一种不间断的门机变频器电源设计
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发布者：sslunwwcom
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时间：2018年8月04日 09:41
摘要：文章运用TOPSwitch开关电源设计了一种具有充放电功能的不间断门机变频器电源，其包括整流电路、TOPSwitch开关电源电路、充放电电路和报警电路，成本低、性能可靠，能够实现过压、欠压报警功能，是一款智能安全的电源。
关键词：门机变频器；TOPSwitch；开关电源；不间断；安全中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0265-02电梯作为一种特种设备，其门机系统性能的稳定和安全至关重要。因此为门机设计一款高性能，高可靠性，成本适中的智能型开关电源具有重要的现实意义。电梯门机系统因其动作频繁且直接面对乘客，因此需要一个运行可靠、安全稳定的电梯门控制系统为乘客提供服务[1]。本设计应用 TOPSwitch芯片，设计了一款具有充放电功能、报警功能的开关电源，使得电源电路大大简化，电源可靠性提高，电磁兼容性能改善，成本降低[2]，且能够大大减少电梯夹人、开关门失灵等事故，具有较高的使用价值[3]。
1 门机变频器系统结构设计
图 1 门机变频器结构图
图 1 是门机变频器结构图。由整流电路、TOPSwitch 开关电源电路、充放电电路和报警电路组成；整流电路将工频交流电变换成直流电，开关电源电路输出三路隔离的直流电源+5V,+15V, +24V。充放电电路在工频电源供电时给电池充电，在工频电源断电时，给开关电源输出电源，实现了电源的不间断性。
报警电路在电源过压、欠压特殊情况发出报警信号，起到警示作用，从而能够增强门机系统的安全性能。
2 门机变频器开关电源电路设计
2.1 整流电路设计
图 2 是变频器电源整流电路，其中 R1、R2、R3 是压敏电阻，用于抑制输入电压的波动。C1、C2、C3 是交流电容，用于吸收电源输入的高次谐波。B1 是整流桥，将 220V 交流电整流成 310V 的直流电。R4 受继电器 RL1 的控制，在电容充电的时候接入抑制冲击电流，在电容充电完成后 R4 短路减小功耗。
图 2 门机变频器电源整流电路
2.2 TOPSwitch 开关电源电路设计
图 3 是 TOPSwitch 开关电源电路。其主要性能指标：输入电压范围：85-265VAC；三路相互隔离的电源输出: 15V/1.2A；5V/1A；15V/1A ，PWM 频率：100 kHz。
图中 T1 为频率 100KHz 的三绕组高频变压器。当TOP227Y 开关管导通时，变压器绕组中储存能量；当其关断时，副边绕组中储存的能量通过肖特基快恢复二极管 D4、D5和 D6 经电感和电容滤波后输出直流电压。
其中，24V 电源经过稳压管，光电耦合器给 TOP227Y 的控制端 C 反馈一电流信号控制器开关占空比的大小以稳定输出电压。
当输出电压高于（低于）24V 时，其稳压过程为：
占空比 。
从而实现了电压输出的负反馈，稳定了输出电压。本电源应用高频变压器，大大减小了电源的体积和重量，节约了成本，提高抗电磁干扰的能力。
图 3 门机变频器 TOPSwitch 开关电源电路
图 4 是门机变频器充放电电路，当工频电源正常时，继电器 RT2 通电，其 1、2 管脚接通，整流桥的输出直流母线电压VPP 将通过三极管 T1、T2，二极管 D14 给蓄电池 BT1 充电。
当工频电源断电时，24V断电，RT2 的 1、3 管脚接通，电池通过D13、C20 控制 VT1 管子给门极变频器提供+5V 电源，保证主控制芯片的正常运行，由此实现了电源的不间断性，保证了电源的安全。由此，本门机变频器电源具有不间断性、安全性、人性化的功能特点。
图 4 门机变频器电源充放电电路
3 门机变频器报警电路的设计
图 5 是门机变频器报警电路，用于检测电池充电电压V1,直流母线电压 VPP 和+15V。当充电电压 V1 高于电池电压，VPP 和+15V 低于某一限定值，OV、LV1 和LV2 三端输出低电平控制与门输出低电平，蜂鸣器响，警示电源工作不正常，能够起到报警的作用。
图 5 门机变频器报警电路
4 结语
TOPSwitch 开关电源由于效率高、体积小、电路设计简单在中小功率电源中得到了广泛应用 [4]。本门机变频器电源应用 TOPSwitch 开关管 TOP227Y 自动反馈电流调节占空比的作用，获得了三路电气上相互隔离的直流电源：15V/1.2A；5V/1A；15V/1A。由于该电源应用的高频开关电源技术，所以其变压器使用高频变压器，大大的减小了电源的体积和重量。同时，该实用新型应用应用继电器、MOS管、三极管等器件，在工频电源断电时，由充好电的电池向电源充电，保证主控制芯片的正常运行，起到了不间断电源的作用。当蓄电池电量充满时，当直流母线电压和+15V 电压欠压时，三个信号将通过与门合成一故障报警信号，增强了电源的安全性。所以，本门机变频器电源不仅具有传统开关电源的轻巧、便利的优点，更具有不间断性、安全性、人性化的功能特点，能够提高门机变频器的安全性能，降低安全事故。
参考文献：
[1] 于生渠．DSP 和变频器技术在电梯门机控制系统中的应用.建材与装饰，2014，10：68-69.
[2] 郑峰，郭吉伟，曾麟钧. 基于 TOP SwitchⅡ的开关电源设计. 通信电源技术.2008，6: 94-97.
[3] 虞晖华．基于 DSP 和变频器的电梯门机控制系统．轻工机械，2013，31:48-49.
[4] 徐艳 霞.TOPSwitch 单片开关电源的原理与应用.通信电源技术，2012，6：33-38.
作者简介：唐美玲（1975-），女，四川资中人，博士研究生，曾从事多年电力电子变频器领域的设计。
