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输配电设备网
开关电源中常用的光耦是线性光耦。
如果使用非线性光耦,有可能使振荡波形变坏,严重时出现寄生振荡,使数千赫的振荡频率被数十到数百赫的低频振荡依次为号调制。
由此产生的后果是对彩电,彩显,VCD,DCD等等,将在图像画面上产生干扰。
同时电源带负载能力下降。
在彩电,显示器等开关电源维修中如果光耦损坏,一定要用线性光耦代换。
常用的4脚线性光耦有PC817A----C。
PC111TLP521等常用的六脚线性光耦有:
LP632TLP532PC614PC714PS2031等。
常用的4N254N264N354N36是不适合用于开关电源中的,因为这4种光耦均属于非线性光耦。
晶体管好,因此,由它构成的逻辑电路更可靠。
信息来源:
(2)作为固体开关应用信息来源:
在开关电路中,往往要求控制电路和开关之间要有很好的电隔离,对于一般的电子开关来说是很难做到的,但用光电耦合器却很容易实现。
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(3)在触发电路上的应用
将光电耦合器用于双稳态输出电路,由于可以把发光二极管分别串入两管发射极回路,可有效地解决输出与负载隔离地问题。
(4)在脉冲放大电路中的应用
光电耦合器应用于数字电路,可以将脉冲信号进行放大。
(5)在线性电路上的应用信息来源:
线性光电耦合器应用于线性电路中,具有较高地线性度以及优良地电隔离性能。
(6)特殊场合的应用信息请登陆:
光电耦合器还可应用于高压控制,取代变压器,代替触点继电器以及用于A/D电路等多种场合。
线性光耦合器的选取原则
在设计光耦反馈式开关电源时必须正确选择线性光耦合器的型号及参数,选取原则如下:
①光耦合器的电流传输比(CTR)的允许范围是50%~200%。
这是因为当CTR<
50%时,光耦中的LED就需要较大的工作电流(IF>
5.0mA),才能正常控制单片开关电源IC的占空比,这会增大光耦的功耗。
若CTR>
200%,在启动电路或者当负载发生突变时,有可能将单片开关电源误触发,影响正常输出。
②推荐采用线性光耦合器,其特点是CTR值能够在一定范围内做线性调整。
③由英国埃索柯姆(Isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4N×
×
系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器,目前在国内应用地十分普遍。
鉴于此类光耦合器呈现开关特性,其线性度差,适宜传输数字信号(高、低电平),因此不推荐用在开关电源中。
线性光耦合器应用举例信息请登陆:
多路输出式电源变换器电路如图3所示。
其输入电压为36V到90V的准方波电压,三路输出分别为:
UO1=+5V(2A),UO2=+15V(0.17A),UO3=-15V(0.17A)。
现将UO1定为主输出,其电压调整率SV=±
0.4%;
UO2和UO3为辅输出,总电源效率可达75%~80%。
电路中采用一片TOP104Y型三端单片开关电源集成电路。
主输出绕组电压经过VD2、C2、L1和C3整流滤波后,得到+5V电压。
VD2采用MBR735型35V/7.5A肖特基二极管。
两个辅输出绕组及输出电路完全呈对称结构。
因为±
15V输出电流较小,故整流管VD4和VD5均采用UF4002型100V/1A的超快恢复二极管。
由线性光耦CNY17-2和可调式精密并联稳压器TL431C构成光耦反馈式精密开关电源,可以对+5V电压进行精密调整。
反馈绕组电压通过VD3、C4整流滤波后,得到12V反馈电压。
由P6KE120型瞬态电压抑制器和UF4002型超快恢复二极管构成的漏极钳位保护电路,能吸收由高频变压器漏感形成的尖峰电压,保护芯片内部的功率场效应管MOSFET不受损坏。
外部误差放大器由TL431C组成。
当+5V输出电压升高时,经R3、R4分压后得到的取样电压,就与TL431C中的2.5V带隙基准电压进行比较,使其阴极电位降低,LED的工作电流IF增大,再通过线性光耦IC2(CNY17-2)使控制端电流IC增大,TOP104Y的输出占空比减小,使UO1维持不变,达到稳压目的。
+5V稳压值UO1则由TL431C、光耦中的LED正向压降来设定。
R1是LED的限流电阻。
误差放大器的频率响应由C5、R2和C6来决定。
C5的作用有三个:
滤除控制端上的尖峰电压;
决定自动重启动频率;
与R2一起对控制回路进行补偿。
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脉宽调制开关电源控制IC
脉宽调制开关电源控制IC
开关电源这个名字我们大家都不会感到很陌生。
常见的计算系统电源录象机、电视机电源都使用了这种电源技术。
但是常常会觉得这种电源技术好象很复杂根本不可能自已制作此类电源,当然早期的开关电源控制部份集成电路使得开关电源的外围变得如此简单以至于简单过一线性稳压电源。
这里介绍的是sgsThomson公司生产的新型系列集成稳压IC:
