数字逆变电源（精选10篇）
数字逆变电源 篇1
摘要：本文重点分析了数字化逆变电源电磁干扰等问题,并对输入和输出端谐波抑制措施进行了分析,特别是对数字化逆变电源屏蔽机柜的设计和工程实施提出了合理化建议。
关键词：数字化逆变电源,电磁兼容,分析,解决措施
0 引言
数字化逆变电源普遍应用于多型设备中,主要给自整角机的信号传输系统提供能源。由于其所处的电磁环境非常复杂,其工作的稳定性在整个控制系统中起着不可替代的作用。实际工作中的数字化逆变电源如果没有适当的电磁屏蔽措施,将会受到控制系统中其他电子设备的电磁干扰,使得电源性能下降,严重影响其工作的稳定性,甚至导致系统功能丧失以至不能完成预定的任务。因此,必须采取切实有效的措施对数字化逆变电源进行电磁兼容设计,使其在电磁干扰的环境下能正常工作,而且其本身所产生的电磁辐射也不超过规定的极限值,以免对周围的电子设备产生电磁干扰。本文对此进行详细分析并提出了解决方案[1]。
1 电磁干扰分析
数字化逆变电源通过整流器与三相电网相连,其中整流器是典型的非线性电路,它使输入电流畸变。此外,整流器会从电网吸收无功功率,使输入功率因素降低。因此在输入端必须采取措施,对注入电网的谐波干扰加以限制。
在逆变单元中,目前大都已采用IGBT一类的快速半导体开关器件和脉宽调制(PWM)技术,其开关重复频率可达10k Hz~25k Hz。
很大的du/dt(例如在400V等级的逆变器中,du/dt可达5~15 k V/µS)在沿输出电缆传输时,由于输出电缆存在分布电容和漏感(每100米三相四线电缆有70µH漏感和10n F分布电容),在电缆较长时,在负载端可能出现2.5倍幅值的振荡电压。
总之,很大的du/dt和di/dt将在数字化逆变电源机柜内产生很强的电磁辐射,在输出电缆上产生强大的射频传导型电磁干扰和辐射干扰。
另外,由于数字化逆变电源采用脉宽调制技术,输出中不可避免的含有丰富的谐波,而且谐波能量主要集中在低次谐波上,将在输出电缆上引起能量相当可观的低频传导和辐射干扰。
治理谐波的方法有主动型和被动型两大类。主动型即设法使接入电网的电气装置不产生谐波和不产生某些次数的谐波,这一类有:多绕组变压器的多脉整流电路、多重化并联电流型整流电路、PWM可控整流电路和有源功率因素校正电路等。被动型治理谐波的方法主要是滤波[2]。
考虑到这些技术当前的成熟程度和EMC的成本效益问题,目前谐波治理主要采用输入电抗器(如图1所示)和多脉整流电路(如图2、3所示)的措施。
在数字化逆变电源中,逆变器的输出端除了要考虑IGBT很大的du/dt引起的不利影响外,还要考虑如何限制输出端能量相当可观的低次谐波引起的低频传导和辐射干扰。为此,可采用专门设计的正弦滤波器,对需要抑制的谐波频率产生足够的衰减。这样不仅降低了输出端的du/dt,而且可使输出端的传导和辐射干扰得到大幅度的抑制。
数字化逆变电源的功率单元是一个强大的噪音发射源,而其控制单元却是—个噪音接收器,它必须具备在这样恶劣的电磁环境中可靠工作的能力[3]。不管是数字化逆变电源外部的噪音,还是内部的噪音进入控制单元的途径主要是通过电、互感和电容三种耦合方式。
信号电缆在空间上分隔开,或正交布线,使电容、互感耦合减至最小。
防止电的耦合可采用阻容滤波、隔离变压器、光电耦合器或光纤传输等方法。
了解了噪音的进入途径,就可合理的选择各种有效的抑制噪音措施,来提高数字化逆变电源的抗干扰能力。
2 数字化逆变电源的屏蔽机柜的设计
数字化逆变电源的机柜可对外部空间的电磁辐射、干扰起到屏蔽衰减作用,有助于提高作为噪音接收器的控制单元的抗干扰能力,同时又对数字化逆变电源向外部其它电气设备的电磁辐射也起到屏敞衰减作用。此外在机柜设计中合理的搭接、接地措施可为噪音电流提供一个低阻的回路,有助于减小数字化逆变电源传导发射干扰。
柜体对空间电磁场辐射的屏蔽衰减效果与电磁辐射的频率有关。见表1。
通过互感耦合的干扰抑制方法与电容耦合时相同。
防止空间噪音耦合的最简单的方法是严格地将功率电子单元与控制单元在空间上隔离开来,同时将传输功率的电缆、电平相差大的电缆与信柜体的EMC性能通常以衰减系数“a”的分贝值来表示:a=20 log E0/E1,或a=20 log H0/H1,其中E0、H0为未衰减值,E1、H1为屏蔽衰减后的值。
柜体一般用1.5mm厚的冷轧钢板或不锈钢板,厚度再增加,衰减效果也不再增加了。柜体开孔(操作按钮、面板、风扇进出气孔、进出电缆孔等)和接缝(门缝),都必须采取措施,才能取得良好的屏蔽效果。
提高柜体EMC性能的结构和工艺措施。数字化逆变电源功率大时,因散热、电磁环境的实际需要,通常分为三个独立的机柜,每—相形成一个机柜,每个机柜由柜体、柜门和后板三部分构成。
柜体宜采用钢板无缝拼装焊接成形,以确保柜体接缝在恶劣的条件下不会出现缝隙。柜门、后板与柜体的接触面采用射频密封条呈导电性接触,以保证柜体四周的无缝导电接触和射频密封。内壁涂黑色导电胶,呈绝对黑体,以利柜体散热。
机柜的结构件(如立柱、底座、安装基板、搭接、接地构件等)以及各,单元模块的屏蔽箱、罩表面均镀镉。立柱、底座与柜体的连接采用焊接,以保证在盐雾、湿热环境下接触面的化学稳定性,以获得长期稳定的低阻连接。
柜门、柜体上尽可能少布置元器件,少开孔,凡是必须开孔的地方如风扇进出气孔、电缆进出口、操作按钮和显示仪表安装孔等,都需采取必要的EMC措施。
机柜附件的EMC措施。数字化逆变电源功率大时,其功率器件和正弦滤波器等功率耗散较大,机柜散热风扇开孔尺寸必然较大,电磁泄漏是个严重的问题。因此,必须选用EMC风扇和滤网,图4为其对射频干扰的衰减曲线。
电缆进出口,可根据其直径选用屏蔽电缆PG夹紧头,使电缆屏蔽层与机柜壁呈导电性接触,而且不使屏蔽连接中断。
操作按钮和显示仪表的处理,一般可在柜内相应位置罩上一个密封金属罩,与柜门接触面间用导电胶或射频密封条密封。
柜体内部件的安装、布线、搭接和接地。为了实现柜体内部的电磁兼容,最经济、有效的办法是对内部空间进行EMC的区域划分,区分哪些是噪音源,哪些是噪音接收器,然后在空间上将它们划区分隔开来。数字化逆变电源内部可以划分为如图5所示的四个区:
A区为工频电网输入单元,是输入端低频传导型和电磁噪音发射源。B区为整流滤波单元,是电磁噪音发射源。C区为逆变输出单元,是输出端频谱很宽的电磁噪音发射源。D区为控制单元,本单元可视为是噪音接收器。
为了实现空间电磁解耦,应将噪音源A、B、C区与噪音接收器D区隔离,将输入A区与输出C区隔离开来。隔离的最小间距应不小于20cm,也可用加装接地隔板进行隔离。除此之外,还应采取下列措施:
控制器应用箱体单独屏蔽,整流滤波模块、逆变桥模块、正弦滤波器是强辐射源,也应用箱体或罩单独屏蔽,并安装在同一安装基板上,通过尽可能大的表面积进行连接。其中的散热器可另用接地线(截面积大于l0mm2)与安装基板连接。
输入变压器安装在底座上,与底座间用导电胶保证良好搭接。输入变压器的屏蔽层用截面不小于10 mm2、长度尽可能短的接地线与安装基板连接。
