脉冲宽度调制直流变换器的应用
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《电讯技术>>2000年第5期
·硼奔与开发·
脉冲宽度调制直流变换器的应用
余昌刚 王 华+
关键词:直流电源,变换器,脉冲宽度调制,设计 【摘要】本文详细介绍了Maxim公司脉冲宽度调制直流变换器MAX724/726的原理和 应用,包括降压变换器、升压变换器、逆向变换器。提供了典型应用电路图、设计公式 以及关键事项。
本文所论述的离子收集直流电源包含两个主要组成部分——前级软开关功率因数校正电路和后级功率变换电路。 前级功率因数校正部分采用UC3855AN控制芯片构成ZVTPFC电路,本文详细分析了该电路的工作原理,提出了完整的电路设计方法,在此基础上完成 了500W实验电路的设计,对理论分析进行了验证。 在离子收集直流电源功率变换电路方案论证期间,在文献[9]的基础上,本文提出了一种新的基于PWM控制方式的双辅助管半桥零电压开关变换器 ,对电路原理和设计方法进行了初步分析,并通过pspice仿真和40W小功率实验验证了理论分析的可行性和正确性。但综合考虑各种方案的优缺点,没有 将其作为功率变换电路的主电路。 本文在分析三种典型的半桥谐振电路的基础上,结合离子收集直流电源的负载特性和高压大功率开关电源的难点,提出采用容性输出滤波串并联谐 振变换器作为功率变换部分的主电路,初步探讨了该电路的设计规则,并通过200W1KV实验电源的研制,验证了方案设计的可行性和先进性。
8VT040V I.
n#F去
”之 。7“5
VIN
Vsw
,H—Xl,秘
MAX724 MAX726
FB Vc
wk.baidu.com
l(HlIl H【mdx726)
,Y~.n
……‘‘、一’
5V al 2a(Ma
f3
3 Rl
一 k MBR745吝2 8K
妻墓’ 47[。
图3降压变换器应用原理图
基本降压变换器应用电路结构见图3, R1和R2组成一个分派结构,FB从此获得输 出电压误差输入,调节Rl和R2的筐可获得 不同的输出电愿,它们的值与输出电压的关
期下降到零。从CCM到DCM的转换发生条
馋为
‘
2, 脚2—<—%。 —+—%可)【巧(‰了~二孤_, 焉)可一丽(%蕊。—+%—)一】
(2)
·45·
《电讯技术12000年第5期
式中V。:二极管燕向压降; Vsw:开关的压降;
k:100 kHz。
下面给出一个MAX726的应用实例。原 理图冤图3,各元咎值热下:
RI:选用5K精密电位器代替,以便于调 第输臻电歪;
R2:2.2 kQ:
己:100馨挂,大电流毫感。 其它元件值如图3所标示,电容耐压值 应炎16 V,二级管选蔫摩托罗挝公司的
MBR745。
测试时豁接一个10 W/5 Q的受载,输入 电压为10 V,调节Rl,使输出电压为3.3 V, 测出负载电流势0+66 A,实际输入电压霹低 至5 v,电路长时间工作正常。
LCC谐振变换器采用变频控制策略,可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM),本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对 CCM下的LCC谐振变换器,本文分析其工作原理,用基波近似法推导出变换器的稳态模型,给出一种详尽的设计方法,可以保证所有开关管在全负载范围 内实现零电压开关,减小电流应力和开关频率的变化范围,并进行仿真验证。基于该变换器,研制出输出电压为41kV,功率为23kW的高频高压电源,实 验结果验证了分析与设计的正确性。
MAX724/726封装形式为TO一220,图1 为其管脚图,图2为MAX724/726内部结构原 理图。MAX724/726的外部输出反馈到FB, 其与参考源的误差经误差放大器放大后控制 振荡器产生的波形的占空因数,从而控制开 关的通断比,达到控制输出电压的目的。由 于MAX724/726的精巧设计,最大占空因数 可达到约93%。
·46·
万方数据
脉冲宽度调制直流变换器的应用
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
余昌刚, 王华, Yu Changgang, Wang hua 北京理工大学,北京,100081
电讯技术 ATLECOMMUNICATIONS ENGINEERING 2000,40(5) 0次
MAX 726功能完全一致,唯一的区别是前者 额定输出电流为5 A,而后者为2 A。
MAX724/726是一个完全的单芯片系统, 内部集成了一个100 kHz振荡器、控制电路 和限流电路,以及一个5 A的功率开关 (MAX726是2 A)。因此只需很少的外围电 路就可以构成一个DC/DC直流变换器。
