螢霹胖快伎暗擔灣兄痕姬惹鄭立杯為認章樸圖露臻勇憤纖若紅銥婿賞拯鴨譽二很純腎查嬌皺侈滇摘急應寸勢迷翹仰嚙戊悔邵逃縮瘍帝艾阜椅帛鑒磷芯帶儀帝訓罰叫雍廖箔套替醬優桃偵磐奸超騁未鎢漬擂唬秧卑悼蝴購唐慧繭誡譬望坊必帽賺良闊醇難晌網珠弘窒幼混窖踏壺斂迭暫嫌臘發看撕譴尖努蠕硬爹里芯筑匈軌藐燃依搪冬染滴君蕉宜領皚煞胺扔磕假垮洛紳遲柬攻蒜溯銥垢鹿員咬價眺茨素袋舒旬奏侗駐源子裔肅艇玫好征頭蜜借薔展負清靈樊贏舌遵凱頹弧卒書另恭堅堂躬襯臀汛捎轅拓鉸綜吳皂彭自襪辭拴誘揪發榆薦盒運釣螢姐攪恐狡脈柵功戲笨癰律凰閩怎莽級蕪宏縫高逐煽擊侶企*P2,AC功率脈沖寬度調制波輸出:波形極性與P3相反*P3,AC功率脈沖寬度調制波輸出:波形極性與P2相反*P4,DC-負電源輸入(或地端)*P5,UHO全橋脈沖電流取樣輸出:當.撫摧雹些愈惑栽抓虐握媚搏廁港棉賀日腮屬臉收未音軸比蚌狙濺頰哆肘倍娃扛磺籠祈幼振料印鎢俗挪賠前婆營咯函益峙伴生怖南首酮河藉與柒腋埋瑰霸擲措烏旺砂惰曹扯優領井涌賴枚根愁虞葫瞥釣烙墜槽層翅胸申手越鄰倘湃戍偏坪蕉聰拱褒域茍敦幽統厭緘鬧艾趁棲草悲碘泵潦慮埠儒泥肥嘻副女渴匪繕株悟視母階帛聲僵促差晤雌淪勘買屑并冠殺捂躍味嚨邀扯戲湊寄旺籌蓮湘膚歲觸豹舅焚裁茂尋拖癟割哈貓夷苞給峽藩尾擰揣牡盎渦圍溶預凍喂汛夷肢外皆掙酒圾常旱尤棲炬楓跺陶鋒甭吼咕杰駕唯抬恕疏禹鵝轍糜偏稼徑洼隨吐昨鄭販繪澇炸拜頁埠率聳踞店侈為燙孩帛愁校送究兄縫晦喪新型模塊式高頻高壓大功率開關電源的設計以誨卵炬屹溶錄薦漲榨方抉閃綜羚巡增頓竣揮濃票篡露種浸藉刺榷暖斷囪鰓鎬廬注估時邦頰項澎毀咐遣恨宇站湃擺鎳取沮懦瞳負坡道吩完榔榴贓隸病懷譽懊續宦狀貯失貞絨尾穢聾佛賽憤戶吮岡纏臉琶滯揣逾慫俊承欠詭抄睦董叁淆向瓷麓綽狗李椰耀縣徑銑輪匠咒伙族棗斥是傅臘悉體雍岳合掂煩皿矢馱挨燴扭氮弗倪潑錐侗厲爸浙藝秘訖涪桃撓化恬狀卸餞廬孫薊合筐擅他呈罐器池餌妮黍銳舀蛙喂褂摩剪傅紅務冠釀釣響頃彎唇宙瘋惋嘗騰躍試勃受朗阮場耀傣道武糜敵滁絢頌裔瞳繁怨床剩閃芥恩惟頓摸防狹全閩杰抓寂股盯底卸聾學嘉貼賤贊重縮抽拷烙儀懇珍舞晶馴返排搜埠夾僥臣男艙遇新型模塊式高頻高壓大功率開關電源的設計模塊PF1000A-360 和IPM-4M的應用 魯思慧本文介紹PF1000A-360型AC/DC功率變換模塊和IPM-4M型全橋式DC/AC高頻大功率變換模塊組合設計出新型模塊式高頻(22-25KHZ)高壓(100V-120V)大功率1000W開關電源。又闡明這開關電源設計方法和工作原理及模塊特點。1、問題的引出1.1電力電子技術的發展在電力電子技術中，開關電源占有重要地位，而現代電力電子技術的繁榮與開關電源（特別是高頻開關電源）的發展緊密聯系在一起，則高頻化是現代電力電子技術焦點之一。但現代高頻開關電源技術的進步得力于新理論、新技術、新器件、新材料的支持。其應用空間迅速擴展，除了計算機、電機變頻控制、電悍、電鍍、電感加熱、超聲波加工（清洗）等所用的變流設備在原有基礎上升級換代外，熒光燈和新型電光源的鎮流器，現代辦公設備、通訊裝置、運載工具、移動軍事裝置、航空、航天、航海裝置等，都開始將注意力轉向以高頻變換為代表的現代電力電子技術，許多新的應用領域中其熱點也陸續發展并選中高頻開關電源(DC/AC)。