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    公司新聞

    高壓直流電源經典問與答

    來源:美端電氣 ??發布時間:2019-04-05 14:14

    高壓直流電源經典問與答高壓直流電源產品廣泛應用于LED照明、儀器儀表、空氣凈化器、安防監控等領域,是利用現代電力電子技術,控制開關管開通和關斷的時間比率,維持穩定輸出電壓的一種電源,一般由脈沖寬度調制(PWM)控制IC和MOSFET構成。

    高壓直流電源經典問與答

    隨著電力電子技術的發展和創新,使得高壓直流電源技術也在不斷地創新。目前,高壓直流電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備,是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。
    這里主要介紹的只是高壓直流穩壓電源,其功能是將電能質量較差的原生態電源(粗電),如市電電源或蓄電池電源,轉換成滿足設備要求的質量較高的直流電壓。高壓直流穩壓電源的核心是DC/DC轉換器。
    因此高壓直流穩壓電源的分類(Classification)是依賴DC/DC轉換器分類的。也就是說,高壓直流穩壓電源的分類與DC/DC轉換器的分類是基本相同的,DC/DC轉換器的分類基本上就是直 流高壓直流電源的分類。
    高壓直流電源大致由主電路、 控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
    1、主電路
    沖擊電流限幅:限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
    輸入濾波器:其作用(role)是過濾電網存在的雜波及阻礙本機產生的雜波反饋(feedback)回電網。地網接地電阻測試儀運行中變電站地網接地電阻的測量,由于受系統流入地網電流的干擾以及試驗引線線間的干擾,使測試結果產生較大的誤差。特別會對大型接地網接地電阻的測試結果產生很大影響。測試接地網接地電阻的方法很多,主要是工頻大電流法和異頻電源法兩種。
    整流與濾波:將電網交流電源直接整流為較平滑的直流電。
    逆變:將整流后的直流電變為高頻交流電,這是高頻高壓直流電源的核心部分。
    輸出整流與濾波:根據負載需要,提供穩定可靠的直流電源。
    2、控制電路
    一方面從輸出端取樣,與設定值進行比較,然后去控制逆變器,改變其脈沖寬度或脈頻,使輸出穩定,另一方面,根據測試電路(Electric circuit)提供的數據,經保護電路鑒別,提供控制電路對電源進行各種保護措施。
    3、檢測電路
    提供保護電路中正在運行中各種參數(parameter)和各種儀表數據。
    4、輔助電源
    實現電源的軟件(遠程)啟動,為保護電路和控制電路(PWM等芯片)工作供電。
    下面介紹一些關于高壓直流電源(power supply)經典回答。
    1、高壓直流電源變壓器(Transformer)如果用銅帶取代漆包線,其允許通過的電流怎么算?比如說厚度為0.1mm的銅帶,允許通過的電流怎么算?
    ●專家解答:如果高壓直流電源變壓器用銅帶取代漆包線,銅帶(漆包線)的渦流損耗可以大大將小,工作頻率可以相應提高,但直流損耗幾乎不變,銅帶允許通過的電流密度一般還是不要超過4.5A/平方毫米。電流密度等于電流除與以導體的截面積,導體的截面積等于厚(0.1mm)乘以寬(銅帶的寬度)。
    2、電源(power supply)開關交流回路和整流器的交流回路是最容易產生電磁干擾的嗎?
    ●專家解答:高壓直流電源產生電磁干擾最嚴重的地方是開關變壓器的初、次級線圈組成的電路,但它的干擾會通過感應對其它電路產生輻射和傳導干擾,傳導干擾和輻射干擾最嚴重的地方是電源線,因為電源線很容易成為輻射源的半波振子天線,另外它又與外線路進行連接,很容易把干擾信號傳輸給其它設備(shèbèi)。所以在高壓直流電源的輸入端一定要對電源線進行有效隔離。
    3、降低變壓器的溫升有什么具體方法?
    ●專家解答:降低變壓溫升的方法一個是降低變壓器磁芯的最大磁通增量(Bm)的取值,因為變壓器磁芯的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)與磁通密度的平方成正比;另一個是降低高壓直流電源的工作頻率,因為變壓器磁芯的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)與工作頻率成正比;再一個是降低線圈的損耗,線圈的損耗(主要是渦流損耗),線圈的渦流損耗與集膚效應損耗也與工作頻率成正比,降低線圈的直流損耗必須降低導線的電流密度,一般漆包線的電流密度不能超過4.5A/平方毫米。
    4、反激式高壓直流電源的占空比是如何變化的?