限流比较器则提供了限流保护功能,一 旦电流超过阈值,开关将在600 ns内断开。 MAX724的电流阈值为6.5 A,MAX726则为
2.6 A。
二、MAX724/726的原理
Maxim公司的MAX724/726便是一种性 能优异,使用方便的单片双极性PWM开关 模式DC/DC变换器。MAX724/726具有突出 的特性:支持高达40 V的输入电压,输出2.5 ~35 v可调,100 kHz开关频率,良好的动态 和暂态特性,8.5 mA静态电流。MAX724和
高压变压器由于匝比很大,呈现出较大的寄生参数,如漏感和分布电容,若直接应用在PWM变换器中,漏感的存在会产生较高的电压尖峰,损坏功率 器件,分布电容的存在会使变换器有较大的环流,降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑,它可以利用高压变 压器中漏感和分布电容作为谐振元件,减少了元件的数量,从而减小了变换器的体积。
2.期刊论文 姜德昌.郭余庆 矿用电机车直流电源变换器的现状和展望 -煤矿自动化1999,""(5)
分析了现有矿用电机车直流电源变换器的特点及其发展趋势.
3.学位论文 夏军 离子收集直流电源研究 2006
本文是对激光法分离同位素中离子收集直流电源的预研。针对目前国内离子分离和收集场合仍然主要使用可控硅调压工频电源的现状,本文结合离 子收集场合所需电源的特殊要求以及高频高压电源的突出难点,提出了以串并联谐振变换器为主电路拓扑,研制高频高效的开关电源,以取代传统的笨 重低效的工频电源。
针对DCM下的LCC谐振变换器,本文分析其工作原理,该变换器可以实现零电流开关,有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态 方程推导出变换器的电压传输比特性,在此基础上对主电路参数进行设计,并进行仿真验证。基于该变换器,研制出输出电压为66kV,功率为72kW的高 频高压电源,实验结果表明了方案的可行性。
Yu Changgang Wang hua
(Beijing Institute of Technology)
Key words:DC,Power supply,Converter,Design Abstract:In this paper,we introduce the principle and application of MAX724/726 which are PWM Switch—Mode DC~DC Converters provided by Maxim Company.There are three application modes which a把Basic Step—Down Application.Positive—Negative DC—DC Inverter and Negative Boost DC —DC Converter.Typical application circuit diagrams and design formulas are provided.
5 V。
Dl—MOTOROLA MBR745
C2-N1CHICON UPt。IAl02MRH6
Cl·NICHICOl、’UPLlf,,MRH6”COILTRONlCS CTX25。5.52
豳4负压升压变换器应用原理图
兰、醚氇X7丝,726的应用
图3、图4、图5分别为降压变换器、负压 升压交换器和逆向变换器应用原瑗圈。
豳6参考接地连接闰
四、结束语
Max724/726不愧为一种性能优良的DC/ DC袁流电源变换器,在应用中只需改变很少 的参数就能得到各种电压值,所需外围电路 很少,应用方便,秉承了Maxim公司产品的一 贯优点。
参考文献 C 1】1998 Maxim Integrated Products
Application of Pulse Width Modulation DC——DC Converters
万方数据
图5逆向变换器应用原理图
存在2种工作模式:一种是高负载电流
时熬CCM模式(continuous—conduction
mode),此时电感电流在振荡周期波形为零即
开关断开时迄不会下降到零。第二种是低负
载电流时的DCM模式(discontinuous—conduc。
tion mode),此时电感睦流在开关断开熬后半
参考文献(1条) 1.Maxim Integrated Products 1998
相似文献(10条)
1.期刊论文 葛丽霞.GE Li-xia 矿用机车直流电源变换器的研究开发 -机械管理开发2010,25(3)
针对矿用机车直流电源变换器的大多数平均无故障时间超不过800 h(一个月)状况,研发试制了一种适合变换器使用的电源滤波器,可使直流变换器的 平均无故障时间超过2400 h(三个月).并提高了电源变换器的抗干扰能力,解决了变换器使用寿命短的问题.
