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    浔之漫智控技术(上海)有限公司

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  • 公司认证: 营业执照已认证
  • 企业性质:私营企业
    成立时间:2017
  • 公司地址: 上海市 松江区 永丰街道 上海市松江区广富林路4855弄52号3楼
  • 姓名: 聂航
  • 认证: 手机已认证 身份证已认证 微信未绑定

    6ES7216-2BD23-0XB8代理订购

  • 所属行业:电气 工控电器 DCS/PLC系统
  • 发布日期:2024-07-19
  • 阅读量:15
  • 价格:面议
  • 产品规格:模块式
  • 产品数量:1000.00 台
  • 包装说明:全新
  • 发货地址:上海松江永丰  
  • 关键词:西门子代理商,西门子一级代理商

    6ES7216-2BD23-0XB8代理订购详细内容

    6ES7216-2BD23-0XB8代理订购

    一、自控系统的硬件选择 
        污水处理主要是顺序逻辑控制,这正是PLC控制的优势所在。在此工程中,PROFIBUS主站选S7-300 PLC,分布式IO选用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO。DS300B系列是可扩展模块。PROFIBUS通讯适配器CC-PB-1.0带有标准PROFIBUS-DP接口,开关量、模拟量模块通过冗余的CAN BUS进行扩展,多可以扩展16个模块。各种单的模块之间可进行广泛的组合以用于扩展。人机界面选用昆仑通态,并配北京鼎实公司的PROFIBUS转MODBUS桥接模块,使昆仑通态HMI连接到DP总线上。 
    二、总体控制要求及功能 
    污水处理厂自控系统的要求是对污水处理过程进行自动控制和自动调节,使处理后的水质指标达到要求的范围;在中控室发出上传指令时,将当前时刻运行过程中的主要工作参数(水质参数、流量、液位等)、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息上传到中控室。功能如下: 
    (1)控制操作: 
    在控制室能对被控设备进行在线实时控制,如启停某一设备,调节某些模拟输出量的大小,在线设置PLC的某些参数等。 
    (2)显示功能: 
    用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况,以及各现场的状态参数。 
    (3)数据管理: 
    依据不同运行参数的变化快慢和重要程度,建立生产历史数据库,存储生产原始数据,供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析,得出一些有用的经验参数,有利于优化曝气池的准闭环控制,并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。 
    (4)报警功能: 
    当某一模拟量(如电流、压力、水位等)测量值过给定范围或某一开关量(如电机启停、阀门开关)阀发生变位时,可根据不同的需要发出不同等级的报警。 
    (5)打印功能: 
    可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。打印方式可分为:定时打印、事件触发打印。 
      
    三、系统构成及其布局 
    如果采用常规集中控制方式,将现场信号通过电缆连接到集中控制室内的PLC上,由于工艺线路长、现场控制点分布范围广,需要敷设大量的电缆及桥架,且现场环境恶劣、施工难度非常大。鉴于此,采用了PROFIBUS现场总线技术,根据工艺划分,系统共设了两个主站、两个子站、两个操作员站。主站采用CPU315-2DP,子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO远程模块,用于现场数据的采集和控制,并借助PROFIBUS(工业现场总线),方便控制网络系统的建立。其自控系统见下图: 



