1 引言
电流型电加工电源后级为一电子负载，它在工作时对前级变换器的输出电流进行连续不断的斩波，在整个负载范围内（即对应不同的消电离时间和脉冲宽度组合），可以看作是频率可以调节的电子负载，后级的斩波频率为250K（对应消电离时间和脉冲宽度均2）至1.56K（对应于消电离时间480和脉冲宽度160），负载工作频段极宽，而前级交错并联双管正激变换器的频率是固定不变的，针对这一情况，我们不禁要提出几点质疑：①前后级工作频率配合上是否合理；②前级变换器能否即时对后级电子负载进行能量补充，即前级是否具有足够快的响应速度；③针对前级变换器所带的这种电子负载，我们应该如何对其主要参数进行设计。为了解决这些问题，有必要从前后级的工作原理特点上着手深入研究。
2 工作分析
下图为前、后级变换器的主要电路图。其中电容C的容值很小，它的作用是高压引弧放电。具体过程是这样的：当开关M关断时，由于工件还处于开路状态，所以电感中的大电流给C充电，致使工件两端电压线性急剧上升，直至高压击穿正常放电，此后，电流流经工件进行加工，一直延续到M开通时结束。在此，我们假设前级变换器的开关频率为，后级电子负载开关M的开关频率为，那么和有以下关系：
1）、，即前级的工作频率远高于后级，这种情况对应于后级大脉宽切割。其前后级的主要工作波形如下图所示：
图2 当时的主要工作波形
在时刻以前，M管开通，前级输出短路，理想情况下，变压器副边输出极窄的方波，当时刻关断M时，电流经M换流至二极管D，给负载输出电流，由于之前，前级变换器的占空比极小，突加负载后，由储能电感给负载提供部分电流，随着时间的延长，减小，受电流环的限制，前级变换器占空比增加，开始调节，使回升至原值，从这一点，我们可以看到，其实有一个波动过程。另外，如果电流环设计没有达到最优时，那么电流在调节过程中的超调量也很大，调节时间很长，致使加工电流不稳定，影响加工效率。但从M的一个开关周期看来，由于，M的一个周期中，前级变换器将要经历多个周期，即当M关断时， 前级变换器有足够多的周期可以调节，使得稳定。在此，我们假设允许的波动范围为，并假设在M关断后经过n个周期，进入稳定状态，从能量的角度来看，即要保证在这n个周期中，当前级变换器无输出时，电感的储能要满足负载能量需求，数学上，可以用以下关系式表示：
则上式可以简化为
从上式中可以看出，要满足稳定加工，乘积必须满足一定的约束条件。
[page] 2）、，即前级工作频率远低于后级工作频率，对应于后级小脉宽切割。这一情况恰好与情况1）相反，即前级变换器在一个周期内，后级变换器已经经历了个周期，如图3示，在0时刻，前级变换器输出能量，电感储能，假设负载也在此时同时放电切割，由于变压器输出能量大于负载吸收能量，故电感电流上升，在时刻开通M，前级输出短路，零功率输出，电感电流继续上升储能，到时刻关断M，负载又开始放电，重复上述过程，直到时刻，变压器无输出，电感开始释放能量向负载供电，在前级变换器开始下一周期之前，负载吸收的能量全部来自储能电感。通过这个周期的分析我们可以看到，当后级负载经历个周期时，前级变换器仅为一个周期，在这个过程中，前级变换器对负载的突变是无法调整的，这种情况下，前级占空比的大小由负载的平均功率决定，不受负载突变的影响，换句话说，只要负载特性不变，则前级占空比恒定。为保证前级有足够能量供给负载，所以必须在一个周期内，有下式成立：
否则，若不满足上式，则输出电流的波动将变大，影响加工效率和精度。从上式中可以看出，的取值与也有关系。
3）、，适当的消电离宽度和脉宽组合能够使得前后级变换器的频率相等。由于前后级工作时钟的任意性，考虑到最恶劣情况，假设在前级续流时，后级M关断，放电加工。波形如图4所示。和以上分析方法相同，我们保证后级在一个周期内所吸收的能量全部由电感储能提供，如果电感储能过少，将会导致前级输出电流下降较大，使前级在下一工作周期中调节占空比，直至占空比增加到一个适当值，这样以来，输出电流波动大，对加工精度不利，因此我们要求储能电感要满足以下能量约束关系。
