基于tl494可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)(可編輯)

1、基于tl494可調(diào)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 一種輸出電壓416v開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘要:介紹一種采用半橋電路的開(kāi)關(guān)電源,其輸入電壓為交流220v20%,輸出電壓為直流416v,最大電流40a,工作頻率50khz。重點(diǎn)介紹了該電源的設(shè)計(jì)思想,工作原理及特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:脈寬調(diào)制;半橋變換器;電源1引言在科研、生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)等應(yīng)用場(chǎng)合,經(jīng)常用到電壓在515v,電流在540a的電源。而一般實(shí)驗(yàn)用電源最大電流只有5a、10a。為此專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了電壓4v16v連續(xù)可調(diào),輸出電流最大40a的開(kāi)關(guān)電源。它采用了半橋電路,所選用開(kāi)關(guān)器件為功率mos管,開(kāi)關(guān)工作頻率為50khz,具有重量輕、體積小、成本低等特點(diǎn)。2主要技術(shù)指標(biāo)1)交

2、流輸入電壓ac220v20%;2)直流輸出電壓416v可調(diào);3)輸出電流040a;4)輸出電壓調(diào)整率1%;5)紋波電壓up?p50mv;6)顯示與報(bào)警具有電流/電壓顯示功能及故障告警指示。3基本工作原理及原理框圖該電源的原理框圖如圖1所示。220v交流電壓經(jīng)過(guò)emi濾波及整流濾波后,得到約300v的直流電壓加到半橋變換器上,用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號(hào)去驅(qū)動(dòng)功率mos管,通過(guò)功率變壓器的耦合和隔離作用在次級(jí)得到準(zhǔn)方波電壓,經(jīng)整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。 4各主要功能描述4?1交流emi濾波及整流濾波電路交流emi濾波及整流濾波電路如圖2所示。圖1整體電源的工作框圖圖2交流e

3、mi濾波及輸入整流濾波電路電子設(shè)備的電源線(xiàn)是電磁干擾(emi)出入電子設(shè)備的一個(gè)重要途徑,在設(shè)備電源線(xiàn)入口處安裝電網(wǎng)濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑,本電源濾波器由帶有iec插頭電網(wǎng)濾波器和pcb電源濾波器組成。iec插頭電網(wǎng)濾波器主要是阻止來(lái)自電網(wǎng)的干擾進(jìn)入電源機(jī)箱。pcb電源濾波器主要是抑制功率開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的高頻噪聲。 交流輸入220v時(shí),整流采用橋式整流電路。如果將jti跳線(xiàn)短連時(shí),則適用于110v交流輸入電壓。由于輸入電壓高,電容器容量大,因此在接通電網(wǎng)瞬間會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌沖擊電流,一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數(shù)十倍。這可能造成整流橋和輸入保險(xiǎn)絲的損壞,也可能造成高頻變壓器磁芯

4、飽和損壞功率器件,造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻r1和繼電器k1組成的輸入軟啟動(dòng)電路。4?2半橋式功率變換器該電源采用半橋式變換電路,如圖6所示,其工作頻率50khz,在初級(jí)一側(cè)的主要部分是q4和q5功率管及c34和c35電容器。q4和q5交替導(dǎo)通、截止,在高頻變壓器初級(jí)繞組n1兩端產(chǎn)生一幅值為u1/2的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過(guò)變壓器傳遞到輸出端,q4和q5采用irfp460功率mos管。4?3功率變壓器的設(shè)計(jì)1)工作頻率的設(shè)定工作頻率對(duì)電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高,輸出濾波電感和電容體積減小,但開(kāi)關(guān)損耗增高,熱量增大,散熱器體積加大。因此根據(jù)元器

5、件及性?xún)r(jià)比等因素,將電源工作頻率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),本例為fs50khz。t1/fs1/50khz20s2)磁芯選用選取磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)選用r2kb鐵氧體材料制成的ee型鐵氧體磁芯。其具有品種多,引線(xiàn)空間大,接線(xiàn)操作方便,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。確定工作磁感應(yīng)強(qiáng)度bmr2kb軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度bs0.47t,考慮到高溫時(shí)bs會(huì)下降,同時(shí)為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和,選定bm1/3bs0.15t。計(jì)算并確定磁芯型號(hào)磁芯的幾何截面積s和磁芯的窗口面積q與輸出功率po存在一定的函數(shù)關(guān)系。對(duì)于半橋變換器,當(dāng)脈沖波形近似為方波時(shí)為sq(1)式中:?效率;j?電流密度,一般取300500a/cm2;kc?

