第3章DMA10整流模块2000

58第三章DMA10开关电源模块第三章DMA10开关电源模块3.1DMA10的特点和技术指标3.1.1特点DMA10型高频开关电源模块,在传统开关电源的基础上,通过合理选择工作频率和功率变换的拓朴结构,采用功率场效应管(MOSFET)和栅极绝缘晶体管(IGBT)组合开关,系统PWM均流技术及桥式电路的平衡调节等多项专利技术,以及采用16位单片微处理器,使其除具有一般开关电源体积小、重量轻、噪声小等特点外，还具有以下优点：·真三相输入方式，无中线电流·输入电压范围宽(304～456Vac)·高功率因数(0.93),高效率(91%)·启动冲击电流小·稳压精度高,输出杂音小·动态响应特性好·均流效果好·保护功能完善,具有1)限流保护2)过流保护(短路保护)3)输出功率限制4)散热器温度过高保护5)输入/输出电压超限保护·单模块智能化程度高1)故障自诊断能力强2)与监控模块通信功能强3)显示直观,参数设置、修改方便·抗浪涌能力强(符合IEEEC587-1980)·高稳定性、高可靠性另外，由于结构设计合理，连线简单，使得模块安装、维护极其方便。3.1.2技术指标DMA10开关电源模块有48V/100A和24V/100A两种电压等级。表3.1给出了48V/100A模块的技术指标。24V/100A的技术指标与其基本相同,只是输出最大功率、效率、精度略有差别。59第三章DMA10开关电源模块表3.1DMA10-48/100技术指标交流输入电压三相+保护地线额定电压380V±20%电流13Armsmax(当输入电压为304V时)9Arms(当输入电压为380V时)频率45～65Hz功率因数0.93效率≥91%浪涌保护符合IEEEC587-19801.2-50μS6kV脉冲8-20μS3kA脉冲0.5μS100kHz信号电磁干扰VDE0871A级开机冲击电流8A峰值(380V时)直流输出电压浮充可调范围44～58V均衡可调范围50～60V电流额定100A限流可调范围10～110A功率限制5600W稳态调节精度±0.1%(电源变化)±0.5%(负载变化)动态调节精度±5%(负载阶跃变化10～90%)±1%4ms(阶跃变化)±1%（交流输入阶跃±15%）±1%(交流输入阶跃变化±15%)杂音2mV(衡重)10mVrms(5kHz-100MHz)100mVp-p负荷均分±2.5%外形尺寸及重量高×宽×深:132×485×400(mm)重量:24Kg60第三章DMA10开关电源模块3.2DMA10的基本原理及构成框图3.2.1基本原理DMA10型高频开关电源的基本工作原理如图3.1所示。交流输入电压经电磁干扰(EMI)滤波、低频整流滤波电路变成与市电不隔离的高压直流,然后通过双半桥直流-直流变换器输出稳定的、低噪音的直流电压。交流输入电压、直流输出电压、电流等取样信号分别送到初、次级控制电路实现脉宽调节(PWM)稳压、限流、交直流电压保护及告警等功能。控制电路的电源由一个与交流输入电压隔离的输出稳定的辅助电源提供。另外，输出电压、电流，各种状态及告警信号经过微处理器处理后送到模块本身的LCD显示和监控模块。三相交流输入EMI滤波器输入整流滤波电路主电路半桥功率变换电路输出电感电容滤波直流输出交流电压取样电路控制电路直流电压电流取样初级和次级控制电路辅助电源显示和控制前面板LCD风扇辅助电源滤波电路监控模块图3.1DMA10整流模块功能框图3.2.2主要构成如图3.2所示,DMA10高频开关电源由功率主板(PMB)、功率输出板(PDB)、功率控制板(PCC)、前面显示板(FPB)等四块印制电路板和输入输出插头、断路器、风扇及滤波电感组成。61第三章DMA10开关电源模块图3.2DMA10模块构成框图62第三章DMA10开关电源模块功率主板主要包括以上提到的EMI滤波、低频整流滤波、直流－直流变换器以及风扇控制电路。主要是整流器的功率变换部分，也称功率母板。