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一款准正弦EPS

  • 2013-09-18 15:36
  • hbzjcjw

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  • 在中秋佳节来临之际,现发一款我思路很久的一款后备式应急逆变电源。不是什么高科技,只是把很多资料杂七杂八地汇总了一下,对某些功能和取舍作了一下调整。

    1,主电路由SG3525+SG3524+LM324+CR6848组成。SG3525推动2对大功率场管作12VDC TO 300VDC 。采用准闭环(我也不知道应该叫准闭环还是准开环了)。SG3524+4只高压场管作300VDC TO 220VAC变换。LM324的4个运放,分别作峰值电流保护(短路保护)平均电流保护(过流保护)电池电压过低保护,另一个比较器作了蜂鸣器的方波振荡,停电了用电池的电能时提醒。因为我的主要目的是用于照明系统,长时间停电时,在白天可以关闭整机电源。短路和过流保护采用打嗝式保护,因为偶尔的原因保护了,不必去重启电源。而且在CRT彩电开机保护后,冲击几次可以让消磁电阻增加,而顺利工作(只是我意淫,未作试验)。而欠压保护是锁定的,非得重启动或市电正常后才复位 。CR6848是一款国产的芯片,山寨于某绿色PWM芯片。它的特点是在轻载时,开关频率可以降低到正常工作时频率的1/4,这样对吸收回路的损耗可以减少很多。而且其启动电流极小,理论上可以3M的启动电阻,自带一系列的反激电源的相关外围电路,是一款准傻瓜IC。用它作充电器,当电池充满后,可以非常节能。一点功耗不值一提。

    2,关于切换,我是思考了很久的。最先想用光耦取样市电,那样速度太快了,怕逆变器部分受不了,加之功耗也比较大,后来想到了用充电器的电压来切换。市电整流成310VDC经过反激变压器变换成13.8V的直流,再通过电容平滑后用TL431来稳定。之后串联一个肖特基二极到电池,免得电池的电能干扰市电的取样。这样做,虽然有个二极管0.7V的损耗,但是,综合其他因素,还是值得的。一是关于电瓶,如果没有此二极管隔离停电后并关闭电源,431等取样部分的电阻会耗电的,虽然这个电流不大,但是对电瓶是大忌,电瓶不能小电流长时间放电(电动车充电器都有这个二极管)二是关于充电器本身,没有此二极管隔离,电瓶这个超级大“电容”并在输出上,稳压的431这块一直工作于一种振荡状态,这对切换功能会造成一定的干扰。三是充电时间,并不是天天会停电,天天有5A的电流在充电。继电器常闭触头接的市电,这样有个好处,当没有电瓶时或者人为关闭逆变功能时,机器可以不影响供电和充电功能。但是有个缺点,当充电器炸后,市电正常也会切换到逆变,此时只能人工关闭电源开关。当然,更大的好处是继电器不耗电。


    3,12VDC TO 300VDC 我还是选择了SG3525。主要的原因是它内部有图腾,可以适当地减少外围元件。而且它的性能比TL494好一些。因为494不论在1KHZ以下还是以上,都有触发紊乱的情况,特别是在电磁环境恶劣的条件下。变压器的匝比我是想定在23-23.5倍的。稳压点我是想定在300-310V,此电压定的过低,电瓶太满时,占空比一直不能打开,开关管温度会比较高。但此电压定高了,当电瓶电压下降后,空载时可能不能进入准闭环状态。考虑到功耗,分压电阻的值都取的比较大。因为要靠尖峰去抬高300V滤波电容上的电压,来达到进入准闭环,而减少功耗的目的,所以没有加RC或LRC消尖峰电路。


