如何设计大容量开关电源

最新更新时间:2013-02-24来源: 互联网关键字:设计  大容量  开关电源 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
在通讯、电力领域,要求的直流电源系统输出的电流电压各不相同。对于大容量电源系统,往往采用多个同一电压等级的小容量电源模块并联的方法来实现,但如果并联的电源模块太多,就不利于均流和可靠性,因此用户迫切要求大容量电源模块的出现,基于这种背景作者开发了大容量开关电源。

  目前的大容量开关电源一般是由主电路、控制电路组成,而智能化开关电源,往往还有微机构成的数控系统--在实现智能化功能的同时,还对开关电源的一些关键参数及各种故障信号进行检测传送给上位机,同时上位机的一些控制量也可通过微机系统对开关电源的输出电压、电流进行控制,本文采用PIC单片机作为开关电源智能化的核心引导控制电路和主电路进行工作。

  大容量开关电源主电路中的逆变电路一般为H桥式结构,可以采用硬开关方式或软开关方式,这2种方式在国外优秀的大容量开关电源中都在广泛应用。在本电源中为了简化电路结构和生产工艺,采用了硬开关技术。但是,硬开关的开关损耗大于软开关的开关损耗,因此,要合理选择工作频率和损耗较小的开关器件至关重要。如果设计合理,硬开关技术仍然极具生命力。

  由于开关电源常用的控制方法、主电路结构形式及其相关技术已经非常成熟,因此本文仅对大容量开关电源设计中的几种新技术进行介绍:PFC技术、工作稳定性、多电源并联均流。

  2 功率因数校正电路的设计

  大容量开关电源的进线一般为三相380VAC,为了减少谐波,直流电源系统往往在进线侧统一加无源滤波。为了提高功率因数,每一电源模块在输入侧增加了三相单开关PFC电路。当输入侧的交流电压变化土20%时,整流后的直流电压变化土20%,经过PFC控制就可以使一次侧直流母线电压基本保持在670VDC,这样在提高功率因数的同时还可以减小后级逆变变压器的体积。

  三相单开关PFC主电路一般有2种方案:

  (1)图1(a)所示的主电路,其控制方式类似于单相PFC,采用了UCl854高频有源PFC专用控制芯片,三相桥式整流后的每周期6波头电压,分压输入到UCl854作为电流给定信号,UCl854通过对开关S的通断控制,使通过电感乙的电流也是每周期6波头,这样,每相的电流波形虽然不能逼近正弦波,但功率因数得到很大的提高,谐波减少。

  (2)如图1(b)的电路,在三相进线端分别加电感,当S闭合时,三相电源通过S分别为3个电感激磁,电感电流从零线性上升;当S关断时,电感电流逐渐降为0,在一个载波周期里,电感电流近似为三角波,但每相的平均电流与输入电压成正比,进线每相电流的峰值包络线自然而然地形成正弦波,而且电流相位与电压相位一致,校正了功率因数。比较图1(a)和图1(b),图1(a)中只用了一个电感,结构简单,在设计的电源中得到应用。

  

  3 斜波补偿及工作稳定性分析

  控制电路的核心是电流型双路推挽输出的UC3825,电源中所有的故障、启停都可通过控制芯片的启停来实现。控制电路包含了输出电压、电流控制器;电网输入的过压、欠压、缺相保护;输出直流电源的过压、短路保护;散热器的过温保护;风扇的智能驱动及故障检测;几组模拟电压、电流给定信号的自动切换,微控板可以检测到所有的信号。如果说主电路的设计优劣关系到整机可靠性的话,那么,控制电路将直接影响到输出直流电源的品质。控制主芯片UC3825为电流型器件,所有电流型PWM控制器件有一个共同的特点:当反馈电流大于内部给定电流时立即关断所驱动的器件。这样,当反馈电流的波形前沿有毛刺时很容易引起系统的不稳定。解决的方法有:

  (1)在电磁式电流互感器两端并接电容去掉毛刺;

  (2)充分利用器件特性,在器件的电流输入端和振荡器斜波输入端并接电容、阻容。

  事实证明:这两种方法都能克服系统的不稳定。

  根据主电路方案及性能要求,输出电流、输出电压采用双路并联控制方式,其中电流环为比例一积分控制的单环系统,电压环为双闭环系统,内环为电流环,外环为电压环,采用比例一积分一微分控制方式。动态结构图如图2所示,虚线框内是电流环的动态结构图。

  图2中A,B分别为电流电压反馈系数,其他参数对应各自环节的物理量。

  

