高頻開關(guān)電源
2018/3/15
高頻開關(guān)電源,我們?nèi)粘9ぷ髦幸卜Q高頻開關(guān)電源整流模塊(也稱為開關(guān)型整流器SMR),通過MOSFET或IGBT的高頻工作,高效,節(jié)能,工作效率達(dá)到90%以上,實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。
高頻開關(guān)電源(也稱為開關(guān)型整流器SMR)通過MOSFET或IGBT的高頻工作,開關(guān)頻率一般控制在50-100kHz范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)高效率和小型化。近幾年,開關(guān)整流器 的功率容量不斷擴(kuò)大,單機(jī)容量己從48V/10A、48V/20A擴(kuò)大到48V90A/48V100A/48V200A、48V600A,甚至3000A
高頻開關(guān)電源是傳統(tǒng)整流器(硅整流器 ,可控硅整流器)的升級(jí)替代產(chǎn)品。高頻開關(guān)電源以使用方便,體積小,效率高,工作穩(wěn)定,鍍層細(xì)致等{jd1}的優(yōu)勢(shì)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。廣泛使用于電鍍,電解,氧化等表面處理行業(yè),并得到新老客戶的一致好評(píng)。
開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn),在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。但由于開關(guān)電源的控制電路比較復(fù)雜、輸出紋波電壓較高,所以開關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定的限制。
電子裝置小型輕量化的關(guān)鍵是供電電源的小型化,因此需要盡可能地降低電源電路中的損耗。開關(guān)電源中的調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài),必然存在開關(guān)損耗,而且損耗的大小隨開關(guān)頻率的提高而增加。另一方面,開關(guān)電源中的變壓器、電抗器等磁性元件及電容元件的損耗,也隨頻率的提高而增加。
目前市場(chǎng)上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管,開關(guān)頻率可達(dá)幾十kHz;采用MOSFET的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百kHz。為提高開關(guān)頻率必須采用高速開關(guān)器件。對(duì)于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路,這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度,原理上開關(guān)損耗為零,噪聲也很小,這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)方式的兆赫級(jí)變換器已經(jīng)實(shí)用化。
開關(guān)電源的集成化與小型化已成為現(xiàn)實(shí)。然而,把功率開關(guān)管與控制電路都集成在同一芯片上,必須解決電隔離和熱絕緣的問題。
1、高頻開關(guān)電源的基本構(gòu)成
開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件,通過周期性間斷工作,控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖1所示,其中DC/DC變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換,它是開關(guān)電源的核心部分,此外還有起動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路(R1、R2)檢測(cè)輸出電壓變化,與基準(zhǔn)電壓Ur比較,誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制(PWM)電路,再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比,從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。圖2是一種電路實(shí)現(xiàn)形式。
DC/DC變換器有多種電路形式,常用的有工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。
對(duì)于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源,輸出對(duì)輸入的瞬態(tài)響應(yīng)特性主要由調(diào)整管的頻率特性決定。但對(duì)于開關(guān)型穩(wěn)壓電源,輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端。提高開關(guān)頻率的同時(shí),由于反饋放大器的頻率特性得到改善,開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)問題也能得到改善。負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定,所以可以利用提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC乘積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。
2、高頻開關(guān)型穩(wěn)壓電源的分類
開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)有多種:
(1)按驅(qū)動(dòng)方式分,有自勵(lì)式和他勵(lì)式。
(2)按DC/DC變換器的工作方式分:①單端正勵(lì)式和反勵(lì)式、推挽式、半橋式、全橋式等;②降壓型、升壓型和升降壓型等。
(3)按電路組成分,有諧振型和非諧振型。
(4)按控制方式分:①脈沖寬度調(diào)制(PWM)式;②脈沖頻率調(diào)制(PFM)式;③PWM與PFM混合式。
(5)按電源是否隔離和反饋控制信號(hào)耦合方式分,有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光電耦合式等。
以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開關(guān)型穩(wěn)壓電源。因此設(shè)計(jì)者需根據(jù)各種方式的特征進(jìn)行有效地組合,制作出滿足需要的高質(zhì)量開關(guān)型穩(wěn)壓電源。
3、主要功能/高頻開關(guān)電源
(1)通過MODEM和電話網(wǎng)與監(jiān)控中心通信,從通信口讀取高頻開關(guān)電源的信息;
(2)測(cè)量模塊的輸出電流和電壓、直流母線電流和電壓、電源的輸出電流和電壓、電池充放電電流和電壓等;
(3)控制電源的輸出電流和穩(wěn)流,控制電源的開關(guān)機(jī)等;
(4)控制高頻開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池浮充、均充方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換;
(5)控制硅鏈的自動(dòng)或手動(dòng)投切,保證控制母線的穩(wěn)壓精度,進(jìn)而保證微機(jī)和晶體管保護(hù)用電的可靠性,防止造成保護(hù)誤動(dòng);
(6)調(diào)節(jié)充電限流值和總輸出電流穩(wěn)流值;
(7)具有本地和遠(yuǎn)程控制方式,采用密碼允許或禁止方式操作,以增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。