    ●專家解答:反激式高壓直流電源(power supply)的占空比主要由輸入電壓和高壓直流電源管的耐壓來決定,當輸入電壓變化時占空比也要跟著變化。接地電阻測試儀廠家適用于電力、郵電、鐵路、通信、礦山等部門測量各種裝置的接地電阻以及測量低電阻的導體電阻值;本表還可測量土壤電阻率及地電壓。例如當輸入電壓為AC260V時,如果電源開關管的耐壓為650V,則占空比大為0.306;當輸入電壓為AC170V時,占空比大約為0.5;當輸入電壓低于AC170V時,占空比大于0.5。但不管輸入電壓這樣變化,高壓直流電源都會通過改變占空比來大到穩定(或改變)輸出電壓的數值。
    5、正激和反激的區別主要在哪?
    ●專家解答:正激式高壓直流電源是電源開關管導通的時候,電源向負責提供功率輸出,而關斷的時候沒有功率輸出。反激式高壓直流電源正好相反,電源開關管導通時只向變壓器存儲能量,沒有給負載提供功率輸出,僅在電源開關管關斷時才向負載提供輸出。正激式高壓直流電源輸出電壓是取整流輸出電壓的平均值,反激式高壓直流電源輸出電壓是取整流輸出電壓的半波平均值,兩種電壓輸出的相位正好相反。
    6、能具體講講環路設計嗎?
    ●專家解答:反饋環路的增益,既不是越大越好,也不是越小越好。當反饋環路的增益過高時,輸出電壓(voltage)會圍繞著平均值來回跟蹤,輸出電壓上下波動很厲害,增益越高,波動的幅度就越大,嚴重時會出現振蕩;當反饋環路的增益過低時,輸出電壓又會不穩定,因為電壓跟蹤不到位,會存在一個滯后誤差。
    為了使輸出電壓穩定,但又不發生振蕩,一般都把反饋環路分成三個回路來組成,一個回路用來決定微分增益的大小,另一個回路用來決定積分增益的大小,還有一個是決定直流增益的大小。這樣做的目的是,在誤差信號很小的時候,環路增益很大,而在誤差小號很大的時候環路增益又會變小,即誤差放大器的增益是動態的。仔細調節這三個反饋環路的增益,就可以實現高壓直流電源既穩定,又不出現振蕩。
    7、反激電源(power supply)開關MOS如何降到最低?特別是在硬開關條件下。
    ●專家解答:降低占空比,但占空比太低,電源的工作效率大大降低,電壓調整范圍(fàn wéi)也會減小。
    8、銅箔損耗占電源損耗比例約為多少?
    ●專家解答:非常小,如果銅箔損耗大,銅箔的溫升會很高,如果超過80度,銅箔的油漆會發黃。但也只相當于一個1~3瓦左右的金屬膜電阻在同樣溫升時的損耗。
    9、驅動波形大小波問題是什么原因引起的??我有款電源,在低壓AC85-120V的時候輸出驅動都很正常,當電壓變為120-150V的時候,驅動出現大小波,輸出電流明顯下降。當電壓再次提升到150V-265V的時候,驅動波形的頻率完全不對頭了,輸出也不對了。
    ●專家解答:如果你的驅動電路采用電容或變壓器輸出,會出現這種情況,因為電容或變壓器傳輸波形(信號時),信號中不能含有直流分量,如果含有直流分量,輸出波形將出現嚴重失真,只有驅動電路的輸出波形,其占空比為0.5時,輸出波形才不會產生失真,而占空比過大或過小,都會出現失真。
    10、想問下關于整流橋的選擇,不同的功率選怎么樣的整流橋?還有就是我做了一款30W的電源,用了3A700V的整流橋,發現整流橋很燙,沒幾分鐘溫度就大約有60多度了。這個引起整流橋發燙的原因有哪些?