6、磁芯的填充系數(shù),對(duì)于鐵氧體kc1;ku?銅的填充系數(shù),ku與導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑及繞制的工藝及繞組數(shù)量等有關(guān),一般為0.10.5左右。各參數(shù)的單位是:po?w,s?cm2,q?cm2,bm?t,fs?hz,j?a/cm2。取po640w,ku0.3,j300a/cm2,0.8,bm0.15t,代入式(1)得sq4.558cm4由廠家手冊(cè)知,ee55磁芯的s3.54cm2,q3.1042cm2,則sq10.9cm4,ee55磁芯的sq值大于計(jì)算值,選定該磁芯。3計(jì)算原副邊繞組匝數(shù)按輸入電壓最低及輸出滿(mǎn)載的情況(此時(shí)占空比最大)來(lái)計(jì)算原副邊繞組匝數(shù),已知umin176v經(jīng)整流濾波后直流輸入電壓udmin1.2

7、176211.2v。對(duì)于半橋電路、功率變壓器初級(jí)繞組上施加的電壓等于輸入電壓的一半,即upminudmin/2105.6v,設(shè)最大占定比d0.9,則tontd200.99.0s一種輸出電壓416v開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)圖3輔助電源原理圖upminton104105.69.010-6104代入公式n18.9匝次級(jí)匝數(shù)計(jì)算時(shí)取輸出電壓最大值uo16v。次級(jí)電路采用全波整流,us為次級(jí)繞組上的感應(yīng)電壓,uo為輸出電壓,uf為整流二極管壓降,取1v。uz為濾波電感等線(xiàn)路壓降,取0.3v,則us19.22vn2n18.91.8匝為了便于變壓器繞制,次級(jí)繞組取為2匝,則初級(jí)繞組校正為:n1n210匝4)選定導(dǎo)

8、線(xiàn)線(xiàn)徑在選用繞組的導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑時(shí),要考慮導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng),一般要求導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑小于兩倍穿透深度,而穿透深度由式(2)決定(2)式中:為角頻率,2fs;為導(dǎo)線(xiàn)的磁導(dǎo)率,對(duì)于銅線(xiàn)相對(duì)磁導(dǎo)率r1,則0r410-7h/m;為銅的電導(dǎo)率,5810-6m;穿透深度的單位為m。變壓器工作頻率50khz,在此頻率下銅導(dǎo)線(xiàn)的穿透深度為0.2956mm,因此繞組線(xiàn)徑必須是直徑小于0.59mm的銅線(xiàn)。另外考慮到銅線(xiàn)電流密度一般取36a/mm2,故這里選用?0.56mm的漆包線(xiàn)8股并聯(lián)繞制初級(jí)共10匝,次級(jí)選用厚0.15mm扁銅帶繞制2匝。4?4輔助電源的設(shè)計(jì)輔助電源采用rcc變換器(ringingchokeconverter

9、),見(jiàn)圖3。其輸入電壓為交流220v整流濾波電壓,輸出直流電壓為12.5v,輸出直流電流為0.5a。電路中q8和變壓器初級(jí)繞組線(xiàn)圈n1與反饋繞組線(xiàn)圈n3構(gòu)成自激振蕩。r72為啟動(dòng)電阻。q9、r77構(gòu)成輔助電源初級(jí)過(guò)流保護(hù)。d20、c81、zd1、q11、r75、r76構(gòu)成電壓檢測(cè)與穩(wěn)壓電路,控制q8的基極電流的直流分量,從而保持輸出電壓恒定,變壓器采用ee19、lp3材質(zhì)構(gòu)成。初級(jí)180匝,反饋繞組5.5匝,次級(jí)11匝,初級(jí)電感量是2.6mh,磁芯中間留有間隙0.4mm。4?5驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示。tl494輸出50khz的脈沖信號(hào),通過(guò)高頻脈沖變壓器耦合去驅(qū)動(dòng)功率mos管。次級(jí)脈沖電壓

