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一種基于555時(shí)基芯片的高頻逆變電源的設計與實(shí)現

作者: 時(shí)間:2016-12-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

  氙燈作為一種高功率強光源,有著(zhù)廣泛的用途,其主要原理是通過(guò)光源內部的高頻逆變電路,為高壓氙燈提供穩定的高壓電源。文中設計了一個(gè)高頻逆變電源電路用以實(shí)現同樣的功能。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/201612/327978.htm

  電路結構與原理

  1.1 555單穩電路

  555單片機時(shí)基電路是一個(gè)高度穩定的控制器,能產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲或振動(dòng)的條件。在時(shí)間延遲模式的運作,時(shí)間是由一個(gè)外部電阻和電容精確控制的。在一個(gè)穩定的操作中,振蕩器、自由運行頻率和責任周期都是由兩個(gè)外部電阻和一個(gè)電容精確控制的。電路可以被下降的波形觸發(fā)與重置。

  將555電路的6,7腳并接起來(lái)接在定時(shí)電容C上,用2腳作輸入就成為脈沖啟動(dòng)型單穩電路。電路的2腳平時(shí)接高電平,當輸入接低電平或輸入負脈沖時(shí)才啟動(dòng)電路,如圖1所示。下面分析它的工作原理:

  (1)穩態(tài):接上電源后,R=1,S=1,輸出Vo=0,D端接地,C上的電壓為0即R=0,輸出仍保持Vo=0,這是它的穩態(tài)。

  (2)暫穩態(tài):輸入負脈沖后,輸入S=0,輸出立即翻轉成Vo=1,D端開(kāi)路,電源通過(guò)RA向C充電,暫穩態(tài)開(kāi)始。經(jīng)過(guò)時(shí)間TD后,C上電壓上升到大于 2/(3VCC)時(shí),輸入又成為R=1,S=1,這時(shí)負脈沖已經(jīng)消失,輸出又翻轉成Vo=0,暫穩態(tài)結束。這時(shí)內部放電開(kāi)關(guān)接通,D端接地,C上電荷很快放到零,為下一次定時(shí)控制作準備。電路的定時(shí)時(shí)間TD=1.1RAC。這兩種單穩電路常用作定時(shí)延時(shí)控制。

  1.2 電路原理

  根據555芯片設計了電源電路,并畫(huà)了PCB板圖進(jìn)行實(shí)物焊接。焊接完成后,進(jìn)行實(shí)際調試過(guò)程中不斷出現一些問(wèn)題,如變壓器T1剛開(kāi)始只能夠輸出預想電壓的一半(350~450 V);還有功率管經(jīng)常在接上電源數分鐘后就會(huì )發(fā)燙,檢測后發(fā)現是震蕩頻率不夠,減小其左邊電感L1即可。在調試過(guò)程中,經(jīng)過(guò)不斷修改完善,最終達到預想功能。圖2為電路原理圖。

  電路中,U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555單穩電路,U5則為555多諧振蕩電路,U5的輸出端(3腳)為U3提供周期性矩形脈沖。整個(gè)電路通過(guò)U3產(chǎn)生的脈沖調制信號來(lái)控制Q4的導通與截止。從而實(shí)現Q1的導通與截止。從而在變壓器T1中第1腳和2腳之間的繞組之間產(chǎn)生了交變的電流信號,再通過(guò)變壓器的電壓變化實(shí)現960 V和120 V的交流電壓輸出。再通過(guò)同步脈沖控制C19的充電和放電實(shí)現變壓器T2的二次升壓實(shí)現輸出7000 V的交流信號輸出。最后960 V和7 000 V的輸出電壓通過(guò)耦合電路對高壓氙燈進(jìn)行點(diǎn)火。

  圖3為電路實(shí)物圖。

  頻率計算公式:

  f=1/(1.1RC)

  占空比計算公式:

  q=(R1+R2)/(R1+2R2)

  經(jīng)實(shí)際調試,得到占空比為3/4;頻率為104Hz。

  1.3 電路模塊分析

  圖 4中,R25為限流電阻,R23為Q6的e極和b極間偏置,R10為Q5的e極和b極間偏置;C26及C25起抗干擾作用;電路工作原理為當Q5的b極得到D2送來(lái)的電壓,Q5導通;此時(shí)產(chǎn)生Ic5,并且向Q6提供Ib,則Q6的c極便有Ic6,則Ic6為Q5提供b極電流,完成Q5與Q6輪流導通,使 R25右端電壓為0 V,此時(shí)D11將G極的電壓設定為0.7 V。R24,THC1為降壓電阻和熱敏電阻;其作用為溫度傳感元件。實(shí)現功率管Q1過(guò)熱的保護信號。

  圖5為電路轉換模塊,其中Q4及SCR1構成同步電路。對于Q4,當同步脈沖信號到來(lái)時(shí)使Q4導通,則關(guān)閉了Q1的驅動(dòng)脈沖。對于SCR1:構成C19和 T2連接電路的充放電控制。當同步信號到來(lái)時(shí),有C17將脈沖耦合到SCR1的觸發(fā)端,實(shí)現SCR1的導通,將C19進(jìn)行放電。同步脈沖信號的作用是使電源停止工作,同時(shí)完成C19的放點(diǎn)控制。無(wú)后步脈沖時(shí)電源工作,對C19充電(由D4完成)。

  電路穩壓模塊通過(guò)采樣電路(R14,R15,R16,R17,R30)電阻的分壓,將采樣電壓反饋到電壓比較器U2B(LM358D)的同向輸入端與U1(TL4 31)產(chǎn)生的基準電壓進(jìn)行誤差放大,從而實(shí)現穩壓輸出960 V和120 V的目的。如圖6所示。

  由T2得到的7 000 V電壓與T1輸出的960 V電壓進(jìn)行耦合點(diǎn)火,以點(diǎn)亮高壓氙燈。如圖7所示。

  逆變電源變壓器

  在整個(gè)電路中,起核心作用的便是變壓器T1。通過(guò)它才能得到960 V的電壓輸出。在本文中,變壓器T1需將12 V輸入電壓變壓為120 V和960 V的輸出電壓。如圖8所示。

  圖8(a)中:從上到下,按逆時(shí)針順序,引腳分別為1~9腳。11線(xiàn)并繞,從5腳進(jìn),7腳出,逆時(shí)針繞17圈,線(xiàn)徑為0.11 cm。從3腳進(jìn),2腳出,逆時(shí)針,11圈,線(xiàn)徑為0.16 cm。從1腳進(jìn),繞78圈,從8腳出來(lái),逆時(shí)針,線(xiàn)徑為0.11 cm。從8腳進(jìn),繞452圈,9腳出線(xiàn),逆時(shí)針,線(xiàn)徑為0.11 cm。要求8腳和9腳引出的線(xiàn)要保持足夠間距,避免產(chǎn)生火花。

  結語(yǔ)

  采用基于555時(shí)基芯片的高頻逆變電源電路,設計并實(shí)際制作出了一款簡(jiǎn)便實(shí)用的便捷式氙燈照射器。文中對電源電路進(jìn)行了設計,并在調試工程中進(jìn)行了多次修改改進(jìn),使照射器工作趨向于穩定可靠,增加其用途廣泛性。



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