功率输出板，也称功率子板，是将母板输出的直流电压进一步滤波，并通过输出端子将电压送到系统。功率控制板主要包括初、次级的控制电路，如电压反馈，电流反馈，PWM调节,电流限制以及各种保护电路等,该板直接插在功率主板上。前面显示板由一个87196微处理器及其外围电路构成,通过26线扁平电缆与功率控制板PCC相连,通过4芯通信线与安装在机壳上的插座相连以实现与监控模块的通信。另外，风扇的直流电源由安装在该板上的一个插座提供,风扇的电源控制器实际位于功率母板PMB上。DMA10开关电源模块一般可分为两个主要部分。第一部分为功率变换/控制部分，它将输入的交流电源转换成所需要的直流输出，这一部分包括所有的高频反馈电路，即包括主电路和控制电路。第二部分包括监视、显示和控制功能的带微处理器的前面显示板FPB,它通过大量的低频模拟和数字信号与第一部分构成一个有机整体。如果需要对整流模块的参数进行修改，只需对FPB板进行修改就可以实现。同时,这样的修改丝毫不影响功率控制部分,因为功率控制部分是完全独立的。印制板连线说明一、功率母板PMB到功率控制板PCC1)PMB板上的X24(6PIN)----PCC板上的X108PIN1AC1交流电压取样信号PIN2AC2交流电压取样信号PIN3AC3交流电压取样信号PIN4CTC主振管(高频变压器)两肩电流互感器的电流取样的公共端PIN5CTC1主振管(高频变压器)上肩电流互感器的电流取样的信号端PIN6CTC2主振管(高频变压器)下肩电流互感器的电流取样的信号端2)PMB板上的X25(6PIN)----PCC板上的X187PIN1GDM-MOSFET的驱动脉冲信号PIN2GDM+MOSFET的驱动脉冲信号PIN3GDI-IGBT的驱动脉冲信号63第三章DMA10开关电源模块PIN4GDI+IGBT的驱动脉冲信号PIN5PIN6HVDCTOT整流桥后的高压直流信号3)PMB板上的X26(6PIN)----PCC板上的X248PIN1SSRELAY软启动信号PIN2PIN3+12VP初级控制电路辅助电源工电源PIN4POVCOM初级控制电路辅助电源工作地（与HVDC-复连）PIN5VAVEPIN6HVDC-初级高压直流负（所有高压直流取样的地）PIN7PIN8HVDCH半桥电路的两电容间的电压取样（判断平衡）PIN9PIN10HVDC-上下两半桥的均分点的电压取样4)PMB板上的X27(10PIN)----PCC板上的X348PIN1SUVCOM次级控制电路的公共地（与GND1复连）PIN2SUV-次级控制电路的-12V（相对于GND1）PIN3+12V次级控制电路的+12V（相对与GND1）PIN4VCS+输出直流电流取样+PIN5VCS-输出直流电流取样-PIN6CB1OFF交流输入开关检测信号PIN7CB1RIPPEDPIN8CBCOM交流输入开关检测信号地(与GND1复连)PIN9PIN10LLOADR轻载控制信号5)PMB板上的X28(10PIN)----PCC板上的X360PIN1VDCO+输出电压取样正PIN2PIN3VCHOKE+滤波前的电压取样PIN4PIN5FAN+V风扇的工作电压PIN6HVSENSE直流输出电压取样PIN7VDC+备用电源64第三章DMA10开关电源模块PIN8VPTC散热器温度检测PIN9GND1次级控制电路的工作地PIN10FAN-V风扇的工作电压二、功率控制板PCC与前显示板FPB的连接图PIN1HQE高频地PIN2HQE高频地PIN3GND1地PIN4GND1地PIN5GND1地PIN6-12FPB的工作电源PIN7VOUT输出电压信号PIN8IOUT输出电流信号PIN9VDEM电压控制信号PIN10IDEM限流控制信号PIN11+12FPB的工作电源PIN12+12FPB的工作电源PIN13+12VS备用电源PIN14ACNOTOK交流不正常PIN15CBTRIP输入开关断开PIN16NOLOAD轻载告警PIN17CBOFF本模块的交流输入开关断开PIN18HTEMP高温告警PIN19DDCOFF关机信号PIN20FAN风扇故障告警PIN21HVDCNOTOK高压直流不正常PIN22RECTFAIL模块故障PIN23ILIMIT限流告警PIN24LOOPLOW电压回路电压低PIN25FAN+V风扇电源PIN26FAN-V风扇电源65第三章DMA10开关电源模块3.3DMA10主电路的工作原理如图3.1所示,主电路由电磁干扰滤波器、防浪涌冲击电路、输入整流滤波电路、半桥式功率变换电路、输出滤波电路等几个部分组成。