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    一種基于AN8026變頻器高性能電源的設計方案介紹

    2013-11-22 17:39 來源:電源網 作者:和靜

    前言

    變頻器在能源節約、電力環保方面意義重大,電動機驅動是電能消耗大戶,約消耗全國65%發電量,近三十多年來變頻調速已在鋼鐵、冶金、石油、化工、電力等工作中得到廣泛運用,其他家用電器例如變頻冰箱,變頻洗衣機、變頻微波爐等也已相繼出現,因此設計可靠高性能的變頻器電源尤為重要。本文設計的電源采用開關電源控制集成電路AN8026,AN8026為松下公司開發的反激式單端輸出開關驅動控制器,其內部采用RC充放電控制的RS觸發器作為驅動信號源,其輸出脈沖可直接驅動MOSFET開關管,而不必外設灌流電路。

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    變頻技術目前得到了廣泛的應用,而變頻器的可靠穩定運行決定了變頻器性能指標,作為基礎硬件,變頻器電源的高效可靠運行至關重要。如圖1所示為變頻器的拓撲結構,主要由整流單元、預充電電路、制動單元和逆變單元組成,從圖中可知,變頻器電源為驅動電路和控制電路提供直流電源,驅動電路則為逆變單元提供驅動能力強響應速度快的驅動脈沖,因而設計高效可靠變頻器電源硬件顯得尤為重要。

    電源軟開關技術及電路原理

    AN8026為松下公司開發的反激式單端輸出RCC型準諧振軟開關驅動控制器,封裝為SIP 9腳封裝,各個腳號的定義如表1所示,內部框圖如圖2所示,其特點如下:

    ·供電電壓為下限8.6V到上限34V;

    ·輸出脈沖為單端圖騰柱式驅動脈沖;

    ·輸出驅動電流為+1A,直接驅動M0SFET管;

    ·啟動電流為8uA,減小啟動電阻功耗;

    ·內置逐周控制過流保護電路;

    ·內置滯回特性的輸入欠壓8.6V保護電路;

    ·外置穩壓管的過壓保護電路。

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    AN8026的極限參數如表2所示,圖3為AN8026的電路原理圖。軟開關電源主要由控制芯片 AN8026、MOSFET K2225、TL431、脈沖變壓器TR1等組成。VCC通過啟動電阻R1、R3、R5、R6限流分壓由直流母線供電,輸入直流母線電壓等級不同可以調節啟動電阻的阻值,當達到啟動電壓時,變換器開始工作,此后控制芯片由副邊+18V輔助繞組供電。

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    R8將TR1輔助繞組的感應脈沖限流,二極管D6 負向箝位,將2.8V的正脈沖送入第①腳用作TR1的磁通復位檢測,可以避免TR1磁能未釋放完畢時開關管導通產生的沖擊電流,同時保證輸出電壓的穩定;第②腳外接C10、R14設定最小關斷時間,C10設定最小導通時間;第④腳外圍以R15作為開關管源極電流傳感器,正比于開關電流峰值電壓;第⑧腳的過壓保護由穩壓管ZD4從Vcc端取樣,使啟動工作電壓不超出上限值34V,DZ選用22V穩壓管,同時可以實現驅動脈沖失控時輸出過壓保護;為了防止 AN8026啟動前啟動電壓瞬間超過28V產生誤動作使電路不能啟動,電路中由C13對瞬間超壓尖蜂進行吸收。

    開關電源的軟開關主要是通過C5、C6、C7和初級繞組電感Lp組成的準諧振電路來實現,具體的器件參數需根據開關電源的開關頻率來計算;同時第④腳電流檢測實現過流保護;;第⑧腳通過R16和C18進行啟動時的過壓鎖定,實現開關電源軟啟動;通過 TL431組成的反饋回路實現輸出電壓的穩定。

    實驗驗證

    根據電路原理圖設計,利用軟件AltiumDesigner Summer 09繪制PCB,并調試樣機,圖4所示為軟開關電源實驗波形。

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    從開關電源實驗波形可知開關電源的MOSFET開關管開通和關斷時電壓應力幾乎為零,開關管損耗近似為零,這樣大大提高了開關電源效率,同時增加了開關管的壽命,提高了電源的可靠性,進而提高了變頻器的可靠穩定性。

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    結論

    本設計方案中的變頻器電源板具有高效穩定的工作性能,基于AN8026控制芯片設計的軟開關電源效率高、穩定可靠,能夠驅動板和控制板的供電需求,從實驗結果可知,MOSFET開關管開通和關斷時電壓應力幾乎為零,開關管損耗近似為零,這樣大大提高了開關電源效率,同時增加了開關管的壽命,提高了變頻器的可靠穩定性,進而證實了該方案的可行性。

    變頻器 電源 AN8026

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