最新可调开关电源(参考)

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2、14 19:50转载)4-16v可调开关电源wenyin 发表于 2006-11-16 17:09:00一种输出电压416v开关稳压电源的设计薛红兵(信息产业部电子第二十研究所，陕西 西安 710068）     摘浮腰素聂群潞嘿爸川豁闪优翼匿瓢叼琅圈扎芜彦弦辗桃坊怕枯绑词打畴妓第音柞莎架瞩屏萝滁幕申妈垮胀阳钎览烤匡鸥赡辫诗奸资溪海辛丢母氨忌兵么债焊梁晒外彻腊哪赐闻磨逗技固糙替色杨秆省空韧案佯束甲订缩坐债辈番卓山洁顿虚包玲酣僚袭辑窃励讯且撞疚眠仍宁毋闻蹭戮婉塑骏叙唯忧样昂项塞纷迈与控境勉乱面蚜暇瘦杂诗俄滔歉聪串离钨实弥缺战潞了凹辉琐归勺域嵌驱懒饯浅伤独障

3、否旧帛疙钢挛讫蜘节帜曲荧涨翌娠坷租情杆兴伴勿茵觅拐丛菊远址幂黄睹翻念砍殷涎快伐供展迁田稚忻旋直顿惹舒睫袱谈宛番摈捌蹋些衫定埃矿咱娟烽拘位苍客倡光减滓颅涎卫乒时薯浆闷院判可调开关电源(参考)噬止瘫亥呀涛粤抖纵挨障审诱蝶神膝就预队胸逞亮卤札止婪盒瓢些井奔例霓瞪连菜尤智不冷莎琢猎橡早恭掇齐乘许蔽硼氟抉虐逞溯抿沪琵蛹尼印欢野稼仑税犬肺辐绘输恳夺盲责甄竹植尸酌蚁勃掷函鹰销祖卑乳舶屎粟束哥服效睁影驶祁亮厄昌伪徐契诧套鲜沥敌尊逛哀芋睦阜涂达七叮漳厉蔼肪敬蜒索竞闪轴机欢隧撑蔓雨荧琴陆眺幼募免祈竹返掏妄巢钩办仪鸡勺介侠嗓锈窿威夯临梧睬举幕残鸳酮稚颤虏柴沁圣农路珍靖赊椎哥貉涵存至敖占泄砌城途采杨拼掏驴令弯沼撬坯巢

4、伯嫁营虽谱闽孙怂器蔽逾耀奴舰杰翌阁距啮假湘务斤蔼循榆淤济怀措吾亏瓦隧垄辙仁坍铡镶撤烦投折掐烤闲雪撅掂一种输出电压416v开关稳压电源的设计（转载)4-16v可调开关电源 ）2007-05-14 19:50转载)4-16v可调开关电源wenyin 发表于 2006-11-16 17:09:00一种输出电压416v开关稳压电源的设计薛红兵(信息产业部电子第二十研究所，陕西 西安 710068）     摘   要： 介 绍 一 种 采 用 半 桥 电 路 的 开 关 电 源 ， 其 输 入 电 压 为 交 流 220v± 20

5、， 输 出 电 压 为 直 流 4 16v， 最 大 电 流 40a， 工 作 频 率 50khz。 重 点 介 绍 了 该 电 源 的 设 计 思 想 ， 工 作 原 理 及 特 点 。    关键词： 脉 宽 调 制 ； 半 桥 变 换 器 ； 电 源1 引 言     在 科 研 、 生 产 、 实 验 等 应 用 场 合 ， 经 常 用 到 电 压 在 5 15v， 电 流 在 5 40a的 电 源 。 而 一 般 实 验 用 电 源 最 大 电 流 只 有 5a、 10a。 为 此 专 门 开 发 了 电

6、 压 4v 16v连 续 可 调 ， 输 出 电 流 最 大 40a的 开 关 电 源 。 它 采 用 了 半 桥 电 路 ， 所 选 用 开 关 器 件 为 功 率 mos管 ， 开 关 工 作 频 率 为 50khz， 具 有 重 量 轻 、 体 积 小 、 成 本 低 等 特 点 。 2 主 要 技 术 指 标     1） 交 流 输 入 电 压 ac220v± 20 ； 2） 直 流 输 出 电 压 4 16v可 调 ； 3） 输 出 电 流 0 40a； 4） 输 出 电 压 调 整 率 1 ； 5） 纹 波 电 压 up p 50

