在采用三洋公司的LA7680机芯上,故而得名,因其电路简洁、效率高、易扩展、易维修,现在已被各厂家广泛使用。 R520、R521、R522为起动电阻,R519、C514、R524、V513、T501的(1)、(2)绕组组成正反馈回路,C514为振荡电容。 V553 及周边元件、VD515、V511、V512组成稳压控制电路。R552为取样电阻,VD561为V553的发射极提供基准电压,当电源输出电压过高时, V553、VD515、V511、V512均导通程度增加,使开关管V513的基极被分流,输出电压随之下降;反之,若电源输出电压降低时,V553、 VD515、V511、V512均导通程度减少,使开关管V513的基极分流减少,输出电压随之上升。 VD518、VD519、R523组成过压保护电路。另外VD563也为过压保护。 C515的作用: 我们来看如果没有C515会怎样?当某一时刻开关变压器的(1)脚相对(2)脚为正时,一方面(1)脚的电压经R519、C514加到V513的基极,欲使V513饱和,但同时,该电压也经R526加到V512的基极,这样一来,V512饱和导通,而V512饱和导通将迫使V513截止,这就有矛盾了。 再来看加入C515的情况:同样当某一时刻开关变压器的(1)脚相对(2)脚为正,欲使V513饱和,这时该电压也经R526加到V512的基极,但由于有C515的存在,C515两端的电压不能突变,需经一定时间的延迟,或者说C515有一个充电过程,才会使V512饱和,这样就不会干扰V513的饱和了。显然,C515容量的大小决定了延迟的时间,这样也会影响V513基极脉冲的占空比,同样也会影响输出电压的大小,根据这一点,有人误认为C515 是振荡电容,这显然是不对的。 IX0689电源: IX0689电源被广泛运用于国内各种品牌的TA两片机中,是国产机用得最多的电源之一。 振荡电路 300V直流电压经R707、R724分压后,再由C735、L701加到N701的(12)脚,IX0689的(12)脚是内部开关管的B极,于是开关管开始导通,电流从(15)脚C极流入,从(13)脚E极流出,经R714、R710到热地。 T701的(3)、(5)脚为正反馈绕组,在开关管导通时,正反馈电压的极性是(5)正(3)负,(5)脚电压经V735、R713、L701加到N701的(12)脚,使开关管的电流进一步增大,如此循环使开关管很快饱和。 开关管饱和期间,电能转为T701中的磁能。随着N701(13)脚流出的电流不断增大,R710两端的压降也不断增大,当R710上的压降达到1V左右时,开关管开始退出饱和状态。 开关管一旦退出饱和,T701各绕组的感应电压极性全部翻转,正反馈绕组(3)、(5)脚的极性为(3)正(5)负,(5)脚的负电压经C713、R713、L701加到IX0689的(12)脚,使内部开关管的电流进一步减小,如此循环,使开关管迅速截止。 开关管截止期间,开关变压器次级各绕组的整流二极管全部导通,将储存在开关变压器中的磁场能转变为电能,供整机各路负载,同时,T701的(1)、(6)绕组与C717、C718、R710和C706构成振荡回路,当振荡半个周期后,重新使T701的(6)脚为正(1)脚为负,

几种实用的直流开关电源保护电路

几种实用的直流开关电源保护电路 1 引言 随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3].同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间[4].但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。实际上,直流

开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高, 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多

开关电源软启动电路设计

开关电源软启动电路设计 1 简介 开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流如图1所示,特别是大功率开关电源,其输入采用较大容量的滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置的防止冲击电流的软起动电路,以保证开关电源正常而可靠的运行。 2 常用软起动电路 2.1 采用功率热敏电阻电路 热敏电阻防冲击电流电路如图2所示。它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性,在电源接通瞬间,热敏电阻的阻值较大,达到限制冲击电流的作用;当热敏电阻流过较大电流时,电阻发热而使其阻值变小,电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源,由于热敏电阻的热惯性,重新恢复高阻需要时间,故对于电源断电后又需要很快接通的情况,有时起不到限流作用。

