1、文库下载 免费文档下载http:/ 28 卷 第 3 期 2008 年 5 月核电子学与探测技术NuclearElectronics8 脚为芯片慢启动F 电容器或其它控制电端,一般连接一个 5路,使电源加电时缓慢启动;9 脚为芯片补偿端,供 E/A 反馈连接使用;10 脚为芯片关闭端,;12脚为()A 的反相输入端。当采,与同相端的基准电压进行比较将获得较低的误差电压,由此可降低 PWM 输出的脉冲宽度。反之,当采样电压变低时,与同相端的基准电压进行比较将获得较高的误差电压,由此可增大 PWM 输出的脉冲宽度。112 开关换能器设计开关换能器是 HVU 设计的关键。影响开关换能器性能的主要参数
2、是系统工作频率、脉冲占空比和变压器初级线圈的电感量等。我们以电路建模为依据,在试验的基础上,通过数值模拟确定这些参数。开关换能器为两个 MOSFET 驱动的变压器系统,如图 1 虚框内所示。它的功能是使低压脉冲http:/ 信号变换为高压的脉文库下载 免费文档下载http:/ MOSFET 驱动为推挽工作方式,其输入为 SG1525 的两个独立的相位互补的脉冲信号。1.2.1 电路建模分析调的脉冲信号。开关换能器在此脉冲的控制下,产生高压脉冲,经倍压整流器和 LC 滤波电路后分为两路:一路经过滤波网络后作为 HVU 的高压直流输出;另一路经采样电路送至 SG1525。SG1525 根据采样电压
3、的大小,改变送入开关换能器的脉冲宽度。根据输入脉冲宽度不同,开关换能器的输出能量不同,导致输出电压的调整。当 HVU 的输出由于供电或负载变化等因素而变高时,取样电路获得较高的取样电压,反馈给SG1525 的反向输入端(1 脚),SG1525 就会减小输出的脉冲宽度,从而减小开关换能器的输出能量,导致输出电压下调。反之,当 HVU 的输出变低时,样电压,反馈给 SG1525,出的脉冲宽度量,。、LC 滤波、滤波网络和采样电路都是典型电路,本文将重点介绍 SG1525,讨论 HVU 的原理设计和关键参数选取方法。111 主芯片 SG1525 介绍SG1525 具有外围电路简单、驱动电流大、温度性
4、能好、工作稳定等优点。HVU 充分利用这些优良性能,使电路的设计得到简化,可靠性得到提高。SG1525 的内部电路框图如图 1 的 SG1525框所示,包括:稳压电源、振荡器、比较放大器(E/A)、脉冲宽度调制器(PWM)、或非门电路、触发器等部分。稳压电源部分由供电端(15 脚)供电,输出 5.1V 参考电压(16 脚),稳压精度文库下载 免费文档下载http:/ 0.6V3.5V 的锯齿波电压,再变换成矩形波电压,送至触发器、或非门,并由 4 脚输出;振荡器充放电回路分开,利用 5 脚和 7 脚间跨接的电阻 RD 调节死区时间;振荡频率由 SG1525 的 5 脚、6 脚外接电容器 CT
5、和外接电阻器 RT,以及 RD 决定,其值为:fs=CT(017RT 3RD)由于两组推挽换能过程完全对称,我们只需讨论其中一组,然后把频http:/ 率和占空比乘以 2 即可得到等效的分析结果。图 2 所示为单组换能过程中的变压器电路简化模型。其中,L1 为初级线圈电感量,L2 为次级线圈电感量,R 是限流保护电阻。Vi 是直流供电电压( 12V)经开关管斩波后的准方波电压信号,其波形如图 3 所示。Vo 为变压器输出。图 3 中横坐标为时间(t),纵坐标为输入信号电压,T 为信号周期,th。一般 RT 的取值F0.范围为 1.8k100k,CT 为 0.001F,其最高振荡频率为 400k
6、Hz。E/A 的反相 1530为脉冲宽度。1.2.2 变压器性能试验为了得到变压器的最佳工作频率 和最佳初级线圈电感量 L1 等参数,我们设计进行电路试验,如图 4 所示。文库下载 免费文档下载http:/ 2 换能变压器模型图 4 变压器性能试验电路图其中:V 为正弦信号源,由信号发生器产生;ni 为初级线圈圈数;no 为次级线圈圈数;Vi 为输入电压;Vo 为输出电压;R 为负载电阻。TX1 为变压器,尺寸为 8mm4.Vi 和输出电压 Vo 有如下关系:图 3 级,即:输入输出。对 Vi 进行傅立叶展开,并且只考虑交流成分。再乘以一个线性转换因子k,即可得到变压器输出电压:=noni(4
7、)Vo=k12m=0jmmL1 R)cos(mt)sin(m(1)文库下载 免费文档下载http:/ 为脉冲占空比;T 为周期,=2/T。输出电压的有效值为:T=1,在实其中 为变压器效率。理想状态下, 与工作频率和铁芯的饱和际中,一般 程度有关。铁芯的饱和程度与输入电流和初级线圈的匝数有关。在试验中,我们选取 ni 分别等于 10、15、20、25 和 30 圈,调节 Vi 但保持Vhttp:/ 和no 为常数,测量并记录输出电压 Vo。根据公式(4)即可计算出变压器的效率 。再改变信号频率,就得到了不同初级线圈圈数下,变压器效率 与频率 f 之间的关系,如图 5 所示。=VaT2Vo(,L