    控制级主要功能是接收管理层设置的参数或命令,对污水处理生产过程进行控制,将现场状态输送到管理层。根据本厂工艺流程和总平面布置,结合马达控制MCC的位置和供配电范围,按照控制对象的区域、设备数量,以就近采集和单元控制为划分区域的原则,在曝气池旁中控室设主站PLC。在进水泵房、脱水机房设两座现场子站,主站与现场子站之间采用PROFIBUS-DP现场总线。现场子站采用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO,每个DS300B由1个PROFIBUS通讯适配器模块和其它若干数字量、模拟量输入及输出模块组成。 
    进水泵房现场从站PLC-1监控范围为粗格栅、进水泵房、细格栅、沉砂池等,其主要控制对象为粗细格栅间的粗细格栅及进水电动闸门、进水泵房的污水提升泵、沉砂池的排砂装置和砂水分离等设备,此外,还负责进水水质如PH、SS(浊度测量)等参数的在线检测。其I/O配置为:DI=138、DO=58、A1=16 、AO=4。 
    脱水机房现场子站PLC-2监控范围为脱水机房、储泥池,其主要控制对象为储泥池的搅拌器、电动阀门,脱水机房的进泥泵、输送机、浓缩机、加药系统等设备。其I/O配置为:DI=48、DO=16、Al=8。 
        曝气池主站PLC监控范围为厌氧池、曝气池、鼓风机房,主要完成对处理工艺参数的监测控制,如对溶解氧、污泥浓度、pH值、ORP值等参数的测控。对曝气设备、搅拌设备、排水设备及剩余泵等进行操作控制,以满足对处理出水水质的要求。其I/O配置为:DI=184、DO=60、A1=24。 
    5、系统软件 
    计算机操作系统采用Microsoft bbbbbbs 2000 Professional中文版操作系统。历史数据库采用Microsoft SQLServer 2000中文版软件。上位机软件采用Wincc5.1组态软件来实现。 
     2)MCGS组态软件实现了对整个系统的开关量、状态量、电量、模拟量的采集和处理,并显示在工作站的HMI上;对一些污水处理厂重要的物理量如各个进水泵的电流、频率、出口压力等都实时显示在工作站的主界面上,便于调度员及时掌握系统的运行情况。 
     3)数据库服务器上安装Microsoft SQL2000中文版数据库软件,用来储存整个污水厂重要的历史数据,通过MCGS与Microsoft SQL 2000的通讯来读取历史数据。单设计一个数据库服务器可以避免因为系统局部故障导致历史数据丢失现象的发生。 
     4)STEP7可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的6种(STL、LAD、FBD、CFC、SFC和SCL)进行编程。 
      
    6、结束语 
    通过应用北京鼎实公司DS300B系列分布式IO替代西门子ET200方案,在保证工程质量的前提下大大降低了硬件成本。此方案自控系统在该污水处理厂投入使用以来,运行至今系统稳定、。设备具有调试简单、操作方便、使用、效、故障率低,污水处理效果好的特点,提高了劳动生产率,同时由于软硬件均采用模块化结构,方便了工程技术人员的安装、调试和维修。


