80V 25A高精度穩流電源的制作

1　前 言   <<提示：容源電子網為廣大電子愛好者提供電路圖專題網站“容源電路圖網”，歡迎訪問。匯聚大量電路圖與你共同分享。》

    電真空微波放大管的一種，速調管以其功率大﹑效率高的優勢得到了廣泛的應用。而速調管都外加一個聚焦磁場。使速調管電子槍所打出的電子注不被散射損耗掉，這就要求磁場電源具有較好的電流穩定度。   <<提示：容源電子網為廣大電子愛好者提供電路圖專題網站“容源電路圖網”，歡迎訪問。匯聚大量電路圖與你共同分享。》

  2　性能指標

    (1) 輸入：三相50Hz、380V;

    (2) 輸出：額定電壓80V，額定電流25A，要求0∽25A連續可調;

    (3) 輸出電流紋波：0.08A;

    (4) 輸出電流穩定度：0.08A;

    (5) 提供電源過流保護,電源過壓/欠壓保護;

    3　電路原理

    3.1 主回路

    主回路采用Buck變換器,原理框圖如圖1

    圖1　 主回路框圖

    3.1.1　原理簡介：

    50Hz、380V三相交流輸入電壓經EMI電網濾波器阻斷噪音信號，通過隔離變壓器降成100V左右的交流電壓，再整流濾波，變成Buck變換器所的平滑直流電壓。圖1中，當N1N2導通時，電感L1在未飽和前，電流線形，電感L1的極性為左正右負，二極管V1處于關斷。當N1和N2都關斷時，電感L1中的磁場作用，改變L1兩端的電壓極性，左負右正，續流二極管V1導通，以保證輸出電壓和電流不變。磁場負載是一個感性負載，當電源不工作時，磁場負載必然會產生一個反向的電壓，二極管V2用來將這一反向的負載能量釋放掉。

    3.1.2 關鍵元器件的選擇

    (1)　開關管N1，N2的選擇：采用三菱公司100A單管IGBT（CM100H-12）。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅動電路簡單和GTR的阻斷電壓高、飽和導通壓降低、載流能力強的優點。開關管的驅動采用變壓器隔離。與不用變壓器，直接驅動相比，主回路對驅動電路的干擾小，不易引起震蕩。變壓器工作比的限制，若只用一個IGBT,使得占空比不能超過50%。，開關管由兩個IGBT并聯，用控制電路輸出的相位相差180的脈沖信號驅動。這樣，占空比就能達到96%，使得輸出電流能在很寬范圍內調節。而且，開關管的損耗也能減少一半。

    (2)　反饋采樣電路：通常，電源的反饋采樣都采用電阻的形式。然而，本電源的輸出電流較大，若使用電阻采樣，電阻的功耗比較大。電阻的過分發熱，必然會引起電阻阻值的變化，從而引起反饋采樣電壓的變化，無法滿足電源的電流精度要求。這部分功耗，對整個電源而言，也是無用的能量損耗。而且，電阻的體積也比較大。采用電阻反饋顯然是不可取的。，采用額定值25A的霍爾電流傳感器（CSM025A）反饋的采樣。該傳感器具有的線性度、抗干擾能力強、低溫漂、寬頻帶等優點，很好的滿足電源的電流精度要求。

    3.2 驅動電路

    驅動電路的原理框圖如圖2

    圖2　　 驅動電路框圖

    3.2.1 驅動電路的選擇:

    目前生產的開關電源大多采用PWM脈寬調制方式，少數采用PFM脈沖頻率調制。PWM的缺點是受功率開關管最小導通時間的限制，對輸出電壓不能作寬范圍的調節；，輸出端要接假負載，以防止空載時輸出電壓升高。PFM式開關電源的輸出電壓調節范圍很寬，輸出端可以不接負載。本電源要求在0∽25A寬范圍內連續可調，采用PFM的方式。

    3.2.2 原理簡介：

    圖2中，壓控震蕩器VCO輸出頻率由運算放大器的輸出電壓Vo控制的方波，經定時器、二分頻器和驅動放大電路后形成兩路寬度的交替脈沖。再驅動變壓器T1、T2隔離后，去分別驅動主回路中的N1、N2兩只IGBT。R2、R3、V2、V3構成IGBT柵極與發射極的快速放電回路，和變壓器T1一起構成IGBT的驅動電路。這種驅動方法既簡單適用又可靠。

    3.3 保護電路

    本電源要求提供過流、過壓、欠壓保護。保護電路原理框圖如圖3。

    圖3　保護電路框圖

    3.3.1 原理簡介：

    圖3中，當電源產生過流、過壓、欠壓故障時，V1、V2、V3為高電平，D觸發器檢測到該脈沖電平，鎖存故障。再送入到或門，使得故障輸出V7為高電平。V7分為兩路：一路送到驅動電路中，關掉驅動，保護主回路IGBT開關管；另一路送到控制保護電路中，關斷三相380的輸入。

    3.3.2 欠壓故障的方法：

    電源慢啟動的存在，在電源沒有達到額定電流之前，電源必然會報出欠壓故障。，在電源開機穩定之前要將欠壓故障先屏蔽掉。作者使用了NE555的單穩態定時器。圖3中，二極管D1、D2構成或門電路。開機通電的，定時器的輸出電壓V4為高電平,采樣電壓V5為低電平。，V6為高電平，沒有欠壓故障。當電源達到額定電流時，V5為高電平，定時器仍然為高電平。當定時器所設定的時間到了，定時器輸出V4為低電平，V5已變成高電平，V6始終為高電平。，定時器不再起作用，電源正常采樣欠壓故障。

    4　結論

    該電源已應用于某型號氣象雷達的發射機上，無故障運行3年，工作穩定，性能可靠。

    參考文獻

    [1]張占松、蔡宣三，開關電源的原理與設計，電子工業出版社，2001

    [2]何希才，新型開關電源設計與應用，科學出版社，2001