直流稳压电源的设计

2011-04-08 15:57:21来源: 互联网
1.前 言

    随着电力电子技术的迅速发展,直流电源应用非常广泛,其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能,目前,市场上各种直流电源的基本环节大致相同,都包括交流电源、交流变压器(有时可以不用)、整流电路、滤波稳压电路等。本文以三相交流电源供电的直流电源设计为例,介绍直流电源设计中一些问题的处理办法。并就在实际应用中,多个直流稳压电源串联使用问题做了阐述。

    2.直流稳压电源的设计

    2.1 整流变压器的设计

    三相整流变压器的设计包括:一、二次绕组的联结方式,二次侧电压的计算,一、二次侧电流的计算,容量的计算与确定,结构形式的选择等环节。其中一、二次绕组的联结方式及二次侧电压的确定是我们重点分析的内容。本文以某一步进电机驱动器的3个直流电源设计为例进行详细介绍,原理图如图1。

    图1 步进电机驱动器直流电源设计的原理图

    1、二次侧电压的确定

    二次电压不仅与负载电压(即要设计的直流稳压电源电压)和整流电路有关,而且与稳压器件有关。对于要求高的选桥式整流电路,用电容滤波稳压和稳压器稳压,对于要求低的则可以不稳压或用电容稳压。如在图1中,+7V低压驱动,主要是用来锁相,其电流小、电压低,电压波动对驱动电源的工作状态影响不大,不用稳压;+110V用以高压驱动,断续式供电且频率很高,大的电流和电流变化率会产生很高过电压,因此要用电解电容稳压,电阻限流;+12V用于计算机和集成电路的电源,电流小、电压低,但要求电压稳定、纹波系数小,因此用电容和三端稳压器两级稳压。对于不同的稳压手段,二次电压有着不同的确定方法,理论上这3个电压的计算式相同,即U2=Ud/2.34 或UL=Ud/1.35,计算的3个二次电压分别为:5.2V、81.5V和8.9V,但这样计算的结果在实际中不和适,因此,有些量必须用工程估算式来确定,如三相不可逆整流系统一般用公式UL=(0.9~1.0)·Ud估算,如果直流侧用电解电容滤波时、输出平均值会升高,一般用公式UL=Ud/2½估算;如果直流侧用电容和三端稳压器稳压,为了扩大稳压范围,Ud一般应升高3~6V,再用公式UL=(0.9~1.0)·Ud估算。这样确定的3个二次电压分别为:UL7=0.9×7=6.3V,UL110=110/2½=78V,UL12=16×0.9=14.4V。

    2、一、二次例电流计算及容量确定

    二次电流要根据负载电流的大小和整流电路来定,在图1中采用三相桥式整流电路,用式I2=(2/3)½Id求出3个二次电流有效值分别为:3.26A、6.5A、1.63A,就得到3个二次电压和电流。根据变压器一、二次功率近似相等原则,可求得一次电流I1=1.45A,变压器的容量为S=953VA,按1.5kVA选变压器型号。

    3、一、二次例绕组联结方式的确定

    三相交压器绕组可以根据需要接成星形或Δ形。三相整流电路一般用于大功率(即负载功率在4kW以上)整流,变压器通常接成Y/Δ、 Δ/Y 2种。Δ/Y接法可使电源线电流有2个阶梯,更接近正弦波,谐波影响小,可控整流电路用得比较多;Y/Δ接法可以提供单相交流电源,减小二次绕组电流,一般用于大功率二极管整流电路;对于小功率三相变压器有时也接成Y/Y型,虽然这种接法会给电网引入谐波.但毕竟其功率小,影响也较小。总之,选的时候既要考虑对电网的影响,又要尽量减小绕组电流,降低绕组绝缘等级。在图1中,7V和12V电流比较小,电压低,选星形接法;110V电流大,电压不是太高,选Δ形接法,可大大降低绕组中电流,减小绕组线径,延长使用寿命;一次绕组的线电压虽然高(380V),但变压器容量只有2kW,一次电流为1.45A,所以选星形接法,可降低绕组的电压和绕组的绝缘等。

    2.2 整流电路设计

    三相整流电路通常有三相半波整流电路和三相桥式整流电路,由于三相桥式整流电路输出平均电压高,电压脉动小,品质因数高,因此多使用桥式整流电路。桥臂上二极管型号的选择主要是由它的额定电压和额定电流决定,额定电流和电压则由负载平均电流和电压决定,其计算式为:ID=(1/3)½·Id,ID(AV)= ID /1.57,UDn=(1~2) 2½·U2,由ID(AV)和UDn查二极管手册就可确定整流管的型号。

    2.3 滤波稳压电路设计

    1、滤波电路及器件选择

    整流滤波电路通常有电容、电感和RC等滤波电路。电感滤波是利用电感对脉动电流产生反电动势,阻碍电流变化来实现的,电感越大,滤波效果越好。它一般用于负载电流大、对滤波要求不高的场台。RC滤波电路是电阻和电容连接使用的滤波电路,由于电阻会降低一部分直流电压,直流输出电压会减小,因此只适用于小电流电路。电容滤波是利用电容的充放电作用使整流输出电压变得平稳,而且电压幅值升高,滤波效果好,适于各种整流电路。滤波电容的选择主要是种类和容量、耐压值的确定。常用的整流滤波电容有铝电解、钽电解、涤纶、独石电容等。铝电解电容漏电流大,耐压和工作温度(最高+70℃)较低,但容量大;钽电解电容漏电流小,耐压和工作温度比铝电解电容都高,一般用于要求较高的地方;涤纶电容绝缘电阻大,损耗小,工作温度(最高+55℃)低,容量小,但耐压高;独石电容体积可以做得很小,耐压也可以做得很高,化学性能和热性能比较稳定,但容量小。一般当整流输出电流大时,必须用电解电容滤波稳压;输出电流小时,用一般电容或电解电容滤波都可以,如果对直流输出电压有纹波系数要求或者为了防止高频噪音,用电解电容和小容量无极性电容并联使用效果较好:小容量电容可滤掉脉动直流中的高次谐波, 电解电容滤掉大幅值的低频成分,稳压范围宽、效果好。整流滤波电路对电容器的容量和耐压值要求不是太高,一般根据输出电流大小估算电容器的容量,输出电流大,容量就大;电流小,容量就小。但是,容量太大会降低输出电压值,太小则会导致电压脉动大、不稳定。容量确定可参考表1,耐压值一般取所接电路工作电压的1.5~2倍。

    2、稳压电路及器件选择

    稳压电路有分立元件稳压电路和集成稳压电路2种,其中集成稳压电路主要用于低电压小电流的整流电路,具有体积小,电路简单,稳压精度高,使用调试方便等特点。选择时首先要确定系列,是正电源还是负电源,是可调的还是固定的,其次是根据它的额定电压和额定电流选择具体型号;同时,稳压器在接入整流电路时要适当加一些保护元件,如在I/O端接二极管可防止输入端短路,在输入端和地之间接一小电容,可限制输入电压幅值等。

    直流电源的设计理论上比较简单,但在具体的工程设计中还需要进一步分析、研究、实践和总结。

关键字:设计

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0408/article_6679.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
设计

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved