原创 模块化电容器脉冲电源的设计(图)

2009-4-27 12:59 1739 3 4 分类: 电源/新能源

模块化电容器脉冲电源的设计()<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


一、            原理:


脉冲电源在军事、工业、民用中有着广阔的应用前景。以电容器为储能单元的大、中功率脉冲能源系统将是今后发展的产要方向。现将简明叙述:


整个电路基本上由电源滤波单元、异型升压单元、储能电容器组单元、调节控制单元、触发单元、放电单元、负载单元等七个部分组成,见结构框图1


词组:IC电压调节、异型升压电路、真空开关等。


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1、电源滤波单元部分:


XX型脉冲电源进电是直接取至交流电压220V,为能提高抗电磁干扰能力必须经滤波和浪涌吸收电路,脉冲电源在放电瞬间产生很强的电场,有一组小功率的脉冲电源的测试数据:放电电压U=550V、放电持续时间t=200uS、电流I=600A。加入滤波及浪涌电路其一是滤除电网中的一些不规则的杂波以提高设备的可靠性,二是将设备自身所产生的电磁干扰降低到最低程度。


如果使用场合不具备220V交流电,也采用从电瓶取电的方式,见结构框图2


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2、异型升压电路、储能电容器组单元,见图3


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1)、由从电容器组1、主电容器组1、主电容器组2以及JN-X模块组成整流升压电路是该设备储能的主要单元,电容CA1JN-X构成升压通道向主电容器组1或电容器组2进行充电,当储能单元向负载放电时,电容器组与负载可等效于短路,此时电源通过JN-X、从电容器组与电源形成通路,所以在同一时刻有两种正常的状态,所以对电网来说是安全的。


2)、计算充电时间:


主电容器组的充电时间计算,由电容充电公式可知:


Vt=V0+V1-V0* [1-exp(-t/RC)]


V0 为电容上的初始电压值;V1 为电容最终可充到或放到的电压值;Vt t时刻电容上的电压值。则充电时间为:


t = RC*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]


我们知道电容器实际放电后其两端会有残余电压的,可设初值为1/3Vcc的电容C通过R充电,电源值为Vcc V0=Vcc/3V1=Vcc,  Vt=2*Vcc/3


简化后:      t=RC*Ln[(1-1/3)/(1-2/3)]=RC*Ln2=0.693RC


设:电网电压为理想电源,二极管端电压忽略不计,充电回路电阻包括有二极管内阻、电容器内阻、电路板走线、连接线引起的感抗等,可暂定总回路电阻为≤30Ω


代入数值: t="0".693×1350uF×3×30Ω=0.224532秒,


得:电容两端充至Vcc2/3约等于0.084mS


实际上在选择元器件及设备制作的过程中,降低回路内阻的空间还是很大的,比如:由于电流较大, 可以增加电缆截面或降低材料的电阻率的方法实现,线用铜绞线低阻电缆,连接导线应尽量走直线,以避免形成电感等等。


3)、估算放电能量:公式W=1/2*CU2 (C为电容 U为电压)


代入数值:0.5×1350×4×6002=972焦耳


由于是模块化设计,当单一模块的放电能量在不能满足需求时,可增加模块的数量以达到负载的要求。值得注意的是,当运用二级或二级以上电容器组时,要考虑设备的浪涌电流问题,这可引入一个充电时序的概念,当一级主电容器的电压充至U2/3时,再打开下一级主电容器的充电开关,这样可将浪涌所造成的危害降至最小。


理论计算与实际肯定有一些差距,但作为条件对我们在制作或实验过程中进行参数修正还是很必要的。


4)、限制浪涌电流


(Vin-Vc)/Rin
Vin
输入的最大直流电压,U×1.414, Vc电容的初始电压,一般设为0,当然可忽略桥堆压降。 Ri线路总电阻,包括电源内阻(一般设为0),输入部分的电感,NTC(冷态阻值).


Ri=4Ω  则浪涌电流I=220×1.414÷477.7A


即浪涌电流可控制在78A以内


电感量的确定:L=Ri/2Л/F0.0127mH


3、调节控制单元


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调控电路是以运放集成电路LM339为单元,给正向输入第5脚设定一个窗口


电压,随着充电电压的升高U2集电极的内阻逐渐下降,反向输入端电位逐渐上升,当VU4VU5时,LM3392脚输出一低电位,可控硅关断,调节电位器R2即可控制充电电压。


4、触发单元、放电单元


1)、触发电路由R5R6R7Q3C18C19L1组成触发电路,当Q3的控制极G脚得一触发脉冲,Q3A1A2接通,此时L1上的场能将迅速通过C18A1A2对地释放,由于互感作用,在L1的输出端产生一高压,本电路所设计的高压为12KV,可满足的于氙气触发,大电流真空管触发等。


2)、放电单元的控制,由于负载的形式多样,有感性的、容性的、纯阻性的、混合性的,理想的负载当然是电阻类型的,因为它不会涉及到相位的问题,当选择的是感性负载后,由于储电单元采取的是电容方式的,这就有可能会产生LC低频振荡,如果条件具备LC自然会产生振荡,它一旦形成其无论强度如何都将对设备带来严重影响,图中的二极管D5-D15是串接在放电回路中的,用二极管的单向导电的性能破坏其振荡条件,使设备稳定可靠地进行工作,如果负载是纯电阻类型的,二极管可以不用。


对于负载的控制,以现有的技术,负载电流在200A以内可考虑选择机械开关,如果大于200A无论从电气性能还是从使用安全上考虑都不易采取人工控制的方式,一定要选择大电流真空开关,现简单述说一下它的构造:高压大电流真空放电开关是由阴极、阳极、触发极和瓷质外壳组成。开关腔抽真空后密封,当触发脉冲施加到触发电极时,触发电极表面产生场致使阴极发射自由电子,自由电子在电场作用下加速并轰击阳极,在二次电子发射作用下开关闭合。这种开关结构简单,易于操作,对触发脉冲的要求不高。使用起来尤为安全。是大电流控制的理想设备。


如果对该设备的制作生产或对JN-X升压模块感兴趣可拔打:13236385818


邮箱:barp_2002@.yahoo.com.cn


 


 

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