【本日精选】新型开关稳压电源设计方案之电路设计分享

电源网订阅号2020-07-31 14:45:52

在昨天的文章中,我们为大家分享了一种新型的开关稳压电源设计方案,并就这一方案的电路拓扑结构展开了详细的分析和介绍。在今天的方案分享中,我们将会为大家详细说明这一开关型稳压电源设计的电路设计方案,下面就让我们一起来看一下这种开关式交流稳压电源是如何完成电路设计部分构思的吧!


图1 开关式交流稳压电源电路拓扑图

可控正弦波产生电路

上图中,图1是这一交流稳压电源设计的电路拓扑图,结合这一电路拓扑结构的设计理念,我们所设计的可控正弦波产生电路的电路图如下图图2所示。可以看到,在这一可控正弦波产生电路的工作过程中,正弦波的来源采用直接从市电的220V/50Hz的正弦波,利用电压互感器变换成较低电压的50Hz正弦波(例如5V)。


该正弦波的谐波失真度取决于市电的谐波失真度和互感器的参数,其输出幅度由D/A转换器控制光电耦合器驱动电路实现,D/A转换器输出信号控制光电耦合器导通程度,与分压电阻分压后产生交流和直流叠加的电压,经电容隔离直流分量,仅保留交流分量送运算放大器进行若干倍的放大,产生随D/A信号幅度大小而控制的纯净交流信号量。


图2 可控正弦波产生电路

在这一可控正弦波产生电路的运行工作过程中,产生D/A控制信号的原则,是根据输出到负载上的电压或电流配合市电的电压幅度大小进行综合运算,由微处理器向D/A转换器提供通过综合运算的数字量,使得提供给负载的输出电压(或电流)趋于稳定。

脉冲宽度调制器

在本文所分享的这一交流开关型稳压电源设计方案中,我们所设计的PWM产生电路主要由正弦波产生电路、三角波产生电路和比较器三个部分组成。在电路接通时,三角波加到比较器的反向输入端,正弦波加到比较器的同向输入端,比较器输出端产生受正弦波瞬时幅度而变化的脉冲宽度调制波。


图3 PWM工作波形图

上图中,图3所展示的是电压型PWM比较器的工作波形,从该图中可以看到,输入三角波接在比较器的反向输入端,可控正弦波信号送至比较器的同相输入端,经放大后输出PWM信号。

高速电子开关

在这一交流开关型稳压电源设计方案中,我们所研发的高速电子开关电路,将会被用于实现将PWM波功率放大,并配合高频电子变压器和滤波电路完成工作。通过这一设计,我们可实现对输入信号为受某信号参数调制的矩形波,输出信号为还原出该参数的解调电路。


在这一交流稳压电源设计中,我们所完成的高速电子开关的典型电路图如图4所示,是PWM经反相器出来的波形。整个电路由4个场效应管构成的桥式开关电路、高频开关变压器、多组LC滤波电路(图中只画出一组L3、C3)组成。


图4 高速电子开关电路

在图4所展示的这一告诉电子开关电路中,我们所加入的高频开关变压器Tr,还能够起到市电隔离的作用。在该电路系统中,L1、C1和L2、C2组成滤波电路,用以使输入到高频开关变压器初级的矩形波拐角变成“缓变”形状,以使流经变压器的谐波分量减小,降低干扰。经过高频开关变压器次级感应到的电压通过L3、C3(实际为多级LC,如三级)的进一步滤波可以将PWM的高频矩形波滤除,在负载上得到被还原的原调制波的正弦波形,如下图图5所示。


图5 还原出来的波形

上图图5中所还原出来的调制波,实际上仍然有一定程度的锯齿波成分。这部分的波形如果用数字存储示波器存储波形,然后局部放大观测可发现,如图5中显示了局部放大后的锯齿形状,其锯齿程度能够直接反映信号的失真度,这也与多级LC滤波器的性能参数有关。

微处理器设计


图6 系统监控程序流程图

在这一交流稳压电源设计过程中,我们所设计的微处理器部分主要用于实现系统装置的智能化。在本方案中,完整的微处理器部分主要包括微处理器芯片、键盘、LCD显示器、A/D和D/A转换器等部分,且适合于控制的微处理器芯片往往采用单片机,而单片机基本上都包含有I/O接口电路、ROM,RAM、定时器和中断系统,因此这些部件基本上都不需要扩展。


微处理器的软件部分的设计包括A/D转换器、D/A转换器、LCD显示器、键盘系统等功能的子程序,还包含系统监控程序和各种中断服务程序等,其系统监控程序流程图如图6所示。


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