装于柜门上的操作显示面板和按钮、指示灯等,都用金属罩屏蔽,罩的周边与柜门间用射频密封条或导电胶填充,呈导电无缝连接。柜门用金属带与柜体连接。EMC风扇的安装按该产品说明书要求进行。
安装基板与柜体立柱应有良好的搭接(均为镀镉件),并用截面不小于10mm2、长度尽可能短的接地线相互连接。柜体底板和顶板上设有PE接地端子,前者用作数字化逆变电源安装时的接地端子,后者用于三个机柜间的接地连接。
各单元间的电气连接。在进行电气连接时,首先要严格区分控制单元的信号地、数字化逆变电源的电气地和机柜的屏蔽地,区分动力电缆、信号电缆和划定的EMC区域[4]。
D区控制单元的直流电源由A区电网输入单元送来的220V电压经隔离变压器供电。控制单元的PCB板的输入、输出接口宜用光耦进行电气隔离。D区控制单元与A区间、以及与操作显示面板间的信号连接用多芯屏蔽电缆,数字信号的屏幕层应两端接地,模拟信号用双绞屏蔽线,屏蔽层—般在控制单元侧接地,也可在另—端通过0.01µF/100V电容接地。D区控制单元与C区逆变输出单元间的信号连接,除了用屏蔽线外,还必须通过光耦进行电气隔离。D区控制单元与另外两个机柜中的DSP同步信号,必须通过光耦或光纤连接。D区控制单元到A区和C区的电缆在空间要分开,避免平行敷设。
屏蔽电缆进入屏蔽箱时可用屏蔽电缆PG夹紧头,在屏蔽箱壁开孔处将屏蔽层与箱壁良好地接地。屏蔽电缆尽量不要使用中间接线端子,如必须用时,则应在接线端子两侧将屏蔽层接地。
整流单元与逆变单元间用铜排(铜带)或屏蔽电力电缆连接,连接尽量短,如有可能,将两者合成一体共用一个屏蔽罩。
正弦滤波器尽量靠近逆变器安装,相互间用屏蔽电力电缆连接,屏蔽要两端接地。
数字化逆变电源网侧进线,用高性能绝缘三芯屏蔽电力电缆,数字化逆变电源输出用高性能绝缘船用二芯屏蔽电力电缆,可从机柜顶板或下底板进出。进入机柜的电缆穿过安装板时,用屏蔽电缆PG防水火紧塞器将屏蔽层与机柜安装板连接,其紧固螺母能自动保证与机柜金属部位的良好接触。进入柜内后,要尽量贴近安装基板布线,两端(或多点)用接地夹子固定,使接地夹子与电缆屏蔽层压紧并导电接触。屏蔽连接不应由于接入正弦滤波器、熔断器、接触器等部件而中断,这些部件的金属壳体必须安装在同一基板上,呈良好的导电接触[4]。
输出电缆的负载侧,必须用屏蔽电缆PG夹紧塞器与负载机壳良好接地。
输入、输出电缆在空间上要尽量分隔开来,信号电缆与动力电缆在路径上必须分开,通常最小间距约为20cm,否则中间必须用接地隔板分隔。
3 结论
本文重点讨论了数字化逆变电源的电磁干扰机理、抑制手段,从工程的角度对机柜电磁源进行了具体细致地分类及防护。经试验证明,上述合理设计最大限度地满足了电磁兼容环境的使用要求。
参考文献
[1]岳彦明,李建楼,郭卫星.某型数字化逆变电源机箱的电磁屏蔽结构设计[J].舰船科学技术,2007,2.
[2]王兆安.电力电子变流技术(第3版)[M].北京:机械工业出版社.
[3]区健昌.电子设备的电磁兼容性设计[M].电子工业出版社.
[4]马伟明.电力电子系统中的电磁兼容[M].武汉:武汉水利电力大学出版社.
数字逆变电源 篇2
逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V,50Hz正弦波)。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。
摘要：逆变器作为新能源系统中主要的能量转换装置，其性能直接影响到整机效率的高低。本文采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，电流环设计为带通(BP)调节器解决母线电压波动对并网电流产生的畸变，电压环设计为近似典型II型系统提高系统响应速度。最后，进行了数字离散化处理。
关键词：逆变器;数字化实现;双闭环控
引言
风能、太阳能等新能源发电系统具有环境污染小、调节灵活等优点受到了越来越多的关注。逆变器作为新能源发电系统中电能并网的重要接口，其工作性能的优劣直接影响到并网电流的质量，逆变器的`控制环节决定了并网电流最终的波形、总谐波失真、功率因数、跟踪误差、动态响应速度等性能，因此对并网电流控制技术也显得十分重要。逆变并网系统的控制目标为稳定直流母线电压和单位功率因数并网，其逆变侧采用双闭环控制策略的系统结构框图如图1所示，电流内环用于控制并网电流，电网电压同步信号用于锁相，从而实现单位功率因数并网，电压外环稳定逆变器的母线电压，为逆变器提供稳定并网条件。
一、逆变器双闭环调节器设计
逆变器电流内环为BP调节器，其在基波频率处增益较大，基波频率以外增益逐渐衰减，即使电流指令中引入谐波，但BP调节器对应的闭环系统只响应电流中的基波频率分量，通过闭环反馈输出电流中谐波含量大大降低，BP调节器表达式设计为：
(1)
电流内环作为并网侧的单位闭环反馈环节，追求反馈电流与指令电流的精准跟踪。根据系统闭环设计可知，作为单位闭环反馈系统其可以等效为增益近似为1的一阶惯性环节，惯性时间常数τ可认为为系统闭环传递函数的-3dB频带的倒数。
(2)
将电压环设计为近似典型II型系统，电压调节器Gv(s)的传递函数设计为
(3)
式中τv1是电压调节器的一阶微分时间常数，τv2是电压调节器一阶惯性时间常数，kpv为电压调节器比例系数。
为了满足系统性能指标，电压环截止频率ωcv设计为100rad/s。根据系统典型II型电子最佳设计有，为了电压环响应速度快，第一转折频率离截止频率较远，第二转折频率离截止频率较近。则电压调节器为：
(4)
二、双闭环的数字离散化
采用双线性变换法分别对电流调节器进行离散化，双线性变化法代换算式为：
(5)
式(5)中T为采样时间。根据电流环系统频带与实际工程应用经验，离散化采样时间T取200μs，代入式(5)之后得离散化的BP调节器为：
(6)
式中E(z)为BP调节器输入误差，U(z)为BP调节器输出。式(6)中离散化结果保留了三位小数位，写成微处理器可实现的递推方程形式如下式：
ui(k)=1.994ui (k-1)-0.998ui (k-2)+1.917ei (k)
-3.832ei (k-1)+1.915ei (k-2) (7)
电压调节器也采用双线性变换法离散化，并将离散化时间T=50μs带入(4)式，得出的电压调节器的递推表达式为
uv(k)=1.985uv(k-1)-0.985uv(k-2)+4.641ev(k)
-9.259ev(k-1)+4.619ev(k-2) (8)
三、结论
本文采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，具有控制结构清晰，系统设计容易的优点，采用带通(BP)调节器可以解决母线电压波动对并网电流产生的畸变，实现单位功率因数并网，电压外环可以对有效的稳定母线电压，并给出了在控制器中易于实现的数字离散化处理过程。
参考文献：
[1]熊健，周亮，张凯等.一种高性能的单相逆变器多环控制方案[J]. 电工技术学报，，21(12)：78-82.
