开关式交流稳压电源设计

开关式交流稳压电源设计内容摘要：

方波发生器电路 积分电路 图 4 三角波发生器的电路结构 对于方波发生器，有 对于积分电路，有 不难分析，由 Rf对 C1的充电和放电过程来看，运算放大器 A1输出为 50%占空 9 比的矩形波，即方波，送到由 A R C2组成的绩分电路分别进行正 向积分和反向积分后，便从 A2 的输出端产生三角波。 由于电路要求三角波的频率为 150KHz，实际上三角波的频率完全取决于方波发生器的方波频率。 影响方波发生器的频率的因素有 Rf和 C1 以及 R1与 R2，当 R R2 和 C1 固定时 ,仔细调节 Rf，不难获得 150KHz 的标准方波。 而 R5 和 C2 的参数决定了三角波的斜率和幅度，对其要求由后续文档予以详尽描述。 该运算放大器采用 OP07 实现。 （ 3）脉冲宽度的调制（ PWM）器的电路结构及分析 三角波发生器产生 150KHz 的标准三角波，送到比较器的同向输入端，正弦波发生器产生 50Hz 的标准正弦波，送到比较器的反向输入端，在比较器的输出端便产生了受正弦波瞬时幅度调制而宽度变化的矩形波，如图 5所示。 图 5 PWM 产生电路 根据比较器电路的工作原理，即当同相输入端电位高于反向输入端电位时输出端为接近 Vdd，反之当同相输入端电位低于反向输入端电位时输出端为接近 Vss，不难分析，其输入和输出的时序图如图 6 所示，比较器采用专用比较器集成电路 LM393。 图 6 PWM 输入和输出波形及时序 10 当三角波的波形幅度（或斜率）确定后，正弦波的瞬 时振幅确定了 PWM 信号的宽度，也就决定了向负载提供的正弦波幅度。 所以对三角波幅度的要求是足够正弦波的最大振幅。 如果从图 3 的可控正弦信号输出端口送来的最大正弦信号幅度为10V，则要求三角波的最大幅度应大于等于 10V，可通过仔细调节积分电路中的 R5来实现。 PWM 波要送到高速电子开关去进行功率驱动，一方面提供给高速电子开关的输入信号要求有足够的驱动能力，另一方面高速电子开关有正负两个输入端口，因此需要将 PWM 波进行同向缓冲和反向缓冲，同向缓冲器和反向缓冲器的具体电路结构如图 7所示。 它们的输出波形如图 8所示。 图 7 PWM 信号 图 8（ a） PWM 同向波形 （ b） PWM 反向波形 11 同向和反向器均采用高速运算放大器 OP07 后接互补共集电极组态的三极管实现，如图 9 所示。 图 9 同向 和 反向 缓冲器电路图 高速电子开关电路 高速电子开关电路，实现将 PWM 波实现功率放大，配合高频电子变压器和滤波电路，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。 整个电路由 4 个场效应管组成桥式开关电路，高频开关变 压器、多组LC 滤波电路（图中只画出一组 L3C3）组成，其典型的电路图如图 10 所示。 图 10 高速电子开关电路 12 其工作原理是：四个 VMOS 管 V V V V4受 PWM 和 的驱动。 其中就是由 PWM 经过反向器反向了的信号，与 PWM 相位相差 180o，如果 PWM 为“＋”，则 为“－”，此时， V1 管 G 在 PWM“＋”输入电压的驱动下 D－ S 导通， Vdd 经过 V1 到 L1， V4 管 G 在 “－”输入电压的驱动之下 D－ S 也导通， Vss 经过V4 到 L2， Tr 的初级为左“＋”右“－”。 反之，如 PWM 为“－”，则 为“＋”，此时 V3 管 G 在 “＋”输入电压驱动下 D－ S 导通， Vdd 经过 V3 到 L2， V2 管G 在 PWM“－”输入电压驱动下 D－ S导通， Vss经过 V2到 L1， Tr 的初级为左“－”右“＋”。 高频开关变压器 Tr 的作用还兼作市电隔离的作用。 电路中 L C1 和 L 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的拐角变成“缓变”形状，以使流经变压 器的谐波分量减小，降低干扰。 所以， L C1 和 L C2的时间常数不能大，应该小 10倍于 150KHz 的周期时间。 150KHz 信号的周期为 1247。 150000Hz＝ S S247。 10＝ S 选择 RC 的时间常数为 τ＝ RC＝ S 经过高频开关变压器次级感应到的电压通过 L 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。 如图 11所示。 图 11 还原出来的波形 该 LC 时间常数应该远远大于已调制信 号的周期，而小于调制信号的周期，才能实现滤除已调制信号的脉动波，还原出调制信号。 由于调制信号为 50Hz，已调制信号为 150KHz，为了使谐波失真减小到参数要求的 2%，则尽量选用多级 LC 滤波，LC时间常数尽量选择靠近低端频率。 这里选择 LC时间常数为 200Hz 的周期 13 1247。 200Hz＝ 5mS 经过实际试验，以选择三级 LC滤波效果为好。 图 11中还原出来的调制波实际上是有一定程度的锯齿波成分的，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 11中显示的局部放大后的锯齿形状，其锯齿程度反映了信号的失真度 ，与多级 LC 滤波器的性能参数有关。 电压和电流取样电路 取样电路一方面用于电压和电流的显示，另一方面用于控制其稳定的电压或电流输出。 电压取样采用在负载上直接分压的形式，电流取样采用在负载上串联一个较大功率的较小阻值的电阻，从电阻上取出的电压即代表了负载上的电流。 （ 1）电流取样电路 如果在负载上串联一个电阻，该电阻上的电压完全反映出流过负载的电流。 因此可以用从该电阻上取电压的方案来进行电流取样。 只不过要主意，该电阻阻值不能大，否则影响电源的内阻参数。 虽然很小的电阻其取样灵敏度会很低，但我们可以用 放大器将其电压放大。 电路图如图 12所示。 图 12 电流取样电路 从取样电阻上取得的负向电压信号代表了负载上的电流，经过 R1 送入运算放大器 A反向放大，放大器的放大倍数 Au由 Rf 和 R1 决定，其值为 Au＝－ Rf247。 R1 （ 2）电压取样电路 电压取样电路比较简单，可以直接利用电阻分压的方法送 A/D 转换器进行 AD转换。 无论是电压取样还是电流取样，取样信号都是交流的，在进行 AD 转换时，转换的原则是对整个周期进行多点采样，如 180 点，再利用微处理器进行积分运算，最终计算出有效值，用于显示或通过 DA 转换控制。 如图 13 所示。 14。