2.2 采用SCR-R电路 该电路如图3所示。在电源瞬时接通时,输入电压经整流桥VD1-VD4和限流电阻R对电容器C充电。当电容器C充电到约80%的额定电压时,逆变器正常工作,经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R,开关电源处于正常运行状态。 这种限流电路存在如下问题:当电源瞬时断电后,由于电容器C上的电压不能突变,其上仍有断电前的充电电压,逆变器可能还处于工作状态,保持晶闸管继续导通,此时若马上重新接通输入电源,会同样起不到防止冲击电流的作用。 2.3 具有断电检测的SCR-R电路 该电路如图4所示。它是图3的改进型电路,VD5、VD6、VT1、RB、CB组成瞬时断电检测电路,时间常数RBCB的选 取应稍大于半个周期,当输入发生瞬间断电时,检测电路得到的检测信号,关闭逆变器功率开关管VT2的驱动信号,使逆变器停止工作,同时切断晶闸管SCR的门极触发信号,确保电源重新接通时防止冲击电流。 2.4 继电器K1与电阻R构成的电路 该电路原理图如图5所示。电源接通时,输入电压经限流电阻R1对滤波电容器C1充电,同时辅助是电源Vcc经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的充电电压达到继电器的动作电压时,K1动作,旁路限流电阻

开关电源各种保护电路实例详细解剖

输入欠压保护电路 输入欠压保护电路一 1、概述(电路类别、实现主要功能描述): 该电路属于输入欠压电路,当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc,从而关闭输出。 2、电路组成(原理图): 3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时,A点电压高于U4的Vref,U4导通,B点电压为低电平,Q4导通,Vcc供电正常;当输入电压低于保护电压时,A 点电压低于U4的Vref,U4截止,B点电压为高电平,Q4截止,从而Vcc没 有电压,此时Vref也为低电平,当输入电压逐渐升高时,A点电压也逐渐升高,当高于U4的Vref,模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。4、电路的优缺点 该电路的优点:电路简单,保护点精确 缺点:成本较高。 5、应用的注意事项: 使用时注意R1,R2的取值,有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1,R2的温度系数,否则高低温时,欠压保护点相差较大。输入欠压保护电路二 1、概述(电路类别、实现主要功能描述): 输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时,关闭输出;当输入电压 升高到设定恢复值时,输出自动恢复正常。 2、电路组成(原理图):

3、工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时, Va大于VD4的稳压值,VT4导通,Vb为0电位,VT5截止,此时保护电路不起作用;当输入电压低于设定欠压值时,Va小于VD4的稳压值,VT4截止,Vb为高电位,VT5导通,将COMP(芯片的1脚)拉到0电位,芯片关闭输出,从而实现了欠压保护功 能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通,将R21与R2并联,;恢复时,VT6截止, ,回差电压即为(Vin’-Vin)。 4、电路的优缺点 优点:电路形式简单,成本较低。 缺点:因稳压管VD4批次间稳压值的差异,导致欠压保护点上下浮动,大批量生产时需经常调试相关参数。 5、应用的注意事项: VD4应该选温度系数较好的稳压管,需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试。 输出过压保护电路 输出过压保护电路一 1、概述(电路类别、实现主要功能描述):

移相谐振全桥软开关控制器UC3875引脚及功能介绍(特制材料)

UC3875引脚及功能介绍 UC3875是Unitrode公司生产的移相谐振全桥软开关控制器,它有4个独立的输出驱动端可以直接驱动四只功率MOSFET管,见图1,其中OUTA和OUTB相位相反,OUTC和OUTD相位相反,而OUTC和OUTD相对于OUTA和OUTB的相位θ是可调的,也正是通过调节θ的大小来进行PWM控制的。 图1管脚示意图

UC3875的管脚功能 UC3875有20脚和28脚两种,这里仅介绍20脚的UC3875的管脚功能,表1为管脚功能简要说明。 表1 PIN 功能 1 VREF 基准电压 2 E/AOUT 误差放大器输出 3 E/A-误差放大器反相输入 4 E/A+误差放大器同相输入 5 C/S+电流检测 6 SOFT-START 软起动 7,15 DELAYSETA/B,C/D 输出延迟控制8,9,13,14 OUTA~OUTD 输出A~D 10 VC(对应PWRGND)驱动输出电源 11 VIN(对应GND)芯片供电电源 12 PWRGND 电源地 16 FREQSET 频率设置端 17 CLOCK/SYNC 时钟/同步 18 SLOPE 陡度 19 RAMP 斜波 20 GND 信号地

