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(多图) 电机控制用小功率稳压电源的设计

来源:电源技术应用/作者:任先进 马瑞卿?? 2008年05月13日 ?? 收藏0

  O 引言

  永磁无刷直流电机是目前具有新原理、新工艺、新方法的新型电机,它是由永磁无刷直流电机本体(BLDCM)、转子位置传感器(RPS)和控制器(CU)三部分组成的机电一体化系统。该电机克服了有刷电机的诸多弊端,因此,近年来发展很快,已应用在很多领域。

  控制用电源主要是给控制器的各种芯片提供电能,一般采用将系统外部输入电压经过高频DC/DC隔离式开关电源变换成多路电压输出后给控制器芯片供电。控制用电源功率较小,但要求简单可靠、稳定性好。传统的开关电源采用分立元器件,存在电路复杂、效率低、可靠性差等缺点。美国PI(Power Integration)公司推出的TOPSwitch-Ⅱ系列开关电源专用集成芯片能很好地解决这些问题,它的上作频率为100kHz,外围电路简单、电磁干扰小、成本低廉,能有效地减小控制器的体积和重量,并增强系统工作的可靠性。因而本设计选用其中的TOP224Y芯片构成单端反激式开关电源作为控制器电源。

  l 单端反激式变换器基本工作原理

  单端反激式变换器又称电感储能式变换器,其变压器兼有储能、隔离双重作川。图l为其电路原理图。所谓单端,指变压器磁芯仅工作在其磁滞回线的一侧。当高压开关管S1导通时,直流输入电压V1加在原边绕组Lp两端,在变压器原边电感线圈中储存能量,由于副边绕组相位为上负下正,使二极管D反偏而截止,副边回路无电流流过,此时电源能量转化为磁能存储在电感中。当S1截止时,原边电压极性反向,使副边电压极性反转过来,从而二极管D导通,储存在变压器中的能量传递给负载,同时给输出电容C充电,此时磁能转化为电能释放出来。当开关管重新导通时,负载电流由电容C来提供,同时变压器原边重新储能,如此反复。从以上电路分析可以看出,S1导通时,副边回路无电流;S1截止时,副边回路有电流,这就是称之为“反激”的含义。

电路原理图

  2 电路原理与设计

  2.l TOP224Y的主要特性

  TOP224Y是TOPSwitch-Ⅱ系列集成芯片中的一种,是典型的三端器件,三个管脚分别为控制极C源极S和漏极D,其内部MOSFET耐压值高达700V。它具有宽电压输入范围(交流输入电压可达85~265V),AC/DC变换效率可达90%。它将功率开关管与其控制电路集成于一个芯片内,并具有自动复位、过热保护和过流保护等功能。由于它有很高的集成度和完善的保护电路,因而用它构成的开关电源外围元器件数目少、电源体积小、可靠性高,这些特点非常适合于用来设计小功率辅助电源。

  图2是其内部结构框图。当系统上电时,漏极D变为高电位,内部电流源开始向C端供电且片内开关在O位,给并接在C、S极的外接电容(如图3中的C2)充电,当充电到5.7V时,自动重启动电路关闭,片内开关跳到l位。TOPSwitch进入正常工作状态,输出PWM波驱动内部MOS管工作。此后,Ic改由反馈电路提供。控制端电压Uc经过Zc、P沟道场效应管和电阻RE分压后,获得反馈电压Uf加至误差放大器的反相输入端。误差放大器将Uf与5.7V基准电压进行比较之后,输出误差电流If,当If流过电阻RE时,就在其上形成误差电压,以此和锯齿波电压进行比较,调节脉冲占空比。由以上分析可看出,TOPSwitch-Ⅱ属电流控制型开关电源,由控制端电压Uc提供偏压,控制端电流Ic调节占空比。

内部结构框图

点击看原图

  2.2 主电路工作原理

  图3所示为本文设计的基于TOP224Y的反激式控制器辅助电源电路图。输入电压为直流160~220V,输出为一路+5V电压和两路瓦相隔离的+15 V电压,设计功率为5W。

基于TOP224Y的反激式控制器辅助电源电路图

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无刷直流电机? 控制器? 反激式? TOP224Y?

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