UCX84X之中的UC1842与系列中的其它IC相比,它们的内部电路结构基本上是一致的,只在某些参数如工作环境温度内部基准电压精度,最大占空比系数等方面有所区别所以原则上此类IC的外围电路是可以通用的。
UC1842为脉冲调制(PCM)的开关电源控制IC。
其封装为8脚,可谓简洁说明了。
其内部方框图如下:
现介绍各脚功能:
1脚为内部误差放大器输出端;
2脚为误差放大输入端;
1与2脚之间接有反馈网络以确定反馈放大器增益与频响;
2脚输入的反馈电压将与基准2.5V电压比较以产生控制电压;
3脚为电流传感器输入引脚,当由电流传感器送来的电压超过1V时及当开关管过流时调宽脉冲就停止输出这样就保护了开关管防止意外损坏。
4脚为接定时电阻电容端口。
由外接的电容电阻决定内部振荡器振荡频率:
f=1.8/Rt*Ct;
5脚为接地端;
6脚为输出调宽脉冲端口,输出的脉冲是推动后的开关管。
其驱动很强,达到+1A或-1A。
在负载叫容为1000pF时上升下降时间仅为500S,所以很适合于推动VMOS管
7脚为电源电压输入端,供电电压可在10V-30V,当电压低于10V时停止工作,工作电流15mA,功耗是非常小的,因此工作稳定。
8脚为其准电压输出端,此端可输与精确的5V电压输出电压可达50mA。
以上介绍了UC1842的内部结构,可见此IC虽外接引脚不多,但功能却很强。
通常此IC是用于单端反激式脉冲变压器耦合的开关电源中常见的应用电路图如下:
工作原理如下:
220VAC整流滤波后得到高压直流。
电流7脚通过一只电阻降压,直接接到高压直流电源处,供电电压的要求稳定,因为IC内部有稳压偏置。
1、2脚反馈端接了阻容网络,满足一定的频响和增益。
反馈电压取自N2整流滤波后的输出,N2为一组反馈线圈,它的圈数与N3相同,故N2、N3上的感应脉冲参数基本相同,所以N2可以跟综。
N3反应N3上感应脉冲的变化,这个反馈整流后同时地接入了7脚供电端,作用是IC起振后为IC供电。
4脚外接电阻电容,决定工作频率;
8脚为5V基准输出端,给定时网络提供定时放电基准电压;
6脚为调宽脉冲输出,当外接双极晶体管时,为改善开关特性,在三极管基极串入了阻容网络,如果是推动VMOS管,则可不用此网络;
3脚的电流检测电压取自双极管的e极上串的f电阻,这个脉冲直流电压积分后送入3脚,当它在于1V时,IC将停止输出调宽脉冲以保护开关管。
由UC1842组成的开关电源有极性的电压调整率(<0.5%),其保护功能也很完善,因此使用起来安全可靠。
本电路的缺点在于负载调整率还不够好。
因为反馈电压是由N2输出整流提供的,当N3负载很重时,波形畸变,N2就不可能很好跟综N3及负载电压的变化了。
不过,可以换另一种反馈电路来解决及光耦来作反馈。
图如下:
当负载变化时,光耦送到反馈端的电压也变化,实现了与负载之间的紧密跟综。
这样改善了负载调整率(<0.5%)。
曾剖析过一台电脑外接电源,工作电压100V-250VAC输出5V3A、12V0.5A、-12V0.2A,其内部电路基本与上述相同,正因采用了光耦隔离反馈,所以工作电压非常稳定,输出也很稳定。
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2#大中小发表于2004-12-2021:
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UC3843组成小功率开关电源
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开关电源具有工频变压器所不具备的优点,新型、高效、节能的开关电源代表着稳压电源的发展方向,因为开关电源内部工作于高频率状态,本身的功耗很低,电源效率就可做得较高,一般均可做到80%,甚至接近90%。
这样高的效率不是普通工频变压器稳压电源所能比拟的。
开关电源常用的单端或双端输出脉宽调制(PWM),省去了笨重的工频变压器,可制成几瓦至几千瓦的电源。
用于脉宽调制的集成电路很多,我们现在介绍的是UC3843集成电路的一般特性及由它组成小功率开关电源的方法。
UC3843更详细的资料可参见其数据手册。
[1].UC3843的主要特性
图1是UC3842-UC3845的外形图。
UC3843是近年来问世的新型脉宽调制集成电路,它具有功能全,工作频率高,引脚少外围元件简单等特点,它的电压调整率可达0.01%V,非常接近线性稳压电源的调整率。
工作频率可达500kHz,启动电流仅需1mA,所以它的启动电路非常简单。
下面是它的主要特性:
最优化的离线DC-DC变换器
低静态电流(1mA)
快速自动补偿电路
单步脉冲控制电路
增强负载回馈特性
断电停滞特性
双脉冲抑制
大电流标识输出
内置能隙参考电压
500kHz的工作频率
低Ro过零放大器
[2].UC3843的工作原理
UC3843有4种封装形式,一种是14pin双列直插和SOP-14,另一种是8pin双列直插和SOP-8。
我们以最简的8pin封装简述其工作原理。
pin
(1)是补偿端,外接电阻电容元件以补偿误差放大器的频率特性。
第
(2)脚是反馈端,将取样电压加至误差放大器的反相输入端,再与同相输入端的基准电压进行比较,输出误差控制电压。
