高精度稳流电源电路设计
1 前 言
作为电真空微波放大管的一种，速调管以其功率大﹑效率高的优势得到了广泛的应用。而速调管一般都需要外加一个聚焦磁场。为了使速调管电子枪所打出的电子注不被散射损耗掉，这就要求磁场电源具有较好的电流稳定度。
2 性能指标 (1) 输入：三相50hz、380v;
(2) 输出：额定电压80v，额定电流25a，要求0∽25a连续可调;
(3) 输出电流纹波：0.08a;
(4) 输出电流稳定度：0.08a;
(5) 提供电源过流保护,电源过压/欠压保护;
3 电路原理
3.1 主回路
主回路采用buck变换器,原理框图如图1所示
图1 主回路框图
3.1.1 原理简介：
50hz、380v三相交流输入电压经emi电网滤波器阻断噪音信号，通过隔离变压器降成100v左右的交流电压，再经过整流滤波，变成buck变换器所需要的平滑直流电压。图1中，当n1或者n2导通时，电感l1在未饱和前，电流线形增加，电感l1的极性为左正右负，二极管v1处于关断状态。当n1和n2都关断时，由于电感l1中的磁场作用，改变l1两端的电压极性，左负右正，续流二极管v1导通，以保证输出电压和电流不变。由于磁场负载是一个感性负载，当电源不工作时，磁场负载必然会产生一个反向的电压，二极管v2用来将这一反向的负载能量释放掉。
3.1.2 关键元器件的选择
(1) 开关管n1，n2的选择：采用三菱公司100a单管igbt(cm100h-12)。绝缘栅双极型晶体管(igbt)具有mosfet的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单和gtr的阻断电压高、饱和导通压降低、载流能力强的优点。开关管的驱动采用变压器隔离。与不用变压器，直接驱动相比，主回路对驱动电路的干扰小，不易引起震荡。由于变压器工作比的限制，若只用一个igbt,使得占空比不能超过50%。因此，开关管由两个igbt并联，用控制电路输出的相位相差180的脉冲信号驱动。这样，占空比就能达到96%，使得输出电流能在很宽范围内调节。而且，开关管的损耗也能减少一半。
(2) 反馈采样电路：通常，电源的反馈采样都采用电阻的形式。然而，由于本电源的输出电流较大，若使用电阻采样，电阻的功耗比较大。电阻的过分发热，必然会引起电阻阻值的变化，从而引起反馈采样电压的变化，无法满足电源的电流精度要求。这部分功耗，对整个电源而言，也是无用的能量损耗。而且，电阻的体积也比较大。采用电阻反馈显然是不可取的。因此，采用额定值25a的霍尔电流传感器(csm025a)作为反馈的采样。该传感器具有良好的线性度、抗干扰能力强、低温漂、宽频带等优点，能够很好的满足电源的电流精度要求。
3.2 驱动电路
驱动电路的原理框图如图2所示
图2 驱动电路框图
3.2.1 驱动电路的选择:
目前生产的开关电源大多采用pwm脉宽调制方式，少数采用pfm脉冲频率调制。pwm的缺点是受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能作宽范围的调节;另外，输出端一般要接假负载，以防止空载时输出电压升高。pfm式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可以不接负载。本电源要求在0∽25a宽范围内连续可调，因此采用pfm的方式。
3.2.2 原理简介：
图2中，压控震荡器vco输出频率由运算放大器的输出电压vo控制的方波，经定时器、二分频器和驱动放大电路后形成两路宽度相同的交替脉冲。再经过驱动变压器t1、t2隔离后，去分别驱动主回路中的n1、n2两只igbt。r2、r3、v2、v3构成igbt栅极与发射极的快速放电回路，和变压器t1一起构成igbt的驱动电路。这种驱动方法既简单适用又可靠。
3.3 保护电路
本电源要求提供过流、过压、欠压保护。保护电路原理框图如图3所示。
图3 保护电路框图
3.3.1 原理简介：
