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数字控制限流器安全充电大电容器组

2018年6月27日
使用从电容器组充电的电压反馈,基于MOSFET的电流控制方法应用一系列增加的充电电流,以限制浪涌电流。

在上电循环时,浪涌电流(如果不受限制),当存在电容负载时,可以峰值到数百个AMPS,从而提高了装置的失效概率和降低了装置的可用寿命。利用大电容器组,浪涌电流限制器是必要的组件。

作为电压控制电流装置的MOSFET是适合于浪涌限流器的一部分。具有跨电流通过MOSFET的脉冲电流的电源在增加占空比速率下是非常常见的浪涌限流器设计,具有有源组件。然而,这种设计由于电流通常比DC模式中的最大安全电流高的数量级的电流来应力。

该电流限制器电路设计思想基于反馈控制电流,其中电容器跨电容器跨越电容器组的实际电压的电流升高(图。1).控制器根据该电压设定最大充电电流,通过充电电流实时反馈感知控制电流限值。

1.通过控制器的控制器建立最大充电电流,该控制器在充电循环期间测量电容器组两端的电压。

充电电流是根据MOSFET安全运行的直流曲线确定的;其最大漏极电流是漏源极电压(VDS.)。V.DS.整流交流输入电压和V之间的差异是差异在这个设计理念中。电流额定值也很大程度上取决于MOSFET温度。例如,本设计思想中使用的APT75M50L n通道MOSFET的数据表显示,在直流模式下,最大电流≈1 A at VDS.= 300 V,在V处≈4 ADS.= 100V在25℃和150℃的结温的情况下温度。

在实用电路设计中(图2), U1到U5是光伏MOSFET驱动器。为了使电路运行,U1的驱动器首先通过数字开/关控制引脚激活,这反过来驱动功率MOSFET Q1(控制元件)。当U1有源,电容组为0v时,由R3设置充电电流,Q2作为限流器控制Q1的栅源电压。在这个阶段,Q3到Q6没有传导,并且给出Q2的V= 0.48V,将充电电流设定并限制在0.48V /R3≈0.5A。电阻器R16通过R23形成电压分压器,为四边形比较器U6(LM339)的电容器组电压的量度提供,它使用参考电压来自带隙参考U7的2.5 V.

2.光伏栅极驱动器控制MOSFET,其又控制和步骤电流。

每个比较器的作用是用电阻R4到R7来控制支路的电导率,无论是导电的还是截止的,因此根据V设置不同的电流限制.通过给定的电阻值,比较器U6A到U6D将在V时触发超过约60v, 120v, 175v和215v,将使R4到R7的分支分别导电。

例如,当V超过60v时,触发比较器U6A,将其输出设置为低电平。这将打开MOSFET驱动器U2,驱动Q3进入全导电模式,R4支路将开始与R3并联导电。现在通过Q1的充电电流由并联电阻R3和R4 + R决定DS.(Q3的导通电阻,最大值40mΩ),而Q2保持相同的电流限制功能。新的电流限制为0.48 V /(R3 ||(R4 + R.DS.)≈0.9 a。

为了证明该电路的鲁棒性和效率,制作了一个印刷电路板并进行了广泛的测试。输入电压由一个120/240 V交流变压器整流240v交流。充电电流通过一个1-Ω电阻与一个隔离的示波器探头测量。最大电流大约为0.5 A0到60 v;0.9 a for v60到120 V;1.5 A for V.120至180 v;2.25 A for V.180到215 v;和5.7 A for V.高于215 V。

3.电压与时间图显示充电电流变化的拐点(膝盖)。

在V的图像中在充电周期中(图3),不同的膝关点表示不同的充电电流,用线的变化斜率量化。电阻器R1和R8至R11是故障安全措施,使MOSFET在光伏MOSFET驱动器的开路故障的情况下关闭。V.CC.可以是3.3 V或5v与给定的电阻值,或更高,如果电阻值R2, R12到R15,和R24被适当地重新缩放。

Ilija Uzelac是佐治亚理工学院的研究科学家,拥有Vanderbilt University的物理学博士学位,以及塞尔维亚大学的电气工程中的硕士。

参考文献

1)伊利亚·乌兹拉克,”反馈控制恒流限流器包括数字开/关控制,“电子设计

2)Ilija Uzelac和Ron Reiserer,“串联MOSFET增加电压和电源处理,“edn.

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