    在现代工业控制中,采用变频器控制电动机的电力拖动系统,有着节能效果显著,调节控制方便,维护简单,可网络化集中远程控制,可与PLC 组成控制系统等优点。变频器的这些优点使其在工业自动控制领域中的应用日益广泛。本文对变频器应用中的故障问题进行了分析,并介绍了处理方法。
    1 变频器应用中的一些问题
    1.1 谐波问题
    变频器的主电路中起开关作用的器件,在通断电路的过程中,都要产生谐波。较低次谐波通常对电动机负载影响较大,引起转矩脉动;而较高的谐波则使变频器输出电缆的漏电流增加,使电动机出力不足。谐波干扰还会导致继电保护装置的误动作,使电气仪表计量不准确,甚至无法正常工作。
    1.2 噪声与振动问题
    采用变频器调速,将产生噪声和振动,这是因为变频器输出波形中含有高次谐波分量。随着运转频率的变化,基波分量、高次谐波分量都在大范围内变化,很可能与电动机的固械振动频率发生谐振,而这种谐振是噪声与振动的来源。
    1.3 发热问题
    变频器在运行中由于内部损耗而产生热量,这种热量主电路占98%,控制电路占2%左右。同时在夏季环境温度过高,使变频器温度上升,温度可高达80~90℃,由于变频器是电子装置,内含电子器件和电解电容等,温度过高易造成元器件失效,使液晶屏幕数据无法显示,还经常会发生变频器保护动作的现象。
    因此,将变频器输出的谐波抑制在允许的范围内,同时或减弱噪声与振动,对变频器进行散热,以延长变频器的使用寿命。
    2 变频器应用中一些问题的分析与处理
    2.1 对谐波问题的处理
    对谐波问题的处理就是切断干扰的传播途径和抑制干扰源上的高次谐波。
    切断干扰的传播途径有:
    1)切断共用接地线传播干扰的途径动力线的
    接地与控制线的接地应分开,即将动力装置的接地
    端子接到地线上,将控制装置的接地端子接到该装
    置盘的金属外壳上。
    2)信号线远离干扰源电流的导线布线分离对这种干扰行之有效,即把高压电缆、动力电缆、控制电缆与仪表电缆、计算机电缆分开走线。
    抑制干扰源上的高次谐波的方式有:
    1)增加变频器供电电源内阻抗通常电源设备的内阻抗可以起到缓冲变频器直流滤波电容的无功功率的作用,内阻抗越大,谐波含量越小,这种内阻抗就是变压器的短路阻抗。因此,选择变频器供电电源时,选择短路阻抗大的变压器。
    2)安装滤波器在变频器前加装LC 型无源滤波器,滤掉高次谐波,通常滤掉5次和7次谐波。
    3)安装电抗器在变频器前侧安装线路电抗器,可抑制电源侧过电压。
    4)设置有源滤波器有源滤波是自动产生一个与谐波电流的幅值相同且相位正好相反的电流,从而可以有效地吸收谐波电流。
    2.2 对噪声与振动问题的处理
    1)当变频器输出中的低次谐波分量与转子固械频率发生谐振时,则噪声增大;当变频器输出中的高次谐波分量与铁芯、机壳、轴承架等,在各自固有频率附近处发生谐振时,则噪声增大。
    变频器传动电动机产生的噪声特别是刺耳的噪声与PWM控制的开关频率有关,尤其在低频区为显著。要解决这一问题,一般在变频器输出侧连接交流电抗器。如果电磁转矩有余量,可将u/f 设定小些,以平抑和降低噪声。
    2)变频器工作时,输出波形中的高次谐波引起的磁场对许多机械部件产生电磁策动力,策动力的频率与这些机械部件的固有频率接近或重合时将发生谐振。对振动影响大的主要是较低次的谐波分量,在PAM 方式和方波PWM方式时有较大的影响。但采用SPWM方式时,低次的谐波分量小,影响亦变小。
    减轻或振动的方法是在变频器输出侧接人交流电抗器以吸收变频器输出电流中的高次谐波电流成分。采用PAM方式或方波PWM 方式的变频器时,可改用SPWM方式变频器,以减小脉动转矩,就可以减弱或振动,防止机械部分因振动而受损。
    2.3 对发热问题的处理
    通用变频器的运行环境温度一般要求在-l0 ℃~+50℃。为保证变频器地工作,并延长变频器的使用寿命,对变频器进行散热。冬天可以利用变频器的内装风扇将变频器箱体内部的热量带走;夏天温度本身就有40 ℃,利用变频器的内装风扇带走的内部热量只能使室内和变频器箱体温度升高,此时的办法是利用窗户或在机配电室紧邻变频器箱体的墙壁上下方均匀适当地打几个φ500 mm的洞,同时确保控制柜内变频器周围留有一定的空间,保持良好的自然通风。这样还不行的话可以打开风扇,或在洞口加装排气扇和风道,将变频器产生的热量强制抽出室外。后可考虑采用空调对安装变频器的空间环境进行强制降温。

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    0 引言
    变频调速技术从上世纪90 年代中期开始应用在我厂设计生产的机电产品中。我厂的机电产品主要是电站起重设备,起重设备在电气传动中属于一种比较特殊的负载类型,从传动角度来说它强调的是动态性能,从控制角度来说重视系统对性和性的能力。因此,变频调速系统的设计应注意以下几个方面。
    1 变频器控制方式的选择
    控制方式是决定变频器使用性能的关键所在,所以,确定负载特性,要弄清变频器控制的对象是什么。其实只要按负载特性设计系统满足使用要求、调速方便、运行就可以了,这样才能做到量才使用、经济实惠,降低设计成本,并非档次越高越好。
    1.1 提升机构
    提升机构的负载特性是位能性负载,也是恒转矩负载。它对起动性能的要求是低速大转矩,甚至有时需要达到零速满转矩,力矩响应要快。这就要求变频器能够产生比负载转矩大的转矩,出的这部分转矩用于加速。位能性负载还要求在全速度范围内力矩衰减要尽可能小,能经常地快速制动。下降时调速系统处于再生制动状态,将再生的电能回馈到电网上或消耗在电阻上,同时要有足够高的频率分辨率。所以,选择具有高起动性能、力矩响应快、低速力矩特性好,是起重设备对变频器的主要要求。
    ABB 公司的ACS800 系列是ACS600 系列的二代采用DTC技术设计的变频器,DTC控制技术也就是直接转矩控制,它是目前的控制交流异步电机的方式。直接转矩控制以测量电机电流和直流电压作为自适应电机模型的输入,该模型每隔25μs产生一组的转矩和磁通实际值,转矩比较器和磁通比较器将转矩和磁通的实际值与转矩和磁通的给定值进行比较,给出其开关位置。由此可以看出它是通过对转矩和磁通的测量,实时调整逆变电路的通断状态,进而调整电机的转矩和磁通,以达到控制的目的。它能够在开环方式下对转速和转矩进行准确控制,在零速附近区域达到1.5 倍额定力矩。如果再配上提升机软件,就使得提升机构有了的运行性和的提升性能。
    Siemens 公司的6SE70系列变频器,采用的控制方式是磁场定向闭环控制,也就是矢量控制,它适用于高动态性能传动的频率控制和转速控制等。矢量控制可以达到同直流传动系统相的动态性能,它能准确地推断和调节转矩电流分量和磁通分量,其调节频率可达2.5 kHz,所以预先给定的转矩可以准确地维持和限定,当调速范围<1∶10 时可以不用测速编码器,它的过载电流为额定电流的1.36 倍。6SE70系列变频器的另一个大特点是具有丰富的软件功能,其软件提供了大的可操作性和灵活性。上述两种变频器在相同容量下,ABB 的ACS800系列的价格要Siemens公司的6SE70系列。
    1.2 行走机构
    行走机构的特点是电机正反向运行,始终处于电动状态,无发电运行工况,机构起制动时间较长,所以变频器选用无特殊限制,可用性比较宽。Siemens公司的6SE440 系列通用型变频器是性价比较高的一种选择。
    2 变频器容量的选择
    负载特性一旦确定变频器容量可以用三个参数来表述,即变频器的功率、额定电流和大电流。在这三个电气参数中,额定电流是一个反映变频装置负载能力的关键量,因此应保证在无故障状态下负载总电流不允许过变频器的额定电流,同时还应使电机的起动电流小于变频器的大电流,也就是说变频器的过载能力一定要包络电机过载能力。这是选择变频器的基本原则,下面举例说明。