图3中，当电源产生过流、过压、欠压故障时，v1、v2、v3为高电平，d触发器检测到该脉冲电平，锁存故障。再送入到或门，使得故障输出v7为高电平。v7分为两路：一路送到驱动电路中，关掉驱动，保护主回路igbt开关管;另一路送到控制保护电路中，关断三相380的输入。
3.3.2 欠压故障的处理方法：
由于电源慢启动的存在，在电源没有达到额定电流之前，电源必然会报出欠压故障。所以，在电源开机稳定之前要将欠压故障先屏蔽掉。作者使用了ne555的单稳态定时器。图3中，二极管d1、d2构成或门电路。开机通电的同时，定时器的输出电压v4为高电平,采样电压v5为低电平。此时，v6为高电平，没有欠压故障。当电源达到额定电流时，v5为高电平，定时器仍然为高电平。当定时器所设定的时间到了，定时器输出v4为低电平，由于v5已变成高电平，v6始终为高电平。这时，定时器不再起作用，电源能够正常采样欠压故障。
4 结论
该电源已应用于某型号气象雷达的发射机上，无故障运行3年，工作稳定，性能可靠。
ECG信号处理之一 带领学生参赛(5)可以攻玉
SaberRD的反激变换器电磁干扰分析
LG宣布2021款全球智能电视产品线
土壤pH速测仪是什么，它的产品参数是怎样的
浙江海宁泛半导体产业园五期项目顺利结顶 项目计划投资6亿
高精度稳流电源电路设计
美国制裁中兴通讯，敲响了制约中国崛起的四座丧钟！
用于实时数据记录的最佳非易失性存储器
用于linux系统下编程的编译器,掌握gcc的基本用法
技嘉展出三款电竞系列屏幕，展现完美的游戏性能
新技术、新应用，OLED进入全新发展阶段
阿里无人酒店正式开业 人工智能变成了服务员
日本科学家将肌肉纤维与机器人骨骼融合，让机器人长出肌肉
业界推出1340万像素传感器 提升信噪比
“BTC取代BCH成为比特币”——Bitcoin.com的改名运动惹非议
无人零售店发展持续加快 安防企业迎来了新的发展契机
富士康将在南京成立新能源汽车公司
R&S FSW发布增强动态范围的新射频前端(EDFE)，强化产品领先优势
微星X570主板锐龙9 3900X超频创新纪录 频率直接推向5.8GHz
差分放大器与仪表放大器的计算公式和应用电路
作为电真空微波放大管的一种，速调管以其功率大﹑效率高的优势得到了广泛的应用。而速调管一般都需要外加一个聚焦磁场。为了使速调管电子枪所打出的电子注不被散射损耗掉，这就要求磁场电源具有较好的电流稳定度。
2 性能指标 (1) 输入：三相50hz、380v;
(2) 输出：额定电压80v，额定电流25a，要求0∽25a连续可调;
(3) 输出电流纹波：0.08a;
(4) 输出电流稳定度：0.08a;
(5) 提供电源过流保护,电源过压/欠压保护;
3 电路原理
3.1 主回路
主回路采用buck变换器,原理框图如图1所示
图1 主回路框图
3.1.1 原理简介：
50hz、380v三相交流输入电压经emi电网滤波器阻断噪音信号，通过隔离变压器降成100v左右的交流电压，再经过整流滤波，变成buck变换器所需要的平滑直流电压。图1中，当n1或者n2导通时，电感l1在未饱和前，电流线形增加，电感l1的极性为左正右负，二极管v1处于关断状态。当n1和n2都关断时，由于电感l1中的磁场作用，改变l1两端的电压极性，左负右正，续流二极管v1导通，以保证输出电压和电流不变。由于磁场负载是一个感性负载，当电源不工作时，磁场负载必然会产生一个反向的电压，二极管v2用来将这一反向的负载能量释放掉。
3.1.2 关键元器件的选择
(1) 开关管n1，n2的选择：采用三菱公司100a单管igbt(cm100h-12)。绝缘栅双极型晶体管(igbt)具有mosfet的工作速度快、输入阻抗高、驱动电路简单和gtr的阻断电压高、饱和导通压降低、载流能力强的优点。开关管的驱动采用变压器隔离。与不用变压器，直接驱动相比，主回路对驱动电路的干扰小，不易引起震荡。由于变压器工作比的限制，若只用一个igbt,使得占空比不能超过50%。因此，开关管由两个igbt并联，用控制电路输出的相位相差180的脉冲信号驱动。这样，占空比就能达到96%，使得输出电流能在很宽范围内调节。而且，开关管的损耗也能减少一半。