8、1,t)dt文库下载 免费文档下载http:/ R(2)cosmt)2dtsinm由于两组推挽换能过程完全对称,故输出电压有效值应把脉冲频率和占空比变为原来的2 倍。即:T=kVa(文库下载 免费文档下载http:/ 5 变压器效率 与频率 f 的关系曲线j R(3)cos2mt)2dtsin2m设计的关键参数。 的函数。这三个参数就是 HVUVav 是 、L1、结果表明:当频率一定时,变压器的效率随圈数增加而升高。圈数少时为线性关系。但是随着圈数增多,将导致磁芯趋向饱和而使效率531与圈数的关系呈非线性。从图 5 看出,初级线圈取为 25 圈较为合适,此时初级线圈的电感量为 10mH。通常换
9、能器工作于超声波频率。当圈数固定后,在大于 20kHz 的超音频工作区,频文库下载 免费文档下载http:/ 70kHz 左右,此时变压器的效率为 =86%。由于 SG1525 为两路相差输出,换能器工作在推挽方式,即两组初级线圈交替开断,所以实际上系统的工作频率取 35kHz。每组初级线圈圈http:/ 数为 13 圈,其电感量为 5mH。1.2.3 数值模拟根据试验选定系统工作频率和变压器初级线圈电感量,但由公式(3)可知,脉冲信号的占空比参数也非常重要。我们采用数值模拟估算最佳的占空比参数 。将 R=150,=2f,fHz,L=5mH 代入式(),项,得到图 6Vav 与占空比 。由图
10、6 可知,可调节范围为占空比小于 参数名参数值供电电压12V25%的单调增加区域。由经验可知,合适的占空比应取可调节范围最大值的 70%左右,即:占空比取 5%10%。6 Vav 与实验验证及讨论文库下载 免费文档下载http:/ 1 所示。表 1 实验电源的参数和性能测试结果输出电压-90V占空比6.2%负载调整率5.5电压调整率 1.3纹波系数功耗426mWA。 注 1:负载调整率定义为供电电压不变而负载由空载变为 5M 时,输出电压的相对变化率,即:输出电流 018注 2:电压调整率定义为负载不变,供电电压变化 25%时输出电压的相对变化率。注 3:纹波系数为输出直流电压的交流成分峰峰值
11、与直流电压的比值。由表 1 可知,根据我们的设计参数制作的高压电源工作稳定,具有较高的负载调整率和电压调整率。纹波系数满足辐射测量要求。由文库下载 免费文档下载http:/ HVU 设计功耗满足航天仪器设计要求,既节省能源又减少发热量,实际上功耗还与限流保护电阻有关。适当减少限流电阻值可以降低功耗,但牺牲了设备的安全性能。可以使用双端输出式通用电源变换控制芯片 SG1525,设计针对空间粒子辐射探测器http:/ 特殊需要的 HVU。HVU的关键技术在于换能器部分的设计,需要合理选取系统工作频率、脉冲占空比、变压器初级电感量等参数。本文针对北京首冶公司生产的型号为 FUM、尺寸为 5328mm
12、12mm4.5mm 的铁芯,通过试验得到变压器最佳工作频率为 70kHz(或推挽方式35kHz),初级线圈的电感量为 10mH(或推挽方式每组 5mH);通过理论计算得出最佳脉冲占空比5%10%左右。经过实验表明,根据这些参数设计出较为理想的高压电源(如表 1 所示)。本文可为将来同类设计工作提供借鉴。参考文献:1CHANGGuo2Ping,CHENHong2Fei,ZOUJi2Qing.SimulationofHighVoltageUnit(HVU)inParticleRadiationDetector(PRD)J.北京大学学报(自然科学版),2006,42(1):1212126.(下转第
13、537 页,Continuedonpage537)Abstract:Inthisstudy,weuseMCNPMonteCarlomethodtooptimizethedesignofMarinelliBeaker(MB)ofBGO(Bi4Ge3O12)crystaldetectorwhichoccurs 文库下载 免费文档下载http:/ 532 页,Continuedfrompage532)2邱关源.电路M.北京:高等教育出版社,1999 年6 月第 4 版.3李超.SG1525A 在高压电源中的应用J.火控雷2001 年 12 月.6董运红,赵忠民.J.7,.设计高压稳定电源达技术,20
14、01 年 9 月.文库下载 免费文档下载http:/ 统中的应用J.船电技术期.5马世俊.,2005 年.DesignofHighVoltageUnitinParticleDetectorinSpaceYUXiang2qian,CHENHong2fei,ZOUJi2qing,SHIWei2hong(InstituteofSpacePhysicsandAppliedTechnology,PekingUniversity,Beijing,100871)Abstract:AkindofHighVoltageUnit(HVU)isdesignedbyusingSG1525,whichisusedtoprovidethebiasvoltagetothesoliddetectorsinparticlemeasurementinspace.Theparametehttp:/ 免费文档下载http:/ 文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找参考资料的必备网站。文库下载 http:/
