低电压输入DC/AC变换器模块

    摘要：介绍在低电压输入下工作的低频交流模块的工作原理、应用范围和技术指标。

    关键词：开关电源  方波  脉宽调制

1 引言

高频开关电源作为一种比较新型的稳压电源具有效率高、体积小、重量轻等优点。因此在国内外电子仪器、仪表及家用电器方面得到广泛应用，其产品发展迅速，市场前景广泛。目前高频开关电源可分为三大类：交流/直流变换器即整流电源，直流/直流变换器即各种高低压直流电源的转换，直流/交流变换器即逆变器、铃流发生器等，其中整流电源和直流变换器市场占有份额相当大，目前主要问题是如何进一步提高效率、减小模块体积和控制保护智能化。逆变器市场占有率较低，而铃流发生器在通信系统和声纳系统中的应用则比较多。本文介绍的低输入直流/交流变换器模块是在低电压下工作的铃流发生器，用以开拓低压铃流的新品种供电子科技人员设计新品时参用。

2 模块外形结构及接线

2．1 模块外形

模块外形图见图1。

2．2 应用接线

应用接线见图2。

3 电路原理

电路原理见图3。

IC1、V1、L1、D1等组成高频振荡电路产生高电压，供脉宽调制集成电路工作，推动V3工作在开关状态，通过变压器升压、整流输出正负高电压，R15、R16、R17、V7、D13、IC4组成取样比较放大电路反馈到脉宽调制器中进行稳压控制。IC3、C13、R19、D12、R20产生低频方波，推动V5、V6工作，使输出两端形成连续的25Hz、有效值为75V的方波。D4、D5、L2、C2给IC2供电，保证V3正常工作，并通过V2、D3、R1、R6组成的电路关闭IC1，使其停止振荡，R11、R12、C8组成过流检测电路进行过载保护，D10、D11、L5、C12组成低压电源供给IC3方波发生器和比较放大器工作，D14、D15可防止V5与V6同时导通。

电路设计要点如下：

（1）低压工作选择

由于目前通用的脉宽调制集成电路在5V左右不能工作，必须在大于8V的工作电压下才能产生振荡脉冲，同时V3也要求一个大于5V的栅极控制电压，故设计一个串联型开关电源给IC2供电，IC1的3脚为振荡输出端，通过R4、R5、V1放大，产生幅值为2Ui的电压，经过D1、C2整流滤波后形成约9V的直流电压。当IC2正常工作时为节省电流，设计一个关闭电路，关闭IC1振荡（IC1的4脚为开关控制端，低电平关闭，高电平振荡）。当整个电路正常工作时IC2电源电压高于10V，使稳压二极管D3工作，触发V2全导通将IC1的4脚处于低电平。

（2）输出稳压设计

由于方波输出空载到满载时，输出有效值变化很大，空载时峰值高达200V以上，容易损坏负载，为了安全和降低元器件成本（降低V5、V6的反压值），采用稳压电路控制峰值在空载时不超过150V，为了降低功耗和缩小体积，IC4和R17的正电压端接在IC3供电的电平上，由于高电压的稳定使辅助电源也比较稳定，保证IC3正常工作。

（3）方波产生及稳频

本电路的方波产生是通过555时钟电路IC3、R19、R20、D12和C13组成，D12构成放电回路，C13、R19、R20组成低频振荡电路并决定振荡频率，其中R19与R20决定导通、截止的时间比率，在设计时通过调整波形选择好合适的阻值，使之导通时间与截止时间相等。在稳频过程中，由于电阻的热稳定性比较好，则25Hz低频受C13影响很大，因为C13电容值较大，易受温度影响使电容量变化（满载时模块的温度高于空载），通过反复选择试验，最终选用稳定性好的聚丙烯电容使输出频率稳定在允许的范围内。

4 电性能介绍

输入电压＋5V±5％

输出电压75V±10％（有效值）

输出频率25Hz±3Hz（方波）

输出功率7.5W

效率70％

输入输出隔离电压≥500V

通过电性能测试满足使用需要，如果需要更精确的低频方波可选择更好的方形波发生器。

5 应用及注意事项

目前该模块已小批量生产，应用于低压工作下的车载指挥通信系统中，满足上机使用要求。在使用过程中无须外接散热板，模块外引脚应紧贴基板焊接，远离热源，输入电源线粗一些，若线路过长应在模块输出端附近接一个大电解电容器，以避免输出不正常和产生高频辐射影响其它电路工作。根据这一电路模式可开发系列的DC/AC变换器。