    ●專家解答:整流二極管的選擇主要是根據流過整流二極管的電流大小和耐壓還有工作頻率這三個參數來決定,進行電路參數設計時,流過整流二極管的電流一般只能取標稱值(25℃時)的三分之一,因為流過整流二極管的工作溫度可能會上升到80℃以上。如果整流二極管的導通和關斷速度很低,它在電壓反向的情況下還會導通一段時間,即反向電流非常大,這樣整流二極管也會發熱。你的整流橋發熱可能屬于后一種情況。
    11、反饋環路設計 以及 補償 如何入手?還望老師耐心解答。
    ●專家解答:反饋環路的增益,既不是越大越好,也不是越小越好。當反饋環路的增益過高時,輸出電壓會圍繞著平均值上下波動,增益越高,波動的幅度就越大,嚴重時會出現振蕩;當反饋環路的增益過低時,輸出電壓又會不穩定。為了使輸出電壓穩定,但又不發生振蕩,一般都把反饋環路分成三個回路來組成,一個回路用來決定微分增益的大小,另一個回路用來決定積分增益的大小,還有一個是決定直流增益的大小。仔細調節這三個反饋環路的增益,就可以實現高壓直流電源既穩定,又不出現振蕩。
    12、最近在做DC TO DC效率有點低,怎樣解決呢?
    ●專家解答:把工作頻率降低,或把電源開關管換成一個高速開關管,另外還可以把變壓器的體積加大,把最大磁通密度(Bm)的取值降低,即把開關變壓器初級線圈的匝數增加,因為開關變壓器的磁滯損耗和渦流損耗與工作頻率成正比,與最大磁通密度增量的平方成正比。
    13、老師您好,您是怎么計算最小直流電壓的?我看了好幾個版本一直找不到最合適的。
    ●專家解答:這里我不太明白你說的“最小直流電壓”是指哪方面?如果是高壓直流電源的最小輸入直流電壓,一般可根據最低輸入交流電壓換算得來,比如,最低輸入交流電壓為AC100V(有效值),則換算為最低直流輸入電壓大約為120V(取平均值),因為整流濾波后最大值為140V,最低值為100V,取平均值就是120V。
    如果最小直流電壓為晶體管自激式高壓直流電源的正反饋電壓,則此電壓最好選為晶管導通時工作電壓的2倍,而留1倍作為可調整的余量用。如果最小直流電壓為場效應管驅動電路(DC)的最小工作電壓,則此工作電壓最低不能小于16V,因為,大功率場效應管深度飽和需要的驅動電壓都在12V以上(最好為20V)。
    14、老師您好,我做的反激式變壓器電源(power supply)輸出側有毛刺,且毛刺的頻率和原邊開關頻率一樣,怎么消除毛刺呢?
    ●專家解答:在次級整流與濾波電容之間串了一個小電感,但電感流過直流時不能飽和,這種電感的磁回路不能用封閉式的,必須要留有很大的氣隙。
    15、老師您好!反激式電源開關頻率如何優化選擇? VOR反激電壓如何優化設置,在什么情況下最合適?謝謝!匝比如何 最優化計算?謝謝。
    ●專家解答:反激式高壓直流電源工作頻率(frequency)的選擇主要與高壓直流電源的工作效率(efficiency)和體積大小有關,而高壓直流電源的工作效率又主要與高壓直流電源管、開關變壓器的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)有關,這兩者的損耗均與頻率成正比。高壓直流電源管的損耗主要由開通損耗(導通時間損耗)和關斷損耗(關斷時間損耗)組成,高壓直流電源管的導通時間和關斷時間越長,這兩個損耗就越大。
    一般大功率高壓直流電源管的導通時間和關斷時間都比小功率高壓直流電源管的導通時間和關斷時間長很多,所以大功率高壓直流電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮高壓直流電源的工作效率(efficiency)時,如果從高壓直流電源的體積和成本等方面考慮,最好
    選工作效率為80%左右較為合適,此時,高壓直流電源管的損耗大約占總損耗的50%,開關變壓器的損耗大約占總損耗的30%,其余電路的損耗大約占總損耗的20%。數字接地電阻測試儀專為現場測量接地電阻而精心設計制造的,采用最新數字及微處理技術,3線或2線法測量接地 電阻,具有獨特的線阻校驗功能、抗干擾能力和環境適應能力,確保長年測量的高精度、高穩定性和可靠性。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值(兩數相比所得的值)有關,與高壓直流電源的占空比有關。
    16、老師您好! 初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優化的反激電源占空比 如何設定(shè dìng),謝謝!
