低電壓輸入DC/AC變換器模塊

摘要：介紹在低電壓輸入下工作的低頻交流模塊的工作原理、應(yīng)用范圍和技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源方波脈寬調(diào)制

A Module of DC/AC Converter with Low input Voltage

Abstract:The operating principle, applicable scope and specifioations of a module of DC/AC converter with Low－ input voltage are presented.

Keywords: SMPS, Square ware, PWM

1引言

高頻開關(guān)電源作為一種比較新型的穩(wěn)壓電源具有效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。因此在國內(nèi)外電子儀器、儀表及家用電器方面得到廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)品發(fā)展迅速，市場前景廣泛。目前高頻開關(guān)電源可分為三大類：交流/直流變換器即整流電源，直流/直流變換器即各種高低壓直流電源的轉(zhuǎn)換，直流/交流變換器即逆變器、鈴流發(fā)生器等，其中整流電源和直流變換器市場占有份額相當(dāng)大，目前主要問題是如何進(jìn)一步提高效率、減小模塊體積和控制保護(hù)智能化。逆變器市場占有率較低，而鈴流發(fā)生器在通信系統(tǒng)和聲納系統(tǒng)中的應(yīng)用則比較多。本文介紹的低輸入直流/交流變換器模塊是在低電壓下工作的鈴流發(fā)生器，用以開拓低壓鈴流的新品種供電子科技人員設(shè)計(jì)新品時(shí)參用。

2模塊外形結(jié)構(gòu)及接線

2．1模塊外形

模塊外形圖見圖1。

圖1 模塊外形圖

2．2應(yīng)用接線

應(yīng)用接線見圖2。

3電路原理

電路原理見圖3。

IC1、V1、L1、D1等組成高頻振蕩電路產(chǎn)生高電壓，供脈寬調(diào)制集成電路工作，推動(dòng)V3工作在開關(guān)狀態(tài)，通過變壓器升壓、整流輸出正負(fù)高電壓，R15、R16、R17、V7、D13、IC4組成取樣比較放大電路反饋到脈寬調(diào)制器中進(jìn)行穩(wěn)壓控制。IC3、C13、R19、D12、R20產(chǎn)生低頻方波，推動(dòng)V5、V6工作，使輸出兩端形成連續(xù)的25Hz、有效值為75V的方波。D4、D5、L2、C2給IC2供電，保證V3正常工作，并通過V2、D3、R1、R6組成的電路關(guān)閉IC1，使其停止振蕩，R11、R12、C8組成過流檢測電路進(jìn)行過載保護(hù)，D10、D11、L5、C12組成低壓電源供給IC3方波發(fā)生器和比較放大器工作，D14、D15可防止V5與V6同時(shí)導(dǎo)通。

電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）低壓工作選擇

由于目前通用的脈寬調(diào)制集成電路在5V左右不能工作，必須在大于8V的工作電壓下才能產(chǎn)生振蕩脈沖，同時(shí)V3也要求一個(gè)大于5V的柵極控制電

壓，故設(shè)計(jì)一個(gè)串聯(lián)型開關(guān)電源給IC2供電，IC1的3腳為振蕩輸出端，通過R4、R5、V1放大，產(chǎn)生幅值為2Ui的電壓，經(jīng)過D1、C2整流濾波后形成約9V的直流電壓。當(dāng)IC2正常工作時(shí)為節(jié)省電流，設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)閉電路，關(guān)閉IC1振蕩（IC1的4腳為開關(guān)控制端，低電平關(guān)閉，高電平振蕩）。當(dāng)整個(gè)電路正常工作時(shí)IC2電源電壓高于10V，使穩(wěn)壓二極管D3工作，觸發(fā)V2全導(dǎo)通將IC1的4腳處于低電平。

圖2模塊應(yīng)用接線圖

注：CO=1000μF/10V（引線過長時(shí)接電容）

圖3模塊原理圖

（2）輸出穩(wěn)壓設(shè)計(jì)

由于方波輸出空載到滿載時(shí)，輸出有效值變化很大，空載時(shí)峰值高達(dá)200V以上，容易損壞負(fù)載，為了安全和降低元器件成本（降低V5、V6的反壓值），采用穩(wěn)壓電路控制峰值在空載時(shí)不超過150V，為了降低功耗和縮小體積，IC4和R17的正電壓端接在IC3供電的電平上，由于高電壓的穩(wěn)定使輔助電源也比較穩(wěn)定，保證IC3正常工作。

（3）方波產(chǎn)生及穩(wěn)頻

本電路的方波產(chǎn)生是通過555時(shí)鐘電路IC3、R19、R20、D12和C13組成，D12構(gòu)成放電回路，C13、R19、R20組成低頻振蕩電路并決定振蕩頻率，其中R19與R20決定導(dǎo)通、截止的時(shí)間比率，在設(shè)計(jì)時(shí)通過調(diào)整波形選擇好合適的阻值，使之導(dǎo)通時(shí)間與截止時(shí)間相等。在穩(wěn)頻過程中，由于電阻的熱穩(wěn)定性比較好，則25Hz低頻受C13影響很大，因?yàn)镃13電容值較大，易受溫度影響使電容量變化（滿載時(shí)模塊的溫度高于空載），通過反復(fù)選擇試驗(yàn)，最終選用穩(wěn)定性好的聚丙烯電容使輸出頻率穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)。

4電性能介紹

輸入電壓＋5V±5％

輸出電壓75V±10％（有效值）

輸出頻率25Hz±3Hz（方波）

輸出功率7.5W

效率70％

輸入輸出隔離電壓≥500V

通過電性能測試滿足使用需要，如果需要更精確的低頻方波可選擇更好的方形波發(fā)生器。

5應(yīng)用及注意事項(xiàng)

目前該模塊已小批量生產(chǎn)，應(yīng)用于低壓工作下的車載指揮通信系統(tǒng)中，滿足上機(jī)使用要求。在使用過程中無須外接散熱板，模塊外引腳應(yīng)緊貼基板焊接，遠(yuǎn)離熱源，輸入電源線粗一些，若線路過長應(yīng)在模塊輸出端附近接一個(gè)大電解電容器，以避免輸出不正常和產(chǎn)生高頻輻射影響其它電路工作。根據(jù)這一電路模式可開發(fā)系列的DC/AC變換器。