4.期刊论文 谭涛.TAN Tao 矿用电机车直流电源变换器的发展 -江西能源2007,""(2)
分析了现有矿用电机车直流电源变换器的特点及其发展趋势.
5.学位论文 夏冰 LCC谐振变换器在大功率高输出电压场合的应用研究 2008
高压直流电源广泛应用于医用X射线机,工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差,这些缺点限 制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点,已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进 行研究,对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论,提出实现方案。
德得稽融豹是接堍方式不阕,对电流绞 波大小影响很大,推荐的接地方式见图6。
受匿舞蹑变换器应蔫电路结构冕图毒, 输入电压可低至一4.5 V,输出电压至少是一 8 V,此时Rl穰融的关系同公式(1)。LI要 取一个较低的值(典型值为25 ttH)以维持稳 定,如架输入大予~lO V,毛l的值可增大爨 50 ttH。值得注意的是,这种应用没有短路保 护。
逆向变换器的应用电路结构见图5,输 入和输出电惩酶绝对值的程必须要大予8 V。图5中为输出一5 V的一种实际电路。 在一般应用时,其计算公式为
·觏究与只发·
R4=1。82勰
(3)
R3=l Vout{一2.37(kO)
(4)
R1=1。86(R3)
(5)
R2=3.65(R3)
(6)
注:式巾为注明电阻单位为kQ,电压单 位为V。
余昌刚 ·44·
王华
北京理工大学
北京
100081
万方数据
5.Pnq TO一220
图1 MAX724/726管脚图
《电讯技术>>2000年第5期
·酿舞与一发·
系为 RI=(I,outl2.2t)×R2一R2 (1)
图2 MAX724t726内部结构原理图
MAX724/726基本使用形式怒降压变换 器,专门针对降压应用作了优化。由于使用 了趄好的补偿结构,MAX724/726表现出了优 秀的大电流降艇功能。它也能配嚣为一个负 压升压变换器或电压逆向变换器。在负压升 压应用时,输入选压蒗围可从8。40 v,在逆 向和负升压应用时,输入电压绝对值可低至
一、引
言
在数字电路的设计中,电源是一个关键 部分。数字电路大多需要直流稳压电源,且 由于各种芯片种类繁多,所需电压也多不一 样,于是DC/DC直流变换器得到了大量应 用。目前使用较多的DC/DC变换器有73种: 一种是分压器,如微机主板上CPU芯片的供 电电路,便是采用电阻分压产生不同的电压 组合;一种是线性变换器,利用振荡器,经变 压器变压后整流、滤波来产生直流电压后调 整到想要的电平;再有一种便是现在广泛使 用的脉冲宽度调制(PWM)开关变换器,通过 控制电压振荡波形占空因数来得到不同的电 压。前2种电路有体积大、设计复杂、不稳定 等固有的缺点,而PWM开关变压器具有体 积小,输入输出可调范围大,设计简单,输出 稳定等优点。PWM开关变压器一般有3种 应用形式:降压变换器、升压变换器和逆向变 换器。
·硼奔与开发·
脉冲宽度调制直流变换器的应用
余昌刚 王 华+
关键词:直流电源,变换器,脉冲宽度调制,设计 【摘要】本文详细介绍了Maxim公司脉冲宽度调制直流变换器MAX724/726的原理和 应用,包括降压变换器、升压变换器、逆向变换器。提供了典型应用电路图、设计公式 以及关键事项。
本文所论述的离子收集直流电源包含两个主要组成部分——前级软开关功率因数校正电路和后级功率变换电路。 前级功率因数校正部分采用UC3855AN控制芯片构成ZVTPFC电路,本文详细分析了该电路的工作原理,提出了完整的电路设计方法,在此基础上完成 了500W实验电路的设计,对理论分析进行了验证。 在离子收集直流电源功率变换电路方案论证期间,在文献[9]的基础上,本文提出了一种新的基于PWM控制方式的双辅助管半桥零电压开关变换器 ,对电路原理和设计方法进行了初步分析,并通过pspice仿真和40W小功率实验验证了理论分析的可行性和正确性。但综合考虑各种方案的优缺点,没有 将其作为功率变换电路的主电路。 本文在分析三种典型的半桥谐振电路的基础上,结合离子收集直流电源的负载特性和高压大功率开关电源的难点,提出采用容性输出滤波串并联谐 振变换器作为功率变换部分的主电路,初步探讨了该电路的设计规则,并通过200W1KV实验电源的研制,验证了方案设计的可行性和先进性。