理论上，的值取无穷大最好，在满足上式的条件下，减小，则L增大，即当降低前级变换器的工作频率时，就要求加大滤波电感的电感量，这会导致电源体积变大；相反，越高，L可以越小，即可以通过提高电源工作频率来减小储能电感的电感量，达到减小电源体积的目的，但是实际应用中，不可能无限制增大，因为当很大时，电源寄生参数的影响明显增大，开关损耗也加大。因此这就要求对L和的选取折衷考虑，取一最优值，并且当足够大时，应采用软开关技术。这里我们不妨取对应于交错并联双管正激变换器各路频率为100K，此时可以计算滤波电感的感值为，取。
3 结 论
通过以上分析可知，在电流型电火花加工电源中，由于其负载是一个开关型负载，所以滤波电感和电源开关工作频率的设计不同于以往阻性或感性负载的情况，其电感量和开关频率的乘积必须满足一定的约束条件。在满足条件的情况下，适当提高电源工作频率，可以减小滤波电感，从而达到减小电源整机重量、体积的目的。同时，当电源频率较高时，从提高电源效率角度考虑，建议采用软开关技术。
参考文献：
1、丁道宏，《电力电子技术》，北京：航空工业出版社，1995
2、张占松 蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社，1999
3、吴文江，《电流型电火花加工电源研究与工程实现》，南京航空航天大学硕士研究生论文，2002
关键字：电火花加工 变换器 电感 频率
编辑：冰封 引用地址：电流型电火花加工电源工作频率和滤波电感确定方法
电流型电加工电源后级为一电子负载，它在工作时对前级变换器的输出电流进行连续不断的斩波，在整个负载范围内（即对应不同的消电离时间和脉冲宽度组合），可以看作是频率可以调节的电子负载，后级的斩波频率为250K（对应消电离时间和脉冲宽度均2）至1.56K（对应于消电离时间480和脉冲宽度160），负载工作频段极宽，而前级交错并联双管正激变换器的频率是固定不变的，针对这一情况，我们不禁要提出几点质疑：①前后级工作频率配合上是否合理；②前级变换器能否即时对后级电子负载进行能量补充，即前级是否具有足够快的响应速度；③针对前级变换器所带的这种电子负载，我们应该如何对其主要参数进行设计。为了解决这些问题，有必要从前后级的工作原理特点上着手深入研究。
2 工作分析
下图为前、后级变换器的主要电路图。其中电容C的容值很小，它的作用是高压引弧放电。具体过程是这样的：当开关M关断时，由于工件还处于开路状态，所以电感中的大电流给C充电，致使工件两端电压线性急剧上升，直至高压击穿正常放电，此后，电流流经工件进行加工，一直延续到M开通时结束。在此，我们假设前级变换器的开关频率为，后级电子负载开关M的开关频率为，那么和有以下关系：
1）、，即前级的工作频率远高于后级，这种情况对应于后级大脉宽切割。其前后级的主要工作波形如下图所示：
在时刻以前，M管开通，前级输出短路，理想情况下，变压器副边输出极窄的方波，当时刻关断M时，电流经M换流至二极管D，给负载输出电流，由于之前，前级变换器的占空比极小，突加负载后，由储能电感给负载提供部分电流，随着时间的延长，减小，受电流环的限制，前级变换器占空比增加，开始调节，使回升至原值，从这一点，我们可以看到，其实有一个波动过程。另外，如果电流环设计没有达到最优时，那么电流在调节过程中的超调量也很大，调节时间很长，致使加工电流不稳定，影响加工效率。但从M的一个开关周期看来，由于，M的一个周期中，前级变换器将要经历多个周期，即当M关断时， 前级变换器有足够多的周期可以调节，使得稳定。在此，我们假设允许的波动范围为，并假设在M关断后经过n个周期，进入稳定状态，从能量的角度来看，即要保证在这n个周期中，当前级变换器无输出时，电感的储能要满足负载能量需求，数学上，可以用以下关系式表示：
则上式可以简化为
从上式中可以看出，要满足稳定加工，乘积必须满足一定的约束条件。
