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WEDM脉冲电源变换器实现方法 |
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日期:2009-6-11 9:33:46 |
本文提出了一种WEDM用双管正激交错并联结构的DC/DC变换器设计方案,其采用并联结构,功率管工作在同样频率下,但输出电压频率提高了一倍。两路并联使得输出电压占空比也增加了一倍,其整流侧输出电压占空比可以在0~1之间变化,提高了电路响应速度;在同样输出电流的情况下,整流、续流二极管平均电流减小,有利于选取反向恢复时间更短的快恢复二极管。 DC/DC变换器设计的最中心工作就是设计高频变压器。为了满足在输入电压变化范围内都能够得到所要求的输出电流,高频变压器的变比应按输入电压最低,输出功率最大情况来选择。此种情况下,变换器工作在最大占空比状态,且电源工作在放电周期里。实际的电路中由于高频变压器存在漏感,回路中还有引线电感,在开关管关断瞬间会引起较大的电压尖峰。因此,选用开关管反向耐压应留有足够的裕度。本设计选用IR公司的功率MOSFET IR460。浪涌电流主要是由滤波电容充电引起的。在开关管开始导通的瞬间,电容对交流电呈现出很低的阻抗。设计时必须在电源的输入端采取一些限流措施,将浪涌电流减小到允许的范围之内。本设计采用热敏电阻技术限制浪涌电流。选取合适的热敏电阻,可以保证在负载电流达到稳定状态时,热敏电阻的阻值最小。 一般情况下,交流电网上的电压为115V或230V左右,但有时也会有高压的尖峰出现。虽然电压尖峰持续的时间很短,但是它却有足够的能量给开关电源的输入滤波器、开关晶体管等造成致命的损坏。最通用的抑制干扰高压器件是金属氧化物压敏电阻瞬态电压抑制器。将压敏电阻并联在输入交流电压两端。当高压尖峰瞬间出现在压敏电阻两端时,它的阻抗急剧减小到一个值,高压从其上经过,从而消除尖峰电压使输入电压达到安全值。控制电路包括调压控制和保护两部分。变换器是一闭环调节系统,所以与一般调节系统一样,要求控制电路应具有足够的回路增益,能在允许的输入电网电压、负载及温度变化范围内,输出电压稳定度达到规定的精度要求,即静态精度指标。同时,还必须满足动态品质要求,如稳定性及动态响应性能。因此,需要加适当的校正网络或采用多反馈技术。要满足获得额定的输出电压及调节范围的要求。此外,还应具有软启动功能及过压、过流等保护功能。必要时还要求实现控制电路输出与反馈输入之间的隔离。 为保持变换器的输出电压稳定,通常采用占空比控制技术。改变占空比的调节方式有脉宽调制(PWM)和脉频调制(PFM)两种方式。脉宽调制是在工作频率不变情况下,通过改变晶体管或场效应管导通时间或截止时间来改变占空比,应用较普遍。脉频调制是采用恒定导通时间、可变截止时间或恒定截止时间、可变导通时间来实现占空比的改变。过去,控制电路中各单元电路多采用分立元件及单片集成块。随着微电子技术的发展,近年来已研制出各种集成脉宽调制控制器,这些集成块包含了控制电路的全部功能,只需加少量元件就能满足要求。这不仅简化了设计计算,且大幅度地减少了元器件数量和连接焊点,使变换器的可靠性大大提高。 功率MOSFET是一种电压控制器件,没有少数载流子的存储效应,输入阻抗高,因而开关速度可以很高,驱动功率小。但为了得到最佳控制性能,需要精心设计驱动电路。根据要求该驱动电路采用两对图腾柱式推拉驱动。
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