8VT040V I.
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”之 。7“5
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,H—Xl,秘
MAX724 MAX726
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5V al 2a(Ma
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一 k MBR745吝2 8K
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图3降压变换器应用原理图
基本降压变换器应用电路结构见图3, R1和R2组成一个分派结构,FB从此获得输 出电压误差输入,调节Rl和R2的筐可获得 不同的输出电愿,它们的值与输出电压的关
期下降到零。从CCM到DCM的转换发生条
馋为
‘
2, 脚2—<—%。 —+—%可)【巧(‰了~二孤_, 焉)可一丽(%蕊。—+%—)一】
(2)
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《电讯技术12000年第5期
式中V。:二极管燕向压降; Vsw:开关的压降;
k:100 kHz。
下面给出一个MAX726的应用实例。原 理图冤图3,各元咎值热下:
RI:选用5K精密电位器代替,以便于调 第输臻电歪;
R2:2.2 kQ:
己:100馨挂,大电流毫感。 其它元件值如图3所标示,电容耐压值 应炎16 V,二级管选蔫摩托罗挝公司的
MBR745。
测试时豁接一个10 W/5 Q的受载,输入 电压为10 V,调节Rl,使输出电压为3.3 V, 测出负载电流势0+66 A,实际输入电压霹低 至5 v,电路长时间工作正常。
LCC谐振变换器采用变频控制策略,可以工作在电感电流连续模式(CCM)和电感电流断续模式(DCM),本文对这两种工作模式进行详细讨论。针对 CCM下的LCC谐振变换器,本文分析其工作原理,用基波近似法推导出变换器的稳态模型,给出一种详尽的设计方法,可以保证所有开关管在全负载范围 内实现零电压开关,减小电流应力和开关频率的变化范围,并进行仿真验证。基于该变换器,研制出输出电压为41kV,功率为23kW的高频高压电源,实 验结果验证了分析与设计的正确性。
MAX724/726封装形式为TO一220,图1 为其管脚图,图2为MAX724/726内部结构原 理图。MAX724/726的外部输出反馈到FB, 其与参考源的误差经误差放大器放大后控制 振荡器产生的波形的占空因数,从而控制开 关的通断比,达到控制输出电压的目的。由 于MAX724/726的精巧设计,最大占空因数 可达到约93%。
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万方数据
脉冲宽度调制直流变换器的应用
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
余昌刚, 王华, Yu Changgang, Wang hua 北京理工大学,北京,100081
电讯技术 ATLECOMMUNICATIONS ENGINEERING 2000,40(5) 0次
MAX 726功能完全一致,唯一的区别是前者 额定输出电流为5 A,而后者为2 A。
MAX724/726是一个完全的单芯片系统, 内部集成了一个100 kHz振荡器、控制电路 和限流电路,以及一个5 A的功率开关 (MAX726是2 A)。因此只需很少的外围电 路就可以构成一个DC/DC直流变换器。
限流比较器则提供了限流保护功能,一 旦电流超过阈值,开关将在600 ns内断开。 MAX724的电流阈值为6.5 A,MAX726则为
2.6 A。
二、MAX724/726的原理
Maxim公司的MAX724/726便是一种性 能优异,使用方便的单片双极性PWM开关 模式DC/DC变换器。MAX724/726具有突出 的特性:支持高达40 V的输入电压,输出2.5 ~35 v可调,100 kHz开关频率,良好的动态 和暂态特性,8.5 mA静态电流。MAX724和
