直流電機伺服驅動專用電源的設計
摘要： 介紹了一種具備微機控制功能、適用于直流電機驅動的大功率開關電源的設計方法。
關鍵詞： 驅動專用電源;微機控制檢測;DC-DC變換器
概述
該設計以DC-DC變換器為核心,實現(xiàn)220V市電至+60V/20A的電源轉換。電源設計中采用功率因數(shù)校正技術,提高了有功功率;特別是電源設計了微機控制接口,與隨動系統(tǒng)同步工作,并實現(xiàn)了上電時序控制,確保+60V電壓相對低壓輸出滯后上電。采用多重濾波措施和雙絞線輸出方式,有效降低輸出電壓紋波,提高電源輸出質量;具備完善的自保護功能和監(jiān)控檢測功能,提高了電源的安全性和可靠性。
電源設計
系統(tǒng)結構
220V交流電壓經整流和濾波后得到320V左右的直流電壓,加至電源模塊輸入端。單DC-DC模塊的最高輸出電壓一般為+48V,要得到+60V的直流輸出電壓,必須采用模塊串聯(lián)的方法得到。設計采用兩塊PH600S280-28 DC-DC模塊(調至+30V輸出),通過串聯(lián)得到+60V的輸出電壓,如圖1所示。
圖1 模塊串聯(lián)方式
快恢復二極管D1、D2為串聯(lián)方式中的保護器件,要求D1、D2反向耐壓大于兩倍的電源額定輸出電壓,電流大于兩倍的電源額定輸出電流,正向導通壓降應盡量小。由于是采用兩個電源模塊串聯(lián)構成電源系統(tǒng),在一個有限制的封裝內完成設計有一定困難,有的模塊串聯(lián)方案采用兩個封裝完成設計,即設計兩個30V的獨立電源,再進行外部串聯(lián)構成+60V電源系統(tǒng)。本設計通過合理配置空間,在電源上下盒蓋中各安裝一個DC-DC模塊,以金屬殼體作為散熱手段,采用緊湊的設計和安裝技術將整個電源系統(tǒng)封裝在一個較小的空間內,使整個電源體積、重量大大減小,截面積僅為6×9英寸2,實現(xiàn)了小體積大功率的一體化電源系統(tǒng)設計。
功率因數(shù)校正措施
開關電源的橋式整流、大電容濾波電路令整體負載表現(xiàn)為容性,使220V交流輸入的電流電壓相位產生差異,造成功率因數(shù)低下,有功功率下降并產生高次諧波污染電網,因此必須采取功率因數(shù)校正(PFC)措施�；诔杀究刂啤㈦娐敷w積及應用方便等因素考慮,我們采用被動式功率因數(shù)校正措施。被動式PFC結構簡單,針對電源的整體負載特性表現(xiàn),在濾波大電容之前串接一個參數(shù)適宜的功率電感,這里采用10mH/8A的環(huán)形磁心電感。強制平衡電源的整體負載特性,保證功率因數(shù)不低于0.8。被動式PFC采用電感等無源元件,工作可靠成本低廉,且無需對原電氣設計進行修改,是目前常用的PFC方法。
設計特點與關鍵技術
微機控制和檢測接口
微機控制(圖2)功能可以確保+60V/20A電源只在計算機送出使能信號、伺服系統(tǒng)工作的狀態(tài)下啟動輸出,平時電源無輸出。這種電源與隨動系統(tǒng)同步工作的方式,具有省電、低發(fā)熱、控制靈活等一系列優(yōu)點。在某裝備電源系統(tǒng)的一系列電源中,+60V/20A電源功耗最大,但發(fā)熱量最小,溫升最低,充分證明了電源設計中采用計算機控制接口的優(yōu)越性。
