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一种基于555时基芯片的高频逆变电源的设计与实现

2013-06-07 10:42
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  氙灯作为一种高功率强光源,有着广泛的用途,其主要原理是通过光源内部的高频逆变电路,为高压氙灯提供稳定的高压电源。文中设计了一个高频逆变电源电路用以实现同样的功能。

  电路结构与原理

  1.1 555单稳电路

  555单片机时基电路是一个高度稳定的控制器,能产生精确的时间延迟或振动的条件。在时间延迟模式的运作,时间是由一个外部电阻和电容精确控制的。在一个稳定的操作中,振荡器、自由运行频率和责任周期都是由两个外部电阻和一个电容精确控制的。电路可以被下降的波形触发与重置。

  将555电路的6,7脚并接起来接在定时电容C上,用2脚作输入就成为脉冲启动型单稳电路。电路的2脚平时接高电平,当输入接低电平或输入负脉冲时才启动电路,如图1所示。下面分析它的工作原理:

一种基于555时基芯片的高频逆变电源的设计与实现

  (1)稳态:接上电源后,R=1,S=1,输出Vo=0,D端接地,C上的电压为0即R=0,输出仍保持Vo=0,这是它的稳态。

  (2)暂稳态:输入负脉冲后,输入S=0,输出立即翻转成Vo=1,D端开路,电源通过RA向C充电,暂稳态开始。经过时间TD后,C上电压上升到大于 2/(3VCC)时,输入又成为R=1,S=1,这时负脉冲已经消失,输出又翻转成Vo=0,暂稳态结束。这时内部放电开关接通,D端接地,C上电荷很快放到零,为下一次定时控制作准备。电路的定时时间TD=1.1RAC。这两种单稳电路常用作定时延时控制。

  1.2 电路原理

  根据555芯片设计了电源电路,并画了PCB板图进行实物焊接。焊接完成后,进行实际调试过程中不断出现一些问题,如变压器T1刚开始只能够输出预想电压的一半(350~450 V);还有功率管经常在接上电源数分钟后就会发烫,检测后发现是震荡频率不够,减小其左边电感L1即可。在调试过程中,经过不断修改完善,最终达到预想功能。图2为电路原理图。

一种基于555时基芯片的高频逆变电源的设计与实现

  电路中,U3和U5都采用NE555D芯片。其中U3采用555单稳电路,U5则为555多谐振荡电路,U5的输出端(3脚)为U3提供周期性矩形脉冲。整个电路通过U3产生的脉冲调制信号来控制Q4的导通与截止。从而实现Q1的导通与截止。从而在变压器T1中第1脚和2脚之间的绕组之间产生了交变的电流信号,再通过变压器的电压变化实现960 V和120 V的交流电压输出。再通过同步脉冲控制C19的充电和放电实现变压器T2的二次升压实现输出7000 V的交流信号输出。最后960 V和7 000 V的输出电压通过耦合电路对高压氙灯进行点火。

一种基于555时基芯片的高频逆变电源的设计与实现

  图3为电路实物图。

  频率计算公式:

  f=1/(1.1RC)

  占空比计算公式:

  q=(R1+R2)/(R1+2R2)

  经实际调试,得到占空比为3/4;频率为104Hz。

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