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开关电源的工作原理简介

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:4)以开关变压器的工作状态来看,可分为单端式、双端式两种电路。中、小功率变频器多采用单端式电路,即开关变压器的一次绕组的一端接入供电电源的正端,另一端经开关器件接入供电电源的负端,流入工作绕组的是单向电流。5)以能量传输方式来看,多采用隔离式稳压电源,开关变压器起到电压和功率的转换作用,同时将一次侧供电、振荡回路与二次侧整流回路隔离开来,提高了安全性能。

开关电源的工作原理简介

开关电源电路的发展制约于开关器件(主要为开关管的开关速度、耐压、导通压降等)和磁性材料的发展,当前的双极性开关管可以达到数十千赫兹的开关频率,而VMOS管则可做到数百千赫兹的开关频率。与线性电源相比,开关电源具有效率高、体积小、重量轻、甩掉了工频变压器和大功率散热器(节省制作材料)等优点,可以直接由工频电源整流、逆变(或斩波),再经二次整流得到所需的各路工作电源。

用于变频器的开关电源电路,一般有3种类型:由专用电源芯片(如UC384x)为核心构成的集成式开关电源电路;由分立元器件构成的开关电源电路;200W以上双端反激式开关电源电路,适用于大、中功率变频器。

其中占80%以上的变频器采用第1种电路模式,本章即以UC384x系列芯片构成的开关电源电路为例,展开原理解析与故障检修。

开关电源电路的特点:

1)以能量转换的观点来看,为直-交-直转换型电路。一般直接取用直流回路的530V作为供电,经逆变、降压环节后,再整流滤波,取得整机控制电路所需的各种工作电源。

2)以脉冲调制方式来看,为PWM型电路,即通过调整开关脉冲的占空比,达到调压和稳压输出的目的。

3)以开关管是否参与振荡来看,可分为自激式、他激式两种类型,采用振荡芯片(也称PWM集成电路)的开关电源,为它激式电路,脉冲信号由振荡芯片输出。

4)以开关变压器的工作状态(开关变压器一次主绕组的电流/磁通变化模式)来看,可分为单端式(一次绕组施加单向脉冲方波电压,绕组流过单向电流,变压器磁心被单向励磁)、双端式(变压器一次绕组被双向励磁,利用率高)两种电路。中、小功率变频器多采用单端式电路,即开关变压器的一次绕组的一端接入供电电源的正端,另一端经开关器件接入供电电源的负端,流入工作绕组的是单向电流。

5)以能量传输方式来看,多采用隔离式稳压电源,开关变压器起到电压和功率的转换作用,同时将一次侧供电、振荡回路与二次侧整流回路隔离开来,提高了安全性能。

6)从一、二次侧的工作方式(或能量转换方式)来看,变频器开关电源电路多采用单端反激式工作方式,即开关管饱和导通时,二次绕组的整流二极管受反偏压而截止,一次绕组流入电流而储能;开关管截止时,二次绕组的整流二极管导通,形成负载电流回路,开关变压器经二次绕组释放磁能。(www.xing528.com)

开关电源电路的输出电压类型:

1)+5V,供MCU主板的MCU芯片及接口电路(多为数字电路)、操作显示面板电路等,开关电源电路本身所需的稳压反馈电路信号,也多取自+5V。

2)+15V、-15V,是电压、电流、温度等检测电路(多为模拟电路)所需的正、负双电源,检测输出电流的2只或3只电子(霍尔元件)互感器,也取用这两路电源。

3)24V,是数字控制端子的辅助电源,提供开关量信号回路的输入电流;同时提供控制继电器的线圈供电,如充电控制继电器、变频器运行状态输出继电器或散热风扇控制继电器等,和散热风扇的供电电源,也取用该路24V电源。

4)驱动电路的4路或6路供电电压,一般为22V,又经简单稳压电路“裂变”成15V和-7V的正、负驱动电源,以形成IGBT器件的激励(正向电压)和截止(负向电压)的控制电压回路。

5)直流电压检测信号,大多是由开关电源电路的二次绕组,取得交流电压经RC整流后,输出一路直流电压检测信号(这路输出电压不是当供电电源用的),用以反映直流回路550V直流电压的高低,属于对直流电压的间接采样,用于变频器的过、欠电压报警保护及起用直流制动功能。

小李:开关电源的实际电路中,都用到哪些关键器件呢?是如何检测和判断器件的好坏呢?

咸工:好的。还是先从电路关键元件的原理和检测方法谈起,为以后实际检修做一个铺垫。

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