kw高穩(wěn)定度電源模塊概述

1、5kW高穩(wěn)定度電源模塊概述1引言隨著微機(jī)在電力系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用，相應(yīng)對(duì)直流電源也提出了更高的要求，于是高頻開關(guān)電源開始被電力系統(tǒng)所采納。目前國(guó)內(nèi)所生產(chǎn)的高頻開關(guān)電源模塊，單機(jī)功率普遍小，用于小容量直流系統(tǒng)，性能價(jià)格比絕對(duì)占優(yōu)勢(shì)，可靠性也比較高。而對(duì)于大容量直流系統(tǒng)，就必須并聯(lián)許多模塊，這樣一方面使直流系統(tǒng)的可靠性大大降低，另一方面使造價(jià)升高，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，便無(wú)優(yōu)勢(shì)可言了。在這種形勢(shì)下，就需要單機(jī)容量大的開關(guān)電源，本文介紹的開關(guān)電源，正是

2、為此而設(shè)計(jì)的。2控制電路本電源控制電路采用的是MOTOLOLA公司生產(chǎn)的TL494芯片，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示。TL494是一個(gè)固定頻率的PWM控制電路，適用于設(shè)計(jì)所有的（單端或雙端）開關(guān)電源典型電路，其主要性能如下：1）輸入電源DC7～40V，可用不穩(wěn)壓電源作輸入電源，從而使輔助電源簡(jiǎn)化。TL494末級(jí)兩只功率管在7～40V范圍內(nèi)工作時(shí)，最大輸出電流可達(dá)250mA。因此，其負(fù)載能力較強(qiáng)，即可按推挽方式工作，也可將兩路輸出并聯(lián)工作，

3、小功率時(shí)可直接驅(qū)動(dòng)。2）內(nèi)部有5V參考電壓，使用方便，參考電壓短路時(shí)，有下垂保護(hù)特性。3）內(nèi)部有一對(duì)運(yùn)算放大器，可作反饋放大器及保護(hù)之用，控制很方便。4）在高頻開關(guān)電源中，輸出方波必須對(duì)稱，在其它一些應(yīng)用中，又需要方波人為不對(duì)稱，即需控制方波的占空比，通過對(duì)TL494第4腳（死區(qū)時(shí)間控制端）的控制，即可調(diào)節(jié)占空比，還可作輸出軟啟動(dòng)保護(hù)用。5）可以選擇單端，并聯(lián)及交替三種方法輸出。對(duì)照?qǐng)D1可以看出TL494芯片的腳1及腳2為運(yùn)算放大器輸入

4、，本電路作電壓反饋，腳1為反饋輸入，腳2在腳14上通過電阻從內(nèi)部基準(zhǔn)電壓5V取分壓，作為與腳1比較的基準(zhǔn)。腳3為補(bǔ)償校正，為PWM比較器輸入，接入電阻及電容可以抑制振蕩。腳4為死區(qū)控制，加在腳4上的電壓越高，死區(qū)寬度越大。當(dāng)其接地時(shí)，死區(qū)為零，即全輸出，當(dāng)其接5V時(shí)，死區(qū)最大，無(wú)輸出脈沖。利用此特點(diǎn)，在腳4與腳14間接一電容，可達(dá)到輸出軟啟動(dòng)的目的，還可以做短圖1TL494方框圖IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路密切地關(guān)系到其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門極電

5、路的正偏壓UGS、負(fù)偏壓－UGS和門極電阻RG的大小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓，開關(guān)時(shí)間，開關(guān)損耗，承受短路能力以及dvdt等參數(shù)均有不同程度的影響。設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的一些注意事項(xiàng)如下：1）連線長(zhǎng)度應(yīng)盡量減少與IGBT模塊各管腳的連線長(zhǎng)度，尤其是門極引線的長(zhǎng)度。如果實(shí)在無(wú)法減少其長(zhǎng)度，可以用小磁環(huán)或一個(gè)小電阻與門極串聯(lián)。這兩個(gè)元件應(yīng)盡量靠近模塊門極，它們可以消除寄生震蕩。2）精心布局器件盡量作到完全對(duì)稱，連線盡量同長(zhǎng)度并且盡量減短加粗，盡可能用

6、多股絞線。3）泄放電阻在IGBT的門極與源極之間，應(yīng)加11kΩ的泄放電阻。4）正偏電壓UGS的影響當(dāng)UGS增加時(shí)，開通時(shí)間縮短，因而開通損耗減少，UGS的增加雖然對(duì)減小通態(tài)電壓和開通損耗有利，但是UGS不能隨意增加，當(dāng)增加到一定程度后，對(duì)IGBT的負(fù)載短路能力以及dvdt有不利影響，本電路采用UGS=15V。5）負(fù)偏電壓－UGS的影響負(fù)偏電壓是很重要的門極驅(qū)動(dòng)條件，它直接影響IGBT的可靠運(yùn)行。過高的dvdt會(huì)產(chǎn)生較大的位移電流，使門極

7、源極之間的電壓上升，并超過IGBT的門極閾值電壓，于是產(chǎn)生一個(gè)較大的漏極脈沖浪涌電流，過大的漏極浪涌電流會(huì)使IGBT發(fā)生不可控的擎住現(xiàn)象，為了避免IGBT發(fā)生這種誤觸發(fā)，可在門極加反向偏置電壓，本電路加－UGS=－12V。6）門極電阻的影響門極電阻選用的原則為，在開關(guān)損耗不大的情況下，應(yīng)選用較大的門極電阻，但當(dāng)門極電阻增加時(shí)，IGBT的開通與關(guān)斷時(shí)間增加，進(jìn)而使每脈沖的開通能耗EON和關(guān)斷能耗EOFF也增加，所以綜合考慮本電路采用51

8、Ω。圖2功率變換部分電路圖5kW高穩(wěn)定度電源模塊概述5功率變壓器功率變壓器是開關(guān)電源的“心臟”，它的選材、計(jì)算及繞制方法等，將關(guān)系到所設(shè)計(jì)開關(guān)電源的成敗及性能的好壞，必須給予高度重視。無(wú)論是處于主充還是浮充狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)輸入電壓最低，穩(wěn)壓電源輸出滿載時(shí)，變壓器必須仍能滿足穩(wěn)壓系統(tǒng)的正常工作。6濾波電路輸出電感的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的輸出電感，不僅可以使開關(guān)電源的體積減小，節(jié)約原材料，使之具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，而且更重要的是，它既可以存儲(chǔ)能量，以便在