    4,300VDC TO 220VAC 我没有选择KA7500,而用了SG3524 。之所以没有用3525是想省2个小功率三极管。因为H桥这里看似很简单的一个东西,很多人都没有认真考虑它的对地关系,续流臂要放在下面,上面的臂要与3524的输出同步,这样才能实时稳压,所以这里用了2次反相来达到此目的。我的220VAC稳压采用了实时取样,而非常见的在300V母线电压上,简单粗略地采样后给予补偿。电池电压从13.8V到10V变化,基本都是稳定的220V(虽然此板我还没有做出样板,但此电路已经做过N次板)。KA7500虽然比TL494工作于50HZ稳定点,但是我试过多种接法,始终不能非常稳定地工作,波形总是一些跳动。 

    其他的电路都是经典的接法,大家都懂的。


    5,保护。峰值电流保护(短路保护)的要求,是要有极快的速度,但是电流保护点可以设定的比较高,我的理论值设定在25A*300V,IRF740应该还是能顶得住。只要不是特别恶劣的、威胁H桥MOS管的,一个短时间的脉冲功率,都不应该保护。平均电流(过流保护)的要求是,灵敏度可以低一点,但是保护点要比较低,功率超过后要动作,停止输出,当然了,电流越大,保护的速度也会越快。当出现任何一个过流信号后,通过C1的正反馈作用,让保护信号持续一段时间,之后再次正常工作,如果再出现问题,再保护。因为工作与停止之间间隔时间比较长(1秒钟在电子线路中,相对于微秒,纳秒来说都是非常长的)所以损耗并不大,,根本不会威胁到系统的安全,也耗不了多少电。用户发现此现象,应该能知道是过载了或者出问题了。     

    这里要提醒喜欢**的朋友,此功能绝对不能用于**的保护上,**的保护一定要锁死,(C1换成4148二极管就行了)重新开机才能工作,不然保护后大意,自动开机会有生命安全隐患!!!!

    欠压保护,当然要锁定了。我也考虑过用迟滞比较的接法,后来想想没有必要。当电瓶低到10V时,还是关闭输出算了,如果用迟滞比较器(10V保护后,电瓶电压到了11或者其他电压后再恢复输出)接法,有个问题,二者的差值过小,因为电瓶的特殊性,在大电流放电时压降大,可能保护后,电瓶电压会上升到重启值而重新输出,这时会出现多次输出,多次保护。如果二者的值相差过大,在农村有时候供一会儿电后再停电,电瓶还没有充到设定值,而不能自动开机。现在这样接,欠压就锁死,来电一下就可以重新输出。(很遗憾,这个功能因为疏忽,画错了不成立。图中仍然是打嗝式保护)

    停电报警,还是有点实际意义的,毕竟我们不可能用几百安时的电池来供电,还是要节约用电。知道停电后,某些电器就可以不用了。灯也可以少开一些。其实报警功能的功耗并不大,只是考虑它可能比较烦人,所以加了个开关。


    5,切换,很简单,用了个PNP三极管,充电器有电时,它就不导通。先有提到过切换的时间问题。不可否认的是,在市电断开后,几个滤波电容上的电能,可以维持一定的时间使之不切换。但这个时间并不长的,因为充电器的低压13.8V滤波电容上的电压只要降到13.1V的理论值,PNP三极管就可以导通了。而且市电在对电器供电突然停止后,可能还会有电能,太快的切换可能损坏逆变桥。不是用于电脑上,这种慢吸快合的方式,还是一种比较稳妥的做法。