[page] 2）、，即前级工作频率远低于后级工作频率，对应于后级小脉宽切割。这一情况恰好与情况1）相反，即前级变换器在一个周期内，后级变换器已经经历了个周期，如图3示，在0时刻，前级变换器输出能量，电感储能，假设负载也在此时同时放电切割，由于变压器输出能量大于负载吸收能量，故电感电流上升，在时刻开通M，前级输出短路，零功率输出，电感电流继续上升储能，到时刻关断M，负载又开始放电，重复上述过程，直到时刻，变压器无输出，电感开始释放能量向负载供电，在前级变换器开始下一周期之前，负载吸收的能量全部来自储能电感。通过这个周期的分析我们可以看到，当后级负载经历个周期时，前级变换器仅为一个周期，在这个过程中，前级变换器对负载的突变是无法调整的，这种情况下，前级占空比的大小由负载的平均功率决定，不受负载突变的影响，换句话说，只要负载特性不变，则前级占空比恒定。为保证前级有足够能量供给负载，所以必须在一个周期内，有下式成立：
否则，若不满足上式，则输出电流的波动将变大，影响加工效率和精度。从上式中可以看出，的取值与也有关系。
3）、，适当的消电离宽度和脉宽组合能够使得前后级变换器的频率相等。由于前后级工作时钟的任意性，考虑到最恶劣情况，假设在前级续流时，后级M关断，放电加工。波形如图4所示。和以上分析方法相同，我们保证后级在一个周期内所吸收的能量全部由电感储能提供，如果电感储能过少，将会导致前级输出电流下降较大，使前级在下一工作周期中调节占空比，直至占空比增加到一个适当值，这样以来，输出电流波动大，对加工精度不利，因此我们要求储能电感要满足以下能量约束关系。
理论上，的值取无穷大最好，在满足上式的条件下，减小，则L增大，即当降低前级变换器的工作频率时，就要求加大滤波电感的电感量，这会导致电源体积变大；相反，越高，L可以越小，即可以通过提高电源工作频率来减小储能电感的电感量，达到减小电源体积的目的，但是实际应用中，不可能无限制增大，因为当很大时，电源寄生参数的影响明显增大，开关损耗也加大。因此这就要求对L和的选取折衷考虑，取一最优值，并且当足够大时，应采用软开关技术。这里我们不妨取对应于交错并联双管正激变换器各路频率为100K，此时可以计算滤波电感的感值为，取。
3 结 论
通过以上分析可知，在电流型电火花加工电源中，由于其负载是一个开关型负载，所以滤波电感和电源开关工作频率的设计不同于以往阻性或感性负载的情况，其电感量和开关频率的乘积必须满足一定的约束条件。在满足条件的情况下，适当提高电源工作频率，可以减小滤波电感，从而达到减小电源整机重量、体积的目的。同时，当电源频率较高时，从提高电源效率角度考虑，建议采用软开关技术。
参考文献：
1、丁道宏，《电力电子技术》，北京：航空工业出版社，1995
2、张占松 蔡宣三，《开关电源的原理与设计》，电子工业出版社，1999
3、吴文江，《电流型电火花加工电源研究与工程实现》，南京航空航天大学硕士研究生论文，2002
上一篇：DC-DC转换器中PCB布线寄生电感对于效率的影响
下一篇：高压大功率PS ZVS PWM DC/DC FB变换器数字式移相脉冲发生器
推荐阅读最新更新时间：2023-10-18 16:22
基于EL7558BC的DC/DC变换器的设计与实现
摘要：对HSOP封装的EL7558BC降压型开关整流器芯片的使用特点进行了分析，给出了利用该整流器芯片设计DC/DC变换器的外围电路和设计方法。并通过实验验证了该设计方法。
关键词：DC/DC变换器；EL7558BC；开关整流器
引言
EL7558BCDC/DC变换器芯片是Elantec公司生产的内部集成了MOSFETs的低输入电压（4.5～5.5V），高输出电流（8A）的PWM整流器，效率可达94％。输出电压偏差小于1.5％。最高开关频率可达1MHz，可以设置成固定电压输出(3.5V)或者可调电压输出(1.0～3.8V)。EL7558BC具有尽可能减少外围元器件的高度集成特点，只需少量外围元器件即可工作，从而大大降低了电路
[应用]
基于数字控制的双向直流变换装置的设计