    查变频器选型手册,变频器过载能力ABB 为1.5,Siemens为1.36;
    Imax为变频器大输出电流,此值在电机轴功率为额定功率的150%时可以连续工作10 s。
    依据以上三条选用ABB公司的ACS800 系列变频器,订货号为ACS800-01-0050-3,变频对应参数如下所列:
    额定功率Pe=30 kW;
    视在功率Smax= 39.49 kV·A;
    额定电流Ihd=60 A;
    大电流Imax=112 A。
    显而易见,均满足变频运行电机YP2200L2-6的要求。
    需要注意的是现在变频调速系统中选用的电机大多为变频电机,变频电机的基准工作制为S1 (连续定额),但是它也可运行在S3 (反复短时)工作方式下。当电机运行在S3工作方式时,电机的出力须增加15%。水电站上用于启闭闸门的起重设备多为S3工作方式,计算选择提升电机容量时,应满足S3工作方式下传动机构的需要。因此,在选择变频器时一定要知道机构运行在哪一种工作制下,否则会造成变频器选小的可能。
    3 快速熔断器的选择
    变频器使用快速熔断器作为短路保护。由于变频器内半导体和晶闸管的热容量低,承受过载能力差,所以在发生过载或短路时希望断电。快速熔断器在1.1 倍额定载荷电流时工作4~5 h都不会熔断,但在4~6倍额定电流时仅0.02~0.03 s即熔断。国产RS3型熔断器常用于大容量晶闸管器件的的短路保护,它分断能力强,限流特性好,功率损耗低,能保护半导体器件及其成套装置。
    熔体额定电流按IR≥ 1.5Ih来选择,Ihd为变频器连续额定电流,1.5 为变频器容许的过载电流倍数(ABB),不同厂商的变频器过载电流倍数是不同的。
    4 制动电阻器选择
    位能性负载在下降过程中,电机处于发电运行状态并产生制动作用,此刻变频器吸收电动机的动能,再生能量将存储在变频器的中间直流电路的储能电容中,导致变频器的直流母线电压上升。当制动功率过变频器的功率损耗时,中间电路的电压上升会使变频器保护跳闸。因此在中间电路放置一个负载以吸收制动功率,负载由一个制动模块和一个外部电阻器构成,制动模块也就是常说的制动斩波器。有了这个制动单元后,当变频器的中间回路电压过设定的限值时,制动单元就开始起作用。有的变频器厂商已经把制动斩波器集成在变频器的内部,有的作为变频器的可选件,在位能性负载中制动斩波器是选配的。制动电阻器应依据负载特性计算所得,一般按以下方法进行选择。

     