数字逆变电源 篇3
接下来对电源板进行检修。本想逐一查出受损元件检修此电源，但最主要的元件电源控制芯片P1014AP10却未购到，于是决定用废旧数字机开关电源整体代换。经过搜寻，在废旧数字机中找到一块皇视HSR-2080A数字机电源板，认为可能能够用于代换Glomax5066数字机电源。
皇视HSR-2080A数字机采用以C5027-R为核心元件构成的通用型开关电源，输出3.3V、5V、12V、21V、33V五组电压，而Glomax5066数字机开关电源输出3.3V、5V、15V、20V四组电压，在主板上由电阻、电容、二极管、三极管等常用元件组成低价位极化切换电路，电源板输出的15V、20V电压输送给极化切换电路，其中15V电压经极化电路处理后生成垂直极化电压，20V生成水平极化电压，比较皇视HSR-2080A数字机电源板输出电压，21V组电源与Glomax5066数字机20V组电源电压值相差不大，皇视HSR-2080A数字机电源板输出的12V电压与Glomax5066数字机电源板要求输出的15V电压相差3V，考虑到高频头水平极化与垂直极化相互切换的临界点电压为14.5V，且无论输入的水平极化电压还是垂直极化电压都要经过7805或7808系列集成块稳压后再供给各电路，皇视HSR-2080A电源板输出的12V电压经过极化电路处理后虽电压还会有所下降，但仍能保证7805或7808系列稳压集成块的正常工作，也就是说极化切换电路输入的15V电压变为12V不会影响高频头的正常工作。皇视HSR-2080A数字机电源板输出的3.3V、5V电压可直接供主板使用，输出的33V电源是由一个独立分支电路生成，与开关电源的电压取样电路不直接连接，估计该组电源处于空闲状态不会对数字机电源中的其他各组电源输出产生影响，该电源用于Glomax5066数字机中33V组电源闲置不用即可。经仔细分析电路后认为整体代换是可行的，于是开始着手在Glomax5066数字机主板与皇视HSR-2080A数字机开关电源间进行连线。因皇视HSR-2080A数字机电源板与Glomax5066数字机主板连接的排线插头、插座不匹配无法直接连接，考虑到以后购得原电源元件后可能使电源恢复功能，刻意保留原电源板上的排线，另找一段带插座的排线，一端插于主板排线插座上，另一端剪断直接焊接在皇视HSR-2080A数字机电源板上。连线完毕后接通电源，经试收证实Glomax5066数字机已恢复正常工作，在Glomax5066机壳底板上打孔固定皇视HSR-2080A数字机电源板后交付用户，同时留下损坏的原电源板，以备购到受损元件后再进行修复。
数字逆变电源 篇4
1 硬件电路设计
逆变电源硬件框图如图1所示, 主电路主要包含整流滤波电路、单相全桥电路、输出滤波电路等, 控制电路包括DSP控制器、PWM驱动电路、A/D采样电路、接口电路和触摸屏输入显示电路。交流220V/50Hz输入电压首先进入整流桥进行全波整流, 开始通过抗浪涌电阻后给电容充电, 通过电容的滤波后, 产生310V左右的直流电压, 提供给后级单相全桥逆变使用。在DSP控制下单相全桥逆变输出正弦脉宽调制SPWM波形, 经后级LC滤波后滤除载波频率得到正弦波给给负载。
1.1 整流电路
前端整流电路选用桥式整流器, 由4个二极管组成, 利用二极管的单向导通性对交流电进行整流, 经后级滤波电容完成由交流电变为直流电的工作。由于在上电瞬间电容相当于短路, 充电电流很大, 为防止电流过冲, 造成电压瞬间下降幅度太大, 电路中设计了缓冲限流电阻。整流电路中的整流桥的选择应考虑最大整流电流和反向击穿电压。
1.2 逆变全桥电路
逆变单相全桥电路输入端为直流电压, 通过四个开关管的交替导通完成直流电压到交流电压的转换。开关管为可控型半导体器件, 可选择输入阻抗高、速度快、热稳定性好的IGBT模块, 由于单相全桥需要四个开关管, 考虑到可靠性、接口简单、保护齐全的优点, 选择合成多个IGBT开关管的IPM模块进行设计。IPM内部具有完善保护方案, 具有很高的可靠性, 其内部一般设有6单元IGBT, 单相全桥的设计中只需要使用其中4个单元, 其它两个单元输入端只要设为高电平保持关闭状态即可。实际与DSP端口连接时需要外加光隔进行与IPM的电气隔离。
1.3 滤波电路
单相全桥电路输出的信号为高压SPWM波形, SPWM波形除了基波正弦波频率外, 还含有大量的开关频率及其邻近频带的谐波。要得到需要的正弦波需要外加必要的滤波电路。由于电压高、电流大不能使用有缘滤波, 一般选用LC滤波。由于开关频率远高于基波频率, LC滤波器的截止频率选择相对容易一些。设计滤波器时要考虑既要滤除这些高次谐波, 又要设法减少电感和电容的体积重量。
1.4 控制电路
控制电路主要包括DSP处理器、触摸显示屏、驱动电路、接口电路、A/D转换电路等。DSP为控制中枢, 控制整个电源系统的运行。触摸显示屏完成参数显示和输入。接口电路一方面是DSP与触摸屏的数据往来通道, 另一方面完成对外部电路的控制。A/D转换电路负责把输出的交流高电压变换为0-3V低电压, 以满足DSP处理器内部ADC转换器的要求。驱动隔离电路主要是起到IGBT与DSP电气隔离的作用, 减少强电对低压控制电路的干扰。DSP选用TI公司的TMS320F28335控制器, 具有浮点运算功能, 运行速度可达150MHz, 具有快速的计算能力, 适合复杂的算法计算。内部含有e PWM模块和12位高速ADC模数转换器, 不用单独另行设计, 可以省去大量外围电路设计。
2 软件设计
电源的控制软件需要完成电压的设定、输出电压的闭环调节、完成参数的采样、SPWM波的生成等工作, 根据任务的要求, 整个软件由主程序、SPWM波形产生程序、A/D采样程序、PID控制子程序等组成。
2.1 主程序
主程序框图如图2所示, 包括初始化和主循环两部分。初始化主要完成对软件变量和硬件端口及寄存器的初始设置。主循环主要完成参数的设置和显示, 同时开放中断, 期间响应中断事件, 如ADC转换中断和定时器溢出中断等。
2.2 SPWM波形的产生程序