UC3875各个管脚的使用说明 管脚1可输出精确的5V基准电压,其电流可以达到60mA。当VIN比较低时,芯片进入欠压锁定状态VREF消失。直到VREF达到4.75V以上时才脱离欠压锁定状态。最好的办法是接一个0.1μF旁路电容到信号地。 管脚2为电压反馈增益控制端,当误差放大器的输出电压低于1V时实现0°相移。 管脚3为误差放大器的反相输入端,该脚通常利用分压电阻检测输出电源电压。 管脚4为误差放大器的同相输入端,该脚与基准电压相连,以检测E/A(-)端的输出电源电压。 管脚5为电流检测端,该脚为电流故障比较器的同相输入端,其基准设置为内部固定2.5V(由VREF分压)。当该脚的电压超过2.5V时电流故障动作,输出被关断,软起动复位,此脚可实现过流保护。 管脚6为软起动端,当输入电压(VIN)低于欠压锁定阈值(10.75V)时,该脚保持低电平,当VIN正常时该脚通过内部9μA电流源上升到4.8V,如果出现电流故障时该脚电压从4.8V下降到0V,此脚可实现过压保护。 管脚7、15为输出延迟控制端,通过设置该脚到地之间的电流来设置死区,加于同一桥臂两管驱动脉冲之间,以实现两管零电压开通时的瞬态时间,两个半桥死区可单独提供以满足不同的瞬态时间。 管脚8、9、13、14为输出OUTA~OUTD端,该脚为2A的图腾柱输出,可驱动MOSFET 和变压器。 管脚10为驱动输出电源电压端(对应管脚12 PWRGND),该脚提供输出级所需电源,Vc通常接3V以上电源,最佳为12V。此脚应接一旁路电容到管脚12 PWRGND。 管脚11为芯片供电电源端(对应管脚20 GND),该脚提供芯片内部数字、模拟电路部分的电源供应,接于电压为12V以上的稳压电源。为保证芯片正常工作,在该脚电压低于欠压锁定阈值(10.75V)时停止工作。此脚应接一旁路电容到信号地。 当电源电压超过欠压锁定阈值时,电源电流(IIN)从100μA猛增到20mA;如果供电电源性能不良,因负载迅速增加导致电压下降,UC3875将立即重新进入UVLO欠压锁定状态。如果接一旁路电容,它就很快脱离欠压锁定状态。 管脚12为驱动输出电源地端。其它相关的阻容网络与之并联,驱动输出电源地和信号地应一点接地以降低噪声和直流降落。

常用直流开关电源的保护电路设计

常用直流开关电源的保护电路设计 概述 随着科学技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切,而电子设备都离不开可靠的电源,因此直流开关电源开始发挥着越来越重要的作用,并相继进入各种电子、电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了直流开关电源[1-3]。同时随着许多高新技术,包括高频开关技术、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术等技术的发展,开关电源技术在不断地创新,这为直流开关电源提供了广泛的发展空间。但是由于开关电源中控制电路比较复杂,晶体管和集成器件耐受电、热冲击的能力较差,在使用过程中给用户带来很大不便。为了保护开关电源自身和负载的安全,根据了直流开关电源的原理和特点,设计了过热保护、过电流保护、过电压保护以及软启动保护电路。 2 开关电源的原理及特点 2.1工作原理 直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心,它对非稳定直流进行高频斩波并完成输出所需要的变换功能。它主要由开关三极管和高频变压器组成。图1画出了直流开关电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管V,激励信号,续流二极管Vp,储能电感和滤波电容C组成。实际上,直流开关电源的核心部分是一个直流变压器。 2.2特点 为了适应用户的需求,国内外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是通过改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn-Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能,同时SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。因此直流开关电源的发展趋势是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 直流开关电源的缺点是存在较为严重的开关干扰,适应恶劣环境和突发故障的能力较弱。由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术先进国家还有一定的差距,因此直流开关电源的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高, 3 直流开关电源的保护 基于直流开关电源的特点和实际的电气状况,为使直流开关电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作,本文根据不同的情况设计了多种保护电路。 3.1过电流保护电路

移相全桥大功率软开关电源的设计

移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里,一般要求工作电源的输出电压较低,而电流很大。电源的功率要求也比较高,一般都是几千瓦到几十千瓦。目前,如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源,输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调,满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术,同时采用了较好 的散热结构,该电源的各项指标都满足了用户的要求,现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出,高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构,整个主电路,包括:工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值,防止偏磁的。考虑到效率的问题,谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大,将会导致过高 的关断电压尖峰,这对开关管极为不利,同时也会增大关断损耗。另一方面,还会造成严重的占空比丢失,引起开关器件的电流峰值增高,使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式,控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关,滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形,可以看出实现了零电压开通。