    方法一的计算值要略小于方法二的计算值,也可以用两种方法分别计算,选电阻器时将制动功率向上靠,电阻值向下靠,这样可以保有大的电流泄放空间。在水电站一些高扬程起重机上这一点很重要,因为电阻器在不同工作制和暂载率下的电流值是不相同的,如果电阻器选择不恰当,仍然会造成直流过压故障。
    5 注意事项
    1)变频器的工作环境变频器的额定容量及参数是针对一定的海拔高度和环境温度而设计的,一般海拔在1 000 m以下、温度在40℃以下不需要降容。若使用环境出该规定,在选择变频器时要考虑由此造成的降容因素。
    2)变频器主电路的连线变频器的输入线R、S、T,输出线U、V、W 和接地线不能错接,否则会造成严重后果。水电站起重设备上的变频器与电机之间距离比较长,在选择电缆时除了考虑载流量以外还应考虑电压降,一般要求△U≤(2~3)%U。从变频器到电机之间的动力电缆选用屏蔽电缆,这样可降低电磁辐射和容性漏电流。当电缆长度过变频器所允许的输出电缆长度时,电缆的杂散电容将影响变频器的正常工作,此时就要配置输出电抗器。
    3)变频器的接地正确接地是提高控制系统灵敏度、抑制噪声能力的重要手段。变频器应分别和大地相连,不允许一台变频器的接地端和另一台变频器的接地端相联接后再接地,也不允许与动力设备接地点共地。接地线应短而粗,接地电阻值越小越好。
    4)防止电磁波干扰变频器在工作中由于整流和变频产生高次谐波,会引起电网电压波形的畸变,对周围的仪表、仪器有一定的干扰,变频器容量越大,这种影响越严重。因此,一些仪表、电子系统,PLC等应尽量避免与变频器同装在一个柜体内,控制电路应用变压器进行隔离,电气元件、仪器及仪表之间的连线应选用屏蔽电缆,屏蔽层应接地。
    5)变频器的防雷变频器中一般都设有雷电吸收网络,主要防止瞬间的雷电侵入,使变频器损坏。
    但在实际工作中,单靠变频器的吸收网络是不能满足要求的,在雷电活跃地区这一问题尤为重要。水电站的起重设备大多是移动设备,电源是通过电缆引入的,应做好线路上的防雷防浪涌保护,在电源进线端加装一只三相电涌保护器基本上能够解决雷击问题。
    6 结语
    变频调速系统的设计,应以负载的机械特性为主要设计参数,保证系统的动静态指标良好,合理选择变频器,并解决变频调速系统设计中的实际问题,才能使所设计的变频调速系统具有高的静动态指标和良好的性能价格比。

    有源电力滤波器(Active Power Filter,APF)能对幅值和频率都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿。与无源电力滤波器相比,APF具有高度可控性和快速响应特性,并能跟踪补偿各次谐波,自动产生所需要的变化的无功功率,其特性不受系统影响,无谐波放大的危险,相对体积小、重量轻等优点。
    四川大学在多年跟踪研究有源电力滤波技术的基础上,经过多次研制和实验改进,成功地研制了三相四线制、三相三线制、单相并联型有源电力滤波器,投入试运行,运行效果良好。
    1 有源电力滤波器的主要技术参数
    1)电网参数三相三线或三相四线,380(1±10%)V,50(1±2%)Hz;
    2)额定补偿容量16~789 kV·A;
    3)额定补偿电流25~1 200 A;
    4)谐波电流补偿前THDi≤50%时,补偿后THDi≤5%,补偿前THDi>50%时,可补偿总畸变THDi的以上;谐波次数n=2~21;
    5)谐波电压THDi≤5%,谐波次数n=2~21;
    6)功率因数cos渍≥0.95;
    7)响应速度约10 kHz;
    8)过载能力不存在过载问题,当系统中谐波较大时仍可继续工作;
    9)适应能力当系统阻抗与频率发生波动时,不会影响补偿效果;
    10)阻尼作用不会产生谐振或谐波放大,且对外电路振荡具有阻尼作用。
    2 有源电力滤波器的主要性能
    1)在整流器带阻感负载的情况下,负载电流畸变率较小(THDi≤50%),APF 能够对该条件下负载电流进行补偿,电网电流畸变率可下降到5%以下。
    2)在整流器带阻容负载的情况下,负载电流畸变率较大(THDi>50%),对APF输出电流能力要求较高,APF能够对该条件下负载电流进行补偿,电网电流畸变率可补偿以上。
    3)在整流负载加一般感性负载的情况下,负载电流与电网电压相位不一致且有畸变,存在无功电流分量和谐波,APF能对无功电流和谐波进行补偿且补偿效果良好,电网功率因数可补偿到接近于1。
    4)当参考补偿电流过APF设计大工作电流时,由于APF 有限流功能,APF 仍能继续工作,不会出现过载,但这时负载电流将不能得到补偿。
    5)在有相间单相负载等存在造成三相不对称时,APF 能对三相不对称进行补偿,使电网电流变为三相对称。
    6)APF具有软起动的功能,起动时不会产生很大的冲击电流;对于断续工作的非线性负载,APF能对断续非正弦负载电流进行补偿,且重起动过程平稳。
    该有源电力滤波器可以在各种不同负载条件下稳定运行,直流侧电压平稳,输出电流跟踪准确,补偿效果良好,工作时的噪声小。
    3 有源电力滤波器的实验结果
    1)30 kV·A有源电力滤波器在某厂180 轧机生产线上的试用情况如图1、图2所示。三相补偿前后的谐波电流如表1所列。


