高壓開關電源的應用電路設計

隨著電源技術的不斷發(fā)展和成熟，開關電源作為一種體積小、重量輕、高頻、高效率的電力變換裝置，被廣泛用于各個領域。雷達顯示器作為雷達系統(tǒng)的“眼睛”要求起其具有高可靠性，而其電源的可靠性則要求更高。
　　
　　下面是某型雷達顯示器對高壓電源的技術要求：
　　
　?。?）輸入電壓：400 Hz／220 V±10％
　　
　?。?）輸出電壓：＋4 500 V?。? 600 V
　　
　　（3）輸出電流：＋4 500 V／1 mA－1 600V／1mA
　　
　?。?）負載穩(wěn)定度：≤10－3（5）電壓穩(wěn)定度：≤5×10－3
　　
　?。?）輸出電壓紋波：≤1×10－3（7）MTBF：≥5 000 h
　　
　?。?）延時時間：≥20 s
　　
　　1　概　述
　　
　　為了達到上述要求，本變換器采用了雙端輸出式脈沖寬度調(diào)制器SG1524，他的功能較全、使用靈活、價格便宜。
　　

　　整個電路由圖1所示的幾個部分組成，輸入電壓經(jīng)過全橋整流濾波后送給VICOR模塊(VI-J63CZ)進行DC/DC 變換，輸出為直流24 V電壓，再經(jīng)78LM15穩(wěn)壓到15 V后直接為SG1524供電。SG1524的11腳輸出脈沖經(jīng)V11放大T1隔離后，再經(jīng)V21功率放大，脈 沖變壓器升壓后再經(jīng)整流濾波輸出高壓。
　　
　　2　電路設計
　　
　?。?）延時電路
　　
　　由于顯示器示波管的燈絲需要20 s的預熱時間，故需設置一個延時電路，以延緩給示波管陽極上加高壓，由于SG1524內(nèi)部設置了一個完全獨立控制關閉的電路，通過控制其10端的電位即可控制整個脈寬調(diào)制器的輸出。如圖2所示。
　　
　　

　　
　　
　　加電→R32，R33分壓→經(jīng)R2給C2充電→V5導通→SG1524的10腳電位降低→SG1524工作，輸出脈沖。
　　
　　（2）振蕩器頻率
　　
　　SG1524的振蕩器頻率fosc由外接元件R6，R4決定，即fosc＝1／R6C4，式中R6的單位為Ω，C4的單位為μF，電容C4的充電電流I＝3．6 V／RT，電容C4的容量大小直接影響振蕩器的輸出脈沖寬度，故C4不能取得太小，若振蕩器的輸出脈沖寬度小于0．5μs，則不能保證每一個脈沖都能觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，為了保證觸發(fā)器工作可靠，C4的容量一般在0．001μF～0．1。
　　
　　（3）補償網(wǎng)絡
　　
　　管腳9為補償端，此處接上P-C補償網(wǎng) 絡給電路引入一個0點來抵消電路輸出濾波器中的極點，從而消除掉電路寄生振蕩。此處R-C補償網(wǎng)絡采用56 kΩ的電位器和0．001μF電容組成。
　　
　?。?）反饋
　　
　　SG1524的基準電源Vref（5 V）通過電阻R7，R5分壓，分出。1／2 Vref＝25 V加于誤差放大器EA的同相輸入端腳2。
　　
　　高壓經(jīng)R30，R31分壓濾波送至場效應管V17，經(jīng)V17電壓放大后，再經(jīng)射隨器輸出，送至SG1524的1端。假設電源電壓降低或負載電阻變小引起輸出電壓降低時，則反饋到SG1524內(nèi)的誤差放大器反相輸入端1的電壓將減小，誤差放大器輸出電壓將增加，從而使加到脈寬調(diào)制比較器反相輸入端電壓增大，輸出晶體管的導通時間變大，故功率晶體管導通時間也變長，占空比Q變大，從而使輸出電壓Vo能回到原來的穩(wěn)定值。反饋電路如圖3所示。
　　
　　

　　
　　
　　（5）驅(qū)動與整流
　　
　　經(jīng)過T1的隔離，通過調(diào)整電阻R13使輸入V21的脈沖寬度變化從而達到調(diào)壓的目的。其中加速電容C5、電阻R13按V21的穩(wěn)態(tài)驅(qū)動電流確定。
　　
　　驅(qū)動與整流電路如圖4所示。
　　

　　
　　能量回授線圈（消磁線圈）將變壓器多余的能量通過整流二極管V24（2CK29）回授到電源中去可提高效率。由于晶體管V21關斷過程是開關管最易損壞的時間，因此采取的措施為在晶體管關斷，集電極電壓上升的同時，需較快的減少集電極電流?！　　　　　?BR>　　
　　圖4中使用RC緩沖器接在晶體管的CE兩端時，在關斷晶體管時以減少晶體管集電極電流，其工作原理是當晶體管關斷時，電容C10通過二極管V22被充電到Vc－1．4，這樣集電極電流有了分路，集電極電流能較快地減少。當晶體管V21導通時，C10通過電阻R23和晶體管V21放電。對于參數(shù)的選擇可按經(jīng)驗公式求得：
　　
　　

　　
　　
　　其中：Ic為最大的集電極電流（A）；
　　
　　　　　Vce為最大的集電極－發(fā)射極電壓（V）；
　　
　　　　　Tf為最大的集電極電壓上升時間（μs）；
　　
　　　　　Tr為最大的集電極電流下降時間（μs）；
　　
　　　　　注：計算的電阻值，必須限制放電電流Idis（Idis＝Ic×1／4）。
　　
　　（6）過流與過壓保護
　　
　　當負載過流時，經(jīng)脈沖變壓器次級耦合，其初級也過流，流過R24的壓降增大，光耦PHT導通，SG1524的10腳電壓被抬高，SG1524關閉，無輸出電壓，從而保護電源。
　　
　　當負載過壓時，反饋到SG1524的1腳電壓流經(jīng)發(fā)光二極管V6，使SG1524的10腳電壓被抬高，SG1524關閉，無輸出電壓，從而保護電源。
　　
　　3　結(jié)　語
　　
　　隨著這種電源應用量的不斷增加，證明其具有較高的工作效率和良好的可靠性，完全滿足雷達系統(tǒng)對各分機設計要求。