第(3)脚接过流检测电阻,组成过流保护电路。
RT/RC为锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端,内部基准电压为VREF=5V。
输入电压Vi≤30V,输出端电压Vo取决于高频变压器的变压比。
UC3843是这个开关的电源的核心元件,它产生脉宽可调而频率固定的脉冲输出,推动开关功率管的导通和截止,通过高频变压器换能将电压输出到次级绕组上,再经整流和滤波向负载提供直流电源,电源兼反馈绕组取得的控制电压同时输入UC3843的误差放大器,与基准电压比较产生控制电压,控制输出脉宽的占空比,从而达到稳压目的。
[3].UC3843的工作电路分析
具体的应用电路参考图4,工作原理是,220V交流输入电压经过EMI滤波电路进入整流电路。
EMI电路的作用有二,一是防止电源本身的电磁干扰脉冲通过传导或辐射方式干扰公共线路上的其他电器设备。
二是防止公共线路上的电磁脉冲干扰电源本身的工作。
这部分电路在开关电源中是必需的,如果忽略这部分电路,将不能通过电磁兼容性认证(如中国的“3C”和欧洲的CE认证)。
整流后的脉动直流电由滤波电容滤波后获得约300V左右的直流电压,通过R4向UC3843提供约16V的启动电压,其中Fuse是过流或短路保险丝。
UC3843得到启动电压后即开始工作,输出一定宽度的脉冲控制驱动功率管的导通和截止。
由绕组N2获得的高频电压经整流滤波后作为UC3843的工作电源,同时采样电压也取自这个绕组的电压。
从而省去了光电耦合的负反馈控制电路,使电路更加简洁。
R2、C3用于改善误差放大器的频率响应,R1是斜波补偿电容,R10和C5是UC3843的定时电阻和电容,如果R10=10kΩ,C5=4700p,开关频率约为40KHz。
R11是过流检测电阻,R6是功率管栅极的限流电阻。
[4].元器件的选择和制作
高频变压器是开关电源的关键元件,其设计和绕制工艺很大程度上决定开关电源的特性甚至制作的成败,对于15W左右的开关电源,可选区EE-20的磁芯,材料可选MXO-2000导磁率为u=2000H/m,饱和磁通密度bs=400mT,最高工作频率可达500kHz,绕组参数参考电路图中的标注。
漆包线的线经及并绕股数一般应视输出电流而定,通常电流密度取J=2A/m2,但最大不超过2A/m2。
防止出现磁饱和而烧毁开关管,磁芯间隙应有0.2-0.8mm,可采取垫上数层绝缘材料解决。
开关功率管可采用高频特性好,低内阻的场效应晶体管,因为开关管工作于300V的电压,考虑到高频变压器的反向电动势约有200多伏,线圈漏感引起的尖峰电压约有200V,所以功率管的反向击穿电压应选用大于800V的高反压场效应管,功率管的最大漏极电流应考虑整个电源的输出功率,在这个电源中,输出功率较小,可选用价廉的2Sk2067。
同时功率管上应安装合适的散热器。
因为开关电源的工作频率较高,二极管应选用高频特性好的肖特基快恢复二极管,如UF4007、FR107等元件。
滤波电容的容量根据电源的输出功率而定。
这里选22uF/400V电容即可,但必须选用质量好的元件。
业余制作开关电源,工作频率不要选用太高,因为自制的高频变压器工艺难以保证,高频特性欠佳,频率太高可能会导致电源无法工作。
一般可选40KHz左右为宜。
调试时,可用示波器(但需考虑电源和设备间的共“地”问题,以免发生短路现象)观察UC3843的第(40)脚的波形,正常时应有1.5Vp-p的矩形脉冲,占空比随输入电压和带负载情况而定。
第(6)为占空比可变的矩形波,幅度约为16V。
通过观察这些引脚的电压及波形,从而了解开关电源的工作情况
编码器原理及其结构
增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移,但是不能
通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。
它能够产生与位移增量等值的脉冲信号,其作用
是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化(速度)的传感方法,它是相对于某
个基准点的相对位置增量,不能够直接检测出轴的绝对位置信息。
一般来说,增量式光电编
码器输出A、B两相互差90°
电度角的脉冲信号(即所谓的两组正交输出信号),从而可方
便地判断出旋转方向。
同时还有用作参考零位的Z相标志(指示)脉冲信号,码盘每旋转
一周,只发出一个标志信号。
标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。
增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成,如图
1-1所示。
码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙,相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周
期;
检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙,用以通过或阻挡光源和光电检测
