基于TOP249的切割電源引弧電路研究
1、選擇磁芯
一般磁芯輸出功率和磁芯面積的經(jīng)驗(yàn)公式
Ae為變壓器磁芯有效截面積,Pt為高頻變壓器輸入輸出平均值。通過對常用磁芯的特點(diǎn)比較,同時考慮漏磁、散熱、功率等相關(guān)因素:
選用鐵氧體EI28型磁芯,Ae=1.21,最大磁感應(yīng)強(qiáng)度BS=4000×10-4T,100°C時為使變壓器工作在低磁損狀態(tài),選最大工作Bmax為1500×10-4T。
2、原邊電感
3、初、次級匝數(shù)NP、NS
可以選用初級匝數(shù)為62匝,次級124匝。
4、反饋線圈匝數(shù)NB
VF為反饋電路整流管的正向壓降,VFB為反饋電路的反饋電壓,它與電路的類型有關(guān),選改進(jìn)型基本反饋電路,VFB=27.7V。,可得NB=5.7,實(shí)取6匝。
5、氣隙長度
反激型變壓器的鐵芯必須留有氣隙,以使變壓器鐵芯承受較大的勵磁安匝數(shù),防止鐵芯飽和,氣隙的寬度可由下式得出,我們設(shè)計(jì)為0.16cm。
在瞬變過程中,變壓器漏感和分布電容會引起浪涌電流和尖峰電壓及頂部振蕩,造成損耗增加,嚴(yán)重時會造成開關(guān)管的損壞,因此應(yīng)嚴(yán)加控制。在輸出為高電壓、輸出繞組匝數(shù)多,層數(shù)多時,也應(yīng)考慮分布電容帶來的影響和危害。此外,降低分布電容有利于抵制高頻信號對負(fù)載的影響和干擾[4]。
3.3 倍壓電路電容、高壓整流管
由倍壓電路工作過程可知,每個周期電容的充電電壓大都能達(dá)到1700V,而電流很小,故選擇電容主要從耐壓值入手,可以選用耐壓2000V的陶瓷電容。高壓整流二極管最大反向電壓可達(dá)到1000V,可以選用耐壓值達(dá)15000V高壓整流硅堆。
4 影響引弧質(zhì)量的主要因素
1、高頻振蕩頻率對引弧的影響
要順利引弧,振蕩頻率一般不能低于150~200 KHZ,但也不能太高。若頻率很低,引弧電壓對中性氣體的穿透能力較低,不但不容易引弧,而且振蕩電路長時間積累的大量能量可能會燒毀引弧裝置;反之,若頻率很高,電容電壓過低,P的點(diǎn)火能量不夠,也會造成引弧的不成功[6]。
2、火花放電器P的間隙對引弧的影響
若P的間隙過大,會導(dǎo)致電路的振蕩頻率偏低,不但不容易引弧而且會使整機(jī)工作不可靠;P的間隙過小,將使電路的振蕩頻率偏高,也會使引弧成功率下降。理想情況下的間隙應(yīng)在1~1.5mm范圍內(nèi)。
3、充電電容對引弧的影響
充電電容量的大小直接影響振蕩回路充電時間的長短,繼而會影響振蕩頻率的高低和引弧的成功率。若容值過小,端壓上升到P的擊穿電壓的時間變短,使得振蕩頻率#402;過大,不易引??;反之,若容值過大,則#402;過小,也不易引弧。一般理想值為3000~5000pF。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在實(shí)驗(yàn)時,當(dāng)調(diào)壓器輸出交流電壓為80V左右,經(jīng)整流后直流電壓可達(dá)100V,此時TOP249芯片剛剛啟動(圖2)。高頻變壓器出現(xiàn)自激振蕩(圖3)。在實(shí)際調(diào)試過程中,用倍壓電路就能實(shí)現(xiàn)可靠引弧,在次級輸出接上分壓電阻可以測出波形(圖4)。從波形可以看出TOP249處于正常工作狀態(tài),產(chǎn)生的波形比較理想。實(shí)驗(yàn)證明用TOP249實(shí)現(xiàn)的切割電源引弧電路工作穩(wěn)定可靠。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙家瑞等,空氣等離子弧切割機(jī)的原理和設(shè)計(jì),機(jī)械工業(yè)出版社,1997
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[3] TOPSwitch Flyback Design Methodology. Application Note AN-16. Power Integrations,INC.1996
[4] TOPSwitch Flyback Transformer Construction Guide. Application Note AN-18. Power Integrations,INC.1996
[5] 沙占友等,特種集成電源最新應(yīng)用技術(shù),人民郵電出版社,2000
[6] 景有泉 唐西勝等,基于IGBT逆變焊接切割電源高頻引弧電路的研究,電源世界,2001.6
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