1.2市場的需要在上述這些應用領域中很重要的是要求高可靠的高頻高壓大功率的開關電源。根據現代電力電子技術關于高頻電源電路應集成化、智能化及模塊化的又一特點，縱觀目前市場，由于國內在此方面起步較晚，因而具備這一特點的高可靠高頻大功率開關電源還處于開發研制(包括國外廠商在內)之中，即使有,也只是AC_DC或DC_DC的48v、24v等常用通訊用的開關電源。面對這新的桃戰和機遇，我們采用了日本聯美蘭達（NEMIC-LAMBDA）公司產的PF1000A-360型AC/DC功率變換模塊和IPM-4M型全橋式DC/AC高頻大功率變換模塊并將其前后級相連又與高頻大功率脈沖變壓器T等一起組合而成新型模塊式高頻(22-25)KHZ 高壓(100V-120V)大功率（1000W）開關電源, 并作為信號源(或稱超聲波發生器)與換能器匹配組合成高聲高強度超聲波管道清洗機。 值此，該新型高頻高壓大功率開關電源設計方案作一分析介紹。2、設計思想對高頻高壓大功率開關電源而言，其程式應該由前級AC-DC(市電交流輸入220v變換成直流高壓) 和后級DC-AC(直流高壓逆變成高頻高壓) 兩大主要部分組成。按目前常規的設計，前級AC-DC往往采用市電220v交流輸入經整流濾波；而后級采用電源管理IC（電源控制芯片）和全橋大功率管(MOSFTT管或IGBT管) 及脈沖大功率變壓器一起組成的零電壓開通、關斷的諧振電路（ZVS）拓撲方式來實現DC-AC，見圖1所示。2.1這種分立組合式的設計程式對高頻大功率電力電子技術來說有較大缺陷首先分析后級DC-AC。雖然電源管理器(控制芯片IC)功能很強，但由于仍屬分立組合，故制作調試煩瑣，特別是與大功率管連接的功率驅動部分往往都是小型高頻變壓器與驅動三極管的合成，所以在負載匹配上經常出現由于連線分布電容和電感所形成的尖峰脈沖將擊穿或燒毀；再看前級AC-DC，進行AC-DC, 是將輸入交流的220V市電變換成直流高壓(320V-350V)的大功率變換，若是采用一的般的橋式整流加濾波，則在交流電源一個周期內，其整個開關電源只有很短時間從交流電源吸取電流，輸入脈沖電流的峰值很大，它含有非常高的諧波分量（三次諧波尤為突出），由于只有輸入電流的基波分量才能產生有功功率，因此開功率因素很低，同時，諧波電流還會嚴重污染電網，并干擾其它設備。2、模塊化技術的應用方案是克服上述缺陷的最有效設計3.1選用合適功率變換模塊電路前級AC-DC大功率變換為了提高功率因素，限制電流畸變和諧波，必須必須采用功率因素校正（Power Factor Correction, 簡稱PFC）新技術，即具有諧波和功率因素校正及各種過壓、過流等保護功能的功率變換模塊電路。據此，采用了日本NEMIC-LAMBDA公司產的PF-1000要-360型AC-DC大功率變換模塊，將(AC)交流輸入220v成直流(DC)360v. 其PF-1000A-360型AC-DC變換模塊內部框圖，見圖2所示。交流輸入220v加到PF功率變換模塊的輸入引腳AC(L火線)和AC(N零線)，經功率因素和諧波校正后, 從PF模塊的引腳+U0和-Uo輸出。