高频电源开关同步整流技术.docx

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1、同步整流原理同步整流(SynchronousRectification)是采用通态电阻极低的专用功率MOSFET取代传统的整流二极管以降低整流损耗的技术。它能够大大提高DC/DC变换器的效率并不存在由快速恢复二极管势垒电压造成的死区电压。同步整流的基本原理:单端正激、隔离降压同步整流的基本原理电路中,其中,Q1、Q2为功率MOSFET。该电路的工作原理为在次级电压的正半周期,Q1导通、Q2关断,在次级电压的负半周期,Q2导通、Q1关断。同步整流电路的功率损耗主要包括MOSFET的导通损耗和栅极驱动损耗,在开关频率低于1MHz时,以导通损耗为主。正激式DC/DC变换器在功率管截止期间必须有将高频

2、变压器复位的电路,以防止变压器磁芯饱和,一般采用C、R、VD无源箝位电路。当功率管V截止时,高频变压器初级线圈由R、VD电路构成的放电通路使变压器复位。DPA-Switch电路的内部结构与工作原理DPA-Switch电路是6端器件,6个引脚分别为控制端C、线路检测端L、外部设定极限电流端X、开关频率选择端F、源极S和漏极D。线路检测端可实现过压检测、欠压检测、电压反馈、远程通断和同步等功能。将开关频率选择端与源极端连接时,开关频率为400kHz,而将其连接控制端时,开关频率为300kHz。(1)控制电压源用于控制电压UC以向并联调整器和门驱动器级提供偏置电压。控制电流IC用来调节占空比。(2)

3、带隙基准电压源用于向内部提供各种基准电压,同时产生一个具有温度补偿并可调整的电流源,以保证精确设定振荡器频率和门级驱动电流。(3)振荡器用于产生脉宽调制器所需要的锯齿波、时钟信号及最大占空比信号(Dmax)。(4)并联调整器和误差放大器误差放大器用于将反馈电压Uf与5.8V基准电压进行比较以输出误差电流Ir,从而在电阻Rs上形成误差电压Ur。(5)脉宽调制器(PWM)脉宽调制器是一个电压反馈式控制电路,具有两个功能:一是改变控制端电流IC的大小,即调节占空比,实现脉宽调制;二是将误差电压Ur经由Ra和Ca组成的截止频率为7kHz的低通滤波器进行滤波,以在滤掉开关噪声电压后,加至PWM比较器的同

4、相输入端,然后再与锯齿波电压Uj进行比较,从而产生脉宽调制信号Ub。(6)门驱动级和输出级门驱动级(F)用于驱动功率开关管(MOSFET),使之按一定速率导通,MOSFET管的漏-源击穿电压Uds大于700V。(7)过流保护电路过流比较器的反相输入端接阈值电压Ulimit,同相输入端接MOSFET管的漏极。(8)过热保护电路当结温Tj高于135时,过热保护电路将关断输出级;而当结温Tj低于70时,电路将恢复正常工作,即电路具有滞后过热保护特性。(9)关断/自动重启动电路一旦出现调节失控,将立即使芯片在低占空比下工作,若故障排除,则自动重新启动电源,恢复系统正常工作。(10)高压电流源在启动或滞

5、后调节模式下,高压电流源经过电子开关S给内部电路提供偏置。电源正常工作时,电子开关S改接内部电源,将高压电流源关断。 下图即同步整流电路参考:高频开关电源模块的特点 1、效率高:充分实现全负载范围内零电压零电流开关,确保开关管没有任何关断尖峰,电流为纯正弦波,开关损耗极小;输出整流管电压应力极低,无反向电流。2、体积小:换器效率很高,与传统PWM开关电源拓扑方案相比,散热器体积可以减少一半。3、可靠性高: 通过采用国内领先的工艺优化设计、完善的保护告警措施及选用高品质高可靠的进口器件,实现了低电磁干扰在此的完美结合。4、寿命长:由于温度低,可显着延缓元器件的老化速度,从而提高了产品生命周期;高

6、频开关电源模块的原理 高频开关模块采用了无源PFC技术和先进的脉宽调制控制技术(PWM),使得模块效率进一步提高,谐波减小。模块采用交流三相三线制380VAC平衡输入方式,不存在中线电流损耗。模块交流输入经过尖峰抑制电路和EMI吸收电路,经全桥整流滤波电路将三相交流电压整流为脉动的直流电压,由高频脉宽调制变换器变换成高频方波电压,再由输出整流滤波电路,得到稳定的输出电压和电流,在电网电压和负载发生变化时反馈调整电路控制脉宽调制电路,调节脉宽的宽度,使得输出电压和电流保持稳定。高频开关电源模块的参数 1、交流输入:三相输入额定电压:380V,50HZ。电压变化范围:323V-456V。频率变化范

