電路分析:機器人開關電源各單元電路結構及原理
來源:上海茂碩機械設備有限公司
2023年06月26日 10:13
該電路實際上是一個比較典型的普通PWM開關電源電路。脈沖寬度的自動調節取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。它是一個正激式隔離開關電源電路。隔離變壓器包括三個繞組,第三繞組為芯片提供啟動電路電源。電路使用了簡單的單管結構。開關管使用了MOSFET器件:2SK1939(2501),N溝道,功率100W。使用線性光電耦合器從輸出端引回F/B電壓及OVP過壓反饋,F/B電壓基準為基準電源器件。同時引入了過流保護電路等。
2 電路分解分析
輸入電路各電容C11、C12、C13用于濾波,濾除高頻噪聲;電抗器L11用于浪涌抑制;電容C14、C15、C18用于去耦。輸入220VAC電壓經過全波整流,產生變換器所需的直流電壓,及提供控制電路電源。
2.2 啟動電路
啟動電路是由輸入整流電源提供芯片Vcc電源的電路。可以從隔離變壓器原邊或者第三邊提供。輸出電壓一般為Vcc-2V。
變壓器T11的1、3繞組為原邊主繞組,4、5為輔助繞組,6、7為副邊輸出繞組。電源去耦電容建議為10—47uF,啟動電流不少于300uA。電路由輔助繞組供電,與常規的芯片啟動電路有較大差別。C31及前面的兩個二極管用于獲得相對穩定的集電極直流偏壓,基極偏置取自輸入電路的直流電壓。A、C點用于提供其它輔助控制的上偏電源。發射極下偏置18K電阻實際上是通過0歐電阻接到芯片7腳,并通過7腳并聯0歐電阻到5腳(熱沉端)接地的。
Ron:充電電阻,Roff:放電電阻,CF充放電電容。
芯片的上限頻率是500KHz,這是一個可以通過外部阻容器件設置頻率的震蕩電路。
該電路的F/B端為電源實際輸出反饋端。輸出電壓Vo經分壓采樣,控制基準電源。基準電源的高低決定了線性光電耦合器的輸出電流大小。從F/B端看,IF/B和VOUT是成線性關系的,這樣就實現了電路的反饋調節。
控制芯片輸出Vout經過阻容濾波,反饋回VF端,用于過流保護。它取決于反饋電路中光電流的大小。因為它直接影響光電輸出級的導通程度(Uce),從而直接影響到OVP電位。由后面的輸出電路可以看出,這個保護點取決于一個穩壓管的穩壓值。當輸出電壓高于保護值時,OVP點電位高于門檻電平750mV,芯片進入保護狀態。
DET被用于檢測輸出電壓。如果DET不接地,則在它超過2.5VDC時,將F/B電位鉗制在0VDC,從而使得占空比為0,電源處于保護狀態。當它低于2.5VDC時,電源正常工作。由于隔離變壓器原邊開關管是單向驅動的,所以只做正極限保護即可。變壓器第三邊繞組單向脈動信號經過二極管整流及RC濾波,送CLM+端,做為正極限過流保護。
常規情況下,CLM+或CLM-的電壓超過閾值(+200mV/-200mV)時,過流信號將使輸出截止,并且持續到下一個周期。下個周期將重新恢復,形成所謂“逐脈沖電流控制”。
ON/OFF端(7腳)為低電平時芯片才工作,閾值電壓為2.4V。本電路被直接接地,不進行控制。
熱沉端也被直接接地,以獲取較好的熱穩定性。芯片的5、6、15、16腳內部是短接的,通過5腳接地。
本電源CT端(14腳)被接地,即斷續電路不起作用。電源變換器部分是一個簡單的單開關降壓型隔離變換器。芯片的圖騰柱輸出腳2驅動MOSFET管柵極,開關管驅動隔離變壓器原邊繞組1-3,主繞組上并聯的RC電路用于提供泄放通路。
整流橋的上面兩個二極管用于整流,下面兩個用于提供在開關管關斷期間電感的續流通路。電感器及電解電容用于濾波,加上兩個二極管的續流作用,可以獲得盡可能連續的電流。
從輸出電路看,這是一個Buck(降壓)式開關電源。實際輸出為5VDC。輸出電壓由光電1、基準電源及電位器控制,調節電位器可在一定范圍內調整輸出電壓。光電2、穩壓管部分用于獲得反饋OVP信號,穩壓管的穩壓值決定了OVP保護動作點。
這是一個單管隔離降壓變換器,而且是一個傳統的硬開關電路。為防止變壓器磁飽和及快速恢復,原邊使用了簡單的R1C1釋放電路。副邊VD1整流,VD2續流,C2去耦,L、C4濾波,R3C3、R4為輔助泄放通路。
由于這類開關電源在其它設備上也經常用到,因此對它的解析,也有助于我們高效地維護其它設備電源,并降低維護成本,減少停線時間,提高生產效率。同時通過測繪和詳細的分析過程,也提升了維修人員自主解決復雜新技術問題的能力。
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