高压变压器由于匝比很大,呈现出较大的寄生参数,如漏感和分布电容,若直接应用在PWM变换器中,漏感的存在会产生较高的电压尖峰,损坏功率 器件,分布电容的存在会使变换器有较大的环流,降低了变换器的效率。本文选用具有电容型滤波器的LCC谐振变换器为主电路拓扑,它可以利用高压变 压器中漏感和分布电容作为谐振元件,减少了元件的数量,从而减小了变换器的体积。
2.期刊论文 姜德昌.郭余庆 矿用电机车直流电源变换器的现状和展望 -煤矿自动化1999,""(5)
分析了现有矿用电机车直流电源变换器的特点及其发展趋势.
3.学位论文 夏军 离子收集直流电源研究 2006
本文是对激光法分离同位素中离子收集直流电源的预研。针对目前国内离子分离和收集场合仍然主要使用可控硅调压工频电源的现状,本文结合离 子收集场合所需电源的特殊要求以及高频高压电源的突出难点,提出了以串并联谐振变换器为主电路拓扑,研制高频高效的开关电源,以取代传统的笨 重低效的工频电源。
针对DCM下的LCC谐振变换器,本文分析其工作原理,该变换器可以实现零电流开关,有效地减小IGBT拖尾电流造成的关断损耗。论文通过电路状态 方程推导出变换器的电压传输比特性,在此基础上对主电路参数进行设计,并进行仿真验证。基于该变换器,研制出输出电压为66kV,功率为72kW的高 频高压电源,实验结果表明了方案的可行性。
Yu Changgang Wang hua
(Beijing Institute of Technology)
Key words:DC,Power supply,Converter,Design Abstract:In this paper,we introduce the principle and application of MAX724/726 which are PWM Switch—Mode DC~DC Converters provided by Maxim Company.There are three application modes which a把Basic Step—Down Application.Positive—Negative DC—DC Inverter and Negative Boost DC —DC Converter.Typical application circuit diagrams and design formulas are provided.
5 V。
Dl—MOTOROLA MBR745
C2-N1CHICON UPt。IAl02MRH6
Cl·NICHICOl、’UPLlf,,MRH6”COILTRONlCS CTX25。5.52
豳4负压升压变换器应用原理图
兰、醚氇X7丝,726的应用
图3、图4、图5分别为降压变换器、负压 升压交换器和逆向变换器应用原瑗圈。
豳6参考接地连接闰
四、结束语
Max724/726不愧为一种性能优良的DC/ DC袁流电源变换器,在应用中只需改变很少 的参数就能得到各种电压值,所需外围电路 很少,应用方便,秉承了Maxim公司产品的一 贯优点。
参考文献 C 1】1998 Maxim Integrated Products
Application of Pulse Width Modulation DC——DC Converters
万方数据
图5逆向变换器应用原理图
存在2种工作模式:一种是高负载电流
时熬CCM模式(continuous—conduction
mode),此时电感电流在振荡周期波形为零即
开关断开时迄不会下降到零。第二种是低负
载电流时的DCM模式(discontinuous—conduc。
tion mode),此时电感睦流在开关断开熬后半
参考文献(1条) 1.Maxim Integrated Products 1998
相似文献(10条)
1.期刊论文 葛丽霞.GE Li-xia 矿用机车直流电源变换器的研究开发 -机械管理开发2010,25(3)
针对矿用机车直流电源变换器的大多数平均无故障时间超不过800 h(一个月)状况,研发试制了一种适合变换器使用的电源滤波器,可使直流变换器的 平均无故障时间超过2400 h(三个月).并提高了电源变换器的抗干扰能力,解决了变换器使用寿命短的问题.