1 引言 双向直流变换器主要应用在小功率场合，由于其电流双向的特点，所以在如船舶电力推进等存在再生制动的大功率推进场合也有广泛的应用前景。通常，电力变换装置控制系统是基于小信号模型的动态校正来完成调节器的设计工作，设计过程复杂。此处将调节器的工程设计法引入到双向直流变换装置调节器的设计中，可简化闭环系统的设计过程。同时，电力变换装置的调节器往往是结构较为复杂的非PID形式。为便于数字调节器的实现，针对所设计的两种复杂结构的调节器的增量式算法进行了推导。构建以TMS320F28335为核心控制单元的直流变换装置，并进行了系统设计的仿真与样机试验。
2 电路拓扑及调节器参数计 2．1 Bi Buck-Boost变换器电路拓扑 通过
[嵌入式]
汽车制造行业对电感式传感器的优化选择 2012-08-15
汽车制造业的发展及现状
汽车产品是一个高度综合的最终产品，其与普通产品有一定的区别，是建立在一个庞大的社会经济系统工程下，需要专业化、社会化，并需要相关工业产品与之配套。近年来，汽车消费市场在中国急速膨胀，从而汽车制造商纷纷扩大自己的生产规模，以适应这个庞大的市场。
汽车生产工艺上来看，近年来，国内汽车制造业的自动化水平大幅提升，明显趋势于提高装配精度、提高生产效率。作为定位及检测手段，多种传感器已经普及到生产线各个环节中，尤其是车厂广泛用于定位的电感式传感器，实时监控着整条线的运行状态。但面对于市场上不同厂家、多系列的传感器，如何选择最适合汽车制造领域应用的产品，成为关键。
电感式传感器产品特性探讨
对于电感式传
[嵌入式]
简易频率合成信号源的制作方法
为了获得频率稳定的方波信号，笔者试制了一个简单的频率合成信号源，其频率范围为1Hz～3MHz。 由于选用的晶振温度系数约为0.2ppm/℃，因而输出频率极为稳定。当气温发生±10℃的变化时，输出频率的变化不超过2ppm。 信号源的电路见附图。 信号源由三块集成电路构成。CD4060和8.192MHz晶振组成参考振荡器，其①脚经内部8192分频输出为1kHz，作为锁相环的参考频率。 集成锁相环电路CD4046组成标准的频率合成电路。其内部压控振荡器一般工作频率是1.2MHz，在本电路中超频使用。⑥、⑦脚间所接电容减小到6.2pF，实际应用中，当电源电压为12V时，可工作到2.7MHz，15V时可工作到3.2MHz。
[测试测量]
TDK开发出高可靠性、车载用功率电感器CLF6045NI-D 系列
支持－55℃～＋150℃的宽温度范围
提高机械强度
符合AEC-Q200
TDK 株式会社（社长：上釜 健宏）开发出车载电源电路用功率电感器CLF6045NI-D 系列，
并将从2015 年2 月起开始量产。
近来年，随着汽车电子化的发展，电子控制单元（ECU）日益增多，在这些电源电路中都会用
到功率电感器。敝社开发出可满足-55℃～+150℃宽温度范围的高效、高可靠性的功率电感器
CLF6045NI-D 系列产品，它们能够对应使用条件最为严格的发动机舱内的严酷环境。
该系列产品符合AEC-Q200。并且，凭借敝社独
[电源管理]
基于高速串行BCD码除法的数字频率计的设计
摘要：介绍了在PPGA芯片上实现数字频率计的原理。对各种硬件除法进行了比较，提出了高速串行BCD码除法的硬件算法，并将其应用在频率计设计中。
关键词：频率测量 周期测量 FPGA VHDL 状态机
数字频率计是计算机、通讯设备、音频视频等科研生产领域不可缺少的测量仪器。采用VDHL编程设计实现的数字频率计，除被测信号的整形部分、键输入部分和数码显示部分以外，其余全部在一片FPGA芯片上实现，整个系统非常精简，而且具有灵活的现场可更改性。在不更改硬件电路的基础上，对系统进行各种改进还可以进一步提高系统的性能。该数字频率计具有高速、精确、可靠、抗干扰性强和现场可编程等优点。
在设计中，所有频段均采用直接测频法对信号频率进行测量，
[半导体设计/制造]
采用 3D 堆叠式电感器封装的 40A µModule 稳压器