10、為正時(shí),mos管導(dǎo)通,在此期間q7截止,由其構(gòu)成的泄放電路不工作。當(dāng)次級(jí)脈沖電壓為零時(shí),則q7導(dǎo)通,快速泄放mos管柵級(jí)電荷,加速mos管截止。r70是用于抑制驅(qū)動(dòng)脈沖的尖峰,r68、d15、r67可以加速驅(qū)動(dòng)并防止驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。d17和與它相連的脈沖變壓器繞組共同構(gòu)成去磁電路。4?6風(fēng)扇風(fēng)速控制電路風(fēng)扇風(fēng)速控制電路見(jiàn)圖5。利用二極管正向管壓降隨溫度升高而呈下降趨勢(shì)的特性,將d9、d10做為散熱器溫度采樣器件。方法是將d9、d10兩二極管緊靠在散熱器上,當(dāng)散熱器隨輸出功率加大而溫度升高時(shí),運(yùn)放n2a正相輸入端電平降低,輸出低電平使三極管q3開(kāi)始導(dǎo)通,風(fēng)機(jī)上電壓升高,轉(zhuǎn)速升高,最終到達(dá)最高轉(zhuǎn)

11、速。當(dāng)負(fù)載較輕,使散熱器溫度低于50圖4驅(qū)動(dòng)電路原理圖4圖5風(fēng)扇風(fēng)速控制電路圖6開(kāi)關(guān)電源原理圖時(shí),n2a輸出高電平,q3不導(dǎo)通,輔助電源12.5v經(jīng)電阻r57降壓給風(fēng)機(jī)供電,風(fēng)機(jī)處于低速、低噪聲運(yùn)行狀態(tài)。此電路可以提高風(fēng)機(jī)工作壽命,增加電路可靠性,亦可在小負(fù)載情況下,減少風(fēng)機(jī)帶來(lái)的噪聲。 4?7pwm控制電路控制電路采用通用脈寬調(diào)制器tl494,具有通用性和成本低等優(yōu)點(diǎn),見(jiàn)圖6。輸出電壓經(jīng)r40、rv2、rv1、r41進(jìn)行分壓采樣,經(jīng)r5阻抗匹配后送到tl494腳1。rv1裝在電源前面板上用于實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。r103和c14將輸出電感l(wèi)1前信號(hào)采樣,經(jīng)r5送到tl494腳1,用于提高電源穩(wěn)定度,消除l1對(duì)環(huán)路穩(wěn)定性影響。4?8過(guò)流保護(hù)電路為增強(qiáng)電源可靠性,此電源采用初、次級(jí)兩級(jí)過(guò)流保護(hù)。初級(jí)采用電流互感器ct1檢測(cè)初級(jí)變壓器電流,檢測(cè)出的電流信號(hào)經(jīng)r60轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)后,再經(jīng)d2d4,c9整流濾波后,經(jīng)過(guò)電位器rv3分壓,反相器n3反相后加在q1管基極。當(dāng)初級(jí)電流超過(guò)正常時(shí),反相器反轉(zhuǎn),q1管導(dǎo)通,將vref5v的高電平加在tl494腳4上(腳4為tl494死區(qū)控制腳、高電平關(guān)斷),tl494關(guān)斷。輸出直流總線(xiàn)上過(guò)流保護(hù),采用r45r56電阻做為采樣電阻,當(dāng)輸出電流增加時(shí)腳15電平變低,當(dāng)輸出電流大于40a的105%時(shí)