开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗,另一方面又可以兼顾高频化,使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中,滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡,图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后,功率母排的温升为38℃,电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升,我们最终采用了容性功率母排,图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出,谐振基本消除,满载运行一小时后,无感功率母排的温升为11℃,电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构,使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗,输出整流二极管采用多只大电流(400A)、耐高电压(80V)的肖特基二极管并联使用。而且,每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样,每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时,次级整流二极管配上了RC吸收网络,以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗,有利于效率的提高。 对于大电流输出来说,一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件,并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方

开关电源电路详解

FS1: 由变压器计算得到Iin值,以此Iin值(0.42A)可知使用公司共享料2A/250V,设计时亦须考虑Pin(max)时的Iin是否会超过保险丝的额定值。 TR1(热敏电阻): 电源启动的瞬间,由于C1(一次侧滤波电容)短路,导致Iin电流很大,虽然时间很短暂,但亦可能对Power产生伤害,所以必须在滤波电容之前加装一个热敏电阻,以限制开机瞬间Iin在Spec之内(115V/30A,230V/60A),但因热敏电阻亦会消耗功率,所以不可放太大的阻值(否则会影响效率),一般使用 SCK053(3A/5Ω),若C1电容使用较大的值,则必须考虑将热敏电阻的阻值变大(一般使用在大瓦数的Power上)。

VDR1(突波吸收器): 当雷极发生时,可能会损坏零件,进而影响Power的正常动作,所以必须在靠AC输入端 (Fuse之后),加上突波吸收器来保护Power(一般常用07D471K),但若有价格上的考虑,可先忽略不装。 CY1,CY2(Y-Cap): Y-Cap一般可分为Y1及Y2电容,若AC Input有FG(3 Pin)一般使用Y2- Cap ,AC Input若为2Pin(只有L,N)一般使用Y1-Cap,Y1与Y2的差异,除了价格外(Y1较昂贵),绝缘等级及耐压亦不同(Y1称为双重绝缘,绝缘耐压约为Y2的两倍,且在电容的本体上会有“回”符号或注明Y1),此电路蛭蠪G所以使用 Y2-Cap,Y-Cap会影响EMI特性,一般而言越大越好,但须考虑漏电及价格问题,漏电(Leakage Current )必须符合安规须求(3Pin公司标准为750uA max)。 CX1(X-Cap)、RX1: X-Cap为防制EMI零件,EMI可分为Conduction及Radiation两部分,Conduction 规范一般可分为: FCC Part 15J Class B 、 CISPR 22(EN55022) Class B 两种,FCC测试频率在450K~30MHz,CISPR 22测试频率在150K~30MHz, Conduction 可在厂内以频谱分析仪验证,Radiation 则必须到实验室验证,X-Cap 一般对低频段(150K ~ 数M之间)的EMI防制有效,一般而言X-Cap愈大,EMI防制效果愈好(但价格愈高),若X-Cap在0.22uf以上(包含0.22uf),安规规定必须要有泄放电阻(RX1,一般为1.2MΩ 1/4W)。 LF1(Common Choke): EMI防制零件,主要影响Conduction 的中、低频段,设计时必须同时考虑EMI 特性及温升,以同样尺寸的Common Choke而言,线圈数愈多(相对的线径愈细),EMI防制效果愈好,但温升可能较高。 BD1(整流二极管): 将AC电源以全波整流的方式转换为DC,由变压器所计算出的Iin值,可知只要使用1A/600V的整流二极管,因为是全波整流所以耐压只要600V即可。 C1(滤波电容): 由C1的大小(电容值)可决定变压器计算中的Vin(min)值,电容量愈大,Vin(min)愈高但价格亦愈高,此部分可在电路中实际验证Vin(min)是否正确,若AC Input 范围在90V~132V (Vc1 电压最高约190V),可使用耐压200V的电容;若AC Input 范围在90V~264V(或180V~264V),因Vc1电压最高约380V,所以必须使用耐压400V的电容。 D2(辅助电源二极管): 整流二极管,一般常用FR105(1A/600V)或BYT42M(1A/1000V),两者主要差异: 耐压不同(在此处使用差异无所谓) VF不同(FR105=1.2V,BYT42M=1.4V) R10(辅助电源电阻): 主要用于调整PWM IC的VCC电压,以目前使用的3843而言,设计时VCC必须大于8.4V(Min. Load时),但为考虑输出短路的情况,VCC电压不可设计的太高,以免当输出短路时不保护(或输入瓦数过大)。 C7(滤波电容): 辅助电源的滤波电容,提供PWM IC较稳定的直流电压,一般使用100uf/25V电容。

