一种利用AN8026变频器高性能电源设计方案

前言

变频器在能源节约、电力环保方面意义重大，电动机驱动是电能消耗大户，约消耗全国65%发电量，近三十多年来变频调速已在钢铁、冶金、石油、化工、电力等工作中得到广泛运用，其他家用电器例如变频冰箱，变频洗衣机、变频微波炉等也已相继出现，因此设计可靠高性能的变频器电源尤为重要。本文设计的电源采用开关电源控制集成电路AN8026，AN8026为松下公司开发的反激式单端输出开关驱动控制器，其内部采用RC充放电控制的RS触发器作为驱动信号源，其输出脉冲可直接驱动MOSFET开关管，而不必外设灌流电路。

变频技术目前得到了广泛的应用，而变频器的可靠稳定运行决定了变频器性能指标，作为基础硬件，变频器电源的高效可靠运行至关重要。如图1所示为变频器的拓扑结构，主要由整流单元、预充电电路、制动单元和逆变单元组成，从图中可知，变频器电源为驱动电路和控制电路提供直流电源，驱动电路则为逆变单元提供驱动能力强响应速度快的驱动脉冲，因而设计高效可靠变频器电源硬件显得尤为重要。

电源软开关技术及电路原理

AN8026为松下公司开发的反激式单端输出RCC型准谐振软开关驱动控制器，封装为SIP 9脚封装，各个脚号的定义如表1所示，内部框图如图2所示，其特点如下[4]：

·供电电压为下限8.6V到上限34V;

·输出脉冲为单端图腾柱式驱动脉冲;

·输出驱动电流为+1A，直接驱动M0SFET管;

·启动电流为8uA，减小启动电阻功耗;

·内置逐周控制过流保护电路;

·内置滞回特性的输入欠压8.6V保护电路;

·外置稳压管的过压保护电路。

AN8026的极限参数如表2所示，图3为AN8026的电路原理图。软开关电源主要由控制芯片 AN8026、MOSFET K2225、TL431、脉冲变压器TR1等组成。VCC通过启动电阻R1、R3、R5、R6限流分压由直流母线供电，输入直流母线电压等级不同可以调节启动电阻的阻值，当达到启动电压时，变换器开始工作，此后控制芯片由副边+18V辅助绕组供电。

R8将TR1辅助绕组的感应脉冲限流，二极管D6 负向箝位，将2.8V的正脉冲送入第①脚用作TR1的磁通复位检测，可以避免TR1磁能未释放完毕时开关管导通产生的冲击电流，同时保证输出电压的稳定;第②脚外接C10、R14设定最小关断时间，C10设定最小导通时间;第④脚外围以R15作为开关管源极电流传感器，正比于开关电流峰值电压;第⑧脚的过压保护由稳压管ZD4从Vcc端取样，使启动工作电压不超出上限值34V，DZ选用22V稳压管，同时可以实现驱动脉冲失控时输出过压保护;为了防止 AN8026启动前启动电压瞬间超过28V产生误动作使电路不能启动，电路中由C13对瞬间超压尖蜂进行吸收。

开关电源的软开关主要是通过C5、C6、C7和初级绕组电感Lp组成的准谐振电路来实现，具体的器件参数需根据开关电源的开关频率来计算；同时第④脚电流检测实现过流保护；第⑧脚通过R16和C18进行启动时的过压锁定，实现开关电源软启动；通过 TL431组成的反馈路实现输出电压的稳定。实验验证

根据电路原理图设计，利用软件AltiumDesigner Summer 09绘制PCB，并调试样机，图4所示为软开关电源实验波形。

从开关电源实验波形可知开关电源的MOSFET开关管开通和关断时电压应力几乎为零，开关管损耗近似为零，这样大大提高了开关电源效率，同时增加了开关管的寿命，提高了电源的可靠性，进而提高了变频器的可靠稳定性。

结论

本设计方案中的变频器电源板具有高效稳定的工作性能，基于AN8026控制芯片设计的软开关电源效率高、稳定可靠，能够驱动板和控制板的供电需求，从实验结果可知，MOSFET开关管开通和关断时电压应力几乎为零，开关管损耗近似为零，这样大大提高了开关电源效率，同时增加了开关管的寿命，提高了变频器的可靠稳定性，进而证实了该方案的可行性。