開關電源模塊化設計及繼電保護電路設計 —電路圖天天讀（247）

　　利用單片機控制技術和軟開關技術進行電源系統的模塊化設計和并聯均流運行控制，可以實現開關電源的小型化、智能化、模塊化設計，滿足開關電源大功率、標準化和提高系統的可靠性的要求。本文通過對開關電源的主回路結構和基本特征及并聯運行模式進行分析。

　　該樣機主要由一個控制模塊、三個電源模塊和一個電源底板組成。其電源模塊主要技術參數為：

　　輸入三相380V±10％，頻率50Hz；

　　輸出額定電壓DC24V±2％；

　　輸出額定電流10A，允許過載20％

　　電壓調整率小于2％；

　　效率i》90％。

　　控制模塊可支持多模塊并聯運行，各模塊間電流最大不平衡度小于2A。

　　1、電源模塊主回路設計

圖1 電源模塊主回路原理圖

　　該主回路有如下優點：

　　1、可以簡單實現主回路開關良好的軟開關條件，開關工作于零電流關斷狀態，大大減小了開關損耗，適合采用IGBT開關。

　　2、輸出模式為電流模式，輸出電流正比于工作頻率。若控制電路可以確保零電流關斷，則工作頻率存在不會超越的上限，故輸出電流亦不會超限，過載情況下，輸出電壓將自動下降。

　　3、高頻逆變電流Io為近似正弦波電流，且其頻率即主回路工作頻率，頻率較之準諧振軟開關模式低一個數量級，加之采用軟開關，因此主回路EMC特性非常優異，且變壓器副邊高頻整流橋亦自然工作于良好的零流軟開關工作狀態。

　　4、因主回路電流為近似正弦波電流，因此主回路輸入輸出濾波電容所受沖擊亦較小，且輸出電壓紋波亦較小。

圖2 電源模塊主要波形圖

　　繼電保護裝置對電力系統的安全可靠運行有著十分重要的作用而繼電保護用開關電源是繼電保護裝置中的主要功能模塊電源性能的好壞直接影響到繼電保護裝置可靠性。

　　2、繼電保護用開關電源的特殊要求

　　繼電保護用開關電源是一種工作在惡劣環境下的電源它必須能夠在20 70 的寬溫域內正常工作與一般系統電源相比它有自身特殊的要求。

　　2.1 電源控制電路的設計

　　根據各種開關電源的結構結合繼電保護裝置的特點設計了一種單端反激式［1］繼電保護用開關電源其工作原理為從交流電網輸入的50Hz220V AC 電壓經過EMI防電磁干擾濾波直接整流濾波經過變換器將直流電壓275V 變換為數十kHz的高頻方波電壓經過高頻變壓器隔離降壓再經過高頻整流濾波輸出直流電壓經取樣比較放大及控制驅動電路控制變換器中功率開關管的占空比得到穩定輸出電壓。

　　本文介紹的繼電保護用開關電源設計中控制電路采用了UC3844 UC3844是一種高性能的固定頻率電流型控制器單端輸出可直接驅動雙級型晶體管和MOSFET場效應管UC3844內部簡化原理框圖如圖3所示。

　　圖3 UC3844 芯片簡化原理框圖

　　UC3844封裝形式為DIP8 共有8個引腳各腳功能如圖1所示以UC3844為控制芯片的單端反激式開關電源電路原理如圖4所示。

　　圖4 單端反激式開關電源電路原理

　　圖4中高頻變壓器實現了電隔離電流反饋環由R4R5R7C5U2UC3844的3腳等組成 當由于輸出端短路或者輸出過載時使變壓器原邊電流變大引起UC3844的3腳電壓變大 當3腳電壓大于1V時通過內部電流放大器使導通寬度變窄 從而達到對MOSFET管及變壓器保護的目的。

　　電源抗干擾設計外界干擾主要來自電源輸入端所以干擾向大地泄放的回路主要設計在輸入電路里面電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式共模干擾存在于電源任何一相對大地之間差模干擾存在于電源相線與中線以

　　及相線與相線之間 利用EMI濾波器能夠有效抑制共模干擾和差模干擾顯著改善開關電源的抗干擾性所以第一道防線就設計在輸入端的輸入濾波器輸入EMI濾波器電路如圖5所示。

圖5

　　圖5中L1L2和C1用于濾除差模干擾信號L3L4和C2C3用于濾除共模干擾信號圖中第一級共模濾波器使用足夠截面積的高頻響應的鎳鋅鐵氧體磁環第二級共模濾波器線圈磁芯使用高導磁率錳鋅鐵氧體。

　　編輯點評：本文通過對開關電源的主回路結構和基本特征進行分析，利用單片機控制技術和軟開關技術進行電源系統的模塊化設計，本電源具有較好的性能滿足繼電保護用開關電源的技術指標和國家標準要求并已批量應用于繼電保護裝置工作穩定可靠。
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