基于TL494的井下高频开关电源应用分析.pdf

8 2 东 撼晨 舛 技 2 0 1 0 年 第2 期 基于 T I A9 4的井下高频开关电源应用分析 李燕 ， 肖龙斌 ， 尹晓林 1 ． 中国矿业大学应用技术学院 ， 江苏徐州2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 肥城矿业集团公司， 山东 肥城2 7 1 6 0 8 摘要该文主要介绍了煤矿井下运输、 提升、 通风等各控制系统中经常使用的基于集成电路T I A 9 4的高性能开关电源的应用分析。 关键词T I A 9 4 高频开关电源过电流保护软启动 中图分类号 T D 6 1 4 文献标识码A 当前在井下运输、 提升、 通风等各控制系统中常 需要高频、 高性能、 功能强大的开关电源来辅助各控制 设备的运行， 而以前应用的开关电源大都使用简单模 拟电路实现， 其功能及稳定性都不是很理想， 鉴于此 ， 本文介绍了一种基于集成电路 T I A9 4的高性能开关电 源在井下各控制系统的具体应用。 1 T I A9 4芯 片 T I A 9 4是一种电压控制模式的 P WM控制和驱动 的集成 电路芯片。由于它具有两路 相位差 1 8 0 。 的 P WM驱动信号输出， 所以被广泛地用来构成电压控制 模式的单端式 正激式和反激式 和双端式 半桥式， 全桥式和推挽式 开关稳压 电源 电路 ， 它 内部包含两个 独立的误差放大器 ， 一个频率可调的振荡器， 一个死 区 时间控制比较器， 一个脉冲触发的控制器和一个稳压 精度可达5 ％的内部基准电压源． 误差放大器的输入 共模电压范围为 一 0 ． 3 V一2 V， 死区时间控制比较器 的 控制范围为死区时间的 5 ％， 内部振荡器的振荡频率 不仅可通过外接的定时电阻和定时电容来调节， 而且 还可以同步工作于外同步时钟源的频率上。 1 ． 1 主要功 能 1 具有完整的 P WM控制和驱动电路； 2 具有 2 0 0 mA吸收和输出电流的驱动能力； 3 具有双端或 单端并联工作能力； 4 具有两路相位差 1 8 0度的输出 驱动级； 5 具有死区时间可调功能， 因而可实现过 热， 过压和过流等参数范围的控制； 6 内部 5 V基准 电压源具有 5 ％稳压精度 ； 7 具有外同步功能 ； 8 工 作频率可在 1 ～ 3 0 0 H z 之间任选 ； 9 输入电源电压可 高达4 0 V 。 1 ． 2 T L 4 9 4的电气特征 表 1 2 T I A 9 4在井下高频开关电源中的具体应用 }收稿 日期 2 0 0 91 l 一1 8 作者简介 李燕 1 9 8 6一 ， 女， 山东临沂人 ， 在山东肥城矿业集团 电力公司工作多年， 2 0 0 7 年就读于中国矿业大学电气工程及自动化 专业， 曾多次发表专业学术论文。 表 1 T I A 9 4的电气特征 Ⅱ49 4 C 项 目 符号 单位 m aX 电源 电压 V e e 7 4 0 V 误差放大器 V 1 一O ． 3 2 V 输入电压 输出电压 V C E R 40 V 输 出电流 1 个 电路 I C 2 0 o m A 误差放 大器 同步 电流 1 0 A MP O ． 3 mA 计时器容量范 围 C T 0 ． 4 7 1 O 0 o O n F 计时期阻抗范 围 R T 1 ． 8 5 0 0 k Q 振荡器频率 F O S C 1 3 3 0 k H z 动作稳定范围 T O P E 一 2 O 8 5 ℃ 基准 电压 VR E T 4 ． 7 5 5 ． 2 5 V 2 ． 1 基于T I A 9 4的井下开关电源电气原理图 图 图1 基于T I A9 4的井下开关电源电气原理图 2 ． 2 过 流保 护 的方 法 为防止误操作造成的输出短路， 电源需要添加过 流保护功能， 过流保护一般在达到额定电流 1 2 0 ％的 点开始动作。过流保护功能的作用是不让输出电流超 过某一额定值， 实际上， 它是通过降低输出电压来实现 保护动作的。如设负载电阻为 R L ， 短路电流为 I S C， 那 么 V 0 I S C R L 。由此可知 ， 减少输 出电压 ， 即可限 制短路电流 I S C 。因此， 在 P WM控制电路中， 一旦检 测到出现过流， 只要减小晶体管的导通时间， 其输出电 压就会降低 ， 起到过流保护作用。 2 0 1 0 年 第2 期 互 瞧晨 斜l技 8 3 K J 2 0 0 0 N 综合 监控 系统 应 用 刘世 刚 鹤岗矿业集团公司 新岭煤矿， 黑龙江 鹤岗1 5 4 1 0 0 摘要地面中心站经过网络传输接 口 采用光缆与井下分站连接通讯， 通用工业以太阏数据传输接13 设备。带冗余的光纤环网功能， 为系统 的可靠运行提供 了多重保 障。 