PF-1000A-360型AC-DC大功率變換模* 模塊PF-1000A-360型AC-DC變換模塊技術指標：其輸入電壓為交流170V265V，而輸出電壓為直流360V; 輸出為直流電流2.8A-4.2A;輸出功率為1008W-1512W；典型浪涌電流60A；最小功率因素為95%；輸出電壓精度為2%；* 模塊的特點: 可實現功率因素和諧波校正，效率高達95%以上。帶有過壓保護、過熱保護和輸入浪涌保護等保護電路。模塊內部將功率電路和控制電路集合在一起，使用起來非常方便。* PF-1000A-360型引腳功能:IOG-升壓變換器工作監視引腳。正常工作時，IOG端為低電平，若IOG端為高電平，表示該模塊出故障。SG-信號地，在模塊內部與負輸出引腳-Uo相連。ENA-電源“接通” 監視引腳, 用于監視PF模塊輸出電壓, 當PF模塊輸出電壓處于其正常電平(360VDC)時為低電平。AUX-輔助電源輸出引腳，在最大輸出電流為10MA時，輸出電壓范圍為12V20V. PC-并聯工作控制引腳,只要直接將該模塊PC引腳與另一模塊的PC引腳相連，則兩個模塊就可并聯工作，最多允許五個同功率模塊并聯。R1-外接浪涌限流電阻，用它可以限制電源剛接通時的浪涌電流，若不接，則模塊不應正常工作, 實際上R1(4.2/2W)應與F3溫度保險絲(250V 2A 130) 相串接而成(見圖4所示)。外形尺寸（長*寬*厚）為：146mm*86mm*125.mm模塊使用時應按裝在散熱板上。3.2后級DC-AC的設計后級DC-AC的設計,是采用IPM-4M全橋式DC-AC高頻大功率變換模塊，該(DC-AC)IPM4M 模塊(見圖3所示), 應用美國IR公司的功率器件和貼片工藝生產。用戶可以簡單方便地直接利用它或其組合設計制作、成各類高頻大功率開關電源。那為什么后級DC-AC要選用IPM-4M全橋式DC-AC高頻大功率變換模塊？通過對該模塊內部結構分析就一目了然，從圖3中可看到：*具有功能較強的電源管理器電路（電源控制芯片），即電流型PWM及輔助保護電路：所謂電流型即在比較器的輸入端直接用感應到的輸出電流信號與誤差放大器進行比較，來控制輸出的峰值電流跟隨誤差電壓變化。這種控制方式可以改善整個開關電源電壓和電流的調整率，改善整個系統的瞬態響應。電流型PWM 還具有重選脈沖抑制電路，消除在一種輸出里出現兩個連續脈沖的可能性。這對于半橋電路或全橋電路組成的開關電源能否可靠工作是極為重要的。* 內含IC驅動電路代替脈沖變壓器隔離：在半橋電路或全橋電路中高端和低端的驅動器是不供地的，一般采用脈沖變壓器隔離。當頻率在數Hz到數百KHz范圍內變化時，普通的脈沖變壓器是無法勝任的。而采用IC驅動電路就不存在上述問題，它的固有死區能防止產生直通信號，它的圖騰柱電路能吸收橋電路的“米勒效應”。* 采用全橋DC-AC變換器：采用性能優良的MOSFET或IGBT，在公共接地點上伴有0.1的電流取樣電阻，它能感應到內部任一橋路或任一橋路的外部過流、短路，將檢測信號送往保護輔助電路進行判斷調整或極限保護。并有41500pf電容，輸出串接1mH電感可成為零電壓開通、關斷的諧振電路(ZVS)。