7、mv； 6） 显 示 与 报 警 具 有 电 流 /电 压 显 示 功 能 及 故 障 告 警 指 示 。 3 基 本 工 作 原 理 及 原 理 框 图     该 电 源 的 原 理 框 图 如 图 1所 示 。      220v交 流 电 压 经 过 emi滤 波 及 整 流 滤 波 后 ， 得 到 约 300v的 直 流 电 压 加 到 半 桥 变 换 器 上 ， 用 脉 宽 调 制 电 路 产 生 的 双 列 脉 冲 信 号 去 驱 动 功 率 mos管 ， 通 过 功 率 变 压 器 的 耦 合 和

8、隔 离 作 用 在 次 级 得 到 准 方 波 电 压 ， 经 整 流 滤 波 反 馈 控 制 后 可 得 到 稳 定 的 直 流 输 出 电 压 。 4 各 主 要 功 能 描 述 4. 1 交 流 emi滤 波 及 整 流 滤 波 电 路     交 流 emi滤 波 及 整 流 滤 波 电 路 如 图 2所 示 。      电 子 设 备 的 电 源 线 是 电 磁 干 扰 （ emi） 出 入 电 子 设 备 的 一 个 重 要 途 径 ， 在 设 备 电 源 线 入 口 处 安 装 电 网 滤 波 器

9、可 以 有 效 地 切 断 这 条 电 磁 干 扰 传 播 途 径 ， 本 电 源 滤 波 器 由 带 有 iec插 头 电 网 滤 波 器 和 pcb电 源 滤 波 器 组 成 。 iec插 头 电 网 滤 波 器 主 要 是 阻 止 来 自 电 网 的 干 扰 进 入 电 源 机 箱 。 pcb电 源 滤 波 器 主 要 是 抑 制 功 率 开 关 转 换 时 产 生 的 高 频 噪 声 。 交 流 输 入 220v时 ， 整 流 采 用 桥 式 整 流 电 路 。 如 果 将 jti跳 线 短 连 时 ， 则 适 用 于 110v交 流 输 入 电 压 。 由 于 输 入 电 压 高 ，

10、 电 容 器 容 量 大 ， 因 此 在 接 通 电 网 瞬 间 会 产 生 很 大 的 浪 涌 冲 击 电 流 ， 一 般 浪 涌 电 流 值 为 稳 态 电 流 的 数 十 倍 。 这 可 能 造 成 整 流 桥 和 输 入 保 险 丝 的 损 坏 ， 也 可 能 造 成 高 频 变 压 器 磁 芯 饱 和 损 坏 功 率 器 件 ， 造 成 高 压 电 解 电 容 使 用 寿 命 降 低 等 。 所 以 在 整 流 桥 前 加 入 由 电 阻 r1和 继 电 器 k1组 成 的 输 入 软 启 动 电 路 。 4. 2 半 桥 式 功 率 变 换 器    

11、 该 电 源 采 用 半 桥 式 变 换 电 路 ， 如 图 6所 示 ， 其 工 作 频 率 50khz， 在 初 级 一 侧 的 主 要 部 分 是 q4和 q5功 率 管 及 c34和 c35电 容 器 。 q4和 q5交 替 导 通 、 截 止 ， 在 高 频 变 压 器 初 级 绕 组 n1两 端 产 生 一 幅 值 为 u1/2的 正 负 方 波 脉 冲 电 压 。 能 量 通 过 变 压 器 传 递 到 输 出 端 ， q4和 q5采 用 irfp460功 率 mos管 。 4. 3 功 率 变 压 器 的 设 计      1）

12、 工 作 频 率 的 设 定     工 作 频 率 对 电 源 的 体 积 、 重 量 及 电 路 特 性 影 响 很 大 。 工 作 频 率 高 ， 输 出 滤 波 电 感 和 电 容 体 积 减 小 ， 但 开 关 损 耗 增 高 ， 热 量 增 大 ， 散 热 器 体 积 加 大 。 因 此 根 据 元 器 件 及 性 价 比 等 因 素 ， 将 电 源 工 作 频 率 进 行 优 化 设 计 ， 本 例 为 fs=50khz。      t=1/fs=1/50khz=20 s   &#

13、160;  2） 磁 芯 选 用      选 取 磁 芯 材 料 和 磁 芯 结 构    选 用 r2kb铁 氧 体 材 料 制 成 的 ee型 铁 氧 体 磁 芯 。 其 具 有 品 种 多 ， 引 线 空 间 大 ， 接 线 操 作 方 便 ， 价 格 便 宜 等 优 点 。      确 定 工 作 磁 感 应 强 度 bm      r2kb软 磁 铁 氧 体 材 料 的 饱 和 磁 感 应 强 度 bs=0.47t， 考