开关电源的软启动电路

开关电源的软起动电路 1引言 开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流(如图1所示),特别是大功率开关电源,其输入采用较大容量的滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软起动电路,以保证开关电源正常而可靠的运行。 2常用软起动电路 (1)采用功率热敏电阻电路 热敏电阻防冲击电流电路如图2所示。它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性,在电源接通瞬间,热敏电阻的阻值较大,达到限制冲击电流的作用;当热敏电阻流过较大电流时,电阻发热而使其阻值变小,电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源,由于热敏电阻的热惯性,重新恢复高阻需要时间,故对于电源断电后又需要很快接通的情况,有时起不到限流作用。 (2)采用SCR R  电路  和限流电阻R对电容器C充电。该电路如图3所示。在电源瞬时接通时,输入电压经整流桥VD1VD4 当电容器C充电到约80%的额定电压时,逆变器正常工作,经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R,开关电源处于正常运行状态。 这种限流电路存在如下问题:当电源瞬时断电后,由于电容器C上的电压不能突变,其上仍有断电前的充电电压,逆变器可能还处于工作状态,保持晶闸管继续导通,此时若马上重新接通输入电源,会同样起不到防止冲击电流的作用。  电路 (3)具有断电检测的SCR R 该电路如图4所示。它是图3的改进型电路, 图1合闸瞬间滤波电容电流波形

开关电源维修步骤及常见故障分析-电源

开关电源维修步骤及常见故障分析- 电源 1、修理开关电源时,首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路,如电源整流桥堆,开关管,高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常,上述部件如有损坏则需更换。 2、第一步完成后,接通电源后还不能正常工作,接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM),查阅相关资料,熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。 3、然后,对于具有PFC电路的电源则需测量滤波电容两端电压是否为380VDC左右,如有380VDC左右电压,说明PFC模块工作正常,接着检测PWM组件的工作状态,测量其电源输入端VC ,参考电压输出端VR ,启动控制Vstart/Vcontrol端电压是否正常,利用220VAC/220VAC隔离变压器给开关电源供电,用示波器观测PWM模块CT端对地的波形是否为线性良好的锯齿波或三角形,如TL494 CT端为锯齿波,FA5310其CT端为三角波。输出端V0的波形是否为有序的窄脉冲信号。 4、在开关电源维修实践中,有许多开关电源采用UC38××系列8脚PWM组件,大多数电源不能工作都是因为电源启动电阻损坏,或芯片性能下降。当R断路后无VC,PWM 组件无法工作,需更换与原来功率阻值相同的电阻。当PWM组件启动电流增加后,可减小R值到PWM组件能正常工作为止。在修一台GE DR电源时,PWM模块为UC3843,检测未发现其他异常,在R(220K)上并接一个220K的电阻后,PWM组件工作,输出电压均正常。有时候由于外围电路故障,致使VR端5V电压为0V,PWM组件也不工作,在修柯达8900相机电源时,遇到此情况,把与VR端相连的外电路断开,VR从0V变为5V,PWM 组件正常工作,输出电压均正常。 5、当滤波电容上无380VDC左右电压时,说明PFC电路没有正常工作,PFC模块关键检测脚为电源输入脚VC,启动脚Vstart/control,CT和RT脚及V0脚。修理一台富士3000相机时,测试一板上滤波电容上无380VDC电压。VC,Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常,测量场效应功率开关管G极无V0 波形,由于FA5331(PFC)为贴片元件,机器用久后出现V0端与板之间虚焊,V0信号没有送到场效应管G极。将V0端与板上焊点焊好,用万用表测量滤波电容有380VDC电压。当Vstart/control 端为低电平时,PFC亦不能工作,则要检测其端点与外围相连的有关电路。

开关电源保护电路实例详细分析

开关电源保护电路实例详细分析 输入欠压保护电路 1、输入欠压保护电路一 概述(电路类别、实现主要功能描述): 该电路属于输入欠压电路,当输入电压低于保护电压时拉低控制芯片的供电Vcc,从而关闭输出。 电路组成(原理图): 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 当电源输入电压高于欠压保护设定点时,A点电压高于U4的Vref,U4导通,B点电压为低电平,Q4导通,Vcc供电正常;当输入电压低于保护电压时,A点电压低于U4的Vref,U4截止,B点电压为高电平,Q4截止,从而Vcc没有电压,此时Vref也为低电平,当输入电压逐渐升高时,A点电压也逐渐升高,当高于U4的Vref,模块又正常工作。R4可以设定欠压保护点的回差。 电路的优缺点 该电路的优点:电路简单,保护点精确 缺点:成本较高。 应用的注意事项: 使用时注意R1,R2的取值,有时候需要两个电阻并联才能得到需要的保护点。还需要注意R1,R2的温度系数,否则高低温时,欠压保护点相差较大。 2、输入欠压保护电路二 概述(电路类别、实现主要功能描述): 输入欠压保护电路。当输入电压低于设定欠压值时,关闭输出;当输入电压升高到设定恢复值时,输出自动恢复正常。

