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编辑:华体会体育-官方网站时间:2022-08-27 15:02点击量:105

  杂小功率电子系统中广泛应用在各种复,输出而言就多路,围大的一路作为主电路进行反馈调节控制通常只有输出电压低、输出电流变化范,变化时保持输出电压稳定以保证在输入电压及负载,的漏感和绕组电阻等的影响由于受变压器各个绕组间,出负载的变化而变化辅助输出电压随输,常通,辅助输出轻载时当主输出满载和,电压将升高辅助输出,和辅助输出满时而当主输出轻载,电压将降低辅助输出,负载交叉调整率问题这就是多路输出的,基于笔者,的负载交叉调整率问题很好的解决了多路输出,况下都能稳定输出该电源在各种工,纹波小于3%主输出电压,纹波小于5%各路辅助输出,整率小于5%负载交叉调,服系统中在交流伺,分部及功率部分供电该电源给系统控制部,流伺服系统的伺服特性的性能直接影响到交,电压纹波小的开关电源是一个急需解决的问题如何设计一个稳定性能好、交叉调整率小、。

  成公司于上世纪90年代中期推出的新型高频开关电源TOPSwitch系列单片机开关电源是美国功率集, Off Line PWM Switch)被誉为“顶级开关电源”它是三端离线式PWM开关的英文缩写(Three Terminal。和MOSFET功率开关管集成在同一芯片上它的特点是将高频开关电源中的PWM控制器,合一器件是一种二。该公司推出的第四代系列产品TOPSwitch-GX是,h-FX系列的全部优点外除具备TOPSwitc,75W提高到290W它还将最大输出功率从,功率的高效率适合构成大中,开关电源隔离式;到132KHz将开关频率提高,及整个开关电源的体积有助于减小高频变压器,板的板载电源的主控器件适合作为伺服电机控制,负载很轻时当开关电源,z降低到30KHz(在半频模式下它能自动将开关频率从132KH,降到15KHz)则由66KHz,开关损耗可降低,高电源效率进一步提,mart的节能新技术采用被称作EcoS,通/断模式下的功耗显著降低了在远程,压是230V时当输入交流电,160mW功耗仅为 。

  的内部主要由18个部分组成TOPSwitch-GX,主要区别是在该系列的基础上作了一些改进与第三代TOPSwitch-FX系列的,上新增加了3个单元电路在原有的 5个组成部分,增加了软启动输出端电流极限调节器也;KHz(全频模式)或66KHz (半频模式)将频率抖动振荡器产生的开关频率提升到132;逻辑”(STOP LOGIC)电路给频率抖动振荡器增加了一个“停止,更为可靠使只工作。用反馈电流Ic来调节占空比DTOPSwitch-GX利,压目的达到稳,U0降低时当输出电压,使反馈电流Ic减小经过光耦反馈电路,则增大占空比,随之升高输出电压,0维持不变最终使U,理同,Uo升高时当输出电压,部调节通过内,0维持不变也能使U。

  的控制板和功率板供电的电源是为交流伺服系统,制板和功率板组成的一部分并以板载电源的形式作为控,求是电压纹波小于5%系统对板载电源的要,叉调整率低于5%多路输出电压交,下能稳定输出在各种工况,的供电需求满足系统,源地之间相互隔离控制板和功率板电,电磁干避免,能软启动要求电源,系统产生不良影响避免瞬间高压对,统要求根据系,电源的各路输出电压设计的多路输出板载,如表1所示电流及作用,5V二路输出共地其中+5V与+1,5V二路输出共地+3.3V无与+,相互电气隔离的两组地彼此是。

  路如图1所示板载电源主电。反激式拓扑结构电源采用单端,ch-GX系列电路选用TOPSwit,5V-265V时当电源输入电流8,入整流滤波器和系列软启动电路得到直流高压DCP交流电压U依次经过电磁干扰(EMI)滤波器、输,R68接L端DCP经过,DCP升高而降低能使极限电流随,价格较高的TVS(瞬态电压抑制器)使用箝位二极管和阻断二极管D1替代,时高频变压器漏感产生的尖峰电压用于吸收在TOP244Y关段,到保护作用对漏极起,滤波后变为多路输出次级电压经整流、,输出用的是快速恢复二极管其中15V电源输出和辅助,是肖特基二极管其他输出用的,整流管的损耗其目的是减少。

  电耦合器及LMV431A型可调试精密并联稳压管该电源电路采用了TOP244Y、PC817型光,积和增强磁场耦合程度为减小高频变压器体,了堆叠式绕法次级绕组采用。参考电压为2.495VLMV431A的内部,器和R65分压输出电压经电位,)至37V(最大值)之间可调电压2.5V(基准值,V431A的频率补偿网络R66和C75构成LM。V主输出外除3.3,出未加反馈其余各路输,变压器的匝数比决定输出电压均由高频,外另,减少电磁干扰为了尽可能,侧接入共模扼流圈在开关电源的输出,电磁噪声以改善。

  路输出对于多,电压均具有高精度如果要求每路输出,立的闭环稳压回路则煤炉都应有独,输出是重负载如果只有一路,的副载较轻其他路输出,度要求不是很严格对于输出电压精,馈控制回路.本模块的4路输出中则只需给重负载所在的回路加反,出是最重要的负载由于+3.3V输,最大3A)输出电流(,)+ 15V是集成电路的电源+ 5V、+5V(HVDD,0%的范围变化允许电压在1,较小电流,出回路采用闭环稳压电路所以只在+3.3V输。所在回路7805型和7815型集成稳压器在+5V、+5V(HVDD)、+15V ,本身就是耦合电感由于反激式变压器,变压器就能改善多路输出交叉调整率所以采用这种高频反激式拓扑结构的。