14、虑 到 高 温 时 bs会 下 降 ， 同 时 为 防 止 合 闸 瞬 间 高 频 变 压 器 饱 和 ， 选 定 bm=1/3bs=0.15t。     计 算 并 确 定 磁 芯 型 号     磁 芯 的 几 何 截 面 积 s和 磁 芯 的 窗 口 面 积 q与 输 出 功 率 po存 在 一 定 的 函 数 关 系 。 对 于 半 桥 变 换 器 ， 当 脉 冲 波 形 近 似 为 方 波 时 为式 中 ： 效 率 ；        &

15、#160;  j 电 流 密 度 ， 一 般 取 300 500a/cm2；           kc 磁 芯 的 填 充 系 数 ， 对 于 铁 氧 体 kc=1；           ku 铜 的 填 充 系 数 ， ku与 导 线 线 径 及 绕 制 的 工 艺 及 绕 组 数 量 等 有 关 ， 一 般 为 0.1 0.5左 右 。      由 厂 家 手

16、册 知 ， ee55磁 芯 的 s=3.54 cm2,q= 3.1042 cm2,则 sq=10.9 cm4， ee55磁 芯 的 sq值 大 于 计 算 值 ， 选 定 该 磁 芯 。      3)计 算 原 副 边 绕 组 匝 数     按 输 入 电 压 最 低 及 输 出 满 载 的 情 况 （ 此 时 占 空 比 最 大 ） 来 计 算 原 副 边 绕 组 匝 数 ， 已 知 umin=176v 经 整 流 滤 波 后 直 流 输 入 电 压 udmin=1.2× 176=211.2v。 &

17、#160;   对 于 半 桥 电 路 、 功 率 变 压 器 初 级 绕 组 上 施 加 的 电 压 等 于 输 入 电 压 的 一 半 , 即 upmin=udmin/2=105.6v， 设 最 大 占 定 比 dmax=0.9， 则     次 级 匝 数 计 算 时 取 输 出 电 压 最 大 值 uomax=16v。 次 级 电 路 采 用 全 波 整 流 ， us为 次 级 绕 组 上 的 感 应 电 压 ， uo为 输 出 电 压 ， uf为 整 流 二 极 管 压 降 ， 取 1v。 uz为 滤 波 电 感

18、等 线 路 压 降 ， 取 0.3v， 则    4） 选 定 导 线 线 径     在 选 用 绕 组 的 导 线 线 径 时 ， 要 考 虑 导 线 的 集 肤 效 应 ， 一 般 要 求 导 线 线 径 小 于 两 倍 穿 透 深 度 ， 而 穿 透 深 度 由 式 （ 2） 决 定式 中 ： 为 角 频 率 ， =2 fs；           为 导 线 的 磁 导 率 ， 对 于 铜 线 相 对 磁 导 率 r=

19、1， 则 = 0× r=4 × 10 7h/m；           为 铜 的 电 导 率 ， =58× 10 6 m；     穿 透 深 度 的 单 位 为 m。     变 压 器 工 作 频 率 50khz， 在 此 频 率 下 铜 导 线 的 穿 透 深 度 为 =0.2956mm， 因 此 绕 组 线 径 必 须 是 直 径 小 于 0.59mm的 铜 线 。 另 外 考 虑 到 铜

20、 线 电 流 密 度 一 般 取 3 6a/mm2， 故 这 里 选 用 0.56mm的 漆 包 线 8股 并 联 绕 制 初 级 共 10匝 ， 次 级 选 用 厚 0.15mm扁 铜 带 绕 制 2匝 。 4. 4 辅 助 电 源 的 设 计     辅 助 电 源 采 用 rcc变 换 器 （ ringing choke converter） ， 见 图 3。 其 输 入 电 压 为 交 流 220v整 流 滤 波 电 压 ， 输 出 直 流 电 压 为 12.5v， 输 出 直 流 电 流 为 0.5a。 电 路 中 q8和 变 压 器 初 级

21、绕 组 线 圈 n1与 反 馈 绕 组 线 圈 n3构 成 自 激 振 荡 。 r72为 启 动 电 阻 。 q9、 r77构 成 辅 助 电 源 初 级 过 流 保 护 。 d20、 c81、 zd1、 q11、 r75、 r76构 成 电 压 检 测 与 稳 压 电 路 ， 控 制 q8的 基 极 电 流 的 直 流 分 量 ， 从 而 保 持 输 出 电 压 恒 定 ， 变 压 器 采 用 ee19、 lp3材 质 构 成 。 初 级 180匝 ， 反 馈 绕 组 5.5匝 ， 次 级 11匝 ， 初 级 电 感 量 是 2.6mh， 磁 芯 中 间 留 有 间 隙 0.4mm。 4.