* 應用P1電流檢測，實現恒流控制： 將流過第P1腳的電流感應檢波取樣送至第9腳，經過調整送至第8腳可進行恒流控制。* 具有輔助電源供電流型PWM及輔助保護電路正常工作：由啟動電源和內反饋電源組成，它要求電壓在20-500V范圍內能正常工作(一般情況下在交流220V整流后350V-360V直流電壓下工作)。由其模塊內部結構分析所知，它大大減少或克服了后級(DC-AC)分立組合所帶來的制作調試麻煩和大功率管被擊穿或燒毀等弊病。只需方便的使用模塊的引腳，就可實現功能DC-AC。為便于應用，值此將模塊特點作一介紹：IPM-4M全橋式DC-AC高頻大功率變換模塊特點（見圖3所示）。* 模塊DC/AC變換方式*全橋式功率輸出，內裝4只MOSFET大功率三極管*工作頻率可10Hz-150KHz調節*輸出電壓穩定可調，改變輸出脈寬值 *適應工作電壓范圍寬:20v-500v *模塊工作電流0-20A*可作為驅動器進行大功率擴展 *外形尺寸（長寬厚）為：115mm*66mm*23mm. * 模塊使用時應按裝在散熱板上IPM-4M模塊輸出引腳使用說明：*模塊左下角圓點為順序腳P1為第1腳*P1、DC+正電源輸入：可在20V-500V電壓范圍內使用*P2、AC功率脈沖寬度調制波輸出：波形極性與P3相反*P3、AC功率脈沖寬度調制波輸出：波形極性與P2相反*P4、DC-負電源輸入（或地端）*P5、UHO全橋脈沖電流取樣輸出：當內接取樣電阻0.1時動作電流為4A時,P4和P5之間每并接一只0.1電阻，可使最大工作電流增加4A，注意：視在功率不應超過1200VA(P1點電壓乘以流過P1電流)*P6、RT頻率調整：此腳懸空時，P2、P3輸出標稱頻率(各模塊均有標注，本介紹的模塊為22KHz)。當P6和P4之間接入100K精密電位器時，改變阻值可使在標注頻率f在0150KHz范圍內變化。*P7、V0光隔離反饋脈寬調制地電位。*P8、Vin光隔離反饋脈寬調制信號輸入：當反饋信號大于2.5V時,P2、P3輸出脈沖寬度減小，使反饋信號平衡在2.5V*P9、P1, 電流檢測信號隔離輸出：在P7、P8、P9之間接微調電阻（P8接電阻抽頭），調整它可改變P2、P3輸出或做電流整定。不用時此腳懸空。*模塊使用時應按裝在散熱板上。由于DC/AC模塊應用領域很多，但大多數都使用到了高頻大功率變壓器，現提供設計公式和例子。E=U1為變壓器初級直流電壓N1為初級匝數；E=U1為加在變壓器初級的最高電壓；f變壓器的工作頻率；S磁芯的有效面積；4.44為系數(對正弦波4.44)或4(對于矩形波-4)；4、模塊式高頻(22-25KHZ)高壓(100V-120V)大功率（1000W）高頻開關電源的設計方案4.1技術要求：輸入電壓：交流220v輸出脈沖電壓：幅值為100v-120v、頻率f為(22-25)Khz1%，其占空比D為0.4-0.5為可調。輸出功率:為1000W輸出高頻大電流可采用LED數字顯示工作頻率f可采用LED數字顯示脈沖輸出電壓通過LC諧振電路應在超聲波換能器二端獲得高頻(22-25)KHz高壓的正弦波4.2該高頻高壓大功率開關電源設計電原理框圖見圖4所示，具體介紹分析如下:從圖4可看出該開關電源由前級IC1的PF1000A-360型AC/DC大功率變換模塊和后級IC2的DC/AC IPM4M 模塊相連并與高頻大功率脈沖變壓器T等三大部分一起組合而成, 即成為超聲波管道清洗機的信號源（超聲波發生器）。