基准正弦信号与三角载波信号进行比较, 根据大小关系产生一组方波, 三角载波频率一般远高于基准正弦波的频率, 产生的这样的脉冲序列去控制单相逆变桥的四个IGBT的导通和关断, 这样就形成了正弦脉宽调制波SPWM, 基准正弦波的幅值的更改相应的会改变正弦脉冲的宽度, 从而改变输出电压的幅值。在TMS320F28335处理器内部ROM中固化有正弦波形数值表, 并利用处理器内部的定时器产生三角波, 只要换算出一致的时间系数, 周期的计算并更新比较寄存器的值, 即可生成SPWM波。
2.3 A/D转换程序
TMS320F28335有16通道的模数转换器ADC, 精度可达12位, 输入电压范围为0-3V, 具有转换完成中断。可以连续转换或者单一启动转换, 每次转换都会把转换结果写到结果寄存器中。其转换时间可达12.5MSPS, 并具有采样保持器。实际使用中, 只需要采样电压和电流, 所以只需要对两个通道进行初始化。设计中采用单一启动转换模式, 利用定时器产生周期性信号, 在每个周期内进行对两个通道的启动、读取转换结果。
2.4 PID控制子程序
电源正常工作输出的是稳定的正弦电压, 为保证输出电压跟踪设定电压, 需要加入适当的控制算法。由于计算周期及DSP运算频率的限制, 太过复杂的算法一个周期内无法按时完成, 设计中选用了经典的PID控制算法, 算法简单, 计算时间短, 同时对经典PID控制算法进行了必要的优化措施, 对积分系数采用变速的方法, 同时增加了死区控制, 输出增量最大、最小限制。图3中A、B为变速积分系数, e0为死区限幅值。
3 试验结果
电源整机组装完成后, 对电源的输出电压进行了测试, 使用泰克TDS-1002数字示波器, 测量波形如图4所示。电压有效值为115V, 频率为400Hz。使用8903B音频分析仪测定输出波形失真度都小于1%。图5所示为电压正弦波的FFT分析, 可以测量出其基波分量为400Hz。电源通过加载测试显示, 负载特性好, 电压输出波动小, 响应速度快, 指标完全满足实际需要。
4 结语
采用DSP设计的逆变电源, 解决了以前以模拟电路设计的逆变电源控制电路复杂, 升级困难等突出问题。原来需要单独设计的三角波电路、PWM波电路、死区电路等均在一块DSP内部实现。这种数字化方案提高了电源设计和制造的灵活性, 可以通过改进优化控制算法来改善逆变电源的输出波形品质。
参考文献
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数字逆变电源 篇5
接修一台皇视HSR-2080A数字机，机主称该机已经别人修理两次，故障都是电源开关管损坏。
打开机盖，首先进行直观检查。该机电源是以C5027为核心元件构成的通用型开关电源（局部电路图如图所示），保险管F901已发黑炸裂。经检查发现电源开关管Q901(C5027-R)、推动管Q902（C2060）和Q901发射极过流保护电阻R901（1.5Ω/1W）都已损坏，由于机主反映已有两次损坏开关管Q901的经历，怀疑另有隐性故障，没有贸然换件、通电试机。根据数字机电源检修经验，通常造成电源开关管或电源管理芯片屡损的原因主要有：一是300V滤波电容严重失容，二是消尖峰电路元件损坏。按照这一检修思路首先检查300V滤波电容C902，经测量300V电压正常，拆下滤波电容C902用万用表检测，与容值相同的电容做充放电比较也未发现异常，看来故障点不在这里。接下来逐一检查消尖峰电路中D910、C906、 R907。当触碰R907时发现该电阻有松动的感觉，轻轻一拉，R907与D910连结的一脚被从焊孔中拔出，查D910、C906、 R907三元件未损坏，初步断定屡损开关管Q901故障是由于R907引脚虚焊造成的。更换保险管F901、Q901、Q902、R901并补焊R907引脚，通电试收视半日，故障未再发生，将接收机交与机主使用一个月正常。
数字电源的优化设计 篇6
1.1 数字电源的概述
目前, 数字电源有多种定义。
第一种定义为:通过数字接口, 控制开关电源, 强调的是, 数字电源的“通信”功能”。
第二种定义为:具有数字控制, 开关电源的功能, 强调的是, 数字电源的“数控”功能。
第三种定义为:具有数字监测, 开关电源的功能, 强调的是, 数字电源对温度等参数的“监测”功能, 通过设定开关电源的内部参数, 来改变其外在特性, 在“电源控制”的基础上, 增加了“电源管理”。相比传统的模拟电源, 数字电源的区别, 是控制和通信部分。在应用场合, 简单易用、参数变更要求少, 模拟电源产品更具优势。此外, 相对模拟电源, 在多系统业务中, 数字电源, 通过软件编程, 来实现多方面的应用。数字电源有用DSP和MCU控制的。对于DSP控制的电源, 采用数字滤波方式, 而MCU控制的电源, 能满足电源的需求, 反应速度快、电源稳压性能好。
1.2 数字电源的特点
数字电源系统具有以下特点:
(1) 数模组件组合优化:实现了开关电源中, 模拟组件与数字组件的优化组合。采用“整合数字电源”技术。
(2) 控制智能化:对于传统的, 由微控制器 (μP或μC) 控制, 开关的电源.而它是以, 数字信号处理器 (DSP) 或微控制器 (MCU为核心, 智能化开关电源构成系统是“数字电源驱动器及PWM控制器”。
(3) 控制精度高:数字电源, 实现多相位控制、非线性控制、负载均流、故障预测等功能;发挥数字信号处理器及微控制器的优势, 这样设计的数字电源, 达到高技术指标, 为绿色节能型开关电源提供条件。
(4) 集成度高:对于高集成度, 将大量的分立式元器件, 整合到一个芯片或一组芯片中。实现了, 电源系统单片集成化。
(5) 模块化程度高:分布式的数字电源系统就易于构成。
2 数字电源结构
2.1 PWM控制器
双端推挽式PWM控制器是UCD8220/8620, 其受DSP或MCU数字控制的。二者的区别是, 低压启动UCD8220即48V, 而UCD8620内部, 增加高压启动电路即110V。UCD8220的内部, 主要包括:“3.3v电压调整器、基准电压源、脉宽调制器 (PWM) 、驱动逻辑、推挽式驱动器、欠压关断电路、限流电路、电流检测电路”。在峰值电流模式或电压模式下, UCD8220/8620能够运行, 即对极限电流的编程, 输出极限电流数字标志。
2.2 数字信号处理器 (DSP)