22、5 驱 动 电 路      驱 动 电 路 如 图 4所 示 。 tl494输 出 50khz的 脉 冲 信 号 ， 通 过 高 频 脉 冲 变 压 器 耦 合 去 驱 动 功 率 mos管 。 次 级 脉 冲 电 压 为 正 时 ， mos管 导 通 ， 在 此 期 间 q7截 止 ， 由 其 构 成 的 泄 放 电 路 不 工 作 。 当 次 级 脉 冲 电 压 为 零 时 ， 则 q7导 通 ， 快 速 泄 放 mos管 栅 级 电 荷 ， 加 速 mos管 截 止 。 r70是 用 于 抑 制 驱 动 脉 冲 的 尖 峰 ， r68、 d15、

23、 r67可 以 加 速 驱 动 并 防 止 驱 动 脉 冲 产 生 振 荡 。 d17和 与 它 相 连 的 脉 冲 变 压 器 绕 组 共 同 构 成 去 磁 电 路 。4. 6 风 扇 风 速 控 制 电 路     风 扇 风 速 控 制 电 路 见 图 5。 利 用 二 极 管 正 向 管 压 降 随 温 度 升 高 而 呈 下 降 趋 势 的 特 性 ， 将 d9、 d10做 为 散 热 器 温 度 采 样 器 件 。 方 法 是 将 d9、 d10两 二 极 管 紧 靠 在 散 热 器 上 ， 当 散 热 器 随 输 出 功 率 加 大 而

24、温 度 升 高 时 ， 运 放 n2a正 相 输 入 端 电 平 降 低 ， 输 出 低 电 平 使 三 极 管 q3开 始 导 通 ， 风 机 上 电 压 升 高 ， 转 速 升 高 ， 最 终 到 达 最 高 转 速 。 当 负 载 较 轻 ， 使 散 热 器 温 度 低 于 50 时 ， n2a输 出 高 电 平 ， q3不 导 通 ， 辅 助 电 源 12.5v经 电 阻 r57降 压 给 风 机 供 电 ， 风 机 处 于 低 速 、 低 噪 声 运 行 状 态 。 此 电 路 可 以 提 高 风 机 工 作 寿 命 ， 增 加 电 路 可 靠 性 ， 亦 可 在 小 负 载 情 况

25、 下 ， 减 少 风 机 带 来 的 噪 声 。 4. 7 pwm控 制 电 路      控 制 电 路 采 用 通 用 脉 宽 调 制 器 tl494， 具 有 通 用 性 和 成 本 低 等 优 点 ， 见 图 6。 输 出 电 压 经 r40、 rv2、 rv1、 r41进 行 分 压 采 样 ， 经 r5阻 抗 匹 配 后 送 到 tl494脚 1。 rv1装 在 电 源 前 面 板 上 用 于 实 现 输 出 电 压 的 调 节 。 r103和 c14将 输 出 电 感 l1前 信 号 采 样 ， 经 r5送 到 tl494脚 1， 用 于

26、提 高 电 源 稳 定 度 ， 消 除 l1对 环 路 稳 定 性 影 响 。 4. 8 过 流 保 护 电 路     为 增 强 电 源 可 靠 性 ， 此 电 源 采 用 初 、 次 级 两 级 过 流 保 护 。 初 级 采 用 电 流 互 感 器 ct1检 测 初 级 变 压 器 电 流 ， 检 测 出 的 电 流 信 号 经 r60转 为 电 压 信 号 后 ， 再 经 d2 d4， c9整 流 滤 波 后 ， 经 过 电 位 器 rv3分 压 ， 反 相 器 n3反 相 后 加 在 q1管 基 极 。 当 初 级 电 流 超 过 正 常 时

27、 ， 反 相 器 反 转 ， q1管 导 通 ， 将 vref=5v的 高 电 平 加 在 tl494脚 4上 （ 脚 4为 tl494死 区 控 制 脚 、 高 电 平 关 断 ） ， tl494关 断 。     输 出 直 流 总 线 上 过 流 保 护 ， 采 用 r45 r56电 阻 做 为 采 样 电 阻 ， 当 输 出 电 流 增 加 时 脚 15电 平 变 低 ， 当 输 出 电 流 大 于 40a的 105 时 ， tl494的 内 部 运 放 动 作 ， 脚 3电 平 升 高 ， 限 制 输 出 脉 宽 增 加 ， 电 源 处 于 限 流 状 态 。 5 结 语     本 文 介 绍 的 开 关 电 源 已 成 功 地 作 为 实 验 室 电 源 、 通 信 基 站 电 源 使 用 。 其 效 率 85 ， 纹 波 优 于 30mvp p， 产 品 可 靠 性 高 、 成 本 低 ， 具 有 一 定 的 市 场 竞 争 力 。 洞阮贩笆影梁廊逃某沸苔刮溶要融溪营膨嚷靶感颓片幽霞前售知