徐丽萍 !高级工程师
关键词! "#$%&’()
"#$%·
开关模式·
直流变换器·
储能电感·
电气控制 & !"#$%&’$ ()*%&)"
!"### ·冶金电气·*+,+ 年第 *- 卷第 . 期
基于 /0*123 的 4567型直流变换器设计
! ! 分析了 "#$% 直流变换器电路模型的基本工作原理,
详细阐述了基于 &’()*+ 芯片实现的 "#$% 型直流变换器
电路原理及电路中每一个元器件参数的设计过程,给出了
实际设计
,并提出了设计方案实际实施过程中的注意
事项。
徐丽萍 !南京工业职业技术学院电气与自动化系
李党婴 !南京普天通信股份有限公司
4567直流变换器基本工作原理
"#$% 变换器是开关变换 模 式
’( ) ’(降压变换器,它的电路模型如
图 * 所示,图中开关管 +*、储能电感
!、滤波电容 "* 和续流二极管 +’, 构
成了 "#$%的基本拓扑结构,取样电阻
网络 #* 和 #,、标准参考电压 *- ,. +、
误差比较器、自由振荡电路和门控电路
构成开关管的控制电路。电路的基本工
作原理:取样电阻网络跟踪输出电压变
化,误差放大器将输出电压变化量与标
准电压进行比较从而产生门控信号,如
果输出电压小于正常值,控制信号变为
高电平将门合上,振荡脉冲就可以控制
开关管的导通和截止,反之则使开关管
不工作,输入信号与输出信号断开。这
个过程分成两个阶段,第一个阶段是开
关管 +* 导通时,电感 ! 被充磁,电感
中的电流线性增加,电能转换为磁能存
储在电感的磁通中;第二个阶段是开关
管 +* 关断时,由于电感中的电流不能
突变,!通过 +’, 续流,电感中存储的
一部分能量向负载释放,同时电感中的
电流线性减小。当 +* 再次导通时,
+’, 迅速关断,电流又从输入电源和开
关管 +* 流过。通过上述两个阶段的交
替连续,电路就完成了把直流输入电压
$/0转换成直流输出电压 $123的功能。
一般 $123(%$/0,式中,% 4 &56 !( &56
7 &588),为开关管接通时间占空比,当直
流输入电压 $/0不变时,通过控制电路改
变占空比 %,即可保持直流输出电压 $123
的恒定;%值小于 *,故 $123小于 $/0,为
降压变换器。
图 ,8 "#$%变换器电路模型
芯片 /0*123 构成的 4567 型直流变
换器电路分析
9 9 由芯片 :;,.<= 构成的 "#$% 型直流
变换器电路如图 , 所示。电路简单,外围
元器件少,只需要一个电感、两个电容和
一个肖特基二极管就能构成一个输入 < >
?@ + 到输出 .+ ! AB 的 "#$% 型直流变
换器。
图 *8 &’*123 构成的 "#$%型直流变换器电路图
:;,.<= 系列是典型的 "#$%降压型开
关稳压器,其内部框图如图 A 所示,可以
看到它将 "#$%变换器模型电路的开关管、
取样电阻网络、标准参考电压、高增益比
较器、振荡器、门控电路以及一些过热过
基于!"#$%& 的’()* 型直流变换器设计 !"#$%&’$ ()*%&)" ! 电气控制
!!!" "#$"" %&’" %( )*+* 年 ) 月下·冶金电气· !"###
流保护电路均集成在芯片中。
图 ,- !")./0 内部框图
#$%&’( 具有非常优良的电压调整率和负载调
整率,能够提供 ) *的负载电流。有 )" ) +、& +、
,% +固定输出电压型和可调输出电压,内置频率
补偿电路和固定频率振荡器。开关频率为 &%-./,
在额定输入电压和输出负载的条件下,输出电压
容差为 0 12,振荡频率的容差为 0 ,&2。待机电
流为 34 !*(典型值),内置两级过流保护电路和
过热保护电路,最大输入电压为 1& + 或 () +
(#$%&’(.+),工作温度为 5 14 6 7 8 ,%& 6,
转换效率为 ’&2 7332(不同电压输出时的效率
不同)。
#$%&’( 以 &% -./ 固定频率打开和关断 9:9
开关管,当开关管打开时电感器储能,一般电感
器足够大不会饱和,电流以线性方式上升。当
9:9开关管关断时,电感器产生反向感应电压,
电流通过续流二极管向负载释放储存的能量。输
出电压由释放的能量决定,而能量可以通过电感
器的峰值电流来控制。当输出电压变化时,导致
反馈电压也发生变化,这种变化通过与基准电压
," %) +比较放大后,再与电感器 ! 的电流相对的
电压进行比较,当两个电压相等时,关断 9:9 开
关管以控制电感器的峰值电流,从而得到稳定连
续的输出电压。
#$%&’( 有 & 个引脚,分别是:, 脚(+;9):
正电源输入端,为减小输入瞬态电压和给调节器
提供开关电流,此管脚应接旁路电容;% 脚
(<=>?=>):开关管输出端;) 脚(@9A):电路地
端;1 脚( BCCDEFG-):反 馈 端; & 脚( <9 H
题。二极管的额定电流值应大于最大负载电
流的 ", % 倍,考虑到负载短路的情况,二极管的
额定电流值应大于 #$%&’( 的最大电流限制,二
极管的反向电压应大于最大输入电压的 ", %& 倍。
开关模式直流变换器有两种基本的工作方式:
连续型和非连续型,两者之间的区别在于流过电
感的电流的不同,即电感电流若是连续的为连续
型;电感电流在一个开关周期内降到 ) 为非连续
型。当负载电流很小时,在设计中可采用非连续
模式。#$%&’( 既可以用于连续型也可以用于非连
续型[%]。一般连续工作方式具有好的工作特性,