电路组成(原理图): 工作原理分析(主要功能、性能指标及实现原理): 输入电压在正常工作范围内时, Va大于VD4的稳压值,VT4导通,Vb为0电位,VT5截止,此时保护电路不起作用;当输入电压低于设定欠压值时,Va小于VD4的稳压值,VT4截止,Vb为高电位,VT5导通,将COMP(芯片的1脚)拉到0电位,芯片关闭输出,从而实现了欠压保护功能。 R21、VT6、R23组成欠压关断、恢复时的回差电路。当欠压关断时,VT6导通,将R21与R2并联, ;恢复时,VT6截止,, 回差电压即为(Vin’-Vin)。 电路的优缺点 优点:电路形式简单,成本较低。 缺点:因稳压管VD4批次间稳压值的差异,导致欠压保护点上下浮动,大批量生产时需经常调试相关参数。 应用的注意事项: VD4应该选温度系数较好的稳压管,需调试的元件如R2应考虑多个并联以方便调试 输出过压保护电路 1、输出过压保护电路一 概述(电路类别、实现主要功能描述): 输出过压保护电路。当有高于正常输出电压范围的外加电压加到输出端或电路本身故障(开环或其他)导致输出电压高于稳压值时,此电路会将输出电压钳位在设定值。 电路组成(原理图):

开关电源电路组成及常见各模块电路分析

1.1 课题背景 1.1 开关电源的发展历史 开关稳压电源(以下简称开关电源)取代晶体管线性稳压电源(以下简称线性电源)已有30多年历史,最早出现的是串联型开关电源,其主电路拓扑与线性电源相仿,但功率晶体管了作于开关状态后,脉宽调制(PWM)控制技术有了发展,用以控制开关变换器,得到PWM开关电源,它的特点是用20kHz脉冲频率或脉冲宽度调制—PWM开关电源效率可达 65~70%,而线性电源的效率只有30~40%。在发生世界性能源危机的年代,引起了人们的广泛关往。线性电源工作于工频,因此用工作频率为20kHZ的PWM开关电源替代,可大幅度节约能源,在电源技术发展史上誉为20kHZ革命。随着ULSI芯片尺寸不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要大得多;航天,潜艇,军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机,移动电话等)更需要小型化,轻量化的电源。因此对开关电源提出了小型轻量要求,包括磁性元件和电容的体积重量要小。此外要求开关电源效率要更高,性能更好,可靠性更高等。 2 开关电源的基本原理 2.1 PWM开关电源的基本原理 开关电源的工作过程相当容易理解。在线性电源中,让功率晶体管工作在线性模式,与线性电源不同的是,PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中,加在功率晶体管上的伏安乘积总是很小的(在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小)。功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。 与线性电源相比,PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”,即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比是开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波,其幅值就可以通过变压器来生高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。 控制器的主要目的式保持输出电压稳定,其工作过程与线性形式的控制器很

24V开关电源的几种保护电路

24V开关电源常用的几种保护电路 1.防浪涌软启动电路 24V开关电源的输入电路大都采用电容滤波型整流电路,在进线电源合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零,电容器充电瞬间会形成很大的浪涌电流,特别是大功率开关电源,采用容量较大的滤波电容器,使浪涌电流达100A以上。在电源接通瞬间如此大的浪涌电流,重者往往会导致输入熔断器烧断或合闸开关的触点烧坏,整流桥过流损坏;轻者也会使空气开关合不上闸。上述现象均会造成开关电源无法正常工作,为此几乎所有的开关电源都设置了防止流涌电流的软启动电路,以保证电源正常而可靠运行。 2.过压、欠压及过热保护电路 进线电源过压及欠压对开关电源造成的危害,主要表现在器件因承受的电压及电流应力超出正常使用的范围而损坏,同时因电气性能指标被破坏而不能满足要求。因此对输入电源的上限和下限要有所限制,为此采用过压、欠压保护以提高电源的可靠性和安全性。 温度是影响电源设备可靠性的最重要因素。根据有关资料分析表明,电子元器件温度每升高2℃,可靠性下降10%,温升50℃时的工作寿命只有温升25℃时的1/6,为了避免功率器件过热造成损坏,在开关电源中亦需要设置过热保护电路。 3.缺相保护电路