器件之间的光线。
它们的节距和码盘上的节距相等,并且两组透光缝隙错开1/4节距,使得
光电检测器件输出的信号在相位上相差90°
电度角。
当码盘随着被测转轴转动时,检测光栅
不动,光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上,光电检测器件就输出
两组相位相差90°
电度角的近似于正弦波的电信号,电信号经过转换电路的信号处理,可以
得到被测轴的转角或速度信息。
增量式光电编码器输出信号波形如图1-2所示。
增量式光电编码器的优点是:
原理构造简单、易于实现;
机械平均寿命长,可达到几万
小时以上;
分辨率高;
抗干扰能力较强,信号传输距离较长,可靠性较高。
其缺点是它无法
直接读出转动轴的绝对位置信息。
图1-2增量式光电编码器的输出信号波形
1.2.2基本技术规格
在增量式光电编码器的使用过程中,对于其技术规格通常会提出不同的要求,其中最关
键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
(1)分辨率
光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数来表示的,即
脉冲数/转(PPR)。
码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率,码盘上刻的缝隙越多,
编码器的分辨率就越高。
在工业电气传动中,根据不同的应用对象,可选择分辨率通常在
500~6000PPR的增量式光电编码器,最高可以达到几万PPR。
交流伺服电机控制系统中通
常选用分辨率为2500PPR的编码器。
此外对光电转换信号进行逻辑处理,可以得到2倍频
或4倍频的脉冲信号,从而进一步提高分辨率。
(2)精度
增量式光电编码器的精度与分辨率完全无关,这是两个不同的概念。
精度是一种度量在
所选定的分辨率范围内,确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。
精度通常用角度、角分或
角秒来表示。
编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因
素有关,也与安装技术有关。
(3)输出信号的稳定性
编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下,保持规定精度的能力。
影响编码器输
出信号稳定性的主要因素是温度对电子器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源
特性的变化。
由于受到温度和电源变化的影响,编码器的电子电路不能保持规定的输出特性,
在设计和使用中都要给予充分考虑。
(4)响应频率
编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。
当编码器高速
旋转时,如果其分辨率很高,那么编码器输出的信号频率将会很高。
如果光电检测器件和电
子线路元器件的工作速度与之不能相适应,就有可能使输出波形严重畸变,甚至产生丢失脉
冲的现象。
这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。
所以,每一种编码器在其分辨率一
定的情况下,它的最高转速也是一定的,即它的响应频率是受限制的。
编码器的最大响应频
率、分辨率和最高转速之间的关系如公式(1-1)所示。
(5)信号输出形式
在大多数情况下,直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低,波形也不规则,还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。
所以,在编码器内还必须将此信号放大、
整形。
经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波。
由于矩形波输出信号容易进行数字
处理,所以这种输出信号在定位控制中得到广泛的应用。
采用正弦波输出信号时基本消除了
定位停止时的振荡现象,并且容易通过电子内插方法,以较低的成本得到较高的分辨率。
增量式光电编码器的信号输出形式有:
集电极开路输出(OpenCollector)、电压输出
(VoltageOutput)、线驱动输出(LineDriver)、互补型输出(ComplementalOutput)和推挽
式输出(TotemPole)。
集电极开路输出这种输出方式通过使用编码器输出侧的NPN晶体管,将晶体管的发
射极引出端子连接至0V,断开集电极与+Vcc的端子并把集电极作为输出端。
在编码器供电
电压和信号接受装置的电压不一致的情况下,建议使用这种类型的输出电路。
输出电路如图
1-3所示。
主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、
包装机械和针织机械等。
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