    电源是各种电子设备必不可缺少的组成部分,其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否可*地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类,由于开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态,本身消耗的能量很低,开关电源效率可达80%~,比普通线性稳压电源提高近一倍,目前已成为稳压电源的主品。

    开关稳压电源的结构

    图1画出了开关稳压电源的原理图及等效原理框图,它是由全波整流器,开关管Vi,激励信号,续流二管VD,储能电感和滤波电容C组成。实际上,开关稳压电源的部分是一个直流变压器。这里我们对直流变换器和逆变器作如下解释。逆变器,它是把直流转变为交流的装置。逆变器通常被广泛地应用在采用电平或电池组成的备用电源中。直流变换器,它是把直流转换成交流,然后又把交流转换成直流的装置。这种装置被广泛地应用在开关稳压电源中。采用直流变换器可以把一种直流供电电压变换成性、数值各不同的多种直流供电电压。

    开关稳压电源的优点和缺点

    开关稳压电源优点

    功耗小,效。在图1中的开关稳压电源电路中,晶体管V在激励信号的激励下,它交替地工作在导通—截止和截止—导通的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右,在一些技术的国家,可以做到几百或者近1000kHz。这使得开关晶体管V的功耗很小,电源的效率可以大幅度地提高,其效率可达到80%。

    体积小,重量轻。从开关稳压电源的原理框图可以清楚地看到这里没有采用笨重的工频变压器。由于调整管V上的耗散功率大幅度降低后,又省去了较大的散热片。由于这两方面原因,所以开关稳压电源的体积小,重量轻。

    稳压范围宽。从开关稳压电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来进行补偿。这样,在工频电网电压变化较大时,它仍能够保有较稳定的输出电压。所以开关电源的稳压范围很宽,稳压效果很好。此外,改变占空比的方法有脉宽调制型和频率调制型两种。开关稳压电源不仅具有稳压范围宽的优点,而且实现稳压的方法也较多,设计人员可以根据实际应用的要求,灵活地选用各种类型的开关稳压电源。

    滤波的效率大为提高,使滤波电容的容量和体积大为减少。开关稳压电源的工作频率目前基本上是工作在50kHz,是线性稳压电源的1000倍,这使整流后的滤波效率几乎也提高了1000倍;即使采用半波整流后加电容滤波,效率也提高了500倍。在相同的纹波输出电压下,采用开关稳压电源时,滤波电容的容量只是线性稳压电源中滤波电容的1/500~1/1000。电路形式灵活多样,有自激式和他激式,有调宽型和调频型,有单端式和双端式等等,设计者可以发挥各种类型电路的特长,设计出能满足不同应用场合的开关稳压电源。

    开关稳压电源缺点

    开关稳压电源的缺点是存在较为严重的开关干扰。开关稳压电源中,功率调整开关晶体管V工作在开关状态,它产生的交流电压和电流通过电路中的其他元器件产生尖峰干扰和谐振干扰,这些干扰如果不采取一定的措施进行抑制、和屏蔽,就会严重地影响整机的正常工作。此外由于开关稳压电源振荡器没有工频变压器的隔离,这些干扰就会串入工频电网,使附近的其他电子仪器、设备和家用电器受到严重干扰。

