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一款故障容受型高压电源的新型预稳压器设计

2018-05-16 15:42字体:
  

  本文将讨论几种设计故障容受型电源的方法,其中包括新的预稳压器拓扑结构,该结构可简化电路设计及元件选择。

  本文将讨论几种设计故障容受型电源的方法,其中包括新的预稳压器拓扑结构,该结构可简化电路设计及元件选择。

  如果交流电源到电表之间出现错误连接故障,或是像空调或电磁炉等采用三相电源工作的大功率负载在两个相位之间的连接错误,电源输入端很有可能出现极高电压。为了在这些类型故障条件下生存,主AC-DC电源就必须能够承受约为常规交流主电源均方根(RMS)供电电压两倍的电压。

  对于在美国(额定交流主电源电压为110VAC)工作的系统而言,通用交流主电源输入的常规开关电源(SMPS)能符合此要求。但是,在欧洲或亚洲,秒速时时彩选开奖网:开关电源必须能够承受460V电压(整流后高于600VDC)。这可以通过修改标准开关电源输入来实现,方法是在输入端串联两个大电容。对于采用1,000V或更高额定电压MOSFET构建的经典反激转换器,或是使用共源共栅(cascode)连接的两颗MOSFET的修改型反激架构而言,这可能就满足需求了。

  市场上没有适合的额定电压高于450V的大电容,因此,就要求串联2颗电容来支持600V或更高电压。由于电容串联连接,它们的值就会翻倍,使得维持时间的存储的总能量保持相同。为了避免两个电容之间出现不均衡的电压分配,应当为各个电容并联电阻。这就增加了I2R损耗,因此降低电源能效。秒速时时彩选开奖网:而且,还要求额外的瞬态电压抑制器(TVS),用于保护电容免受短路故障影响。

  图1显示了为传统反激转换器供电修改的大电容电路。虽然此方法不要求额外的开关模块,但必须使用额定电压达1,000V或更高的MOSFET,用于支持输入端更高的故障电压,以及变压器反激电压。针对宽输入电压范围设计开关电源也要求相应的宽频率动态范围或MOSFET导通时间(ton)变化,以在更宽范围内维持稳压。此外,更高的MOSFET dV/dt也会增加开关损耗,导致能效降低,并增加电磁干扰(EMI)的风险。

  另一种方法是单颗MOSFET可以采用共源共栅配置的2颗MOSFET来替代,如图2所示。普通的700V开关稳压器结合600V功率MOSFET,足以承受反激电压与整流输入电压之和。如电路所示,60V MOSFET的栅极要求额外的TVS。与标准反激架构一样,开关电源的设计应当针对宽输入电压范围,并带有相应的大开关频率漂移或ton动态范围,以确保输出电压的稳压。开关损耗及复杂EMI信号的风险也相似。

  又一种方法,是通过审慎的设计,使用带800V功率MOSFET或集成开关稳压器的经典拓扑结构来实现一种方案。然而,必须注意将变压器反射电压降至最小,从而将最大晶体管电压保持在低于800V,即使电源电压在故障条件下处于最高时(约620V )。这要求变压器具有小匝数比(Np/ Ns)及低初级电感。当输入电压高、输出功率低时MOSFET导通时间ton必须极短,而次级端二极管拥有长导电时间。

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