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基于MSK4225的中频电源设计和实现

来源:    作者:    发布时间:2015-03-01 10:23:25    浏览量:

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MSK4225的控制部分采用+12V单电源供电,并设计有一个高电平使能端“HEN”和一个低电平使能端“DIS”,而且使能端控制与TTL电平兼容。信号输入“INPUT”设计为6V±2V,即6V为信号“零”,这时,输出OUTA和OUTB之间的输出信号经过滤波后,其电压为0V;而信号输入在4V和8V时,其输出为最大值。
由于MSK4225的功率变换采用“H”桥变换,并在器件散热底板上集成了4个大功率MOSFET管,故使功率工字电感器件具有良好的散热性能。MSK42-25的最大工作电压为75V,工作电流为20A,其“RSENSEA”和“RSENSEB”端通过采样电阻接地,因而可以对放大器的功率部分提供电流保护。

3 中频电源的总体结电感生产厂家构设计
以MSK4225为核心的逆变电源设计中,可采用DDS芯片AD7008作为正弦信号源,AVR单片机Atmega64作为控制芯片,并附加少量外围控制保护电路。
该中频电源主要由控制电路、正弦信号电路、功率逆变电路和DC-DC直流变换电路等组成。其电源结构框图如图3所示。

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图3所示电路中的AVR单片机ATmega64是电源的控制中枢,主要功能是通过传感器测量电源输出的电压、电流和频率,完成面板各种测量值的显示,面功率电感板设置按键的处理,通过D/A芯片设定电源的输出电压,控制AD7008输出正弦信号的频率和完成电源保护和输出控制等。
正弦信号电路以DDS芯片AD7008为核心,并采用直接数字频率合成技术的数控信号源。它的主要优点是频率精度高,波形失真小,故可很好地解决原来模拟LC振荡器频率不稳的问题,可在较大的频率范围内输出高精度正弦波。AD7008产生的正弦信号经过变换滤波后,可形成以6V为中心幅,峰峰值约为3V的正弦信号。经过功率变换电路MSK4225将其放大为PWM波信号,再经LC滤波,就可得到有效值在20V左右的正弦信号。本设计的功率逆变电路直流高压供电采用大功率DC-DC直流变换电路,其输出电压采用PI调节控制,实际设计中,还可以引入多个控制参数来对电源输出进行综合控制。



4 MSK4225的外围电路设计
由于MSK4225的功率器件为MOSFET管,故其对于电压波动极其敏感。而在实际使用中,由于中频电源负载经常是感性负载,所以,保护电路的设计非常重要,图4所示是其外围电路。

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4.1 电源滤波
为滤除干扰和提高电源的工作可靠性,实际电路中设计了必要的滤波电容。如图4中的电源滤波电容C1、C2为2个2.2μF/100V的陶瓷表贴电容并联,可用于滤除线路高频干扰,其位置需靠近MSK4225/V+管脚;C3为470μF/100V电解电容,主要滤除低频干扰,电容的位置也要靠近器件管脚;Vcc电源滤波电容C4为1μF/25V陶瓷表贴电容;C5为22μ/25V的电解电容。
4.2 保护电路
电路中的D1~D4为MUR460快速恢复二极管,主要用于输出保护,防止负载上产生的尖峰电压损坏输出功率管;D5是稳压值为68V的瞬态抑制二极管P6KE68A,用于吸收电源超过68V以上的浪涌电压,以进行电源过压保护;D6是稳压值为9.1V的齐纳二极管1N4740,用于提供输入的管脚反压以及过压保护,特别是在闭环状态下,电路开始工作的瞬间,INPUT脚可能会出现-11V的负压,从而造成器件损坏;R1为1kΩ电阻,可以防止输入端电流过大。
4.3 输出吸收电路
输出吸收电路由100Ω/2W的电阻Rn和1nF/200V的电容Cn串联构成,该电路用于减少输出高次谐波,避免与负载电路发生谐振。

5 实验结果分析
电源整机组装完成后,便可对电源的各项指标进行测试。使用HP数字示波器,电源输出有效值电压为20V,纵坐标每格为10V,横坐标每格为500&mu片式电感器的用途;s时,其测试波形如图5所示(见第11页)。图中,由于PWM放大器的调制频率较高,波形还原好,波形平滑,故用8903B音频分析仪测定的输出波形失真度都小于1%。另外,由于使用数字频率合成技术,输出信号频率稳定,精度高。因此,通过加载测试显示,负载特性好,电压输出波动小,响应速度较快。

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