3.3.1.电磁干扰滤波电路DMA10中的输入电路如图3.3所示,三相交流电压经电感L2、L5、L6、L7、电容C3、C14、C15及C2、C7、C19组成的EMI滤波网络滤波,压敏电阻F2、F5、F6提供瞬态浪涌电压保护,防止电网中的脉冲冲击电压损坏模块。F10为第二级保护。压敏电阻和EMI滤波电路共同组成抗浪涌保护电路。电感L2为共模滤波电感,它是由三个线圈并绕在同一磁环上而成的,L2和电容C2、C7、C19组成共模滤波电路,用于衰减电路中的共模噪声。L5～L7为差模滤波电感,与电容C3、C14、C15组成差模滤波电路。从图3.3可以看出,在DMA10模块中,共模和差模滤波都采用了LC滤波网络,这样效果比较好。ACAC+-V1ACAC+-V2C5C12C17C1C8C13C4C2C19R13R12R11F4F7F8K3K2K1C18C9C16C7C10X26-3X26-1R4R5R9R10_+L5L6L7L2C15C14C3F5F6F2X4TAB6.3X7TAB6.3X13TAB6.3AC输入3x1u/275VAC3xV480LA80BR117R120R118R121R11922kF10SENSE1SENSE24x27k/MRS25HVDC图3.3输入电路3.3.2防浪涌冲击电路电器设备特别是大功率设备,由于电路中大电容的存在,开机时,电容上的电压为0,很可能导致电路中的瞬时阻抗太小,开机电流过大烧坏一些电子器件,所以在DMA10中加入防冲击电路.图3.3中,继电器K1～K3,电阻R11～R13,组成开机冲击电流限制电路。66第三章DMA10开关电源模块在刚开机时,滤波电容电压(HVDC)尚未建立,继电器接点仍处于开的位置,电流经R11～R13送到整流桥。假设刚开机时,电容相当于短路,那么开机最大冲击电流可以用下式计算:I冲=1.2×2×380/(2R)式中R为R11～R13的阻值,在DMA10开关电源模块中,R=47Ω,那么:I冲=1.2×2×380/(2×47)=6.9(A)而在48V/100A开关电源模块中,交流输入的额定电流为9A,可见开机冲击电流被限制在额定电流以下,这样,即使频繁开关机也没有关系。当电容充满电后,继电器K1～K3吸合,电阻R11～R13均被旁路,限流电阻不影响正常工作时的整机效率。3.3.3输入整流滤波电路经V1、V2两个单相全桥组成的三相全波整流电路整流,再经电容C9、C18滤波产生与电网不隔离的直流高压HVDC,该电压送到功率变换级,功率变换级的分压电容对高压直流进一步滤波,使其变为比较平滑的直流电压。同时,为了抑制整流二极管的噪声,在整流二极管两端并接了六个电容C1、C5、C8、C12、C13和C17。DMA10开关电源模块能够符合相关的电磁兼容和浪涌保护的国际标准。从图3.3还可以知道,DMA10的交流输入电路采用了三角形接法,为三相三线加保护地的方式。这样克服了星形接法在电压或负载不对称的情况下产生零点电压偏移和中线电流的缺点,真正做到无中线电流。这种方式也称为真三相。3.3.4半桥式功率变换电路功率变换电路的种类很多,从电路结构上分,有单管式、推挽式、桥式和半桥式等变换方式;从开关控制方式上分,有脉冲宽度调节(PWM)、脉冲频率调节(PFM)以及谐振开关等方式。DMA10开关模块中采用的是半桥式PWM变换电路。1)半桥电路工作原理为了方便地分析DMA10开关电源模