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发表于 2010-6-25 17:47:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

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基本半桥逆变电路分析
一、各元件的作用
FUSE保险电阻:过电流和短路电流保护元件,抑制浪涌电流;
L1C1C2:组成πEMI滤波器,减轻高频逆变电路产生的电磁干扰;
D1D2D3D4:组成桥式整流电路,将输入的交流变为直流;
C4滤波电容:将整流出的电压进行平滑滤波,使其接近直流电压;
R1C5RC积分电路,滤波后的电压经过R1C5进行充电,提供DB3导通电压;
DB3双向触发二极管:当 C5上的电压高于DB3的导通电压时,DB3导通,向Q2的基极注入电流,使T2导通,电路起振后,DB3不再导通;
D5:隔离启动电路和振荡电路,使振荡电流不会经过C5到地;
R2C4C4为续流电容,R2C4提供放电网络。当Q1Q2在交替开关的同时截止阶段,使灯丝有电流流过,C4通常为1000~3300pFR2C4组成的放电网络同时避免两个三极管电流重叠,提供一个死区时间。
D6D7续流二极管:与三极管并联在磁环线圈的两端,保护三极管,防止三极管反向击穿,反向电动势会通过二极管释放;
Q1Q2开关三极管:构成推挽电路,两管交替导通,在Q1的发射极和Q2的集电极中间产生近似方波脉冲;
R4R6:稳定电路工作点,负反馈作用,抬高晶体管发射极电位,控制发射机和基极之间的电压;
R3R5:控制晶体管的基极电流,同时隔离晶体管的基极电压与磁环绕组的感应电动势;
N1N2N3磁环绕组(脉冲变压器):利用互感耦合,以及磁芯的饱和特性,控制Q1Q2的交替开关;
L2C6LC串联谐振电路,在C6两端为灯提供启动电压,同时对方波脉冲进行滤波,使灯丝电流近似正弦波;L2Q值和C6的决定提供启动电压的大小;
C7C8:隔直电容,为灯丝电流提供交流通路。
二、各元件参数估算要求
FUSE保险电阻:一般选择4.7~47欧;
L1C1C2:高阻低通滤波器设计;使用安规电容;
D1D2D3D4:整流二极管,二极管反向耐压和热稳定性,反向耐压一般为输入电压的1.25倍;
C4滤波电容:充放电的时间常数以及耐压值,充放电时间常数数交流周期的3~5倍,耐压值高于峰值电压的1.25倍;
R1R2:一般,R1=R2,两者相近,一般控制R1流过的电流在0.5~1mA
C5C5的耐压要高于DB3的导通电压1.25倍以上,R1C5的时间常数一般应为开关管导通时间的5%左右,要求有足够大的电流经过DB3注入Q2基极,使Q2导通;
D5:普通整流二极管;
C4续流电容:Q1Q2截止时,C4会产生脉冲电流,Q1Q4交替导通截止,使C4上产生正负交替的高频脉冲,因此C4要选择高频损耗小的电容,避免发热损坏;
D6D7续流二极管续流二极管D选择要考虑导通、截止和转换三部分损耗,所以用正向压降小,反向电流小和存储时间短的开关二极管,一般选用肖特基二极管;
Q1Q2开关三极管:晶体管的耐压大于滤波后的线路电压;
集电极电流依据灯丝峰值电流确定,通过集电极的峰值电流是通过L2的峰值电流,因此集电极电流参数应远大于此值;
晶体管的开关速度主要受存储时间影响,存储时间应低于开关周期的20%,开关周期可用镇流器的开关频率计算;
直流电流增益要大,一般要求大于5,这样较小的基极电流就可以获得较高的集电极电流,减小晶体管的导通损耗;
R4R6:反馈电阻,通过发射极电流变化影响晶体管发射极电压,进而控制发射极和基极之间的电压的变化,依据晶体管工作点的稳定要求取值;
R3R5:依据开关三极管的集电极电流和直流增益,确定基极电流,结合N1N2的感应电动势确定;R3R5N1N2的匝数相关(由晶体管基极电流的峰值决定);
N1N2N3磁环绕组:绕组的匝数由磁环的饱和磁场强度,有效磁路长度,以及流过绕组的峰值电流大小决定,绕组匝数=(有效磁路长度*饱和磁场强度)/峰值电流;绕组电压= -(磁导率*匝数平方*截面积/有效磁路长度)*电流变化率
L2C6C6的耐压是灯的启动电压的1.25倍,LC振荡电路的谐振频率与晶体管开关频率相近(开关频率不能小于谐振频率,谐振电路构成的负载应该呈感性或阻性,但不能呈容性):
