应用于交流伺服系统多路输出开关电源设计

2021-06-02 00:10字体:
  

  与直流电机比拟,相易电机不需求换向器和电刷,其机闭越发简便。调速鸿沟宽、稳态精度高、动态相应疾、转子惯量小、输出功率大等诸众好处,使得相易电机正在工业坐蓐中获得较渊博地运用[1]。对伺服体系供电的与低效劳的线性电源比拟,由于其效劳高、体积小、重量轻而受到渊博地体贴[3]。美邦PI 公司坐蓐的开闭电源专用集成芯片TOPSwitch-II,是一种将PWM 和MOSFET 合二为一的新型芯片,此系列芯片以其体积小、重量轻、价钱低等上风,已经推出便获得渊博的运用,显示了优越的运用前景。

  TOPSwitch-II芯片,将脉宽调制(PWM)负责体系的完全成效集成正在一道,机闭简便,只要三个引出端,分歧为负责端C、源极S和漏极D[4]。内含脉宽调制器、功率开闭场效应管、自愿偏置电道、爱戴电道、高压启动电道和环道抵偿电道,通过高频变压器使输出端与电网所有隔绝,真正竣工无工频变压器、隔绝式开闭电源单片集成化,利用安宁牢靠。TOPSwitch-II是电流负责型开闭电源,负责端供应偏压Uc,对电流Ic的巨细举行负责,就能连结调治脉冲占空比,竣工脉宽调制。占空比D与负责端电流Ic呈线mA 鸿沟内,当Ic↑时D↓,Ic↓时D↑。ICD1 是并正在C-S 极

  开闭电源安排道理TMS320F2812 是负责板中的最首要的器件一。它每秒可奉行1.5 亿次指令,具备超卓的数据统治本领。对该芯片供电的优劣,直接影响负责板职责的牢靠性。因为芯片的供电电压是3.3V,研究到负责的需求,总共需求两道+5V 供电,分歧是模仿5V和数字5V。别的,负责板尚有±15V 供电的芯片。IPM 模块是

  最首要的器件之一。它寻常利用IGBT 行为功率开闭元件,内藏电传布感器及驱动电道的集成机闭,越发适合于驱动电机的变频器和各类逆变电源。本体系所利用的IPM,总共需求4 道电气隔绝的+15V电源。综上所述,伺服体系需求+15V、-15V 和+5V三种电压等第供电,故需求安排一个也许供应上述电压等第的辅助电源。电源安排参数如下:① 输入电压:VAC;

  输入整流滤波电道采用Π型滤波(图2):个中C17、C18 为差模电容,抑止差模扰乱;C19、C20 为共模电容,抑止共模扰乱;滤波电感L1 采用双线并绕。采用不行控的整流桥,整流器件的额定电流有用值ID,必需满意正在低电压输入时最大均匀电流值,

  ,寻常取0.5。反向阻断电压VR,按高电压输入举行揣测:max R 1.25 2 AC V   V (2)图2 中,输入滤波电容C21 的容值,可能遵守比例系数1~3μF/W 与输出最大功率Pomax 的乘积举行取值。3.2 变压器

  单端反激式开闭电源中的变压器,正在开闭管开通时,积聚能量,阻断时开释能量而对负载供电[5]。对付

  ,即使条件每道输出电压均具有高精度,则每道均需求有闭环的稳压回道。对付本安排的众道输出,U3 输出这一齐精度条件较高,对这一齐输出需加闭环负责,其它几道条件相对不高,不需求闭环负责。3.2.1 变压器铁芯

  8 1max max ( ) 2 10 ( C ) o ON SQ B K K j P T 计 (3)式中,S 为铁芯的截面积(cm2);Q 为铁芯的窗口面积(cm2)。Bs 为选用的铁氧体饱和磁感触强度,研究到高温时Bs会低浸,选定职责最大磁感触强度Bm;TONmax为最大占空比Dmax对应的TOPSwitch-II 最大导通时期;△B 为铁芯磁感触强度的蜕化量,职责磁感触强为B,最小功率与最大功率的比值为K。上述几个量彼此之间的对应干系为:

  式中,Kc 为铁芯填充系数,Kμ 为窗口愚弄系数,j为导线电流密度。正在确定铁芯型号时,铁芯实践的截面积与窗口面积乘积SeQe,应不小于SQ。

  (SRD)构成的箝位电道。电道的首要道理是愚弄TVS 的瞬态电压迫止性情来抑止脉冲电压[7]:当TVS 管两头经受刹时的高能量袭击时,它能以极高的速率使其阻抗忽地下降,同时罗致一个大电流,将其两头的电压箝位正在一个预订的数值上,从而确保后面的电道元件免受瞬态高能量的袭击而损坏。D11 为TVS,它与D12(SRD)构成箝位电道,如图2 所示。D11 秉承的耐压值U11、D12 秉承的耐压值U12 分歧按式(20)、式(21)揣测:111 2 2 1 U  1.5U (N ) N (20)12 max 2 AC U  V (21)式中,N1 为校核后的原边匝数。3.4反应电道光耦反应电道实践由两部门组成:①由反应绕组N10、高频整流滤波器组成的非隔绝式反应电道,反应电压U10 为光敏晶体管供应偏压;②由取样电道、TL431、PC817 组成的隔绝式反应电道,它将输出电压U3 的蜕化量直接转换为负责电流Ic:正在Ic=2~6mA 的鸿沟内,输出电压U3 减小时,原委光耦反应电道使得Ic 减小,D 增大,U3 增大,最终保障输出电压坚固。4.八道开闭电源安排及职能测试4.1 参数安排研究IPM 和DSP及其他芯片的职责电流,功率选为75W。由TOPSwitch-II 最大输出功率与型号故需对上述揣测值举行进位取整(比如揣测结果为

  的干系,拔取TOP226Y。遵守上述分解,安排了基于TOP226Y 的八道输出开闭电源,其

  图,如图2 所示,安排物理量及数值如外1 所示:外1 八道输出开闭电源安排物理量及数值

  正在绕制变压器时,拔取了EI33 型铁芯。为了使得各输出绕组间精密耦合,先绕N1 的一半,再绕N10,之后依序绕N2~N9,结尾绕N1 的另一半。变压器的各个绕组电感衡量值和最小揣测值如外2 所示:外2 变压器各个绕组电感衡量值与最小揣测值对比

  从外2 可能看出,变压器各个绕组电感衡量值均不小于最小揣测值,满意安排条件。别的,将副边绕联立式(1)~(20),连接外1,可能求得开闭电源各个首要待定物理量(按公式陈列次序)如外3 所示:

  相易输入电压给定187~253V 时,对开闭电源举行了上电试验。为了注明钳位电道的安排,图3 给出了相易输入电压为220V 时,TOP226Y 的D 与S两头的电压应力波形,用差分探头20 倍衰减,可能看到电压被TVS 箝位正在200V,使得TOP226Y 获得了很好地爱戴。图4~图11 是相易输入电压为220V时,测得的八道输出电压波形,从图中可能看到各道输出较坚固,纹波小。组短道,测得原边绕组漏感量为26.28μH,小于原边电感量5%。综上所述,变压器也许平常职责。

  本文采用TOP226Y 安排了一款众道输出的开闭电源,对各个模块给出了外面分解和参数揣测,结尾通过实测结果分解,获得以下结论:

  (1)TOPSwitch-II 系列开闭电源,与MOSFET 及PWM 负责器集成电道比拟,有高集成度、最简外围电道等好处,下降了安排难度,缩短了开垦周期。

  (2)相易输入电压给定为220V±15%时,输出电压动摇较小,也许满意相易伺服体系供电条件,验证了外面分解和参数安排的精确性。

  功率因数的仿真分解[D]. 南京:南京航空航天大学, 2006.[2] 孙祖勇, 陈志辉. 众道隔绝输出通盘字伺服体系开闭电源安排[J]. 电源本事运用, 2007, 10(6):33-37.

  [4] 沙占友. 单片开闭电源最新运用本事[M]. 北京:死板工业出书社,2003.

  [5] 陈坚. 电力电子学——电力电子变换和负责本事(第二版)[M]. 北京:上等教导出书社, 2004.

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