UCD950是数字电源系统, 配套的数字信号处理器, 它们内部主要包含:“32位CPU、时钟振荡器、32位定时器、看门狗电路、内外部中断控制器、SCI总线、SPI总线、CAN总线及I C总线接口、l2路PWM信号输出、系统控制器、16通道12位和ADC、16K×16 Flash、6K×16 SARAM、1K×16ROM”。利用Power PADTM HTSSOP和QFN软件包, 可进行编程。它采用标准的是“3.3v”输入或输出接口, 其与UCD8K系列的完全兼容。
2.3 数字电源驱动器
数字控制电源驱动器芯片, 大部分是UCD7100/7201, 二者的区别是:可驱动Mos FET开关功率管, 可适配UCD9110/9501型数字控制器;UCD7100为单端输出, 而UCD7201为双端输出;额定输出电流均为±4A;对于主控制器, 可监控输出的电流, 快速检测, 过流故障而关断电源;检测周期仅为25ns。
3 数字电源面临的问题
数字电源, 有很多优点, 但仍有缺点。数字电源, 需要一个采样、量化和处理的过程, 做出反馈, 即对负载的变化, 而目前, 它对负载变化的响应速度, 比模拟电源慢。精度和效率比模拟电源差。数字电源占板面积, 大于模拟电源。在负载点 (POL) 系统中, 数字控制优点非常明显, 而在简单应用中, 模拟电源仍占有优势。考虑到数字电源, 解决方案的优点, 数字电源, 虽然技术复杂, 但使用不复杂。要求设计人员, 具有一定的程序设计能力, 目前, 电源设计人员, 普遍模拟设计为主, 缺乏编程训练。这对数字电源的推广, 也造成了一定的障碍。每次AD转换后, 数字芯片, 将得到的结果, 送到系统中央处理器, 由处理器, 对取样的值, 进行运算和PI调节。
另外, 人们对数字电源的认识, 不像模拟电源那样, 经过了多年应用的考验。对其的可靠性有疑问。虽然数字电路, 在概念上, 优于模拟电路, 可靠性是设计的问题, 而不是数字化的问题。
4 数字电源电路优化设计
我们采用智能化数字电源, 其系统由:“PWM、电源驱动器、DSP、接口电路、显示器和键盘”6部分组成。系统框图如图1所示。
对于图中的数字信号处理器, UCD9501, 通过接口芯片与键盘和显示器相连, 对于用户, 不仅能从显示器上, 观察到当前的电源参数, 还可通过, 键盘随时修改电源参数。为了简化配置, 也可由:“数字信号处理器 (UCD9501) 和数字控制电源驱动器 (UCD7100) ”构成智能化数字电源系统。
5 结语
总而言之, 数字电源系统, 具有高集成度、高性价比、电源管理功能完善、外围电路简单、能面向用户设计等显著优点, 实现了智能化电源系统, 优化设计和创造。在应用场合中, 简单易用、参数变更不多, 模拟电源产品, 具有很多优势, 其应用的针对性, 可以通过硬件固化来实现。
参考文献
[1]杨学明.集成电路产业在各国经济发展中的比较研究[J].创业与投资, 2009.
数字逆变电源 篇7
感应加热电源广泛应用于金属热处理、淬火、透热、熔炼、焊接、热套、电真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热合、烘烤和提纯等场合, 利用在高频磁场作用下产生的感应电流引起导体自身发热而进行加热。感应加热与气体燃烧加热或者通电加热相比, 具有显著节能、非接触、速度快、效率高、工序简单、容易实现自动化等显著优点。
感应加热电源主要由逆变器、谐振单元、变压器和感应器组成。其中逆变器是一个交-直-交的变流器, 将工频交流电能变换成为几千至几百千赫兹的高频电能。谐振单元和变压器一端连接逆变器, 另一端连接感应器, 将高压变成隔离的低压并进行阻抗匹配。加热时, 感应器中流过强大的高频电流, 在导体内产生感应电流, 因此导体迅速被加热。
1 目前产品普遍存在的问题及原因
虽然采用IGBT取代晶闸管和电子管已经取得了很大的进步, 但目前大多数生产厂商研制生产的感应加热电源设备仍然存在一些普遍问题, 这些问题主要表现为:效率较低、电能和冷却水消耗大;功率元件IGBT容易损坏;输出变压器容易损坏;冷却水回路故障较多;功率因数较低、谐波污染大;设备可靠连续运行性能欠佳。
2 新型数字式IGBT逆变感应加热电源的关键技术
一种新型高频感应加热电源主回路如下图所示, 该产品为全数字式控制结构, 在中央处理器DSP的控制下, 功率器件IGBT工作在零电流开关状态;且直流侧也采用IGBT斩波电路, 这有效提高了设备功率因数、减少输入谐波;此外, 该产品通过多种措施降低系统损耗、提高效率, 使得设备可以采用全空冷结构, 并消除设备来自水系统的故障;基于这种结构, 设备的工作频率为1KHz~100KHz。
2.1 准确可靠的过零软开关IGBT逆变
高频感应加热电源一般均采用谐振软开关控制, 可以大为降低IGBT开关损耗, 且实现自动跟踪谐振频率。
有的产品直流侧没有IGBT斩波电路, 这是一种软开通硬关断电路, 或者是带缓冲的硬关断电路。这种电路的关断损耗较大。采用直流侧IGBT斩波电路后, 可以实现完全的软开通软关断, 并将开通损耗和关断损耗均降至最低。
传统控制电路采用锁相环跟踪系统谐振频率, 但谐振频率较高时, 影响频率跟踪的离散参数比较突出, 频率较高时, 锁相环精度不够, 容易出现脱离软开关的状态, 因此开关损耗增大, 严重时导致IGBT损坏。
举例说明:如果在信号传输回路中产生1uS的误差, 高频状态下就会产生非常大的开关损耗, 如输出频率为40KHz, 输出电流180A RMS时, 1uS的时间加上0.75uS的死区时间的实际角度为25.2度, 此时硬开关电流为108A, 查IGBT性能曲线表, 在40KHz的开关频率下, IGBT损耗将在1200W左右, 与准确的软开关相比, 损耗增加1倍以上, 因此, 在这种情况下, IGBT容易损坏。
因此, 提高控制的准确度是保证IGBT安全运行的前提条件。
新型高频感应加热电源采用DSP进行跟踪控制, 凭借DSP的快速处理能力, 可根据不同工况进行跟踪补偿, 使系统准确度大幅度提高, 谐振频率和相位的跟踪误差大为降低。此外, 系统采用的快速IGBT驱动电路也有助于更准确快速的高频软开关电路的实现。
2.2 DSP运行控制
在新型高频感应加热电源中, DSP的作用举足轻重, 不但要保证准确可靠的过零开关IGBT逆变, 还有比较多的事务需实时处理:采集各种信号用于控制;显示操作界面处理;提供各种运行控制方式;在各种工况下均保证完善的限制保护措施;用户接口, 包括通讯的处理;参数设置、事件和事故的管理。