7、围:50HZ10%。2、直流输出:输出额定值: 20A/220V电压调节范围:194V-291V输出限流范围:(5%-100%)额定电流稳压精度:0.5%稳流精度:0.5%纹波系数:0.1%转换效率:94%(满负荷输出)高频开关电源模块的防尘措施 高频开关电源模块电路板上形成的尘埃,一是风机抽入的尘埃,二是静电吸附。为了防尘,一些开关电源模块采取了如下一些揩施:采用防尘罩:在模块进风口处安装防尘罩,可起到一定的防尘作用,但需经常清洗,否则防尘罩上的通风孔容易堵塞而影响通风散热效果。这种方式不适合用于无入值班的变电站中。采用自然冷却:可以避免风机吸入灰尘,但出于散热需要,必须在模块上开许多散热孔

8、,这样尘埃的静电吸附问题还是不能解决。高频开关电源模块的发展方向 功率转换:高效电源转换方案,新型开关电源设计、高频开关电源、矩阵变换器、直流变换电源技术、数字控制技术、PWM、PFC、软开关技术、有源钳位、同步整流、IGBT集成功率模块、MOSFET/IGBT的快速交换设备、电池充电和管理架构等新技术;可再生能源发电:可再生能源发电并网技术,风、光互补小型发电系统的电源转换,可再生能源发电转换器,太阳能、风能分布式电源系统等可再生能源中的电力电子技术;变频技术及电机驱动控制:最新变频技术应用方案,高压、大功率驱动技术,永磁同步电机PMSM的控制,横向磁通机,三电平NPC逆变器,仿真测试等;工

9、频电源,是指电源的转换频率为50hz的电源。在一般情况下采用铁心变压器,工频电源的体积较大、转换效率较低。2、对于开关电源来讲,其电源转换核心为开关晶体管(或可控硅),因为电源开关的频率对管子的损耗、转换效率影响非常大,不可能是“工频开关”的!一般都设计在20khz左右(低了损耗加大,高了对元器件要求增高)。3、为了保证工作电压稳定,开关电源是要有稳压控制的,主要有脉宽控制、调频控制等。开关电源主要包括输入电网滤波器、输入整流滤波器、变换器、输出整流滤波器、控制电路、保护电路。它们的功能是:1.输入电网滤波器:消除来自电网,如电动机的启动、电器的开关、雷击等产生的干扰,同时也防止开关电源产生的

10、高频噪声向电网扩散。2.输入整流滤波器:将电网输入电压进行整流滤波,为变换器提供直流电压。3.变换器:是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电压,并且起到将输出部分与输入电网隔离的作用。4.输出整流滤波器:将变换器输出的高频交流电压整流滤波得到需要的直流电压,同时还防止高频噪声对负载的干扰。5.控制电路:检测输出直流电压,并将其与基准电压比较,进行放大。调制振荡器的脉冲宽度,从而控制变换器以保持输出电压的稳定。6.保护电路:当开关电源发生过电压、过电流短路时,保护电路使开关电源停止工作以保护负载和电源本身。有的读者会产生这样的疑问,先把220V的交流变成了直流,然后通过变换器把直流变

11、成交流,最后又把交流变成直流输出,兜了这么大的一个圈子,干吗不把220V的交流电直接变成所需要的直流呢?其实,交流市电先由电源变压器变压,整流滤波后得到未稳定的直流电压,再经过调整后得到所需要的直流电压,这种电源技术很成熟,可以达到很高的稳定度,波纹也很小,而且没有开关电源具有的干扰与噪音。但是它的缺点是需要庞大而笨重的功频变换器,所需的滤波电容的体积和重量也相当大,而且调整管是工作在线性状态,调整管上有一定的电压降,在输出较大工作电流时,致使调整管的功耗太大,转换效率低,还要安装很大的散热片。总之这种电源不适合计算机用。开关电源主要有以下特点:1.体积小、重量轻:由于没有工频变压器,所以体积和重量只有线性电源的2030%。2.功耗小、效率高:功率晶体管工作在开关状态,所以晶体管上的功耗小,转化效率高,一般为6070%,而线性电源只有3040%。

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