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工程師技術分享:基于BUCK調壓的小功率高壓電源

作者: 時間:2014-01-24 來源:網絡 收藏
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本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/226653.htm

當開關S斷開后,由于電感電流不能突變,失去外加激勵趨于下降的電感電流在電感L兩端產生感應左正右負的感應電勢,這一感應電勢將克服電容器電壓使二極管D承受正偏導通,形成L→C、R→D→L的續流回路。

開關閉合時電感電流增加,開關斷開時電感電流下降,電容的充、放電電流在一個周期內的平均值等于零,即:在電容充電電流大于零。(2)主開關管及續流二極管的選擇

VDMOS管為電壓控制器件,驅動容易,沒有二次擊穿現象,熱穩定性好,安全工作區(SOA)大,開關速度快,開關損耗小,就目前VDMOS管的制造水平,在高頻中范圍,尤其在高電壓小電流或低電壓大電流應用場合,VDMOS管具有很高的性能價格比,值得優先選用。本設計Ui

=300V,ILM=1A,功率開關屬于高電壓小電流工作,實際選用的功率場效應管型號是IRF840,其主要參數如下:

最大反壓VDSVDS:500V

連續工作電流ID:8A

峰值電流IDM:32A

導通電阻Ron:0.85Ω

開通時間ton:lOns

關斷時間toff:9ns

續流二極管的正向額定電流必須大于最大負載電流,耐壓必須大于輸入電壓,且留有余量,此外,另一個根重要的考慮是為減因漏感和引線電感產生的尖峰電壓,續流二極管宜采用反向恢復時間短,具有軟恢復特性的肖特基二極管(SBD),實際采用的型號是FR307,其反向電壓為700V,正向額定電流為3A。

(3)仿真波形圖

BUCK電路如圖3所示,電路采用串聯開關降壓式結構,其中Q為功率場效應管MOSFET。ton期間,控制信號使Q導通,電流增大,電感儲能;toff期間,Q關斷,電感電流經續流二極管D向負載釋放能量。對BUCK部分進行仿真,得到如下波形:

如圖4所示,Buck電路的輸出電壓保持在140V左右,電感電流呈現脈動形狀,在開關閉合時電感電流增加,開關斷開時電感電流下降。開關頻率為100kHz,占空比為45%。

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(1)半橋逆變電路工作原理半橋逆變電路原理圖如圖5所示,它有兩個橋臂,每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯二極管組成。在直流側接有兩個相互串聯的足夠大的電容,兩個電容的聯結點便成為直流電源的中點。負載聯接在直流電源中點和兩個橋臂聯結點之間。

設開關器件V1和V2 的柵極信號在一個周期內各有半周正偏,半周反偏,且二者互補。當負載為感性時,其工作波形如圖6所示。輸出電壓uo 為矩形波,其幅值為Um=Ud/2。輸出電流io 波形隨負載情況而異。設t2時刻以前V1為通態,V2為斷態。t2時刻給V1 關斷信號,給V2開通信號,則V1 關斷,但感性負載中的電流io不能立即改變方向,于是VD2導通續流。當t3時刻t0降為零時,VD2截止,V2開通,io 開始反向。同樣,在t4時刻給V2關斷信號,給V2開通信號后,V2關斷,VD1先導通續流,t5時刻V1 才開通。各段時間內導通器件的名稱標于圖6的下部。當V1或V2 為通態時,負載電流和電壓同方向,直流側向負載提供能量;而當VD1或VD2 為通態時,負載電流和電壓反向,負載電感中貯藏的能量向直流側反饋,即負載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側。反饋回的能量暫時儲存在直流側電容器中。直流側電容器起緩沖這種無功能量的作用。因為二極管VD1、 VD2 是負載向直流側反饋能量的通道,故稱為反饋二極管;又因為VD1和VD2 起著使負載電流連續的作用,因此又稱為續流二極管。

當可控器件是不具有門極可關斷能力的晶閘管時,必須附加強迫換流電路才能正常工作。

半橋逆變電路的優點是簡單,使用器件少。其缺點是輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud /2,且直流側需要兩個電容器串聯,工作時還要控制兩個電容器電壓的均衡。因此,半橋逆變電路常用于幾KW以下的逆變電源。

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