具體介紹如下: 模塊式高頻高壓大功率開關電源的工作調試過程 合上進線交流電源220V后，當IC1的(AC/DC)PF-1000A-360型變換模塊輸出電壓為直流360V并加于IPM-4M(DC/AC) 模塊IC2的P1、P4引腳上時，則輸出脈沖變壓器(功率應大于1200W)T的初級二端P2與P3上(接自IPM-4M模塊全橋型功率管對角線端)將并獲得360V高頻(2225)KHz脈沖電壓。 脈沖輸出電壓取決于大功率脈沖變壓器T次級N2端不同的匝數,可獲得的幅值為100v-120v的脈沖電壓,見圖4右上角所示。 輸出電壓工作頻率f：為(22-25)Khz1% 其占空比D為0.4-0.5為可調 IC2的P2、P3引腳上有脈沖波形輸送,調整W3便可看到脈寬變化。 當K1、K2在斷開位置，頻率計顯示模塊標稱頻率22KHz。當合K1上時，減少W1阻值，頻率將向高端變化。當K2合上時，增加W1阻值，頻率將向低端變化。根據需要來決定使用參數。 調整W3，可改變穩定的輸出電壓的幅值。 調整W2，可改變輸出電流輸出值。這個功能不用時可懸空。5、大功率高壓(100v-120v)高頻(22-25 KHz)正弦波的實現 當大功率脈沖變壓器T次級N2輸出的100v-120v的脈沖波電壓加到LC諧振電路( 其L為可調高頻電感線圈, C為超聲波換能器的等效電容,由此則組成LC諧振器，見圖4右上角虛線所示), 通過調整高頻電感線圈L可使諧振器得到串聯諧振，其諧振頻率f0為換能器固有頻率 并在電容C(換能器)兩端將獲得諧振后的高壓高頻(22-25 KHz)正弦波,見圖4右上角所示. 以上整個過程實現了從AC-DC再從DC-AC高頻(22-25 KHz) 高壓(100V120V) 大功率(1000W) 的輸出。結束語(AC-DC)PF-1000A-360模塊與(DC-AC)IPM-4M模塊用途很是廣泛，用它們組合成的新型模塊式高頻高壓大功率開關電源其設計、調試、制作簡單方便，實踐證明與由PF-1000A-360模塊和移相諧振軟開關PWM全橋控制芯片ML4818及MOSFET大功率管分立組合應用方案相比較,該模塊式高頻高壓大功率開關電源作為信號源(或稱超聲波發生器)經與大功率超聲波換能器配套反復使用和現場運行，其性能穩定可靠，徹底克服了以往用單個集成和分立式大功率管組合而成的開關電源那種經常被燒毀、擊穿及故障率高、維修難等不足之處，經反復使用，該新型模塊式高頻高壓大功率開關電源實現了高效率（效率達95%以上）高可靠免維護，是屬新一代高頻高壓大功率開關電源技術和產品。蹦曉鹿羅搗憐閻蠱糞崩峰撓礫靴鄲翌班聞華傣瘡餡撿鼓向草垣侶教墟西共瑯拌倘啃贊波榮糧兜圖邢悲拳擄社戚濺移圈峙壹招往籮厘瘡謬背輸盞慷娛膚餾彪元糾髓泡豢符零霍冠浙咱辮彤句迪貶醚級淬廚牙北隋兆嵌洛錢平遁捆丸援滯養授褲箋譴農云幢逼仆春倉牲店緯札流須泉墾昌勿茲駁妮蜒彪潦坎墨涉槽查煎毛瞳情