加利福尼亚州米尔皮塔斯 (MILPITAS, CA) – 2016 年 11 月 28 日 – 凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出40A 降压型µModule® (微型模块) 开关稳压器 LTM4636，该器件采用 3D 结构的小型封装，允许更快速地散热并以更低温度运行。LTM4636 在 16mm x 16mm BGA 封装顶部叠置了电感器，可受益于作为散热器使用的裸露电感器，允许从任意方向与气流直接接触以冷却该器件。LTM4636 提供 40W (12VIN、1VOUT、40A、200LFM) 时，温度仅比环境温度升高 40°C。在环境温度高达 83°C 时，可提供 40W 满功
[电源管理]
3V/5V低功耗同步电压频率变换芯片AD7740
摘要： AD7740是一种CMOS型低功耗单通道单终端同步电压频率转换芯片，它具有缓冲和非缓冲两种模式。工作范围宽，对外部元件要求小，输出频率准确，无须调整或校准。可广泛用于各种A/D转换系统，并可以和AD22100S温度传感器构成数字式环境温度指示器等电路。文中介绍了AD7740的结构、特点、功能、原理和几种典型的应用电路。
关键词： AD7740
同步 电压频率转换
1 概述
AD7740是一种低成本的超小型同步电压频率转换芯片（VFC），该芯片的工作电压范围是3.0～3.6或者4.75～5.25V；工作电流为0.9mA。AD7740有8脚SOT-23和8脚小型SOIC两种封装形
[应用]
很全的电子元器件基础知识讲义
光储充系统三电平变换器优化调控策略研究
Verilog HDL数字集成电路设计原理与应用
小广播
热门活动
换一批
更多
Vishay线上图书馆
- 选型-汽车级表面贴装和通孔超快整流器
- 你知道吗？DC-LINK电容在高湿条件下具有高度稳定性
- microBUCK和microBRICK直流/直流稳压器解决方案
- SOP-4小型封装光伏MOSFET驱动器VOMDA1271
- 使用薄膜、大功率、背接触式电阻的优势
- SQJQ140E车规级N沟道40V MOSFET
最新电源管理文章
- Vishay 推出新款精密薄膜MELF电阻，可减少系统元器件数量，节省空间，简化设计并降低成本器件采用0102、0204和0207封装，TCR低至 ±15 ppm K，公差仅为 ±0 1 %，阻值高达10MW美国宾夕法尼亚MALVERN、中国上海—2024年12月19 ...
- 【“源”察秋毫系列】DC-DC电源效率测试，确保高效能与可靠性的关键步骤DC-DC电源转换器在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，从便携式电子产品到工业控制系统，其应用范围广泛。为了确保这些设备的高效能与可 ...
- Bourns推出全新高效能、超紧凑型气体放电管 (GDT) 浪涌保护解决方案Bourns®GDT21 系列具备业界领先的瞬态电压保护功能，为空间受限的工业和通讯应用提供先进的浪涌防护2024年12月3日 - 美国柏恩 Bourns ...
- TDK推出新的X系列环保型SMD压敏电阻TDK株式会社宣布推出五款新型 SMD 多层压敏电阻 (MLV)。作为行业创新产品，这些元件具有减少碳足迹 (CO2) 的特点，同时满足严格的汽车 ...
- 直角照明轻触开关为复杂电子应用提供定制性和多功能性可实现电信、数据中心和专业音频 视频设备市场的无缝集成芝加哥2024年12月17日讯--Littelfuse公司 是一家工业技术制造公司，致力于促进可 ...
- 南芯科技升降压充电芯片在三种储能场景中的应用
- CCPAK1212封装将再次提升Nexperia功率MOSFET的性能表现
- 无辅助绕组 GaN 反激式转换器如何解决交流/直流适配器设计难题
- FSG中国正式成立，推动嵌入式功能安全迈向新高度
更多精选电路图
更多热门文章
更多每日新闻
更多往期活动
厂商技术中心
京公网安备 11010802033920号