本站原创【摘 要 】本文介绍了变频器高性能电源设计,应用控制芯片AN8026设计变频器电源电路,并通过设计软件Altium Designer Summer 09绘制PCB,制作调试样机,最后实验验证AN8026控制集成电路设计的软开关电源能够提高变频器电源效率,增加供电可靠性,进而提高了变频器的整体性能.
【关 键 词 】变频器；AN8026
1.前言
变频器在能源节约、电力环保方面意义重大,电动机驱动是电能消耗大户,约消耗全国65%发电量,近三十多年来变频调速已在钢铁、冶金、石油、化工、电力等工作中得到广泛运用,其他家用电器例如变频冰箱,变频洗衣机、变频微波炉等也已相继出现[1],因此设计可靠高性能的变频器电源尤为重要.本文设计的电源采用开关电源控制集成电路AN8026,AN8026为松下公司开发的反激式单端输出开关驱动控制器,其内部采用RC充放电控制的RS触发器作为驱动信号源,其输出脉冲可直接驱动MOET开关管,而不必外设灌流电路[2].
变频技术目前得到了广泛的应用,而变频器的可靠稳定运行决定了变频器性能指标,作为基础硬件,变频器电源的高效可靠运行至关重要[3].如图1所示为变频器的拓扑结构,主要由整流单元、预充电电路、制动单元和逆变单元组成,从图中可知,变频器电源为驱动电路和控制电路提供直流电源,驱动电路则为逆变单元提供驱动能力强响应速度快的驱动脉冲,因而设计高效可靠变频器电源硬件显得尤为重要.
2.电源软开关技术及电路原理
AN8026为松下公司开发的反激式单端输出RCC型准谐振软开关驱动控制器,封装为SIP 9脚封装,各个脚号的定义如表1所示,内部框图如图2所示,其特点如下[4]：
·供电电压为下限8.6V到上限34V；
·输出脉冲为单端图腾柱式驱动脉冲；
·输出驱动电流为+1A,直接驱动M0ET管；
·启动电流为8uA,减小启动电阻功耗；
·内置逐周控制过流保护电路；
·内置滞回特性的输入欠压8.6V保护电路；
·外置稳压管的过压保护电路.
AN8026的极限参数如表2所示,图3为AN8026的电路原理图.软开关电源主要由控制芯片AN8026、MOET K2225、TL431、脉冲变压器TR1等组成.VCC通过启动电阻R1、R3、R5、R6限流分压由直流母线供电,输入直流母线电压等级不同可以调节启动电阻的阻值,当达到启动电压时,变换器开始工作,此后控制芯片由副边+18V辅助绕组供电.
R8将TR1辅助绕组的感应脉冲限流,二极管D6负向箝位,将2.8V的正脉冲送入第①脚用作TR1的磁通复位检测,可以避免TR1磁能未释放完毕时开关管导通产生的冲击电流,同时保证输出电压的稳定；第②脚外接C10、R14设定最小关断时间,C10设定最小导通时间；第④脚以R15作为开关管源极电流传感器,正比于开关电流峰值电压；第⑧脚的过压保护由稳压管ZD4从Vcc端取样,使启动工作电压不超出上限值34V,DZ选用22V稳压管,同时可以实现驱动脉冲失控时输出过压保护；为了防止AN8026启动前启动电压瞬间超过28V产生误动作使电路不能启动,电路中由C13对瞬间超压尖蜂进行吸收.
开关电源的软开关主要是通过C5、C6、C7和初级绕组电感Lp组成的准谐振电路来实现,具体的器件参数需根据开关电源的开关频率来计算；同时第④脚电流检测实现过流保护；第⑧脚通过R16和C18进行启动时的过压锁定,实现开关电源软启动；通过TL431组成的反馈回路实现输出电压的稳定.
3.实验验证
根据电路原理图设计,利用软件Altium Designer Summer 09绘制PCB,并调试样机,图4所示为软开关电源实验波形.
从开关电源实验波形可知开关电源的MOET开关管开通和关断时电压应力几乎为零,开关管损耗近似为零,这样大大提高了开关电源效率,同时增加了开关管的寿命,提高了电源的可靠性,进而提高了变频器的可靠稳定性.
4.结论
本文设计的变频器电源板具有高效稳定的工作性能,基于AN8026控制芯片设计的软开关电源效率高、稳定可靠,能够驱动板和控制板的供电需求,从实验结果可知,MOET开关管开通和关断时电压应力几乎为零,开关管损耗近似为零,这样大大提高了开关电源效率,同时增加了开关管的寿命,进而提高了变频器的可靠稳定性.