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程控开关稳压电源的控制方式对比

2018年05月15日 09:54 次阅读

  程控开关稳压电源的控制方式对比

  开关稳压电源由多个电子器件构成,但本质上,开关稳压电源的核心是一个直流变压器。所以想要对开关稳压电源进行分析并不难。在本文中,小编将为大家介绍通过程控的开关稳压电源的控制方法选择与效率的提高方案。

  控制方法选择

  方案一:采用单片机产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据片内AD采样后的反馈电压程控改变占空比,使输出电压稳定在设定值。负载电流在康铜丝上的取样经片内AD后输入单片机,当该电压达到一定值时关闭开关管,形成过流保护。该方案主要由软件实现,控制算法比较复杂,速度慢,输出电压稳定性不好,若想实现自动恢复,实现起来比较复杂。

  方案二:采用恒频脉宽调制控制器TL494,这个芯片可推挽或单端输出,工作频率为1kHz~300kHz,输出电压可达40V,内有5V的电压基准,死区时间可以调整,输出级的拉灌电流可达200mA,驱动能力较强。芯片内部有两个误差比较器,一个电压比较器和一个电流比较器。电流比较器可用于过流保护,电压比较器可设置为闭环控制,调整速度快。

  所以通过上面的分析,建议采用第二种方案。

  电流工作模式的方案选择

  方案一:电流连续模式

  电流连续工作状态,在下一周期到来时,电感中的电流还未减小到零,电容的电流能够得到及时的补充,输出电流的峰值较小,输出纹波电压小。

  方案二: 电流断续模式

  断续模式下,电感能量释放完时,下一周期尚未到来,电容能量得不到及时补充,二极管的峰值电流非常大,对开关管和二极管的要求就非常高,二极管的损耗也非常大,而且由于电流是断续的,输出电流交流成分比较大,会增加输出电容上的损耗。对于相同功率的输出,断续工作模式的峰值电流要高很多,而且输出直流电压的纹波也会增加,损耗大。

  鉴于上面分析,本设计选用方案一。

  提高效率的方案选择

  影响效率的因素主要包括单片机及外围电路功耗、单片机及外围电路供电电路的效率和DC-DC变换器的效率。本设计采用了超低功耗的单片机MSP430F169,高转换效率的芯片对外围电路进行供 电,并且采用低损耗的元器件和优异的控制策略。

程控开关稳压电源的控制方式对比

  开关稳压电源优缺点

  优点:

  “开关型稳压电源”与“串联调整型稳压电源”相比,高效节能;适应市电变化能力强;输出电压可调范围宽;一只开关管可方便地获得多组电压等级不同的电源;体积小,重量轻等诸多优点,而被广泛地得到采用。

  (1)功耗小,效率高

  (2)体积小,重量轻

  (3)稳压范围宽

  (4)滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少

  (5)电路形式灵活多样

  缺点:

  开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中,功率调整开关晶体管工作在状态,它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和庇振干扰,这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、消除和屏蔽,就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离,这些干扰就会串入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重的干扰。

  四款开关稳压电源电路

  电路一:

程控开关稳压电源的控制方式对比

  电路工作原理:220V电压经变压器T降压、VD1~VD4整流、C1滤波后,作为输入。此外VD5、VD6、C2、C3组成倍压电路(使得Vd=60V);RP、R3组成分压电路;TL431、R1组成采样放大电路;9013、R2组成限流保护电路,场效应管K790作调整管(可直接并联使用);C5是输出滤波电容等。稳压过程是:当输出电压降低时,f点电位降低,经TL431内部放大使e点电压增高,经K790调整后,b点电位升高;反之,当输出电压增高时,f点电位升高,e点电位降低,经K790调整后,b点电位降低,从而使输山电压稳定。当输出电流大于6A时,晶体管9013处于截止,使输出电流被限制在6A以内,从而达到限流的目的。

  元器件选择:该电路除电阻RI选用2W、R2选用5W外,其他元件无特殊要求,按图所示选用即可。

  电路二:

程控开关稳压电源的控制方式对比

  电路三:

  115V的交流输入电压经整流滤波后为电路提供直流工作电压。起动电路由电容C2和电阻R2构成,C2经电阻R2充电,当达到16 V时,UC3842有输出;使MOS开关Q1导通,能量存贮在变压器T1中,此时,由于二次侧各路整流二极管反向偏置,故能量不能传到T1的二次侧,T1 侧的一次侧电流通过电阻R10检测并与UC3842内部提供的1 V基准电压进行比较,当达到这一电平时Q1关断。所有变压器的绕组极性反向,输出整流二极管正向偏置,存贮在T1中的能量传输到输出电容器中。启动结束后,反馈线圈的电压整流后经取样电阻分压回送到误差放大器的反向端(2脚)和UC3842内部的2.5 V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度。从而改变输出电压以实现对输出的控制。这样能量周而复始地存贮释放,给各路输出端提供电压。

程控开关稳压电源的控制方式对比

  稳压反馈环境由R12,光耦合器,TL431等组成。其稳压原理:若输出电压因负载变轻而升高时,流过光耦合器的发光二极管电流增大,其发光强度增加,反馈至光耦合三极管使CE间电阻变小,使加至1脚的电压降低,从而使6脚的PWM信号宽度变窄,从而达到稳压的目的。

  电路四:

  24V(-40V)开关稳压电源电路图

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