f≈1/ 2π(L2*C6)1/2,C6上的谐振电压为灯的启动电压
C7C8:高频损耗小,耐压大于线路峰值电压1.25倍。
三、电路的工作原理
1、
电路启动
SISD之间通电,220V50Hz交流电,经过整流滤波后,在C3的两端产生约311V
的直流电压VC。此时该电压通过R1C5组成的积分电路对C5进行充电,当C5上的电压达到DB3的导通电压时,DB3导通,DB3导通后因为Q1Q2的开关频率高,C5充电不充分,在上面的电压是一些幅度很小的锯齿波,达不到DB3的导通电压,因此电路一旦启动,DB3就不再导通。
2、
电路起振
DB3导通电流直接进入Q2的基极,驱动Q2导通,Q2导通后,电流的流经路径为:VC正极→C7→→灯丝→C6→灯丝→L2→N3→Q2的集电极→R6→VC负极(地)。如下图所示:
1)Q2导通,Q1截止,流过N3的电流使N3产生一个阻止此电流增加的感应电动势,极性为同名端为正,N3耦合到N1,N2,N1,N2的同名端感应电动势为正。N1上的感应电动势减小Q1的基极电压,使Q1保持截止。N2上的感应电动势使Q2的基极电压增大,Q2的基极电流增大,则Q2的集电极电流增大,N3上的感应电动势加强,N1,N2上的感应电动势加强,形成正反馈使Q2逐渐饱和。
Q2的集电极电流不断的增大,使磁芯磁导率达到最大,磁导率开始下降,Q2的集电极电流继续增大使磁导率急剧下降,N1,N2,N3上的感应电动势急剧下降, N2感应电动势的下降使Q2的基极电压下降,集电极电流开始下降,N3产生感应电动势阻止此电流减小,极性为同名端为负,N3的感应电动势耦合到N1,N2,同名端为负,Q2的基极电压下降,Q1的电压上升。Q2急剧趋于截止,Q1趋于导通。
2)当Q1将要导通,Q2已经截止时,(流过N3的电流)灯丝电流不能通过Q2,此时续流电容C4发挥作用,该电流对C4反向充电,保持灯丝电流的连续流通。
3)Q1导通,Q2截止,此时电流路径为:VC正极→Q1→R4→N3→L2→灯丝→C6→灯丝→C8→VC负极(地)。如图所示:
由于正反馈作用使Q1饱和,Q1的发射极电流增大,流过N3的电流增大,使磁芯磁导率达到最大,而Q1发射极电流继续增大,使磁导率急剧下降,N1,N2,N3上的感应电动势下降,Q1的基极电压下降,Q1发射极电流下降,N3产生感应电动势阻止此电流下降,感应电动势方向又变为同名端为正。通过镇反馈N1上的感应电动势增加使Q1的基极电压急剧下降,N2上的感应电动势增加使Q2的基极电压急剧增加。Q1趋于截止,Q2趋于导通。
(4)当Q1截止,Q2将要导通时,灯丝电流不能流过Q1,此时灯丝电流仍由C4续流,保持灯丝电流连续。
(5)Q1截止,Q2导通,电路又重复经过(1)(2)(3)(4)状态,如此循环,电路进入振荡状态。
3、
正常工作
电路进入振荡状态以后,在Q1的发射极和Q2的集电极之间产生方波,Q1饱和时,Q2截止时,形成方波上沿,幅度为:[VC-Q1的饱和管压降+R4上的压降)]Q1截止,Q2饱和时,形成方波下沿,幅度为:[Q2的饱和管压降+R6上的压降]。又C7C8组成无源半桥中点的电压为VC/2。所以可以将该方波看作是交变方波,方波上沿为:[VC/2-Q1的饱和管压降+R4上压降)],方波下沿为:[Q2的饱和管压降+R6上压降)-VC/2],此方波电压经过L2C6的串联作用滤波,其波形接近正弦波,因为频率接近串联谐振频率,在C6上产生很高的启动电压,使灯点亮。点亮后灯管可以视作等效电阻。灯管等效电阻是由灯管电压和灯管电流决定的。
假设由Q2的集电极输出电压为幅度150V35KHz的交变方波,灯正常工作时的灯丝电阻为380欧,取C6=6.8nC7=C8=100n,仿真电路及仿真波形如下:
四:影响镇流器工作频率的因素
(1)
次级磁环匝数N1N2以及R3R5控制三极管的饱和程度,饱和程度越深,退出饱和越慢,工作频率越低,反之亦然;
(2)
磁环的磁导率越大,工作频率越低;
(3)
发射极反馈电阻R4R6越大,负反馈作用越强,三极管越不容易饱和,工作频率越高;
(4)
灯管等效电阻越大,时间常数τ=L/R越小,工作频率越高;
工作环境温度上升,基极发射极电压UBE减小,存储电荷与存储时间变大,工
发表于 2021-11-13 20:37:05 | 显示全部楼层
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