5KW低耗高稳定电源模块综述(一)
日期：2010-12-27 14:09:36 点击：
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一、引言
随着微机在电力系统中的推广应用，相应对直流电源也提出了更高的要求，于是高频开关电源开始被电力系统所采纳。目前国内所生产的高频开关电源模块，单机功率普遍小，用于小容量直流系统，性能价格比绝对占优势，可靠性也比较高。而对于大容量直流系统，就必须并联许多模块，这样一方面使直流系统的可靠性大大降低，另一方面使造价升高，在市场竞争中，便无优势可言了。在这种形势下，就需要单机容量大的开关电源，本文介绍的开关电源，正是为此而设计的电流传感器(current sensor)。
二、控制电路
本电源控制电路采用的是MOTOLOLA公司生产的TL494芯片。
TL494是一个固定频率的PWM控制电路，适用于设计所有的（单端或双端）开关电源典型电路，其主要性能如下：
1）输入电源DC7～40V，可用不稳压电源作输入电源，从而使辅助电源简化。TL494末级两只功率管在7～40V范围内工作时，最大输出电流可达250mA。因此，其负载能力较强，即可按推挽方式工作，也可将两路输出并联工作，小功率时可直接驱动。 2）内部有5V参考电压，使用方便，参考电压短路时，有下垂保护特性电压传感器,(voltage sensor)。
3）内部有一对运算放大器，可作反馈放大器及保护之用，控制很方便。
4）在高频开关电源中，输出方波必须对称，在其它一些应用中，又需要方波人为不对称，即需控制方波的占空比，通过对TL494第4脚（死区时间控制端）的控制，即可调节占空比，还可作输出软启动保护用。
5）可以选择单端，并联及交替三种方法输出。
对照图1可以看出TL494芯片的脚1及脚2为运算放大器输入，本电路作电压反馈，脚1为反馈输入，脚2在脚14上通过电阻从内部基准电压5V取分压，作为与脚1比较的基准。脚3为补偿校正，为PWM比较器输入，接入电阻及电容可以抑制振荡。脚4为死区控制，加在脚4上的电压越高，死区宽度越大。当其接地时，死区为零，即全输出，当其接5V时，死区最大，无输出脉冲。利用此特点，在脚4与脚14间接一电容，可达到输出软启动的目的，还可以做短路保护用。脚5及脚6为振荡器的接地电容，电阻，本电路振荡器振荡频率为50kHz。脚14为内部参考电压＋5V。脚15及脚16为另一运算放大器输入，本电路即作电流反馈用，又作电流保护用，不用时，可将脚15及脚16在与地短接霍尔传感器,Hall sensor。
图1TL494方框图
三、功率变换部分
本电路功率变换部分采用IGBT模块，组成半桥式电路，如图2所示。此部分是开关电源的核心，其性能的好坏直接影响整个电源的性能与可靠性。
3.1主电路
经过三相全波整流后约560V直流电压经输入滤波电容C2，C3分压，各承受约280V电压。当V1的门极电压uG1达到一定电平值时，V1导通，电容器C2经过V1的漏极源极，变压器T的初级绕组放电，给次级传递能量。当V1截止时，V2的门极电压uG2也达到一定的电平值，使V2由截止转为导通，电容器C3经T的初级绕组及V2的漏极源极放电，给次级传递能量。为了避免V1与V2同时导通造成直通故障损坏V1和V2，必须要保证V1和V2的门极驱动电压有一个共同截止的时间，称为控制脉冲的“死区”时间，要求“死区”时间必须大于V1和V2的最长导通饱和延迟时间、保险丝(converter, resettable fuse)。。
3.2RC缓冲电路
以V1为例，当V1截止时，电容器C4通过R4充电，当V1导通时，电容器C4经R4放电，RC缓冲电路虽然消耗了一定量的功率，但却减轻了开关管关断瞬间的电压应力。
选择RC电路必须要保证以下两点：一是在开关管截止期间，必须能使电容器充电到接近UDS电压；二是在开关管导通期间，必须使电容器上的电荷经过电阻全部放掉。
3.3门极抗干扰箝位保护电路
如图2所示，并联在IGBT门极与发射极之间的稳压管，极性相反，串联在一起使用，其目的是把门极正向电压限制在20V以内，负偏压限制在15V以内，这样把加在门极的电压箝位到预定电平，从而有效地消除了干扰在驱动电路中产生的尖峰电压信号对IGBT的潜在危害电流变送器、电压变送器。
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