(2) 反馈采样电路：通常，电源的反馈采样都采用电阻的形式。然而，由于本电源的输出电流较大，若使用电阻采样，电阻的功耗比较大。电阻的过分发热，必然会引起电阻阻值的变化，从而引起反馈采样电压的变化，无法满足电源的电流精度要求。这部分功耗，对整个电源而言，也是无用的能量损耗。而且，电阻的体积也比较大。采用电阻反馈显然是不可取的。因此，采用额定值25a的霍尔电流传感器(csm025a)作为反馈的采样。该传感器具有良好的线性度、抗干扰能力强、低温漂、宽频带等优点，能够很好的满足电源的电流精度要求。
3.2 驱动电路
驱动电路的原理框图如图2所示
图2 驱动电路框图
3.2.1 驱动电路的选择:
目前生产的开关电源大多采用pwm脉宽调制方式，少数采用pfm脉冲频率调制。pwm的缺点是受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能作宽范围的调节;另外，输出端一般要接假负载，以防止空载时输出电压升高。pfm式开关电源的输出电压调节范围很宽，输出端可以不接负载。本电源要求在0∽25a宽范围内连续可调，因此采用pfm的方式。
3.2.2 原理简介：
图2中，压控震荡器vco输出频率由运算放大器的输出电压vo控制的方波，经定时器、二分频器和驱动放大电路后形成两路宽度相同的交替脉冲。再经过驱动变压器t1、t2隔离后，去分别驱动主回路中的n1、n2两只igbt。r2、r3、v2、v3构成igbt栅极与发射极的快速放电回路，和变压器t1一起构成igbt的驱动电路。这种驱动方法既简单适用又可靠。
3.3 保护电路
本电源要求提供过流、过压、欠压保护。保护电路原理框图如图3所示。
图3 保护电路框图
3.3.1 原理简介：
图3中，当电源产生过流、过压、欠压故障时，v1、v2、v3为高电平，d触发器检测到该脉冲电平，锁存故障。再送入到或门，使得故障输出v7为高电平。v7分为两路：一路送到驱动电路中，关掉驱动，保护主回路igbt开关管;另一路送到控制保护电路中，关断三相380的输入。
3.3.2 欠压故障的处理方法：
由于电源慢启动的存在，在电源没有达到额定电流之前，电源必然会报出欠压故障。所以，在电源开机稳定之前要将欠压故障先屏蔽掉。作者使用了ne555的单稳态定时器。图3中，二极管d1、d2构成或门电路。开机通电的同时，定时器的输出电压v4为高电平,采样电压v5为低电平。此时，v6为高电平，没有欠压故障。当电源达到额定电流时，v5为高电平，定时器仍然为高电平。当定时器所设定的时间到了，定时器输出v4为低电平，由于v5已变成高电平，v6始终为高电平。这时，定时器不再起作用，电源能够正常采样欠压故障。
4 结论
该电源已应用于某型号气象雷达的发射机上，无故障运行3年，工作稳定，性能可靠。
ECG信号处理之一 带领学生参赛(5)可以攻玉
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高精度稳流电源电路设计
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技嘉展出三款电竞系列屏幕，展现完美的游戏性能
新技术、新应用，OLED进入全新发展阶段
阿里无人酒店正式开业 人工智能变成了服务员
日本科学家将肌肉纤维与机器人骨骼融合，让机器人长出肌肉
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“BTC取代BCH成为比特币”——Bitcoin.com的改名运动惹非议
无人零售店发展持续加快 安防企业迎来了新的发展契机
富士康将在南京成立新能源汽车公司
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微星X570主板锐龙9 3900X超频创新纪录 频率直接推向5.8GHz
差分放大器与仪表放大器的计算公式和应用电路