由于电网自身原因或电源输入接线不可靠,24V开关电源有时会出现缺相运行的情况,且掉相运行不易被及时发现。当电源处于缺相运行时,整流桥某一臂无电流,而其它臂会严重过流造成损坏,同时使逆变器工作出现异常,因此必须对缺相进行保护。检测电网缺相通常采用电流互感器或电子缺相检测电路。由于电流互感器检测成本高、体积大,故开关电源中一般采用电子缺相保护电路。图5 是一个简单的电子缺相保护电路。三相平衡时,R1~R3结点H电位很低,光耦合输出近似为零电平。当缺相时,H点电位抬高,光耦输出高电平,经比较器进行比较,输出低电平,封锁驱动信号。比较器的基准可调,以便调节缺相动作阈值。该缺相保护适用于三相四线制,而不适用于三相三线制。电路稍加变动,亦可用高电平封锁PWM信号。 4.短路保护 24V开关电源同其它电子装置一样,短路是最严重的故障,短路保护是否可靠,是影响开关电源可靠性的重要因素。IGBT(绝缘栅双极型晶体管)兼有场效应晶体管输入阻抗高、驱动功率小和双极型晶体管电压、电流容量大及管压降低的特点,是目前中、大功率开关电源最普遍使用的电力电子开关器件。IGBT能够承受的短路时间取决于它的饱和压降和短路电流的大小,一般仅为几μs至几十μs。短路电流过大不仅使短路承受时间缩短,而且使关断时电流下降率di/dt过大,由于漏感及引线电感的存在,导致IGBT集电极过电压,该过电压可在器件内部产生擎住效应使IGBT锁定失效,同时高的过电压会使IGBT击穿。因此,当出现短路过流时,必须采取有效的保护措施。 搜索相关文章:24V开关电源 修改于2008-04-25 11:15:51

有限双极性全桥软开关工作原理

有限双极性全桥软开关工作原理 一,有限双极性全桥软开关主电路拓扑结构说明: 图一 有限双极性全桥软开关主电路拓扑结构 图一中,由两个桥臂构成一个全桥逆变电路,Q1和Q3组成超前桥臂;Q2和Q4组成滞后桥臂,其中C1﹑C3为超前桥臂并联电容和寄生并联电容,C2﹑C4为滞后桥臂寄生并联电容,我们设定C1=C3≥C2=C4,其中D1﹑D2﹑D3﹑D4分别为四只开关管IGBT(或MOSFET)Q1、Q2、Q3、Q4的并联(或寄生)二极管,T1﹑C B 和Ls 分别为主变压器﹑隔直电容和可饱和电感(又称磁性开关),Lx 主变漏感和分布电感等的等效电感,L0为输出电感,D5和D6为二次侧整流二极管。 为达到有限双极性的全桥软开关的目的,四只开关管的开关时序如图二: 图二:开关管时序 超前臂开关管Q1﹑Q3 PWM 控制开通关断;滞后臂开关管Q2﹑Q4固定脉冲宽度相位差180o 开通关断,Q1和Q4同时开通,Q1 PWM 控制关断,Q4固定脉冲宽度关断;Q3和Q2同时开通,Q3 PWM 控制关断,Q2固定脉冲宽度关断,Q1和Q4的驱动波形的相位相反;Q3和Q2 的驱动波形的相位相反。

一、有限双极性全桥软开关PWM逆变电路工作原理分析 为了分析方便,突出重点略去无关紧要的细节,假定: a,输出电感的电感量无穷大,流过该电感的电流是恒定的直流。 b,主变压器是理想变压器,其漏感等分布参数用专门的漏感Lk等效。 c,饱和电感Ls是理想的磁性开关,未饱和时电感非常大,饱和后电感几乎为零。 下面按时序逐一分析该电路的行为: 1.t0时刻(见图三): Q1和Q4已经导通多时,原边电流路径为:U+ → Q1 → Ls →Lk → C B → T1 → Q4 →U-。原边电流Ip为副边输出电感的电流Io的1/n(n为变压器变比,n=Np/Ns)。此时饱和电感是饱和的,对电路没任何影响,隔直电容已充上左正右负的直流电压。这是原边向副边传送能量的过程,副边二极管D5导通,D6反偏截止。 图三:t0时刻 2.t1时刻(见图四): Q1关断,原边电流Ip因为副边输出电感的作用不能突变,大 小仍为Ip=Io/n,原边电流路径切换为为:C1、C3 → Ls →Lk → C B → T1 → Q4 →U-。 图四:t1时刻

