開關(guān)電源模塊化設(shè)計(jì)及繼電保護(hù)電路設(shè)計(jì) —電路圖天天讀（247）

　　利用單片機(jī)控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行電源系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)和并聯(lián)均流運(yùn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的小型化、智能化、模塊化設(shè)計(jì)，滿足開關(guān)電源大功率、標(biāo)準(zhǔn)化和提高系統(tǒng)的可靠性的要求。本文通過(guò)對(duì)開關(guān)電源的主回路結(jié)構(gòu)和基本特征及并聯(lián)運(yùn)行模式進(jìn)行分析。

　　該樣機(jī)主要由一個(gè)控制模塊、三個(gè)電源模塊和一個(gè)電源底板組成。其電源模塊主要技術(shù)參數(shù)為：

　　輸入三相380V±10％，頻率50Hz；

　　輸出額定電壓DC24V±2％；

　　輸出額定電流10A，允許過(guò)載20％

　　電壓調(diào)整率小于2％；

　　效率i》90％。

　　控制模塊可支持多模塊并聯(lián)運(yùn)行，各模塊間電流最大不平衡度小于2A。

　　1、電源模塊主回路設(shè)計(jì)

圖1 電源模塊主回路原理圖

　　該主回路有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　1、可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)主回路開關(guān)良好的軟開關(guān)條件，開關(guān)工作于零電流關(guān)斷狀態(tài)，大大減小了開關(guān)損耗，適合采用IGBT開關(guān)。

　　2、輸出模式為電流模式，輸出電流正比于工作頻率。若控制電路可以確保零電流關(guān)斷，則工作頻率存在不會(huì)超越的上限，故輸出電流亦不會(huì)超限，過(guò)載情況下，輸出電壓將自動(dòng)下降。

　　3、高頻逆變電流Io為近似正弦波電流，且其頻率即主回路工作頻率，頻率較之準(zhǔn)諧振軟開關(guān)模式低一個(gè)數(shù)量級(jí)，加之采用軟開關(guān)，因此主回路EMC特性非常優(yōu)異，且變壓器副邊高頻整流橋亦自然工作于良好的零流軟開關(guān)工作狀態(tài)。

　　4、因主回路電流為近似正弦波電流，因此主回路輸入輸出濾波電容所受沖擊亦較小，且輸出電壓紋波亦較小。

圖2 電源模塊主要波形圖

　　繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行有著十分重要的作用而繼電保護(hù)用開關(guān)電源是繼電保護(hù)裝置中的主要功能模塊電源性能的好壞直接影響到繼電保護(hù)裝置可靠性。

　　2、繼電保護(hù)用開關(guān)電源的特殊要求

　　繼電保護(hù)用開關(guān)電源是一種工作在惡劣環(huán)境下的電源它必須能夠在20 70 的寬溫域內(nèi)正常工作與一般系統(tǒng)電源相比它有自身特殊的要求。

　　2.1 電源控制電路的設(shè)計(jì)

　　根據(jù)各種開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)結(jié)合繼電保護(hù)裝置的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種單端反激式［1］繼電保護(hù)用開關(guān)電源其工作原理為從交流電網(wǎng)輸入的50Hz220V AC 電壓經(jīng)過(guò)EMI防電磁干擾濾波直接整流濾波經(jīng)過(guò)變換器將直流電壓275V 變換為數(shù)十kHz的高頻方波電壓經(jīng)過(guò)高頻變壓器隔離降壓再經(jīng)過(guò)高頻整流濾波輸出直流電壓經(jīng)取樣比較放大及控制驅(qū)動(dòng)電路控制變換器中功率開關(guān)管的占空比得到穩(wěn)定輸出電壓。

　　本文介紹的繼電保護(hù)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)中控制電路采用了UC3844 UC3844是一種高性能的固定頻率電流型控制器單端輸出可直接驅(qū)動(dòng)雙級(jí)型晶體管和MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管UC3844內(nèi)部簡(jiǎn)化原理框圖如圖3所示。

　　圖3 UC3844 芯片簡(jiǎn)化原理框圖

　　UC3844封裝形式為DIP8 共有8個(gè)引腳各腳功能如圖1所示以UC3844為控制芯片的單端反激式開關(guān)電源電路原理如圖4所示。

　　圖4 單端反激式開關(guān)電源電路原理

　　圖4中高頻變壓器實(shí)現(xiàn)了電隔離電流反饋環(huán)由R4R5R7C5U2UC3844的3腳等組成 當(dāng)由于輸出端短路或者輸出過(guò)載時(shí)使變壓器原邊電流變大引起UC3844的3腳電壓變大 當(dāng)3腳電壓大于1V時(shí)通過(guò)內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)通寬度變窄 從而達(dá)到對(duì)MOSFET管及變壓器保護(hù)的目的。

　　電源抗干擾設(shè)計(jì)外界干擾主要來(lái)自電源輸入端所以干擾向大地泄放的回路主要設(shè)計(jì)在輸入電路里面電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式共模干擾存在于電源任何一相對(duì)大地之間差模干擾存在于電源相線與中線以

　　及相線與相線之間 利用EMI濾波器能夠有效抑制共模干擾和差模干擾顯著改善開關(guān)電源的抗干擾性所以第一道防線就設(shè)計(jì)在輸入端的輸入濾波器輸入EMI濾波器電路如圖5所示。

圖5

　　圖5中L1L2和C1用于濾除差模干擾信號(hào)L3L4和C2C3用于濾除共模干擾信號(hào)圖中第一級(jí)共模濾波器使用足夠截面積的高頻響應(yīng)的鎳鋅鐵氧體磁環(huán)第二級(jí)共模濾波器線圈磁芯使用高導(dǎo)磁率錳鋅鐵氧體。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：本文通過(guò)對(duì)開關(guān)電源的主回路結(jié)構(gòu)和基本特征進(jìn)行分析，利用單片機(jī)控制技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)進(jìn)行電源系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，本電源具有較好的性能滿足繼電保護(hù)用開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求并已批量應(yīng)用于繼電保護(hù)裝置工作穩(wěn)定可靠。
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