  根据动态结构图,设计出调节器的参数,可以得到优异的静、动态性能。

  4 均流措施

  用户要求直流电源系统输出的电流各不相同。对于大电流系统,往往采用较小电流的电源模块并联集成,这就要求电源模块并联工作时能够很好地均流。目前,均流方法的发展方向是自主均流,自主均流的原理如图3(a)所示,2脚为电流取样输入端,经过A1放大后输出给A2同相放大,A2输出的7脚正是均流母线的正端,如果当并联的所有电源模块的均流母线正端接在一起、负(6脚)端全部接地时,如图3(b)所示,那么均流母线正端的电压值反映的是并联各模块中的电流最大值。由于二极管的单向导电性,只有电流最大的模块中的二极管才导通。正常情况下,各模块分配的电流是均衡的。如果负载等外界因素发生变化使各模块分配的电流不均衡,那么,总有一个模块的电流最大,自动成为主模块,其他模块成为从模块,通过图3(a)的A3,A4放大器输出端3脚的电压值,改变各自模块PWM控制信号宽度,跟踪主模块的电流基准,以达到与主模块均流的目的。UC3902是较好的均流器件,图3(a)的管脚与UC3902一致。在使用中需要注意的是第5脚要接电阻、电容到控制地,而且电阻阻值较小,电容值较大。目的是为了使均流调节慢于电压环、电流环的调节,否则,可能导致电源系统不稳定。

  

  5 实验结果及结论

  通过对3台20A/200V和1台30A/220V电源的测试,其性能如表1所示。

  

