一種基于555時基芯片的高頻逆變電源的設計與實現(xiàn)

　　氙燈作為一種高功率強光源，有著廣泛的用途，其主要原理是通過光源內(nèi)部的高頻逆變電路，為高壓氙燈提供穩(wěn)定的高壓電源。文中設計了一個高頻逆變電源電路用以實現(xiàn)同樣的功能。

　　電路結(jié)構(gòu)與原理

　　1.1 555單穩(wěn)電路

　　555單片機時基電路是一個高度穩(wěn)定的控制器，能產(chǎn)生精確的時間延遲或振動的條件。在時間延遲模式的運作，時間是由一個外部電阻和電容精確控制的。在一個穩(wěn)定的操作中，振蕩器、自由運行頻率和責任周期都是由兩個外部電阻和一個電容精確控制的。電路可以被下降的波形觸發(fā)與重置。

　　將555電路的6，7腳并接起來接在定時電容C上，用2腳作輸入就成為脈沖啟動型單穩(wěn)電路。電路的2腳平時接高電平，當輸入接低電平或輸入負脈沖時才啟動電路，如圖1所示。下面分析它的工作原理：

　　(1)穩(wěn)態(tài)：接上電源后，R=1，S=1，輸出Vo=0，D端接地，C上的電壓為0即R=0，輸出仍保持Vo=0，這是它的穩(wěn)態(tài)。

　　(2)暫穩(wěn)態(tài)：輸入負脈沖后，輸入S=0，輸出立即翻轉(zhuǎn)成Vo=1，D端開路，電源通過RA向C充電，暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng)過時間TD后，C上電壓上升到大于 2/(3VCC)時，輸入又成為R=1，S=1，這時負脈沖已經(jīng)消失，輸出又翻轉(zhuǎn)成Vo=0，暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。這時內(nèi)部放電開關(guān)接通，D端接地，C上電荷很快放到零，為下一次定時控制作準備。電路的定時時間TD=1.1RAC。這兩種單穩(wěn)電路常用作定時延時控制。

　　1.2 電路原理

　　根據(jù)555芯片設計了電源電路，并畫了PCB板圖進行實物焊接。焊接完成后，進行實際調(diào)試過程中不斷出現(xiàn)一些問題，如變壓器T1剛開始只能夠輸出預想電壓的一半(350～450 V);還有功率管經(jīng)常在接上電源數(shù)分鐘后就會發(fā)燙，檢測后發(fā)現(xiàn)是震蕩頻率不夠，減小其左邊電感L1即可。在調(diào)試過程中，經(jīng)過不斷修改完善，最終達到預想功能。圖2為電路原理圖。

　　電路中，U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555單穩(wěn)電路，U5則為555多諧振蕩電路，U5的輸出端(3腳)為U3提供周期性矩形脈沖。整個電路通過U3產(chǎn)生的脈沖調(diào)制信號來控制Q4的導通與截止。從而實現(xiàn)Q1的導通與截止。從而在變壓器T1中第1腳和2腳之間的繞組之間產(chǎn)生了交變的電流信號，再通過變壓器的電壓變化實現(xiàn)960 V和120 V的交流電壓輸出。再通過同步脈沖控制C19的充電和放電實現(xiàn)變壓器T2的二次升壓實現(xiàn)輸出7000 V的交流信號輸出。最后960 V和7 000 V的輸出電壓通過耦合電路對高壓氙燈進行點火。

　　圖3為電路實物圖。

　　頻率計算公式：

　　f=1/(1.1RC)

　　占空比計算公式：

　　q=(R1+R2)/(R1+2R2)

　　經(jīng)實際調(diào)試，得到占空比為3/4;頻率為104Hz。

　　1.3 電路模塊分析

　　圖 4中，R25為限流電阻，R23為Q6的e極和b極間偏置，R10為Q5的e極和b極間偏置;C26及C25起抗干擾作用;電路工作原理為當Q5的b極得到D2送來的電壓，Q5導通;此時產(chǎn)生Ic5，并且向Q6提供Ib，則Q6的c極便有Ic6，則Ic6為Q5提供b極電流，完成Q5與Q6輪流導通，使 R25右端電壓為0 V，此時D11將G極的電壓設定為0.7 V。R24，THC1為降壓電阻和熱敏電阻;其作用為溫度傳感元件。實現(xiàn)功率管Q1過熱的保護信號。

　　圖5為電路轉(zhuǎn)換模塊，其中Q4及SCR1構(gòu)成同步電路。對于Q4，當同步脈沖信號到來時使Q4導通，則關(guān)閉了Q1的驅(qū)動脈沖。對于SCR1：構(gòu)成C19和 T2連接電路的充放電控制。當同步信號到來時，有C17將脈沖耦合到SCR1的觸發(fā)端，實現(xiàn)SCR1的導通，將C19進行放電。同步脈沖信號的作用是使電源停止工作，同時完成C19的放點控制。無后步脈沖時電源工作，對C19充電(由D4完成)。

　　電路穩(wěn)壓模塊通過采樣電路(R14，R15，R16，R17，R30)電阻的分壓，將采樣電壓反饋到電壓比較器U2B(LM358D)的同向輸入端與U1(TL4 31)產(chǎn)生的基準電壓進行誤差放大，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出960 V和120 V的目的。如圖6所示。

　　由T2得到的7 000 V電壓與T1輸出的960 V電壓進行耦合點火，以點亮高壓氙燈。如圖7所示。

　　逆變電源變壓器

　　在整個電路中，起核心作用的便是變壓器T1。通過它才能得到960 V的電壓輸出。在本文中，變壓器T1需將12 V輸入電壓變壓為120 V和960 V的輸出電壓。如圖8所示。

　　圖8(a)中：從上到下，按逆時針順序，引腳分別為1～9腳。11線并繞，從5腳進，7腳出，逆時針繞17圈，線徑為0.11 cm。從3腳進，2腳出，逆時針，11圈，線徑為0.16 cm。從1腳進，繞78圈，從8腳出來，逆時針，線徑為0.11 cm。從8腳進，繞452圈，9腳出線，逆時針，線徑為0.11 cm。要求8腳和9腳引出的線要保持足夠間距，避免產(chǎn)生火花。

　　結(jié)語

　　采用基于555時基芯片的高頻逆變電源電路，設計并實際制作出了一款簡便實用的便捷式氙燈照射器。文中對電源電路進行了設計，并在調(diào)試工程中進行了多次修改改進，使照射器工作趨向于穩(wěn)定可靠，增加其用途廣泛性。