    6,充电器部分。已经大致说了CR6848的一些优点,其实相对而言,它可能比UC3842系列更适合做充电器。大家都知道,反激电源有个电流模式问题。我参考分析了近10年的电动车充电器,发现只有工作于纯电流连续模式的电路,故障率才比较低(个人狂言,不作科学依据,如果大家转发500次,我要吃牢饭了)所谓的三段式充电器,也正是佐证了这个问题。但是,考察到电路的简单,我没有外加一个运放去做三段式充电。三段式充电器的转折电流设计的不良,也很坏电瓶的。在电瓶电压比较低时,主电路工作于一个恒功率状态,功率的大小由高压侧的MOS管S极串的电阻值决定。这点6848比UC3842,3845处理的好一些。它的补偿比较好,可以很好地工作。而且还有个更大的好处,它内部有PWM输出电压钳位。是什么意思呢,6848或3842本身的供电也互感于输出电压,当电瓶电压低到很低时,电瓶电压就把6848或3842的供电电压钳位到很低,而让6848或3842不能正常工作,反复重新启动。这时可以把6848或3842的供电绕组匝数多一些,但是当电瓶充满后,这个电压也上升,超过了20V会对大部分MOS的GS结造成损坏。6848可以强行地拉到16.5V的峰值电压。大家可以去百度上搜索一下,有很详细的中文资料,比我讲的专业。而且它还有过压保护,当次级开路也不会炸开关管…….(13.8V只是一个为了方便区分的数字,实际调试肯定要把一个二极管的压降加上去的,也就是说TL431那里的电压实际要有13.8+0.7V)


    7,散热。因为是考虑做绿色能源级产品,散热肯定要用温控,在淘宝上看到很多KSD301/302的温控开关,想想应该很方便,最大的好处是0电流工作。把它安装到散热片上,风扇的供电线把它串入,所以我的主板上仅仅画了个供电插座,我可不会让风扇一直工作。这样一是噪声,二是风扇寿命,最大的问题是灰尘!灰尘也能导电,亲,你信吗……




    好了,废话太多了,大家看看后,多提宝贵意见。电路板画的很急,不怎么漂亮,话说我画的本身也不漂亮,给我1周也只会画出这个水准。文件已经发到PCB厂家,可能8片板。到时候有需要的朋友,可以送几片一块烧管……

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • hbzjcjw

    LV.1

    2013-09-18 15:58

    @

    无图无真相,先上原理图和PCB原理 (有误,请注意)

    Backup of 小型UPS (有误,请注意)



    CR6848中文技术设计指导书 






    更正后 原理



     

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  • 电子游民

    LV.1

    2013-09-18 16:32

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    支持哦,期待你的成品
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  • 廖远方

    LV.1

    2013-09-19 00:18

    @hbzjcjw

    无图无真相,先上原理图和PCB原理 (有误,请注意)

    Backup of 小型UPS (有误,请注意)



    CR6848中文技术设计指导书 






    更正后 原理



     

    大哥.您是怎么输入这么多文字的?语音输入法?还是敲了半天的键盘?牛.顶一个

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  • zsjzsj

    LV.1

    2013-09-19 07:25

    @

    期待中,呵呵!
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  • tby2008

    LV.1

    2013-09-19 12:05

    @zsjzsj

    期待中,呵呵!
    我真服了你,不用网络表,板子能画成这样
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  • samsung陈

    LV.1

    2013-09-20 22:07

    @

    顶,写得很详细啊,光是打这些字就需要花不少时间了

    水晶大师什么时候发一个在线式UPS来,我就弄一片来烧烧管,很久没烧管了

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  • hbzjcjw

    LV.1

    2013-09-21 08:31

    @samsung陈

    顶,写得很详细啊,光是打这些字就需要花不少时间了

    水晶大师什么时候发一个在线式UPS来,我就弄一片来烧烧管,很久没烧管了

    在线式的,我做不好哟。
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  • samsung陈

    LV.1

    2013-09-21 12:30

    @hbzjcjw

    在线式的,我做不好哟。

    水晶大师谦虚了

    其实在线式比后备式也复杂不了多少,主要就是多个PFC

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  • 莫笑

    LV.1

    2013-09-21 20:45

    @hbzjcjw

    在线式的,我做不好哟。
    我顶陈总!虽然我弄不懂。
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  • lizlk

    LV.1

    2013-09-21 20:47

    @hbzjcjw

    在线式的,我做不好哟。

    难得 见到师父大人写了这么好的文章,哈哈。

    什么时候量产呢,这东西阿三的市场很好啊。

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