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一种高压可调式串联型开关电源的设计

更新时间:2009-03-28

0 引言

本文基于UC3824芯片设计了一种高频、高效、高电压的串联型开关电源。该开关电源具有带负载能力强、开关管尖峰电压低、输出电压可以由独立的DC或D/A控制等优点。

1 电路设计

1.1 UC3824简介

UC3824是一块含有两个独立图腾柱输出的高频PWM控制器。1脚为反相输入端,2脚为同相输入端,3脚为COMP输出,4脚为外部时钟控制,5脚为振时钟电阻,6脚为振荡时钟电容,7脚为斜坡电压,8脚为软起动控制,9脚为过流保护及芯片关断端,10脚为芯片地,11脚为图腾柱A输出端,12脚为输出级地,13脚为芯片输出级电源,14脚为图腾柱B输出端,15脚为芯片电源电压,16脚为5.0伏参考电源。

1.2 电路分析

实际电路如图1所示。选择2脚正相输入端为控制端,根据手册的,设最大占空比取RT为6.8K。由手册CT=取CT为1500pF,则工作频率

通过前文的对比分析发现,两类传感器接收的信号在时域和频域上存在差异性与共性,差异性主要体现在工作频段和对信号的灵敏度上,下面从这两方面开展适用性讨论,并以此总结出声发射传感器的选取原则。

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当 U1:1的(3)脚为 5V 时,

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图1 高电压可调式串联型开关电源Fig.1 High voltage adjustable tandem switching power supply

 

PWM信号由11脚输出控制Q1的栅极,通过改变Q1V MOS管的导通角实现可控式电压输出。由于UC3824的最高工作电压只有36V,而本电路设计的输入电压高达100V,因此,在IC1和Q1之间加了IC2。IC2HIP2100是一块VMOS驱动芯片,虽然IC2的工作电压只有12V,但芯片IC2工作时通过HB和HS之间的C10、C11自举电容的泵电源,其HB的电压随HS而变,且超过HS电压10V以上,设输出最大电压为90V,HB的最高电压可超过100V,在让Q1导通时HO的电压大于HS的电压10V以上,即仍大于功率场效应管Q1的GS的导通阈值,保证IC1的正常导通。L1是储能电感。当Q1导通时L1产生的发电动势是左正右负,当Q1关断时,L1产生的电动势是左负右正,相当于把IC1关断时L1的反电动势释放到回路中,D6是释放L1反电动势的二极管,Q2可以减少D6的非线性开关谐波干扰。为了使该电源的输出能受单片机控制,电路中加入了 U1,U1:2 是一个电压跟随器。 U1:1是一个比较器。比较器反相端电压是输出电压经R17、R18、R19三电阻在R19上的采样电压。

(1)在 control in 输入+1V至+5V直流电压,Vout得到相应的+18V至+90V的输出。

当Control IN输入电压刚好等于5伏时,该电路的最大输出电压为90V,而当Control IN输入电压小于5V时,输出电压=18倍输入电压。由(2)式可得:改变比较器U1:1反相端电压 U1:1(3)脚的电压,就可以改变电源的输出电压,因此,该电源的输出电压可以由单片机的D/A对Control IN电压来进行调节。为了与单片机电压兼容,U1的工作电压由IC1的16脚VREF提供,并采用LMV358轨对轨运算放大器实现+5V电源供电的最大利用率。U2(LM393)是过压及过流保护之比较器。 U2:2的反相端 6 脚为 D5(LM385-2.5)稳压管的值=2.5V,输出电压通过 R20、R21的采样值输至 U2:2的同相端 5 脚, 即

(2)当阻性负载的电流大于5.2A时,输出发生阻塞性输出。

1.3 实验过程

唐飞霄居高临下地望着天葬师,天葬师闭着眼,不知死活。那只节足,插在天葬师胸膛的左侧,宽大的羽袍,令唐飞霄无法准确判定插下的位置是不是心脏,所以,他抬起了另一只节足,对准了天葬师的胸膛。

95.68V,即当电源Vout输出超过95.68V时,比较器U2:2反转,输出之高电压(12V)通过D3加到IC1的保护端9脚使IC1输出关断,起到过压保护作用。 U2:1是过流保护器,其反相端2脚的电压为D5(2.5V)在 R12和 R13的分压=0.5V,当输出电流超过5A时,输出电流在R25上的电压为左负右正=0.5V,该电压加在比较器 U2:1 的正相端,亦即当输出电流超过5A时,过流保护器U2:1反转,输出之高电位通过D2加之IC1的限流关闭端9脚上达到过流保护。D1(3V)是过压保护端的保护二极管,防止过高的正电压输至IC1的9脚。

(3)输出纹波电压实测为2%左右。

2 结论

串联型开关电源输入与输出是共地的、不隔离的,但其优点是输入输出传输效率高。本电路的特点是:

(1)一般开关电源芯片的工作电压小于30V,当需要用于高于30V输出电压要求时,可以通过外加泵电源MODFET驱动芯片如HIP2100等芯片来满足要求。

(2)在反馈电压的采样端通过一个比较器,可以实现MCU(单片机)的D/A对输出电压的连续控制。

参考文献

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[3]王水平,孙柯,王禾.开关电源原理与应用设计[M].北京:人民邮电出版社,2012.

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唐华丽,张隽毅
《机电产品开发与创新》2018年第01期文献

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