关键词K 脚N监控 系统升级改造应用 中图分类号 T D 7 6 文献标识码C Ap p l i c a t i o n o f KJ 2 0 0 0 N Co mp r e h e n s i v e Mo n i t o r i n g a n d Co n t r o l l i n g S y s t e m L i u S h i g a n g X i n l i n g C o a l Mi n e ，H e g a n g Mi n i n g I n d u s t r y G r o u p C o m p ， He g a n g 1 5 4 1 0 0 ， C h i n a Abs t r ac t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e u p g r a d e d K J 2 0 0 0 N c o mp r e h e ns i v e mo mt o fin g s y s t e m o f the o v e r a l l s t r u c u l r e．s o f t wa r e a n d h a n d w 玳t e c h n o l o g y i n n o - v a tio r l ，p r o t e c ti o n f o r the mede mi z a t i o n o f p r o d u c t i o n a n d ma n a g e me n t ． Ke y wo r d s KJ 2 0 0O N mo n i t o r i n g s y s t e m a p p l i c a tio n o f u p g r a d i n g a p p l y K J 2 0 0 0 N综合监控 系统 以下 简称 K J 2 0 0 0 N系 统 是 K J 2 0 0 0系统的升级替代产品， 完全能够利用原 有系统的可利用资源， 是一套集安全生产、 网络管理为 一 体的大型综合煤矿监测监控系统。 1系统总体结构 K J 2 0 0 0 N系统由地面中心站、 网络传输接 口、 井下 分站、 井下防爆电源、 各种矿用传感器、 矿用机电控制 设备及 K J 2 0 0 0 N安全生产监测软件组成。 地面 中心站是 整个 系统 的控制 中心 ， 安装 在地 面 计算机房。井下部分包括 K J 2 0 0 7 F ， G等 井下分站， K D W6 B隔爆兼本质安全型电源， 各种安全 、 生产监测 传感器， 报警箱和断电控制器等。井下分站和传感器 收稿 日期 2 0 0 9一l 21 8 作者简介 刘世刚 1 9 6 4一 男， 黑龙江鹤岗人， 工程师， 1 9 8 9 年毕 业于齐齐哈尔铁路运输学校铁道运输专业， 现从事通风瓦斯监测监 控技术管理工作。 安装在井下具有煤尘、 沼气、 一氧化碳等危险气体的环 境中， 对煤矿井下的各种安全、 生产参数进行实时监测 和处理 ， 并将安全生产参数及时传输到地 面中心站。 各种数据由分站和 中心站处理 ， 并 能按要求直接发出 声 、 光报警和断电控制信号。地面 中心站经过网络传 输接 口采用光缆与井下分站联结通讯。通过 K J 2 0 0 0 N 系统可以准确、 全面地了解井下安全情况和生产情况， 实现对灾害事故 的早期预测和预报， 并能及时地 自动 处理 。 2软件 技术 创新 2 ． 1 软件的主要技术特点 服务器端操作 系统选用 Wi n d o w s 2 0 0 0 S e r v e r 或 Wi n d o w s 2 0 0 3 S e r v e r ， 保证软件运行在先进 、 可靠 的操 作系统平台上， 大大提高 了监控软件整体的可靠性和 稳定性。 2 ． 3 软启动的实现 输入电压接通时， 正向变换器方式需要通过软启动 电路使输出电压平缓的上升， 之所以这样是因为电源处 于启动状态时输出电压为零。如果没有软启动电路， 开 关晶体管的控制信号在最大 O N宽度时进行动作。由于 输出侧的平滑电容器两端的电压也为 v 0 ， 因此会产生极 强的充电电流， 结果将导致开关晶体管的集电极电流超 出额定值， 甚至造成原器件的损坏。电路启动时刻， 控 制信号的导通时间先是很窄， 然后再慢慢变宽。控制 I C 内部的P WM比较器的直流控制信号随电容器的充电时 间慢慢变化， 于是来 自振荡器的三角波的箝位电平也慢 慢变化， 从而使电路实现软启动动作。 2 ． 4 死 区时间 的控 制 由于变压器的复位关系， 正向变换器 的最大 占空 比被限制在 D m a x 0 ． 5 ， 如果换成 P WM 变换器， 那么 占空比可扩展到 D1 。这样就需要增加一项死区时 间控制功能 ， 以便能够从外部来设定 P WM控制的最大 O N时间。T I A 9 4的引脚 4就是死区时间校正端子。 I C内部振荡器的三角波电压在 0 ． 2～0 ． 3 V之间， 三角 波 电压高于引脚 4的电压 的时 间就是控制 信号的 T O N 。因此 ， 通过设定引脚 4的电压便可决定 P WM输 出的最大 O N时间。 参考文献 [ 1 ] 王增福等。软开关电源原理与应用。北京， 电子工业出版社， 2 0 O 6 [ 2 ]曲学基。新编高频开关电源。北京， 电子工业出版社。 2 0 0 5