    ●專家解答:反激式高壓直流電源的初、次級線圈產生的反激電壓的大小均與高壓直流電源的占空比有關,以及與輸入電壓有關,在選擇高壓直流電源的占空比時,必須考慮,初、級線圈產生的反激電壓峰值與工作電壓(輸入電壓)之和不能超過電源開關管耐壓Bvmax的0.7倍,根據此條件(Bvmax)就可以計算反激式高壓直流電源在最高輸入電壓時的最大占空比Dmax。例如,Bvmax為650V的電源開關管,在輸入電壓為AC260V時,其占空比只能選為0.306左右。
    17、老師您好!反激式電源開關頻率如何優化選擇? VOR反激電壓如何優化設置,在什么情況(Condition)下最合適?謝謝!匝比如何 最優化計算?
    ●專家解答:反激式高壓直流電源工作頻率的選擇主要與高壓直流電源的工作效率有關,而高壓直流電源的工作效率又主要與高壓直流電源管、開關變壓器的損耗(磁滯損耗和渦流損耗)有關,這兩者的損耗均與頻率成正比。高壓直流電源管的損耗主要由開通損耗(導通時間損耗)和關斷損耗(關斷時間損耗)組成,高壓直流電源管的導通時間和關斷時間越長,這兩個損耗就越大。
    一般大功率高壓直流電源管的導通時間和關斷時間都比小功率高壓直流電源管的導通時間和關斷時間長很多,所以大功率高壓直流電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮高壓直流電源的工作效率時,如果從高壓直流電源的體積和成本等方面考慮,最好選工作效率為80%左右較為合適,此時,高壓直流電源管的損耗大約占總損耗的50%,開關變壓(氣壓變量)器的損耗大約占總損耗的30%,其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關,與高壓直流電源的占空比有關。
    18、老師您好,我做的反激式變壓器(Transformer)電源輸出側有毛刺,且毛刺的頻率和原邊開關頻率一樣,怎么消除毛刺呢?
    ●專家解答:在次級整流與濾波電容之間串了一個小電感,但電感流過直流時不能飽和,這種電感的磁回路不能用封閉式的,必須要留有很大的氣隙。
    19、老師您好,您是怎么計算最小直流電壓的?我看了好幾個版本一直找不到最合適的?
    ●專家解答:這里我不太明白你說的“最小直流電壓”是指哪方面?如果是高壓直流電源(power supply)的最小輸入直流電壓,一般可根據最低輸入交流電壓換算得來,比如,最低輸入交流電壓為AC100V(有效值),則換算為最低直流輸入電壓大約為120V(取平均值),因為整流濾波后最大值為140V,最低值為100V,取平均值就是120V。
    如果最小直流電壓為晶體管自激式高壓直流電源的正反饋電壓,則此電壓最好選為晶體管導通時工作電壓的2倍,而留1倍作為可調整的余量用。如果最小直流電壓為場效應管驅動電路的最小工作電壓,則此工作電壓最低不能小于16V,因為,大功率場效應管深度飽和需要的驅動電壓都在12V以上(最好為20V)。
    20、最近在做DC TO DC效率有點低,怎樣解決呢?
    ●專家解答:把工作(job)頻率降低(reduce),或把電源開關管換成一個高速開關管,另外,還可以把變壓器(Transformer)的體積加大,把最大磁通密度(Bm)的取值降低,即把開關變壓器初級線圈的匝數增加,因為開關變壓器的磁滯損耗和渦流損耗與工作頻率成正比,與最大磁通密度增量的平方成正比。
    21、問題: 反饋環路設計(Design)以及補償如何入手?還望老師耐心解答。
    ●專家解答:反饋環路的增益,既不是越大越好,也不是越小越好。當反饋環路的增益過高時,輸出電壓會圍繞著平均值上下波動,增益越高,波動的幅度就越大,嚴重時會出現振蕩;當反饋環路的增益過低時,輸出電壓又會不穩定。為了使輸出電壓穩定,但又不發生振蕩,一般都把反饋環路分成三個回路來組成,一個回路用來決定微分增益的大小,另一個回路用來決定積分增益的大小,還有一個是決定直流增益的大小。仔細調節這三個反饋環路的增益,就可以實現高壓直流電源(power supply)既穩定,又不出現振蕩。

      
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