4.期刊论文 谭涛.TAN Tao 矿用电机车直流电源变换器的发展 -江西能源2007,""(2)
分析了现有矿用电机车直流电源变换器的特点及其发展趋势.
5.学位论文 夏冰 LCC谐振变换器在大功率高输出电压场合的应用研究 2008
高压直流电源广泛应用于医用X射线机,工业静电除尘器等设备。传统的工频高压直流电源体积大、重量重、变换效率低、动态性能差,这些缺点限 制了它的进一步应用。而高频高压直流电源克服了前者的缺点,已成为高压大功率电源的发展趋势。本文对应用在高输出电压大功率场合的开关电源进 行研究,对主电路拓扑、控制策略、工艺结构等方面做出详细讨论,提出实现方案。
德得稽融豹是接堍方式不阕,对电流绞 波大小影响很大,推荐的接地方式见图6。
受匿舞蹑变换器应蔫电路结构冕图毒, 输入电压可低至一4.5 V,输出电压至少是一 8 V,此时Rl穰融的关系同公式(1)。LI要 取一个较低的值(典型值为25 ttH)以维持稳 定,如架输入大予~lO V,毛l的值可增大爨 50 ttH。值得注意的是,这种应用没有短路保 护。
逆向变换器的应用电路结构见图5,输 入和输出电惩酶绝对值的程必须要大予8 V。图5中为输出一5 V的一种实际电路。 在一般应用时,其计算公式为
·觏究与只发·
R4=1。82勰
(3)
R3=l Vout{一2.37(kO)
(4)
R1=1。86(R3)
(5)
R2=3.65(R3)
(6)
注:式巾为注明电阻单位为kQ,电压单 位为V。
余昌刚 ·44·
王华
北京理工大学
北京
100081
万方数据
5.Pnq TO一220
图1 MAX724/726管脚图
《电讯技术>>2000年第5期
·酿舞与一发·
系为 RI=(I,outl2.2t)×R2一R2 (1)
图2 MAX724t726内部结构原理图
MAX724/726基本使用形式怒降压变换 器,专门针对降压应用作了优化。由于使用 了趄好的补偿结构,MAX724/726表现出了优 秀的大电流降艇功能。它也能配嚣为一个负 压升压变换器或电压逆向变换器。在负压升 压应用时,输入选压蒗围可从8。40 v,在逆 向和负升压应用时,输入电压绝对值可低至
一、引
言
在数字电路的设计中,电源是一个关键 部分。数字电路大多需要直流稳压电源,且 由于各种芯片种类繁多,所需电压也多不一 样,于是DC/DC直流变换器得到了大量应 用。目前使用较多的DC/DC变换器有73种: 一种是分压器,如微机主板上CPU芯片的供 电电路,便是采用电阻分压产生不同的电压 组合;一种是线性变换器,利用振荡器,经变 压器变压后整流、滤波来产生直流电压后调 整到想要的电平;再有一种便是现在广泛使 用的脉冲宽度调制(PWM)开关变换器,通过 控制电压振荡波形占空因数来得到不同的电 压。前2种电路有体积大、设计复杂、不稳定 等固有的缺点,而PWM开关变压器具有体 积小,输入输出可调范围大,设计简单,输出 稳定等优点。PWM开关变压器一般有3种 应用形式:降压变换器、升压变换器和逆向变 换器。