因此, 合理分配资源, 制定一定的优先级别, 才能保证各项任务有序地执行。
2.3 提高控制电路抗EMI能力
虽然IGBT工作在过零开关状态, 但高频工作时, 仍需尽量提高IGBT开关速度, 降低损耗, 因此电路的dv/dt和di/dt均很高, 其电磁干扰很大。微处理器电路和快速信号处理电路对电磁干扰也相当敏感, 快速准确的频率与相位跟踪也对EMI提出更高要求。因此, 在高频感应加热电源中, 尤其对于全数字式产品, 提高控制电路的抗EMI能力是系统稳定运行的保障。
3 各种类型感应加热电源产品性能比较
4 结论
传统感应加热电源产品存在损耗大、功率因数低、系统故障多、运行可靠性不高等缺陷。
新型数字式IGBT逆变感应加热电源通过采取IGBT软开关等措施降低系统损耗, 提高了效率;通过采用DSP实现全数字式控制, 不仅提高了系统跟踪和控制准确度, 而且系统的可靠性和先进性也得以提高;通过直流侧IGBT斩波电路结构, 不仅实现了逆变IGBT的过零开通和过零关断, 而且提高了装置的功率因数。
摘要：本文通过分析现行感应加热产品普遍存在效率低、可靠性差等问题的原因, 引入一种高效率数字式IGBT逆变感应加热电源, 并介绍其关键技术和节能情况。
关键词：IGBT,数字式,效率,可靠性
参考文献
[1]王兆安, 刘进军主编.电力电子技术[M].5版.机械工业出版社, 2009-7-1.
[2]黄俊, 王兆安编.电力电子变流技术[M].3版.机械工业出版社, 2011-8-1.
可调数字稳压电源设计 篇8
电源是电子设备的心脏部分, 其质量的好坏将会直接影响到其可靠性，并且多数其电子设备所发生地故障60%来自源，所以电源是用电器设备必不可少的能源动力, 他的稳定性和可靠性固然非常重要。在进行设计时除了满足稳压电源的基本输出电压电流功能外, 利用数字电路技术, 将其应用到稳压电源中, 来实现其可以控制和可调性。并能够去适用于多种电压范围调控, 可以设计外带有多种输出接口。因此本文设计了本文设计了一款可调直流稳压电源，该电源具有实用方便、体积小、效率高等的特点，并带有保护及过压、过流点可连续设置等功能，并且输出电压可通过触控开关实现调节和控制。
2. 数控稳压电源整体设计框图
数控直流稳压电源。主要包括三大部分：键盘控制部分、D/A转换部分及电压调节部分。其组成框图如图1所示
3.部分电路设计
1．整流、滤波电路设计
首先确定整流电路结构为桥式电路;滤波选用电容滤波。电路如图2所示。
在整流滤波部分电容的选取能够很好的抑制干扰，因此选用电解电容其值为1000µF，耐压为50V。另外为了滤除高频干扰在滤波电容两端并联一个0.01～0.1µF的高频瓷片电容。
2．可调稳压电路设计
为了满足稳压电源最大输出电流500mA的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器LM317，该稳压器的最大输出电流可达1.5A，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在2～9V之间调节，电路如下图3所示。
LM317的输出电压范围为2～9V, 步进电压1 V, 分为8挡输出。
3．数字控制电路设计
数字控制电路采用计数器，选用的是可逆二进制计数器。74LS193就是双时钟4位二进制同步可逆计数器。计数器数字输出采用增加和减少实现键控，按下“+”或“-”键，将会产生加脉冲和减脉冲为74LS193的CP+或CP-端提供脉冲，从而控制193工作。将193的输出低三位输入一路接三八译码器，选通对应电阻，一路接加法器，用以输入至七段数码管显示。
4．辅助电源设计
要完成D/A转换及可调稳压器的正常工作，需要设计一个辅助电源可以输出5V电压，供各芯片使用。
在电源控制电路中对于很多的电子元器件多采用5V供电，因此采用三端集成稳压器CW7805实现输出。原理图如图4所示。
结束语：
该数字电源可以实现可调并能够在较宽的电源波动范围内稳定使用, 能偶用于多种电压范围调控, 还外带有多种接口输出电路。优点在于使用方便, 便于携带并且稳定性和可靠性高，且成本低廉。
参考文献
[1]李凯简易数控直流电源设计
[2]童诗白华成英.模拟电子技术基础第三版高等教育出版社.2001.1
直流数字稳压电源的开发 篇9
直流稳压电源应用十分广泛,例如实验室电源,就是面向实验室应用及在实验室条件下工作的电源。这种电源往往要求有独特的性能,包括输出电压必须可调、具有较好的负载调整率和动态响应能力、较强的防电流浪涌能力、防止过电压等。当然还要在短路保护、漏电保护、静电屏蔽、差模噪声、共模噪声等方面满足电源标准及安全规范的要求[1]。它的性能决定着研究及应用的质量,尤其是对测量质量起着决定性影响。
Boost电路在PFC中应用广泛,功率因数校正效果良好,以其作为输入级,可以有效提高电源的功率因数,大幅减少谐波。全桥拓扑依靠增加开关管数量而减少开关管电压应力,是大功率时的首选拓扑。移相控制策略可使拓扑实现软开关,消除开关频率的限制,进而提高电源的功率密度。峰值电流模式由于其固有的电压前馈、自动逐周期电流限制以及磁通均衡等优势使其成为优先考虑采用的控制机制。本文综合上述技术,设计制作了面向实验室等应用场所的直流数字电源。
1 电源系统原理图
直流稳压电源系统是一种功率转换装置,将输入交流电转变为所需要的直流电压等级。本文所采取的结构是两级方案,前级AC / DC主要承担将交流市电转化为直流电的任务,后级DC / DC主要负责输出可调直流电压。系统结构图如图1 所示。
本系统采用两级方案,输入整流电路采用Boost拓扑通过特定的控制方法实现有源功率因数校正的效用,减少用电设备谐波的产生。主功率级DC/DC采用基于数字控制的电流模式移相全桥电路,不仅消除变压器的偏磁,及时响应输入电压的变化,而且实现了软开关[2]。
2 系统硬件设计
2. 1 有源功率因数校正电路
采用有源功率因数校正技术(APFC)提高本设计的功率因数,降低总电流畸变率,原理如图2所示,交流输入经过桥式二极管整流后再经过DC/DC变换,在保持输出电压稳定的前提下,经过一定的控制方式整形输入电流波形使其跟踪输入整流电压波形[3]。包含两个控制环:电流内环使输入电流波形跟随输入电压波形,并且保持基本无相位差,电压外环使变压器的输出保持稳定。