    目前,由于国内微电子技术、阻容器件生产技术以及磁性材料技术与一些技术国家还有一定的差距,因而造价不能进一步降低,也影响到可*性的进一步提高。所以在我国的电子仪器以及机电一体化仪器中,开关稳压电源还不能得到十分广泛的普及及使用。特别是对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器、高反压大功率开关管、开关变压器的磁芯材料等器件,在我国还处于研究、开发阶段。在一些技术国家,开关稳压电源虽然有了一定的发展,但在实际应用中也还存在一些问题,不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点,那就是电路结构复杂,故障,维修麻烦。对此,如果设计者和制造者不予以充分重视,则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今,开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。

    LDO简介

    LDO是一种微功耗的低压差线性稳压器,它通常具有低的自有噪声和较高的电源抑制比(PSRR,Power Supply Rejection Ratio )。

    LDO低压差线性稳压器的结构如图2主要包括启动电路、恒流源偏置单元、使能电路、调整元件、基准源、误差放大器、反馈电阻网络和保护电路等。基本工作原理是:系统加电,如果使能脚处于高电平时,电路开始启动,恒流源电路给整个电路提供偏置,基准源电压快速建立,输出随着输入不断上升,当输出即将达到规定值时,由反馈网络得到的反馈电压也接近于基准电压值;此时误差放大器将输出反馈电压和基准电压之间的误差小信号进行放大,再经调整管放大到输出,从而形成负反馈,保了输出电压稳定在规定值上,同理如果输入电压变化或输出电流变化,这个闭环回路将使输出电压保持不变,即Vout=(R1+R2)/R2  × Vref。



    实际的低压差线性稳压器还具有如负载短路保护、过压关断、过热关断、反接保护等其它的功能。

    LDO应用于开关电源

    目前大多IC设计产商生产的低压差线性稳压器(LDO)典型封装都是SOT23-5和SOT23-3,如圣邦微电子的SGM2007,SGM2013。图3为SGM2007的典型应用电路图。

    目前市场上出售的开关电源中采用双性晶体管制成的开关频率100kHz,用MOS-FET制成的开关频率500kHz电源。开关电源的缺点是产生较强的EMI。EMI信号既具有很宽的频率范围,又有一定的幅度,经传导和辐射会污染电磁环境,对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当,开关电源本身就会变成一个干扰源。当用开关电源做为LDO的输入VIN时要注意LDO电源抑制比和功耗。

    电源抑制比 (PSRR,Power supply ripple rejection ratio)是反应LDO输出对输入纹波抑制能力的一个交流参数,一般输出和输入的频率是一样的,PSRR的值越大说明LDO的纹波能力越强,也就是说输入对输出的影响很小。尽管LDO的电源抑制比很强,但都是在一定频率内的抑制很强,一般的在50KHz到200kHz的电源抑制比还是很差的如图4为SGM2007的PSRR和频率曲线,而这段频率正是大多数开关电源的工作频率,如果LDO的负载和输入输出电容匹配不好,很容易引起LDO振荡。而造成整个LDO供电系统的不稳定。

    目前市场上出售的开关电源大多数都是固定电压输出的,一般常用都是5V输出的,而一般的LDO应用多的是3.3V输出的,在开关电源的输出做为LDO的输入时,就存在一个很大的压差,为1.7V。如果LDO电流很大的话如200mA,那么芯片的温度就会很高,功耗很大,长时间工作在高温的情况下,会影响芯片的工作寿命。

    低压差线性稳压器功耗主要是输入电压,输出电压以及输出电流的函数。下列可用来计算恶劣情况下的功耗:

    PD=(VINMAX-VOUTMIN)ILMAX。其中:PD = 恶劣情况下的实际功耗,VINMAX = VIN 脚上的大电压,VOUTMIN=稳压器输出的小电压,ILMAX=大(负载) 输出电流。

    大允许功耗(PDMAX) 是大环境温度(TAMAX), 大允许结温(TJMAX) (+125℃) 和结点到空气间热阻(qJA) 的函数。对于安装在典型双层FR4 电解铜镀层PCB板上的5引脚SOT-23封装器件,其(qJA)约为250℃/Watt。

    PDMAX=(TAMAX- TJMAX)/ qJA

    VINMAX=3.0V+10%,VOUTMIN=2.7V-2.5%,ILOADMAX=40mA,TJMAX= +125℃,TAMAX = +55℃

    实际功耗PD=26.7mW,大允许功耗: PDMAX=280mW。




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