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          基于555時(shí)基芯片的高頻逆變電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

          作者: 時(shí)間:2012-08-01 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          摘要:555,了一款簡單實(shí)用的逆變電路用以驅(qū)動(dòng)高壓氙燈。電路采用了保護(hù)電路一體化并且利用低頻脈沖控制振蕩電路通斷。然后利用Protel 2004軟件了電路原理圖,并繪制了PCB板圖進(jìn)行實(shí)物焊接。電路焊接完成后不斷進(jìn)行調(diào)試,且在實(shí)際調(diào)試過程中,針對發(fā)現(xiàn)的問題對電路進(jìn)行不斷修改優(yōu)化,最終得到可靠的驅(qū)動(dòng)電路板。電路通過555構(gòu)成的單穩(wěn)電路來控制變壓器的電壓變化,經(jīng)多次測試發(fā)現(xiàn)當(dāng)占空比為3/4時(shí)電路工作狀態(tài)最佳。
          關(guān)鍵詞:;變壓器;氙燈;555

          氙燈作為一種高功率強(qiáng)光源,有著廣泛的用途,其主要原理是通過光源內(nèi)部的高頻逆變電路,為高壓氙燈提供穩(wěn)定的高壓電源。文中設(shè)計(jì)了一個(gè)高頻電路用以同樣的功能。

          1 電路結(jié)構(gòu)與原理
          1.1 555單穩(wěn)電路
          555單片機(jī)時(shí)基電路是一個(gè)高度穩(wěn)定的控制器,能產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲或振動(dòng)的條件。在時(shí)間延遲模式的運(yùn)作,時(shí)間是由一個(gè)外部電阻和電容精確控制的。在一個(gè)穩(wěn)定的操作中,振蕩器、自由運(yùn)行頻率和責(zé)任周期都是由兩個(gè)外部電阻和一個(gè)電容精確控制的。電路可以被下降的波形觸發(fā)與重置。
          將555電路的6,7腳并接起來接在定時(shí)電容C上,用2腳作輸入就成為脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)電路。電路的2腳平時(shí)接高電平,當(dāng)輸入接低電平或輸入負(fù)脈沖時(shí)才啟動(dòng)電路,如圖1所示。下面分析它的工作原理:

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/176591.htm

          c.JPG


          (1)穩(wěn)態(tài):接上電源后,R=1,S=1,輸出Vo=0,D端接地,C上的電壓為0即R=0,輸出仍保持Vo=0,這是它的穩(wěn)態(tài)。
          (2)暫穩(wěn)態(tài):輸入負(fù)脈沖后,輸入S=0,輸出立即翻轉(zhuǎn)成Vo=1,D端開路,電源通過RA向C充電,暫穩(wěn)態(tài)開始。經(jīng)過時(shí)間TD后,C上電壓上升到大于2/(3VCC)時(shí),輸入又成為R=1,S=1,這時(shí)負(fù)脈沖已經(jīng)消失,輸出又翻轉(zhuǎn)成Vo=0,暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束。這時(shí)內(nèi)部放電開關(guān)接通,D端接地,C上電荷很快放到零,為下一次定時(shí)控制作準(zhǔn)備。電路的定時(shí)時(shí)間TD=1.1RAC。這兩種單穩(wěn)電路常用作定時(shí)延時(shí)控制。
          1.2 電路原理
          根據(jù)555芯片設(shè)計(jì)了電源電路,并畫了PCB板圖進(jìn)行實(shí)物焊接。焊接完成后,進(jìn)行實(shí)際調(diào)試過程中不斷出現(xiàn)一些問題,如變壓器T1剛開始只能夠輸出預(yù)想電壓的一半(350~450 V);還有功率管經(jīng)常在接上電源數(shù)分鐘后就會發(fā)燙,檢測后發(fā)現(xiàn)是震蕩頻率不夠,減小其左邊電感L1即可。在調(diào)試過程中,經(jīng)過不斷修改完善,最終達(dá)到預(yù)想功能。圖2為電路原理圖。