2. 2 基于UCC28019 的Boost - PFC电路
本系统APFC控制器选用UCC28019。UCC28019 是TI公司推出的应用于连续电流模式( CCM) Boost拓扑PFC的、基于平均电流模式的APFC控制器,其可用于宽电压输入场合,输出功率涵盖100 W至2 k W以上范围。这款控制器工作在定频65 k Hz,具有丰富的系统保护功能[4]( 见图3) 。
如图3 所示为本文的基于UCC28019 的PFC电路。该电路分为三个部分: EMI滤波器、控制器部分以及主电路部分。EMI滤波器主要用来防止电网和设备的串扰,其包括压敏电阻,共模电感以及差模电感、安规电容等组成[5]。另外,所构建的Boost -PFC主电路还包括由继电器、电阻和三极管驱动电路构成的限制启动浪涌电流的有源抑制电路,可以控制EMI和桥式电路之间的通断。
2. 3 移相全桥DC / DC电路及软开关的实现
图4 示出本文所采用的移相全桥电路原理图。由于全桥变换器是降压式( BUCK) 变换器的衍生拓扑,因此在选择器件参数时,输出电压考虑最高输出电压。在设计移相全桥主电路之前,先确定了输入输出参数以及所要求的一些技术指标,列于表1 中。
图4 中,MOSFET开关管Q1、Q2、Q3、Q4组成一个全桥,将输入的直流电压斩波成方波交流电,经过变压器变压及隔离,在变压器的次级侧上采用全桥整流的方式将方波交流电压整流为方波直流电压,然后经过LC输出滤波器滤波,最终输出想要的直流电压。桥式拓扑实际上是利用增加开关管的数量以达到降低开关管电压应力的目的[6]。变压器次级整流电路选择全桥整流的方式。相比较于其他方式,全桥整流电路节省了变压器的中心抽头,减少变压器次级绕组匝数。并且其适用于电压较高、电流较大的场合,变换器成本也相对比较低。
软开关技术实现减小甚至消除开关管开关过程中电压、电流的重叠,降低开关管电压或电流的变化率从而降低开关管的开关损耗,这为进一步提高开关频率提供了可能[7]。移相全桥主要是利用了开关管的寄生输出电容和变压器原边漏感之间的谐振,实现软开关效果。为了增强谐振效果,主动为开关管并联电容,在变压器初级串联一个小电感,以使谐振效果更好。本设计中采用ZVS方式实现软开关。图4 中,Lr为谐振电感,C1、C2、C3、C4 是开谐振电容。
C2000 系列芯片TMS320F28027 作为本设计主控芯片,具有高精度PWM产生器、增强型ADC以及模拟比较器和数模转换器等外设并且数模转换器在内部可以直接连接模拟比较器。除此之外,其还具有斜坡发生器等专门用于电流控制模式的功能,因此它非常适合于本设计中基于峰值电流模式的移相全桥电路。
在移相全桥电路的控制电路中,主控芯片产生PWM波,经过驱动变压器隔离驱动全桥的两个桥臂。全桥正常工作之后将会在主电路中产生电压和电流,通过ADC采样输出电压和输入电流并与参考值进行比较,按照峰值电流控制方式调整主控芯片PWM波,从而得到想要的输出。控制电路与主电路输出共地。在这种情况下,对输出电压、输出电流可以通过阻容直接采集,而对原边电流则需要使用电流互感器采集。
2. 4 开关管驱动设计
由于本设计中所采用的开关管为MOSFET管,在开通瞬间需要提供大电流,在关断瞬间需要抽走大电流,主控芯片的PWM脚提供电流能力有限,因此需要用到PWM驱动芯片。
本设计使用的驱动芯片采用TI公司的UCC27324。所构建的驱动电路如图5 所示。
3 数字式移相全桥软件设计
图6是数字式移相全桥系统控制流程图。控制系统采用双闭环控制,外环为电压环,其对输出电压进行采样,然后与参考电压相比较,得到的差值送入数字控制器,数字控制器的输出加上一定的斜坡补偿将作为电流峰值进入电流环,电流内环将外部电压环产生的电流峰值与采样得到的原边电流进行比较,从而控制其输出电压跟随参考电压。在本设计中,我们基于TI公司为峰值电流模式数字电源专门打造的TMS320F28027芯片来实现数字式软件设计。
由上述运行原理,可设计出相应的DSP程序,它主要包括两个部分:C语言部分和汇编语言部分。C语言部分是一般性任务,D主要作为应用的主要支持程序,负责系统任务管理、参数调整、智能监视以及主机交互等任务。图7是其工作流程。
汇编部分被严格限定为中断处理,数字电源对实时性的要求非常高,为了能及时响应,因此要求关键事件均在中断中进行处理。出于对中断时间的严格把控,再加上汇编语言的执行效率更高因此中断中采用汇编语言进行编写。图8描述了本设计中断服务程序流程。
4 实验结果分析
4.1 APFC测试结果
该电源装置首要的任务就是输出符合要求的直流电压,输入侧有较高的功率因数。测试波形参数结果如表2 所示。表中列出了输入220 V AC输出390 V、408 W时的输出电压、谐波畸变率以及PF值,以及为输入220 VAC输出390 V、1 188 W时的输出电压波形、谐波畸变率以及PF值。测试的结果显示,所得到的输出电压比较满足该设计的要求。
4. 2 移相全桥DC / DC测试结果
图9左图为测试的实验样机的输出电压,右图为其纹波波形。可以看出,输出电压非常稳定,纹波在200m V以内。输出电压纹波率在1%以下,因而设计的方案很好的减小了电压纹波。
4. 3 效率测试
在输出电压稳定之后,对移相全桥的效率进行了测试。图10是在不同输出电压下测量的负载电流与效率的关系曲线。可以看出,效率和负载电流有一定的关系。总体来说,移相全桥电路的工作效率较高,峰值效率在92%以上。
5 结束语
通过对样机进行试验以及对试验结果的分析,可以看出在本设计中,有源功率因数校正电路工作情况较好,能有效提高样机的功率因数,滤除谐波含量; 移相全桥电路能很好地实现稳压并且可宽范围调节,此外移相控制实现了全桥的软开关效果,降低了开关损耗,提高了效率与功率密度,达到了初始设计时的技术要求。验证了对变换器工作原理的分析,说明主电路和控制系统及其软件的设计是实用的。
参考文献
[1]金雷鸣.实验室供电电源的要求及检测[J].上海计量测试,2007,35(2):21-22.
[2]KEITH BILLINGS,TAYLOR MOREY著.张占松,汪仁煌,译.开关电源手册[M].3版.北京:人民邮电出版社,2012.
