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1、一種輸出電壓4～16V開關穩(wěn)壓電源的設計（轉載)4-16V可調開關電源）2007-05-1419:50轉載)4-16V可調開關電源wenyin發(fā)表于2006-11-1617:09:00一種輸出電壓4～16V開關穩(wěn)壓電源的設計薛紅兵(信息產業(yè)部電子第二十研究所，陜西西安710068）????摘??要：介紹一種采用半橋電路的開關電源，其輸入電壓為交流220V±20％，輸出電壓為直流4～16V，最大電流40A，工作頻率50kHz。重點介紹了該電源的設計思想，工作原理及特點。????關鍵詞：脈寬調制；半橋變換器；電源1引言????在科研、生產、實驗等應用場合，經常用到電壓在5～1
2、5V，電流在5～40A的電源。而一般實驗用電源最大電流只有5A、10A。為此專門開發(fā)了電壓4V～16V連續(xù)可調，輸出電流最大40A的開關電源。它采用了半橋電路，所選用開關器件為功率MOS管，開關工作頻率為50kHz，具有重量輕、體積小、成本低等特點。2主要技術指標????1）交流輸入電壓AC220V±20％；2）直流輸出電壓4～16V可調；3）輸出電流0～40A；4）輸出電壓調整率≤1％；5）紋波電壓Upp≤50mV；6）顯示與報警具有電流/電壓顯示功能及故障告警指示。3基本工作原理及原理框圖????該電源的原理框圖如圖1所示。????220V交流電壓經過EMI濾波及整流
3、濾波后，得到約300V的直流電壓加到半橋變換器上，用脈寬調制電路產生的雙列脈沖信號去驅動功率MOS管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級得到準方波電壓，經整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。4各主要功能描述4.1交流EMI濾波及整流濾波電路????交流EMI濾波及整流濾波電路如圖2所示。????電子設備的電源線是電磁干擾（EMI）出入電子設備的一個重要途徑，在設備電源線入口處安裝電網濾波器可以有效地切斷這條電磁干擾傳播途徑，本電源濾波器由帶有IEC插頭電網濾波器和PCB電源濾波器組成。IEC插頭電網濾波器主要是阻止來自電網的干擾進入電源機箱。PCB電源濾波器主要
4、是抑制功率開關轉換時產生的高頻噪聲。交流輸入220V時，整流采用橋式整流電路。如果將JTI跳線短連時，則適用于110V交流輸入電壓。由于輸入電壓高，電容器容量大，因此在接通電網瞬間會產生很大的浪涌沖擊電流，一般浪涌電流值為穩(wěn)態(tài)電流的數十倍。這可能造成整流橋和輸入保險絲的損壞，也可能造成高頻變壓器磁芯飽和損壞功率器件，造成高壓電解電容使用壽命降低等。所以在整流橋前加入由電阻R1和繼電器K1組成的輸入軟啟動電路。4.2半橋式功率變換器????該電源采用半橋式變換電路，如圖6所示，其工作頻率50kHz，在初級一側的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35電容器。Q4和Q5交替
5、導通、截止，在高頻變壓器初級繞組N1兩端產生一幅值為U1/2的正負方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳遞到輸出端，Q4和Q5采用IRFP460功率MOS管。4.3功率變壓器的設計????1）工作頻率的設定????工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高，輸出濾波電感和電容體積減小，但開關損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大。因此根據元器件及性價比等因素，將電源工作頻率進行優(yōu)化設計，本例為fs=50kHz。????T=1/fs=1/50kHz=20μs????2）磁芯選用????①選取磁芯材料和磁芯結構???選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多
6、，引線空間大，接線操作方便，價格便宜等優(yōu)點。????②確定工作磁感應強度Bm????R2KB軟磁鐵氧體材料的飽和磁感應強度Bs=0.47T，考慮到高溫時Bs會下降，同時為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，選定Bm=1/3Bs=0.15T。????③計算并確定磁芯型號????磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數關系。對于半橋變換器，當脈沖波形近似為方波時為式中：η——效率；?????????j——電流密度，一般取300～500A/cm2；?????????Kc——磁芯的填充系數，對于鐵氧體Kc=1；?????????Ku——銅的填充系數，Ku與導線線徑
7、及繞制的工藝及繞組數量等有關，一般為0.1～0.5左右。????由廠家手冊知，EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,則SQ=10.9cm4，EE55磁芯的SQ值大于計算值，選定該磁芯。????3)計算原副邊繞組匝數????按輸入電壓最低及輸出滿載的情況（此時占空比最大）來計算原副邊繞組匝數，已知Umin=176V經整流濾波后直流輸入電壓Udmin=1.2×176=211.2V。????對于半橋電路、功率變壓器初級繞組上施加的電壓等于輸入電壓的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V，設最大占定比Dm
