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MOS管在电机控制开关电源中的解决方案

已有 453 次阅读2020-12-19 11:29 | MOS管



开关电源


      在科技日新月异的时代里,人们对电子产品的需求量飞速膨胀,而电源是电子设备的心脏,所以日益增长的市场需求量极大地推动了电源管理产品的发展进程。在电源管理类产品中,开关电源(Switching power supply)凭借其70%~90%的电源效率,得到了市场的广泛关注,被市场证明了其具有高效性和节能性。开关电源是一种以半导体功率器件为开关,控制功率管关断开启时间的比率来保证稳定输出直流电压的电源。在电机控制电路系统中,除了核心主控制电路外,最重要的就是开关电源电路了。

      2017年,Li Guo HongChen Hua Yu设计了一种适用于电机控制、带有IGBT设计驱动的开关电源,将直流低压供电电路和IGBT栅极驱动电路相结合,各电源相互隔离,输出能力为5V/1A15V/0.4A±12V/0.5A325V/0.1A25V/0.3A

      在电路设计中,由于变压器的电气间隙、体积及绕组数量的条件限制,系统采用一级电源电路+二级电源电路的设计方式——虽然变压器整体数量有所上升,但是也提高了整个系统的可靠性,同时伴随着电路输出稳定性和电器隔离安全性的增加。

 

整体电路主要参数及主要的电路图


输入电压AC 220V市电

整流桥GBP206600V/2A

整流滤波电容KMH450V/100μF

栅极驱动隔离光耦芯片TLP250

一级电源电路——反激式转换器

UC2844:电流型PWM控制芯片

振荡频率:93kHz

最大开关电流2A

MOS管:900V9A

二级电源电路——推挽式转换器

SG3525:电压型PWM控制芯片

振荡频率:86kHz

MOS管:200V9A

高频变压器:EE33型磁芯

一次绕组:N=75匝,线径d=0.45mm

二次绕组:1.输出15VN=10匝,d=1.22mm

2.输出35VN=22匝,d=0.81mm

3.输出±12VN=8匝,d=1.36mm

4.输出5VN=3匝,d=1.98mm

5.反馈绕组输出16VN=10匝,d=1.27mm

    气隙长度:δ=0.074cm

  

【一级电源电路的初级侧电路图】

 

       一级电源电路采用反激式结构,可以实现多路隔离输出。高性能固定频率的电流型PWM控制芯片UC2844,通过2150kΩ的启动电阻接入高压直流电源,和电容C61组成启动时的供电电路。反激式开关电源中所选用的MOSFET需要能承受的最大电压需要是电路中最大电压的1.2~1.4倍,所以,这里可以选用VBsemi微碧半导体的NMOSVBPB19R09S,击穿电压为Vds=900V,耐流为Id=9A

 

可选择的VBsemi微碧场效应管型号:

VBPB19R09S

VBE19R09S

VBL19R09S

VBM19R09S

 

【适用的VBsemi微碧半导体MOS管参数】



【二级电源电路图(次级输出的其中一路)】

 

      二级电源电路采用推挽式结构,使用的电压型PWM控制芯片具有两路互补输出,通过对地接了一块1μF的电容来实现软启动过程。 推挽式开关电源的场效应管留出裕量后,击穿电压应该比电路最大电压大30%~50%,所以可以选用VBsemi微碧半导体的NMOSVBM1203M,击穿电压为Vds=200V,耐流为Id=10A

 

可选择的VBsemi微碧场效应管型号:

IRF630P

IRF630MFP

VBM1203M

VBMB1203M

VBZM630

 

【适用的VBsemi微碧半导体MOS管参数】

 


 

【栅极驱动隔离及正负偏置电压电路(共6路)】

 
微碧半导体MOS管封装及应用


      微碧半导体企业主要产品的封装有:SOP-8 TO-220F)、TO-263TO-247TO-252TO-251SOT-23SOT-223SOT-89QFNAO3400IRF540IRF540N等系列封装产线。

 

【微碧部分MOS管产品封装】

      广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音箱、液晶显示器、移动电源、手机电池(锂电池保护板)、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情,拼搏务实的干劲,不断创新进取,致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

 

参考文献


[1]李国洪,陈华玉,李文兵.适用于电机控制的开关电源设计[J].天津理工大学学报,2017,33(06):37-40.

[2]王开宇,谢军,程春雨,孙鹏,齐献伟.多路输出开关稳压电源的设计[J].信息化研究,2016,42(02):70-73+78.

[3]齐献伟多输出开关稳压电源的设计与制作[D].大连理工大学,2015.

[4]管晓磊,刘富利,迟爽,韦健.基于UC3844反激式开关电源控制环路设计实例[J].通信电源技术,2010,27(05):53-54+58.


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