          d.JPG


          電路中,U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555單穩(wěn)電路,U5則為555多諧振蕩電路,U5的輸出端(3腳)為U3提供周期性矩形脈沖。整個(gè)電路通過U3產(chǎn)生的脈沖調(diào)制信號來控制Q4的導(dǎo)通與截止。從而Q1的導(dǎo)通與截止。從而在變壓器T1中第1腳和2腳之間的繞組之間產(chǎn)生了交變的電流信號,再通過變壓器的電壓變化960 V和120 V的交流電壓輸出。再通過同步脈沖控制C19的充電和放電實(shí)現(xiàn)變壓器T2的二次升壓實(shí)現(xiàn)輸出7000 V的交流信號輸出。最后960 V和7 000 V的輸出電壓通過耦合電路對高壓氙燈進(jìn)行點(diǎn)火。
          圖3為電路實(shí)物圖。
          頻率計(jì)算公式:
          f=1/(1.1RC)
          占空比計(jì)算公式:
          q=(R1+R2)/(R1+2R2)
          經(jīng)實(shí)際調(diào)試,得到占空比為3/4;頻率為104Hz。
          1.3 電路模塊分析
          圖4中,R25為限流電阻,R23為Q6的e極和b極間偏置,R10為Q5的e極和b極間偏置;C26及C25起抗干擾作用;電路工作原理為當(dāng)Q5的b極得到D2送來的電壓,Q5導(dǎo)通;此時(shí)產(chǎn)生Ic5,并且向Q6提供Ib,則Q6的c極便有Ic6,則Ic6為Q5提供b極電流,完成Q5與Q6輪流導(dǎo)通,使R25右端電壓為0 V,此時(shí)D11將G極的電壓設(shè)定為0.7 V。R24,THC1為降壓電阻和熱敏電阻;其作用為溫度傳感元件。實(shí)現(xiàn)功率管Q1過熱的保護(hù)信號。

          a.JPG


          圖5為電路轉(zhuǎn)換模塊,其中Q4及SCR1構(gòu)成同步電路。對于Q4,當(dāng)同步脈沖信號到來時(shí)使Q4導(dǎo)通,則關(guān)閉了Q1的驅(qū)動(dòng)脈沖。對于SCR1:構(gòu)成C19和T2連接電路的充放電控制。當(dāng)同步信號到來時(shí),有C17將脈沖耦合到SCR1的觸發(fā)端,實(shí)現(xiàn)SCR1的導(dǎo)通,將C19進(jìn)行放電。同步脈沖信號的作用是使電源停止工作,同時(shí)完成C19的放點(diǎn)控制。無后步脈沖時(shí)電源工作,對C19充電(由D4完成)。
          電路穩(wěn)壓模塊通過采樣電路(R14,R15,R16,R17,R30)電阻的分壓,將采樣電壓反饋到電壓比較器U2B(LM358D)的同向輸入端與U1(TL4 31)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行誤差放大,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓輸出960 V和120 V的目的。如圖6所示。

          b.JPG


          由T2得到的7 000 V電壓與T1輸出的960 V電壓進(jìn)行耦合點(diǎn)火,以點(diǎn)亮高壓氙燈。如圖7所示。

          2 變壓器
          在整個(gè)電路中,起核心作用的便是變壓器T1。通過它才能得到960 V的電壓輸出。在本文中,變壓器T1需將12 V輸入電壓變壓為120 V和960 V的輸出電壓。如圖8所示。
          圖8(a)中:從上到下,按逆時(shí)針順序,引腳分別為1~9腳。11線并繞,從5腳進(jìn),7腳出,逆時(shí)針繞17圈,線徑為0.11 cm。從3腳進(jìn),2腳出,逆時(shí)針,11圈,線徑為0.16 cm。從1腳進(jìn),繞78圈,從8腳出來,逆時(shí)針,線徑為0.11 cm。從8腳進(jìn),繞452圈,9腳出線,逆時(shí)針,線徑為0.11 cm。要求8腳和9腳引出的線要保持足夠間距,避免產(chǎn)生火花。

          3 結(jié)語
          采用555時(shí)基芯片的高頻逆變電源電路,設(shè)計(jì)并實(shí)際制作出了一款簡便實(shí)用的便捷式氙燈照射器。文中對電源電路進(jìn)行了設(shè)計(jì),并在調(diào)試工程中進(jìn)行了多次修改改進(jìn),使照射器工作趨向于穩(wěn)定可靠,增加其用途廣泛性。

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