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秒速赛车技巧:一种用于智能电器的低成本小

人气:发表时间:2018-09-30

  中国邮政集团公司上海研究院的研究人员余飞,在2018年第3期《电气技术》杂志上撰文,设计了一种用于智能电器的小功率开关电源,阐述了该开关电源的方案选择和工作原理,电路设计、变压器设计以及对EMC的设计考虑。经试验,该电源达到了设计要求,成本低、体积小、电磁兼容性较好,具有较高的应用价值。

  随着经济社会的快速发展,电力供应的环保、高效、安全和可靠越来越成为工业界和学术界关注的热点,智能电网成为能源工业发展的新趋势。智能电器是智能电网非常重要的组成部分,对支撑智能电网的发展需要,提高电力设备自身的性能起到了重要的作用。新世纪以来,各种智能电器层出不穷,而作为智能电器的核心部件,智能控制器的功能也在不断增强[1]。

  在智能电器控制器的研制中,电源是其中的重要组成部分,其性能的好坏直接关系到整个控制器工作的稳定性。而智能电器又具有量大面广、功能多、产品体积小、一般应用在电气环境较为恶劣的场合等特点,这样就对开关电源稳定性、成本、可靠性等提出了更高的要求[2]。

  智能控制器电源一般取至主回路或外部控制电源。本文所需电源主要设计要求为85~265V AC/DC宽电压输入,一路5V/100mA输出供维持控制器的正常工作,一路24V/50mA供外部IO模块或通信电路使用。总体输出功率约为1.7W。

  在低成本AC/DC多路输出结构中,一种较常见的结构是在高电压输出端采用低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator,LDO)来获到低电压。但是在本方案中,秒速赛车技巧:一种用于智能电器的低成本小功率开关电源由于24V和5V之间压差较大,若采取从24V一路通过线V一路输出,将会使得电源整体效率较低,LDO器件发热量较大,影响控制器整体工作的稳定性。

  另一种比较常见的结构是基于Flayback结构的反激式开关电源,该结构转换效率高,能实现多路输出,但缺点是电磁兼容性较差、元件较多,成本也比较高,并不适合结构紧凑、应用环境恶劣的智能电器控制器,也不利于降低成本[3][4]。

  考虑到控制器的体积和成本,选用非隔离降压型(BUCK)拓扑结构来实现该开关电源是一种比较可行的方式。BUCK型开关电源是一种经典的开关电源结构,尤其在DC/DC电路中应用广泛,在AC/DC中也比较常见,但在多路输出AC/DC中应用不多。

  本文采用的多路输出的BUCK结构就是采用耦合电感(CouplingInductance)的方式获得双路输出,作为BUCK结构的一个变种,其原理如图1所示。当MOS开关S闭合时,Vin给电感L、电容C1充电;当S闭合时,电感L放电,向C2充电,为副边提供能量。这样就较好的解决了BUCK结构多路输出的问题。此外,Vout2和Vout1及市电隔离,有利于提高Vout2回路的抗干扰能力[5]。

  如上文所述,电源要求电压范围较宽,待机功耗较小,以节约电能,同时尽可能的减小电源体积,降低成本。在这一要求下,设计方案采用意法半导体(ST Semiconductor)公司的VIPer12A。芯片原理框图如图2所示。

  VIPer12 A 是一种专用的电流模式PWM 控制器,芯片具有以下特点:

  1)采用电流模式(Current-Mode)控制脉宽调制,开关频率是固定的,为60kHz;

  2)内置高压功率MOS 管,同控制器集成在同一块硅片上,可以不用外接MOS管。

  3)在轻负载下电路进入自动突发模式(Automatic burst mode)。此时,MOS管开通时间会变得很短,以致要丢失几个开关周期才出现脉冲;

  4)VDD脚电压范围很宽,为9-38V。芯片有过温、过流、过压保护功能,并能自动再启动;而在过压时,则工作在打嗝模式(Hiccup mode)。

  开关电源电路原理图如图3所示。电源电压通过C1整流后,流经VIPer12A的源级(D)、漏极(S)。芯片通过对内置MOSFET的开关操作,使得高频变压器T1原边和副边持续不断进行充放电操作。

  24V通过原边输出,5V由副边输出。电路通过D3、D4、C3组成的回路来为芯片提供反馈,从而保持输出电流、电压的稳定性。R1为24V端的负载电阻,可以在24V输出端开路时提供稳定的环路,有利于5V的稳定输出。

  在小功率情况下,一般我们希望开关电源工作在非连续导通模式(DCM,Discontinuous Conduction Mode)模式,相比连续导通模式(CCM,Continuous Conduction Mode)模式,DCM模式工作更稳定,闭环响应会更好,电感量也较。

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