能提供较大的输出功率、较小的峰峰值电流和较
低的纹波电压。电感的选择要根据 #$%&’( 的输
出电压、最大输入电压和最大负载电流等参数选
择,电感值的选择如图 ’ 所示。
图 (’ 电感值的选择
图 ’ 所示的电感值是假设在满载时电感的纹
波电流为其平均电流的 %)- . /)-的条件下得到
的,开关电流的峰值越大则输出电压的纹波也越
大,因此为了减小输出电压的纹波可以适当提高
电感值。
实际 )*+,直流变换器设计举例
设计要求:!012 3 & 4,!56789 3 "% 4,"#0:;789 3
/ :。
(")电感的确定
由图 ’ 可见,电压为 "% 4的水平线和电流为
/ :的垂直线交叉区域所对应的电感值为")) !<,
代号为 #")),因此电感取 ")) !<。
(%)输出电容的确定
输出电压 & 4时,则电容耐压至少应为’, & 4
或更高。但即使在低等效电阻下%%) != > ") 4的铝
电解电容也会产生大约 %%& 7" 的等效阻抗,这
么大的等效电阻会在输出端产生相对高的输出纹
波电压。要把纹波电压降到输出电压的 "-或更
低,就需要选择一个耐压(低等效电阻的)更高
或容值更高的电容。一个 "( 4 或 %& 4 的电容几
乎可以把纹波电压降到原来的一半,这里选择
(?) != > "( 4的铝电解电容。
(/)续流二极管的选择
在这个例子中,& : > %) 4 的肖特基二极管
56&?%/ 可以产生很好的效果,而且在输出短路的
情况下也不会过载。
(@)输入电容的选择
输入耐压和电流均方根是输入电容的重要参
数,如果输入电压是 "%4,那么铝电解电容的耐
压要大于 "? 4(", & A !56),下一个更高的电容耐
压值为 %& 4。在调节器中输入电容的电流均方根
大约是直流负载电流的一半,在本例中负载电流
为 / :,那么输入电容电流均方根至少为", & :,
利用图 @ 所示的曲线图可以选择合适的电容,在
曲线图中,/& 4的电压线所对应的电流均方根值
大于 ", &) :的电容为 (?) !=,因此 #56选择 (?)
!= > /& 4。对于选择直插元件的设计,(?) != > /& 4
的电解电容就足够了,只要满足均方根纹波电流的
(下转第 &/ 页)
煤矿高压防爆开关漏电保护的研究 !"#$%&’$ ()*#%+ ! 电气安全
!!!" "#$"" %&’" %( )*+* 年 ) 月下·冶金电气· !"###
个电网对地电容的一半来整定,每个电网都进行 #
$!、% $!、&’’ !和 ’ !的接地实验。通过实验发
现,按照本文所述分类的漏电保护进行实验无论高
阻还是低阻接地都能正确地切除故障。
结束语
已有几十台利用本文所提分类漏电保护原理
设计的高压防爆开关综合保护装置在煤矿投入运
行,一年来的运行情况
明,该漏电保护动作准
确,与现有漏电保护相比显示出几个优点:"解
决了现有漏电保护受接地点过渡电阻影响的问题。
#解决了现有漏电保护不能适应中性点经消弧线
圈接地系统的问题。$ 适应性强,不仅可以用于
中性点不接地系统,也可以用于中性点经预调式
(或随调式)消弧线圈接地系统。对两种中性点
接地方式并存的煤矿,尤其在两种中性点运行方
式交替的阶段,该装置更具有实用价值。
参考文献
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报,#’’&,#&(+):,-.&,(
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[-] 唐轶( 选择性漏电保护[/]( 北京:煤炭工业出
版社,%--&(
(收稿日期:#’’- ’& #’)
*********************************************
!"
(上接第 ,, 页)
要求,也可以用其他种类或厂家的电容,对于选
择表贴元件的设计可以选用固态钽电容,但要注
意的是,必须测试电容的浪涌电流值。456 公司
的 789系列以及 98:4;<=公司 &-03系列器件的
浪涌电流值都经过了测试。
结束语
在实际制作过程中还要注意以下几点:
%)在印制板布线时,应当注意把功率地与
信号地分开走线,然后在输出端汇接。信号地由
;>3脚和 ?> @ ?AA 脚组成,功率地由输入电容、
输出电容的负端以及肖特基二极管的正端组成。
#)储能电感最好选用环型电感,因为它的
磁路闭合可以降低其 =/B,但易饱和,要求其饱
和电流是最大负载电流的 %" & 倍,并且其直流阻
抗要小以减少损耗。因为铁粉磁心损耗很大,故
最好不用,应使用铁氧体磁心或坡莫合金磁心。
0)较高的输出电压纹波(一般大于#’ C5)是
开关模式直流变换器设计中不可回避的问题。在某
些对电源纹波电压有特殊要求的场合(如微处理器
内部有高精度 4@ 3转换器等),为进一步降低输出
纹波可以在输出端添加一级 DE滤波器,也可以将它
与线性稳压器件配合设计,即采用开关稳压电源来
提高稳压电源的工作效率,同时在其后面采用线性
稳压电源来降低稳压电源的输出纹波电压。
经过实际测试,采用 D/#&1+ 来设计大电流
输出的 FGH$ 型直流变换器电路简单、工作可靠
且性价比高。
参考文献
[%] 王明顺( 基于 D/#&1+ 的高可靠 /E< 电源设计
[*]( 国外电子元器件,#’’,(%%)(
[#] 李磊,李勇,雷飞( 一种多功能开关电源设计
[*]( 电子设计应用,#’’2(%)(
(收稿日期:#’’- %% #’)!"