[3]SANJAYA MANIKTALA著.王志强,译.精通开关电源设计[M].北京:人民邮电出版社,2008.
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[5]潘飞蹊.有源功率因数校正技术的研究[D].成都:电子科技大学,2004.
[6]李永鹤.基于DSP的变压变频电源设计[D].上海:上海交通大学,2013.
智能化数字电源系统研究 篇10
1 智能化数字电源的电路设计
智能化数字电源的系统由电脑驱动器、PWM、显示器、DSP、键盘、接口电路这六部分组成。数字信号的处理器主要通过接口芯片把显示器和键盘连接起来。这样, 用户不但可以通过显示器来观察所使用的电源的参数, 还可以通过键盘的作用随时对电源参数进行修改。为了将配置更为简化一些, 也可以把数字控制的电源驱动器以及数字的信号处理器共同组成电源系统。再通过这样的处理后, 在经过整流的滤波之后, 交流电压变成+36~72v的直流输入到电压U1, 接到高频变压器初级绕组上。在经过两个变阻器分压之后, 分别接到数字的信号处理器模拟的输入端AN1和AN2。注意把初级绕组的另一端接到功率MOSFET。再连上一个限流电阻和电流检测电阻。偏置绕组部分的输出电压经过VD1、C1的整流滤波之后得到了+12v大小的直流偏压, 接到数字控制的电源驱动器的电源端。数字控制的电源驱动器输出的大小为3.3v的电压是由数字的信号处理器提供的。次级的整流滤波电路是由C2、L以及VD2构成的, VD3是一个续流二极管, UD是直流的输出电压。从数字的信号处理器输送出去的脉宽调制信号送到数字控制的电源驱动器的IN端。数字控制的电源驱动器极限的电流标志端接到数字的信号处理器的中断端, 极限的电流设定端接数字控制的电源驱动器的GMTR端点。最后, 把光耦的隔离放大器把输入级和输出级隔离开来。如果使用UCD7201, 那么就能够驱动两个外部功率MOSFET。另外, 还可以用UCD8620以及UCD9501构成电源系统。
2 智能化数字电源的技术亮点
智能化数字电源实现了数字技术和模拟技术的结合, 摒弃了电源的复杂性。数字电源便于在同步信号下实现并联应用, 充分利用扩展性和重复性优势, 实现负载均流, 简化滤波电路的设计。灵活的数字控制将电源组合成并联或者串联的模型, 进而组成虚拟电源。虽然各项性能都得到提高, 却没有增加系统的复杂性, 使用了少量的外围器件, 把砧板的面积进一步的缩小。数字电源在智能化方面存在的优势, 能够让输入电压以及负载点系统保证它们的功率以最优的效率进行转化。此外, 智能化的数字电源能够保证最优的转化效率。与模拟控制技术相比, 数字技术的优势还有在线编程、效率优化、控制算法、操作精确、系统管理的功能。而且数字电源相对模拟电源误差、误差影响、老化漂移、补偿等都更具有优势。可靠性相对较好, 无需调谐就可以获得稳定而且一致的控制参数。数字电源还可以使硬件平台重复应用, 可根据最终系统的独特要求来设计出不同的固件, 能够加快产品上市速度, 减少原器件的库存、开发成本以及风险。
3 智能化数字电源系统的应用
模拟电源在市场上的应用比较广泛, 但还存在许多该技术达不到的一些区域。因此智能化数字电源系统所要开发的市场, 便是模拟电源的这部分空白市场。以数字器件进行控制的电源, 我们可以对它的内部参数进行在线调整, 这也说明了电源动态的特点并不是不变的, 它能够伴随负载在一个比较大的范围内波动, 并不会丧失它所具备的性能。同时, 智能化数字电源所具有的通讯优势, 可以实现电源设备的远程控制, 这种控制方式也是多样性的, 能给设备的监测和运行带来许多便利和其他好处。现在, 智能化数字电源正逐步进入并占有传统的使用领域, 逐渐取代了模拟电源, 并且这种发展速度越来越快。
在这以前, 智能化数字电源的使用仅限于服务器、植入非停电电源的装置、通信产品、太阳能电池机与其功率调节器等一些比较简单的、基础的设备的部分产品中。然而最近, 在汽车、LED照明设备、产业设备, 甚至某些消费类的产品也都使用了智能化数字电源。相比模拟电源, 到底是什么因素迅速扩张了智能化数字电源的应用领域范围呢?
3.1 DSP的低价位吸人眼球
智能化数字电源应用领域得以迅速发展的最主要原因在于, 在智能化数字电源产品的制造过程中, 使用了单价大约只有1美元的电源控制IC。它的成本下降到1美元左右, 足以和模拟电源的控制IC相抗衡。这些IC在使用工作中的频率超过100MHz, 耗电量只是DSP就接近1W, 用于普通开关电源则有剩余。这是使用DSP的智能化数字电源, 只有当UPS等大于1KW的大型设备才运用的主要因素。不过, “DSP微控制器”, 即和通用控制器的价钱同样低廉的DSP, 把原本的几十美元的成本大幅降低到不足几美元, 基本解决了控制IC成本比较高的难题。
3.2 以高于100W、低于1MHz的电源为目标
智能化数字电源自身的DSP微控制器, 会耗费大约200mm W的电力。所以, 它不适用于输出功率比较小的一些电源。但在智能化数字电源的设计中, 综合电源相关的技术人员的专业意见, 我们必须考虑到由于DSP微控制器电力问题而产生的效率低下。所以, 在目前的水平下, 超过50W~100W的输出功率的电源是最适合的。在开关频率方面, 频率不超过1MHz的电源也是最佳的。智能化数字电源通过软件对电流和电压稳定性的控制, 主要是通过A-D转换器来监测其输出电流和输出电压。同时, 在智能化数字电源的使用当中, 以专用的逻辑电路硬件, 但不是DSP软件作为基点去进行PI控制等过程的演算时, 可以适应于开关频率大于1MHz的设备。
4 结语
智能化数字电源系统要完成从模拟电源完全向数字电源的过渡虽然需要很长时间, 但该技术的应用为电源设计的领域注射了生机与活力, 它具备相对较完善的电源管理功能, 高的性价比和集成度, 面向用户体验设计, 简单的外围电路等显而易见的优势, 为智能化数字电源系统的发展开辟了广阔的道路, 并为进一步优化设计打好了基础, 创造了条件。
摘要：当前, 开关电源正逐步迈进智能化与数字化, 而最新研发的智能数字电源系统以其精准的监控功能以其优良的特性逐步引起人们关注。数字电源拥有智能化的灵活性与适应性, 可以直接处理监控以及适应系统条件, 能同时满足各种复杂的电源要求。另外, 数字电源还可以远程诊断以保证系统工作的可靠性。本文介绍了数字化电源的技术, 分析了数字化电源的应用。
关键词：智能化,数字电源系统,应用
参考文献
[1]南国农.电化教育学 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 1985.