80V 25A高精度穩流電源的研制

作為電真空微波放大管的一種，速調管以其功率大p效率高的優點得到了廣泛的使用。而速調管一般都要外加一個聚焦磁場。為了使速調管電子槍所打出的電子注不被散射損耗掉，這就要求磁場電源具有較好的電流穩定度。

2性能指標

(1)輸入：三相50Hz、380V;

(2)輸出：額定電壓80V，額定電流25A，要求0∽25A繼續可調;

(3)輸出電流紋波：0.08A;

(4)輸出電流穩定度：0.08A;

(5)供應電源過流保護,電源過壓/欠壓保護;

3電路原理

3.1主回路

主回路采用Buck變換器,原理框圖如圖1所示

圖1主回路框圖

3.1.1原理簡介：

50Hz、380V三相交流輸入電壓經EMI電網濾波器阻斷噪音信號，通過隔離變壓器降成100V左右的交流電壓，再經過整流濾波，變成Buck變換器所要的平滑直流電壓。圖1中，當N1或者N2導通時，電感L1在未飽和前，電流線形新增，電感L1的極性為左正右負，二極管V1處于關斷狀態。當N1和N2都關斷時，由于電感L1中的磁場用途，改變L1兩端的電壓極性，左負右正，續流二極管V1導通，以保證輸出電壓和電流不變。由于磁場負載是一個感性負載，當電源不工作時，磁場負載必然會出現一個反向的電壓，二極管V2用來將這一反向的負載能量釋放掉。

3.1.2關鍵元器件的選擇

(1)開關管N1，N2的選擇：采用三菱公司100A單管IGBT（CM100H-12）。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）具有MOSFET的工作速度快、輸入阻抗高、驅動電路簡單和GTR的阻斷電壓高、飽和導通壓降低、載流能力強的優勢。開關管的驅動采用變壓器隔離。與不用變壓器，筆直驅動相比，主回路對驅動電路的干擾小，不易引起震蕩。由于變壓器工作比的限制，若只用一個IGBT,使得占空比不能超過50%。因此，開關管由兩個IGBT并聯，用控制電路輸出的相位相差180的脈沖信號驅動。這樣，占空比就能達到96%，使得輸出電流能在很寬范圍內調節。而且，開關管的損耗也能減少一半。

(2)反饋采樣電路：通常，電源的反饋采樣都采用電阻的形式。然而，由于本電源的輸出電流較大，若使用電阻采樣，電阻的功耗比較大。電阻的過分發熱，必然會引起電阻阻值的變化，從而引起反饋采樣電壓的變化，無法滿足電源的電流精度要求。這部分功耗，對整個電源而言，也是無用的能量損耗。而且，電阻的體積也比較大。采用電阻反饋顯然是不可取的。因此，采用額定值25A的霍爾電流傳感器（CSM025A）作為反饋的采樣。該傳感器具有良好的線性度、抗干擾能力強、低溫漂、寬頻帶等優勢，能夠很好的滿足電源的電流精度要求。

3.2驅動電路

驅動電路的原理框圖如圖2所示

圖2驅動電路框圖

3.2.1驅動電路的選擇:

目前加工的開關電源大多采用pWM脈寬調制方式，少數采用pFM脈沖頻率調制。pWM的缺點是受功率開關管最小導通時間的限制，對輸出電壓不能作寬范圍的調節；另外，輸出端一般要接假負載，以戒備空載時輸出電壓升高。pFM式開關電源的輸出電壓調節范圍很寬，輸出端可以不接負載。本電源要求在0∽25A寬范圍內繼續可調，因此采用pFM的方式。

3.2.2原理簡介：

圖2中，壓控震蕩器VCO輸出頻率由運算放大器的輸出電壓Vo控制的方波，經按時器、二分頻器和驅動放大電路后形成兩路寬度相同的交替脈沖。再經過驅動變壓器T1、T2隔離后，去分別驅動主回路中的N1、N2兩只IGBT。R2、R3、V2、V3構成IGBT柵極與發射極的快速放電回路，和變壓器T1一起構成IGBT的驅動電路。這種驅動辦法既簡單適用又可靠。

3.3保護電路

本電源要求供應過流、過壓、欠壓保護。保護電路原理框圖如圖3所示。

圖3保護電路框圖

3.3.1原理簡介：

圖3中，當電源出現過流、過壓、欠壓故障時，V1、V2、V3為高電平，D觸發器測試到該脈沖電平，鎖存故障。再送入到或門，使得故障輸出V7為高電平。V7分為兩路：一路送到驅動電路中，關掉驅動，保護主回路IGBT開關管；另一路送到控制保護電路中，關斷三相380的輸入。

3.3.2欠壓故障的解決辦法：

由于電源慢啟動的存在，在電源沒有達到額定電流之前，電源必然會報出欠壓故障。所以，在電源開機穩定之前要將欠壓故障先屏蔽掉。作者使用了NE555的單穩態按時器。圖3中，二極管D1、D2構成或門電路。開機通電的同時，按時器的輸出電壓V4為高電平,采樣電壓V5為低電平。此時，V6為高電平，沒有欠壓故障。當電源達到額定電流時，V5為高電平，按時器依然為高電平。當按時器所設定的時間到了，按時器輸出V4為低電平，由于V5已變成高電平，V6始終為高電平。這時，按時器不再起用途，電源能夠正常采樣欠壓故障。

4結論

該電源已使用于某型號氣象雷達的發射機上，無故障運行3年，工作穩定，性能可靠。

參考文獻

[1]張占松、蔡宣三，開關電源的原理與設計，電子工業出版社，2001

[2]何希才，新型開關電源設計與使用，科學出版社，2001

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