  源的设计过程中在这种开关电,开关电源的性能影响很大由于高频变压器参数对,的设计是很重要的所以高频变压器,输出电源对于多路,定输出电压的变化其输出阻抗直接决,绕组间的漏感成正比输出阻抗与各输出,度对输出阻抗也有很大影响而初、次级绕组的耦合程,器要使各输出绕组间紧密耦合所以设计多路输出高频变压,输出绕组)与初级绕组要耦合得最好且输出电流变化范围大的绕组(主,交叉调整率以利于提高,验与分析通过实,采用的变压器对本系统中,序为先绕原边的一半绕组的最佳绕制顺,边绕组再绕副,外一半和偏置绕组最后绕原边的另。

  压器电压的尖峰漏感会导致变,激变压器对于反,出轻载时输出电压的攀升该尖峰直接引起辅助输。大小略高于次级反射电压如果能保持箝位电压的,交叉调整率能得到极大的改进则多路输出反激式开关电源的,管和一个快恢复二极管构成的箝位电路的方法这里采用在变压器原边并联由一个箝位二极,压攀升并吸收尖峰电压的能量这个箝位电路能限制尖峰电,压为135V次级反射电,极管和FR1107型快恢复二极管采用200V的P6KE型箝位二。

  述措施后采取上,调整率得到极大的改善多路输出电压的交叉,纹波小于3%主输出电压,压纹波小于5%各路辅助输出电,整率小于5%负载交叉调。

  压器是开关电源的关键单端反激式高频开关变,是一个耦合电感器这种变压器实质上,压、传递能量等功能它要具有着储能、变,法来设计高频变压器笔者采用面积乘积。

  用户需求和电路的特点确定这些参数由设计人员根据,的功率Pout、效率、开关频率fs(或周期T)包括输入电压Vin、输出电压Vout、每路输出,的耐压Vmos线路主开关管。

  变换器中在反激式,入电压之和不能高于主开关管的耐压副边反射电压即反激电压Vf与输,(此处假设为150V)同时还要留有一定的裕量,由下式确定反激电压:

  在最低输入电压、最大输出功率的状态下反激式电源的最大占空比DMax出现,平衡式可求出Dmax根据稳态下变压器的磁,即

  占空比时设在最大,管开通时当开关,为Ip1原边电流;管关断时当开关,缝制电流Ip2原边电流上升到。1为0若Ip,工作在断续模式则说明变压器,在连续模式否则工作,律可以得到下式由能量守恒定:

  模式设计中在一般连续,=3Ip1令Ip2,变压器的原边电流这样就可以求出,原边电感量Lp由下式可以得到:

  式中在上,芯窗口面积Aw为磁,芯截面积Ae为磁,作磁感应强度Bw为磁芯工,有效使用系数K0为窗口,和输出路数决定根据安规的要求,2-0.4一般为0.,流密度系数Kj为电,5A/cm2一般取39。

  e值选择合适的磁芯根据求得的AwA,长宽比较大的磁芯一般尽量选择窗口,有效使用系数较高这样磁芯的窗口,减小漏感同时可以。

  比关系求出副边的匝数再根据原边与副边的匝,数不是整数有时求的匝,整某些参数这时应该调,边的匝数合适使原边和副。

  磁芯饱和为了避免,一个适当的气隙lg应该在磁回路中加入,下式计算其值由:

  此至,器的主要参数已经确定单端反激开关电源变压,算窗口面积是否够大在设计完成后还要核,温升是否满足要求变压器的损耗和。华体会体育官网下载-苹果版下载

  续工作方式电路采用断,计算与实验经过反复,器的主要参数如下设计的高频变压:

  p=390H原边电感量L;5的铁氧体磁芯磁芯采用E12;Np=63原副边绕组,1=2Ns,2=2Ns,3=3Ns,4=9Ns,=7NB;夹心绕法绕组采用,中其,用3层尼龙绝缘材料绝缘原边绕组与副边绕组之间,之间用一层绝缘副边绕组各层,组的电流较大由于副边绕,的趋肤效应考虑到电流,采用了多股并绕所以副边绕组。

  :在额定负载情况下(1)电压调整率,AC-256VAC变化时当输入交流电压在85V,调整率如表2所示实测电路的电压。

  输入电压下(220VAC)(2)交叉调整率:在额定,0%-100%变化时当负载在额定值的1,调整率如表3所示实测电路的交叉。

  输入电压下(220VAC)(3)负载调整率:在额定,0%-100%变化时当负载在额定值的1,率与交叉调整率一样实测电路的负载调整。

  入电压及额定负载情况下(4)效率:在额定输,效率=84%实测电路的。

  及额定负载情况下在额定输入电压,统能稳定运行整个伺服系,输出如图2所示测出的电源主,10倍的衰减测量时实现了,可以看出从图2,常工作时当系统正,为0.06V纹波峰值电压,于3%纹波小,系统的辅助电源该电源作为伺服,伺服系统已得到实际应用在门极伺服系统和主轴,可靠工作。

  路简单、性能指标最佳、无工频变压器、能完全实现电气隔离等显著特点TOPSwitch-GX系列单片开关电源具有单片集成化、外围电,关电源的设计和新产品的开发极大简化 150W以下开,电源的开发周期能大大缩短开关。统和其他电力电子设备中作为辅助电源多路输出电源被广泛应用于电机控制系,实际应用证明是可靠的设计的多路输出电源经,其他控制系统和电路中稍加改动就可应用在。

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