大功率移相全桥软开关电源的设计

工程硕士学位论文 大功率移相全桥软开关电源的设计 THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGE 雷连方 哈尔滨工业大学 2006年12月

国内图书分类号 : TM92 国际图书分类号: 621.38 工程硕士学位论文 大功率移相全桥软开关电源的设计 硕士研究生:雷连方 导师:刘瑞叶 教授 副导师:肖连存 高工 申请学位:工程硕士 学科、专业:电气工程 所在单位:中国科工集团第三总体设计部 答辩日期:2006年12 月 授予学位单位:哈尔滨工业大学

Classified Index: TM92 U.D.C: 621.38 Dissertation for the Master Degree in Engineering THE DESIGN ON SOFT SWITCHING POWER SUPPLY WITH HIGH POWER PHASE-SHIFTED FULL-BRIDGE C a n d i d a t e:Lei Lianfang Supervisor:Prof. Liu Ruiye Associate Supervisor:Senior Engineer Xiaolianchun Academic Degree Applied for:Master of Engineering Speciality:Electrical Engineering Affiliation:The 3rd Headquarters of China Aerospace Science Industry Company Date of Defence:December,2006 Degree-Conferring-Institution:Harbin Institute of technology

详解开关电源的几种常用软启动电路

详解开关电源的几种常用软启动电路 来源:电子元件技术网 [导读]开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流。 关键词:电源电路开关电源 开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间,由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流(如图1所示),特别是大功率开关电源,其输入采用较大容量的滤波电容器,其冲击电流可达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值,往往会导致输入熔断器烧断,有时甚至将合闸开关的触点烧坏,轻者也会使空气开关合不上闸,上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软起动电路,以保证开关电源正常而可靠的运行。本文介绍了几种常用的软启动电路。 图1 合闸瞬间滤波电容电流波形 (1)采用功率热敏电阻电路 热敏电阻防冲击电流电路如图2所示。它利用热敏电阻的Rt的负温度系数特性,在电源接通瞬间,热敏电阻的阻值较大,达到限制冲击电流的作用;当热敏电阻流过较大电流时,电阻发热而使其阻值变小,电路处于正常工作状态。采用热敏电阻防止冲击电流一般适用于小功率开关电源,由于热敏电阻的热惯性,重新恢复高阻需要时间,故对于电源断电后又需要很快接通的情况,有时起不到限流作用。 图2 采用热敏电阻电路 (2)采用SCR-R电路

该电路如图3所示。在电源瞬时接通时,输入电压经整流桥VD1?VD4和限流电阻R对电容器C充电。当电容器C充电到约80%的额定电压时,逆变器正常工作,经主变压器辅助绕组产生晶闸管的触发信号,使晶闸管导通并短路限流电阻R,开关电源处于正常运行状态。 图3 采用SCR-R电路 这种限流电路存在如下问题:当电源瞬时断电后,由于电容器C上的电压不能突变,其上仍有断电前的充电电压,逆变器可能还处于工作状态,保持晶闸管继续导通,此时若马上重新接通输入电源,会同样起不到防止冲击电流的作用。 (3)具有断电检测的SCR-R电路 该电路如图4所示。它是图3的改进型电路,VD5、VD6、VT1、RB、CB组成瞬时断电检测电路,时间常数RBCB的选取应稍大于半个周期,当输入发生瞬间断电时,检测电路得到的检测信号,关闭逆变器功率开关管VT2的驱动信号,使逆变器停止工作,同时切断晶闸管SCR的门极触发信号,确保电源重新接通时防止冲击电流。 图4 具有断电检测的SCR-R电路 (4)继电器K1与电阻R构成的电路 该电路原理图如图5所示。电源接通时,输入电压经限流电阻R1对滤波电容器C1充电,同时辅助电源VCC经电阻R2对并接于继电器K1线包的电容器C2充电,当C2上的充电电压达到继电器的动作电压时,K1动作,旁路限流电阻R1,达到瞬时防冲击电流的作用。通常在电源接通之后,继电器K1动作延时0.3~0.5秒,否则限流电阻R1因通流时间过长会烧坏。

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