  从性能指标及测试结果可以看出,整个电源的各项指标都达到了很高的水准,说明设计是合理的、先进的。

关键字:设计  大容量  开关电源 编辑:神话 引用地址:如何设计大容量开关电源

上一篇:开关电源啸叫的原因探讨
下一篇:DIALOG半导体为下一代基于英特尔ATOM处理器的平板电脑提供关键的系统电源管理能力

推荐阅读最新更新时间:2023-10-13 10:57

Altair 电池设计工具开发联盟正式发布,助力新能源汽车发展
宁德时代、比亚迪、中国汽车工程研究院强势加盟 助力新能源汽车发展,提升续航里程的同时,保证安全性能 2022年10月27日, Altair (纳斯达克股票代码:ALTR)在 Change Tomorrow, Together 系列——华南地区用户大会中成功举办 Altair Battery Designer 电池设计工具开发联盟(简称:ABD)启动仪式。宁德时代、比亚迪锂电池有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司作为联盟成员代表出席了本次仪式。 左起中国汽车工程研究院股份有限公司汽车安全技术中心性能开发室室主任史爱民、上汽通用五菱CAE经理吴龙质、比亚迪锂电池有限公司仿真技术部经理雷松博士、Altair汽车行业总监
[汽车电子]
Altair 电池<font color='red'>设计</font>工具开发联盟正式发布,助力新能源汽车发展
基于DM6446的变焦成像系统设计
    随着数码相机技术的快速发展,数字成像系统已经广泛应用于工业检测、公共安全以及生活的各个方面。数字成像系统利用图像传感器获取图像信息,经过处理之后形成数字图像和视频。数字成像系统通常可分为定焦成像系统和变焦成像系统,变焦成像系统使用变焦距镜头,从而通过对镜头的控制实现对不同物距下的景物成像。 1 系统设计     变焦成像系统由镜头部分、图像采集部分、微处理器以及存储显示部分组成,整个系统的结构原理框图如图1所示。景物通过镜头成像在CMOS图像传感器上,像素单元的电荷信号经处理并A/D转换后成为数字信号。本系统采用DaVinci系列DM6446微处理器,CMOS获取的图像信号通过视频输入接口进入视频处理前端,在DM6446处
[嵌入式]
Altium为电子产品设计提供可编程器件选项
Altium 宣布推出一款专门针对高性能信号处理 FPGA 应用的最新子板,从而进一步丰富了面向桌面 NanoBoard 可重构硬件开发平台的可编程器件选项。 该新型子板采用 Xilinx Virtex-4 系列的 XC4VSX35-10FFG668C 器件,并采用 668 球栅列阵封装,并配备有可充分满足应用使用需求的板载存储器以及用来存储电路板识别数据的 1-Wire 存储器器件。 新型子板可配合 Altium 已经推出的其它 Xilinx 子板使用,这些器件包括 Virtex-4 (LX)、Spartan-3、Spartan-3A 以及 Spartan-3AN 等。 上述 FPGA
[嵌入式]
容量无线传输技术中高性能DSP启动方法
1 引言 在极低谱密度,高频谱利用率的大容量无线传输技术中,高速实时信号处理成为技术的 关键。目前市场上,能满足对高速实时信号处理的需要有具有良好的可编程性的器件主要有 DSP 和FPGA。 TMS320C6000 系列DSP 是TI 公司推出的一种高性能的数字信号处理器,包含定点和浮 点两个系列,其中定点系列包括TMS320C62xx 和TMS320C64xx,浮点系列包括TMS320C67xx。 C6000 系列DSP 有三种启动方式: (1) 主机启动 如果选择主机启动模式,在复位信号结束后,DSP 的CPU 被内部“阻塞”而其他部分都 被释放。在此期间,一个外部的主机在必要时可以通过主机
[嵌入式]
基于FPGA的电机智能驱动控制系统设计
 智能驱动器以及许多汽车和 ISM 厂商正面临着满足新的市场需求和不断发展的标准要求所带来的重重挑战。在现代工业和汽车应用中,电机必须具有高效、低噪声、速度范围宽、可靠性高、成本合理等特性。在当今工厂里,电机驱动型设备占总耗电量的三分之二,因此开发能效更高的系统势在必行。由于在许多情况下驱动器只是大规模工艺的一个组件,因此互操作性也是一项关键的设计要求。而影响这种要求的关键因素是工业网络协议的宽度(即现场总线)和相关器件特性,因为它们用来标准化驱动器在网络中的表达。现场总线(比如 CAN 和 Profibus)自身千差万别,虽然都属于现场总线,但是实际上并不具有互换性。为了降低成本和改善工业控制器之间的通信,现场总线提供商已经开
[嵌入式]
基于FPGA的电机智能驱动控制系统<font color='red'>设计</font>
实物图曝光,苹果35W双口USB-C充电器采用扁造型设计
此前,9to5Mac 发现了一份泄露的支持文件,苹果可能计划在不久的将来推出一款双口 35W USB-C 充电器。而 ChargerLAB 也分享了据称是该 35W 双口 USB-C 充电器的渲染图。   随后,推特博主 @Majin Bu 放出了一个更加有力的证据,他晒出了号称是这款充电器的实拍图。从图中可以看到,这款充电器与上面的渲染图基本一致,采用扁造型设计,双 USB-C 接口采用横向排列,但两侧没有凹槽设计。   IT之家了解到,早在 3 月初,分析师郭明錤就在推特上透露了一款新的 30W 充电器,采用氮化镓 GaN 技术,可以实现更小、更轻的外形尺寸。郭明錤表示,这款充电器“接近量产”,将于 2022 年某
[手机便携]
3.3V供电的RS485接口远距离数据通信电路设计
  在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域中,通常使用串行通讯方式进行数据交换。最初的RS232接口,由于外 界应用环境等因素,经常因电气干扰而导致信号传输错误。除此之外,RS232接口只能实现点对点的通信方式,不具备联网功能,而且其最大传输距离仅有15 米,不能满足远距离通讯要求。RS485则解决了这些问题,数据信号采用差分传输方式,最大传输距离约为1219米,允许多个发送器连接到同一条总线上。考虑到节能、低功耗等原因,系统电压由传统的5V转为3.3V,因此3.3V供电的RS485接口应运而生。    RS-485标准概述   RS-485数据信号采用差分传输方式,收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当线路A高于线路
[电源管理]
3.3V供电的RS485接口远距离数据通信电路<font color='red'>设计</font>
热量管理和车身底盘系统设计技术
早在20世纪80年代, 隔热板 就被用于屏蔽高温源,尤其是汽车 排气系统 的蒸气增压器和催化转化器等零件散发出来的热量。热量的调节具有局部的特征,这使得热量单独地聚集于发动机舱和车身底部的单个零部件上,而这里恰好是受热最严重的部位。   车辆的优化使得排气系统与车身结构之间的距离进一步缩短,隔热板的绝热作用就显得更为重要了。   新型隔热板是车身底部整体解决方案的一部分,它不仅仅考虑单一的热传递问题,而且是采用整体方案综合考虑问题的所有方面。例如,在“车身底部”整体系统内,除热辐射和热传导外,热对流的作用也突显出来。新型隔热板在设计上就考虑了热对流的需要。   出于声学和空气动力学的考虑,发动机舱引入了下护罩,空气通
[焦点新闻]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关:

词云: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

北京市海淀区中关村大街18号B座15层1530室 电话:(010)82350740 邮编:100190

电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved