3000W大功率开关电源
主要特点
●该电源广泛应用于广播电视发射、通信、电力电子、科研、电镀、水处理、蓄电池充电设备.
●采用开关电源电路,体积小、重量轻、效率高.
●开关电源控制芯片采用进口军用级IC,功率开关管采用进口快速IGBT,其余元件则
采用进口工业等级器件,电路设计优化合理,生产工艺严格完善,保证机器的可靠性和稳定性.
主要技术指标
●环境条件
●工作温度(-20~50)OC;贮存温度:(-40~70)0C;
●相对湿度90%(40±20C);大气压力:(70——106)KPA);
● 外形尺寸:440*235*160mm
●输入电压:AC180VAC~264VAC 频率:50HZ±10%
●输出稳压值:DC 220VDC
●输出稳流值: 13.5A
●效率>85%
●功率因数>0.85
●负载调整率 <1%
●电压调整率 <0.1%
●纹波电压 <1%
●保护:输入过压,欠压:输出过压,过流,短路:整机过热
●整机过热保护阈值80~850C
●绝缘电阻≥20M
●输入对机壳耐压≥AC1500V
●输入对输出耐压≥AC1500V
●输出对机壳耐压≥AC500V
●平均无故障时间≥50000H
型号输出负载稳定度纹波及声效率
SP-3000-220 5-220VDC/13.5A 0.5% 150mV 83%
可根据用户需要定做
1.1理论意义 随着电子技术的高速发展，电子系统、电子设备的种类愈加丰富多样，人们和这些设备和系统之间的关键也日益紧密。电子设备不可能离开电源独自存在，一个可能且性能稳定的开关对于电子设备的正常运行也是有着举足轻重的作用。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。传统的开关设备具有很多可靠性，线性稳压电源输出的电压具有波纹小，稳定的优点，但是要保持这些优点，通常对于变压器和滤波器的体积和重量都有要求[1]。大功率开关电源以体型小、质地轻和高效能的工作优势被广泛应用于各种计算机的终端设备和各类通讯设备，现今电子信息的产业如此快速的发展，若是没有大功率开关作为重要的部件对于电子信息产业的发展造成严重的影响。 1.1实际意义 新型的大功率开关电源体积小,重量轻,效率高,性能好的优势使大功率开关得到青睐。现在的电子通讯设备对于电源开关的技术要求是与日俱增，不断提高。利用电力电子(功率半导体)器件控制或变换电能，以达到合理而高效率地使用能源，它是电力、电子、控制三大电气工程技术领域之间的交叉学科[2]。作为联系弱电与强电的纽带，电力电子技术提供了控制电功率流动与改变电能形态的有力手段，在小至数瓦，大至数千千瓦乃至数十兆瓦的范围内都得到了广泛应用。 二、论文综述（综述国内外有关选题的研究动态） 随着电子技术的高速发展，电子系统、电子设备的种类愈加丰富多样，人们和这些设备和系统之间的关键也日益紧密。电子设备不可能离开电源独自存在，一个可能且性能稳定的开关对于电子设备的正常运行也是有着举足轻重的作用。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压[3]。传统的开关设备具有很多可靠性，线性稳压电源输出的电压具有波纹小，稳定的优点，但是要保持这些优点，通常对于变压器和滤波器的体积和重量都有要求[4]。大功率开关电源以体型小、质地轻和高效能的工作优势被广泛应用于各种计算机的终端设备和各类通讯设备，现今电子信息的产业如此快速的发展，若是没有大功率开关作为重要的部件对于电子信息产业的发展造成严重的影响[5]。大功率电源开关以后被广泛用于用于现代化工业建设、国防和科研项目中，前景一片光明。
《电力电子技术》课程设计说明书 大功率电源设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 专业： 班级： 完成时间：2014年5月29日
摘要 主要介绍36kW 大功率高频开关电源的研制。阐述国内外开关电源的现状．分析全桥移相变换器的工作原理和软开关技术的实现。软开关能降低开关损耗，提高电路效率。给出电源系统的整体设计及主要器件的选择。试验结果表明，该装置完全满足设计要求，并成功应用于电镀生产线。 关键词：高频开关电源；全桥移相；零电压开关；软开关技术
ABSTRACT The analysis and design of 36 kW high frequency switching power supply are presented．The present state of switching power supply is explained．The operating principle of full bridge phase—shifted converter and realization of soft switching techniques are analysed．Soft switching can reduce switching loss and increase circuit s efficiency．Integer designing of power supply system and selection of main device parameters are also proposed．The experiment results demonstrate the power supply device satisfies design requirements completely．It has been applied in electric plating production line success—fully． Keywords：high frequency switching power supply；full bridge phase—shifted；zero voltage switching；soft switching tech— nlques
深圳市普顿电力设备有限公司 48V直流通信电源 （直流变换器-通信电源-高频开关电源）（通信机房基站移动通信专用） 使 用 手 册
一：普顿整流模块简介 (一) 整流模块的工作原理 整流模块的原理框图如图5-1所示，EMI 电路有两个功能： 1）防止市电电网由于负载的开关及闪电造成的尖峰对整流模块造成的危害； 2）阻止整流模块内高频开关产生的干扰电压及电流反灌给电网。 EMI 交流输入 全桥整流 DC/DC 变换电路 输出整流滤波电路 PWM 控制电路 电压、电流检测 监控接口 直流输出 图5-1 普顿-4830-2U 整流模块工作原理框图 整流模块变换电路为双正激拓扑结构，开关管同时导通，不存在桥式拓扑中桥臂直通的危险；变压器也不存在因偏磁而造成饱和的危险；从拓扑结构上保证了模块的可靠性。双路互补倍频的双正激拓扑，使整流模块工作频率高达160kHz 。 本模块的设计采用了高频脉宽调制技术，低差自主均流技术，以及高可靠快速保护技术。低差自主均流控制单元确保模块并联运行时实现模块间自动均流，从轻载（5％负载）到额定负载，模块间最大电流误差<2A 。高可靠快速保护以及专门设计的短路回收特性，确保模块长期短路也不会损坏，完善的保护功能保证了系统与模块安全可靠运行。 该模块具有150V AC ～300V AC 的电压输入范围。为确保模块安全可靠地工作，设计了二级限流功能，当电网电压在176V AC ±5V 以下时，电源模块自动进入限流工作区间，最大输出电流为15A ；当电网电压在176V AC ±5V 到300V AC 之间时，模块额定工作电流为30A 。
整流模块采用了输入、输出滤波电路及屏蔽结构，使模块具有电磁兼容性，各项杂音指标均优于部颁标准。模块结构以及内部元器件布局，考虑了各种安全规范，使模块具有较高的安全性。 二：普顿整流模块外形结构 图5-2 输出显示DISPLAY CD 电流显示 电压显示 VD POWER 电源开关 运行 RUN 均充微调 EC ADJ FC 浮充 均充 EC 浮充微调 FC ADJ MANUAL手动 自动AUTO 故障 ALM DC+DC-E N L 并机接口 A型机箱机械尺寸图 图5-3
半桥型开关稳压电源 设计
电力电子技术课程设计（论文）题目：240W半桥型开关稳压电路设计
摘要 本次设计的是240W半桥型开关稳压电源，为负载供电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相170 ~ 260V，输出电压为直流24V恒定，最大电流10A。设计内容包括主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真与波形分析等方面。 关键词：半桥变换器；功率MOS管；脉宽调制；稳压电源。
目录 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1稳压电源总体设计方案 (3) 2.2具体电路设计 (4) 2.2.1 主电路设计 (4) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.2.3驱动电路设计 (6) 2.2.4保护电路设计 (7) 2.2.5 整体电路设计 (8) 2.3元器件型号选择 (9) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1稳压电源总体设计方案 (3) 2.2具体电路设计 (4) 2.2.1 主电路设计 (4) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.2.3驱动电路设计 (6)
移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。电源的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。目前，如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好 的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构，整个主电路，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值，防止偏磁的。考虑到效率的问题，谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高 的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。
开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中，滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡，图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后，功率母排的温升为38℃，电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升，我们最终采用了容性功率母排，图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出，谐振基本消除，满载运行一小时后，无感功率母排的温升为11℃，电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构，使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗，输出整流二极管采用多只大电流（400A）、耐高电压（80V）的肖特基二极管并联使用。而且，每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样，每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时，次级整流二极管配上了RC吸收网络，以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗，有利于效率的提高。 对于大电流输出来说，一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方
– 20 – 2012年第11卷第2期1 引言 近年来，随着电力电子技术的迅速发展，高频开关电源 已广泛应用于计算机、通信、航空航天、工业加工等领域， 它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快 速性好等优点。基于这些优点，高频开关电源已经在很多方 面逐步取代了效率低、笨重、精度不高的传统线性电源，本 文介绍和比较了电压型PWM控制器和电流型PWM控制器的优缺 点，着重论述了电流型控制芯片UC3846在大功率全桥开关电 源中的应用，并对电路进行具体的分析。 2 电压型和电流型PWM控制器 2.1 电压型PWM控制器 目前应用广泛的PWM控制器都是采用电压模式控制的，它 只对输出电压进行采样, 采样信号Vf作为反馈信号与基准电 压Vr在误差放大器中进行比较放大，得到误差信号Ve，Ve和 锯齿波信号比较后通过PWM比较器输出一系列高频脉冲来控制 开关管的导通和截止，它的主要缺点是：响应速度慢，稳定 性差，甚至在大信号变化时会产生振荡，造成功率管损坏等 故障[1]。 图1 电压控制型的原理图2.2 电流型PWM控制器针对上述电压型控制器的缺点，最近十几年发展起来电流型控制技术。 现代建设 Modern Construction [作者简介] 吴军（1982- ），男，江苏盐城人，在读硕士，就读于郑州大学信息工程学院，主要研究方向为开关电源设计。 基于UC3846的大功率开关电源的设计 吴军 李长华 刘平 （郑州大学信息工程学院，河南 郑州 450001 ） 摘 要：本文介绍并比较了电压控制型和电流控制型PWM变换器的基本原理，设计出基于电流型控制芯片UC3846的大功率全桥开关电源的实用电路。给出了各部分相应的原理图，并进行了详细的介绍。实践表明，该电路具有良好的性能。关键词：UC3846；电压控制型；电流控制型；脉宽调制 中图分类号：TP303+.3 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）02-0020-03 Design of a High Switching Power Supply Based on UC3846 WU Jun LI Changhua LIU Ping (college of Information Engineering ,Zhengzhou university Zhengzhou 450001) Abstract: The basic principles of voltage-mode control and current-mode control PWM converters are introduced and compared .An applied circuit of a high power Full-Bridge switching power supply is designed based on the PWM IC UC3846 for current mode control.The every circuit diagram with corresponding part is provide and detailed.The experiment result shows that the circuit has better performance. Key words: UC3846; voltage-mode control; current-mode control; PWM
热设计在高频大功率开关电源结构的分析 发表时间：2017-11-06T18:41:05.433Z 来源：《电力设备》2017年第16期作者：覃承勇 [导读] 摘要：随着社会的快速发展，热设计在高频大功率开关电源结构的分析十分重要。其能够使得电源结构体系得到相应的优化。本文主要针对设设计在高频大功率开关电源结构中应用进行分析，并提出了相应的优化措施。 （广东美的厨房电器制造有限公司广东佛山） 摘要：随着社会的快速发展，热设计在高频大功率开关电源结构的分析十分重要。其能够使得电源结构体系得到相应的优化。本文主要针对设设计在高频大功率开关电源结构中应用进行分析，并提出了相应的优化措施。 关键词：热设计高频大功率开关电源结构 在进行高频大功率开关电源的整体设计中，其需要结合电力体系结构，对电源体系进行较为明确的应用。为了掌握电源内部的温度分布情况，可采用专业的热仿真软件模拟电源运行时的热场。常见的热仿真软件包括 ANSYS、ICEPAK 和 FLOTHERM等，其需要利用分布式电源对其高频大功率开关的结构体系进行整体性的优化。 1.15V/2kV高频开关电源的热设计 1.1损耗分析 在进行电源设计的过程中，其高频大功率开关需要得到不同层面的体系优化。但在实际的设计过程中，其依旧会具有一定的损耗。我们可以非常清楚地看到相关的电路结构。整体的结构比较简单，主要分为以下三个部分： ①输入整流。输入整流主要是通过采用三相整流桥的结构来进行工作； ②高频逆变。高频逆变主要采用移相全桥逆变电路的方式来进行运转，而且在这一结构中，必须采用大电流、低饱和和降压阿德 1GBT； ③输出整流。这一部分主要是采用了全波不可控整流电路，而且对其中的整流二极管有着非常高的要求，必须选用反向恢复时间短、功耗低的肖特基二极管。但是一般来说，输出的电流是非常大的，这个时候，其中的高频电压器和输出整流器必须采用一定的设计方案，来提高功率的密度。 1.2电源结构热设计的分析 一般情况下，电源的输入电压为交流380V，那么进行整流滤波后输出电压的最大值大概就是540kV，那么其中输入端三相整流桥就可以选用6R1100G-160。这个时候根据相关的规定，以及相应的计算规则，我们可以得到其损耗值为250W。 但是在进行高频大功率开关电源结构热设计的过程中，为了能够使其中的热量进行合理的分布，可以通过在同一块散热器上安装输入整流桥和逆变电路的方式，来进行热量的均匀分布，而且，还需要将输出整流二极管安装在另一块散热器上，使热量的分布更加均匀。通过这种安装方式，可以使电源的内部结构分为以下两个部分：（1）其中的输入整流桥语气中的逆变电路可以归结为电源逆变部分；（2）其中的输出滤电路以及其中的变压器这二者可以分为整流部分。而且这两个部分相互之间是非常独立的，那么在进行设计的过程中，其中的风机和散热器可以进行单独的设计。【1】 而在进行逆变部分设计的过程中，需要注意以下几个方面的问题：（1）为了能够使散热的效果得到更进一步地加强，需要将发热量较大的两个1GBT模块放在进风口的位置；（2）为了能够进一步满足1GBT模块之间的间距的要求，需要在两个模块之间放置一块隔直电容，这样不仅仅使两端的电路输出相互隔开，还进一步减少了系统中电磁的干扰；（3）要采用独立风机散热；（4）为了能够进一步降低风扇工作的干扰，需要将其中的控制盒放置在其中的辅助器的变压器的上方，这样还可以减少引线的长度。【2】 2. 高频大功率开关电源结构设计方法 在高频率开关电源的整体设计中，其首先需要结合其整体的电源设计方式让大功率开关电源的结构分布更加合理。与此同时，在进行电路体系的基础设计时，其需要采用并联组的设计方案使得整体的设计效率得到相应的提高。其可以采用多种不同的信息损耗方式使得电源的整体体系得到良好的分配。下图为大功率高频开关的主电路结构图： 从上图中我们能够十分清晰的看到其电路分布情况。其整体的电路体系分为三个部分。分别为主电路、控制电路以及辅助电路。其主电路的结构体系并没有变化，在控制电路的层面，其输入整流采用三相整流桥；高频逆变采用移相全桥逆变电路，且选用大电流、低饱和压降的 IGBT；输出整流采用全波不可控整流电路，且输出整流二极管选用反向恢复时间短、 功耗低的肖特基二极管。由于其输出的电流相对较大，其阻抗值在整体的应用中也会发生不同层面的变化。其电源端口的引脚参数如下所示： 由于在进行设计的过程中，其整体的功率相对较大。【3】因此，想要使得热设计的效率得到全面性的提高，其需要对程序的变化进行设计。从而使得大频率开关能够得到结构性的设计。其基本操作程序如下所示：
高频开关电源详细介绍 高频开关电源因其体积小、效率高、性能卓越而已广泛应用于各行各业的各种领域。隨着高电压大功率开关器件的普及，驱动集成电路的完善，以IGBT 为开关器件的高频开关电源取代以相控元件SCR组成的低压大电流电镀电源已成为一种趋势，产品质量稳定可靠，高效节能，可以满足多种电镀、电解、氧化、镍网工艺的要求，可组成手动换向、自动周期换向、多机组合RS232-485控制以及与PC机接口，是替代调压器整流器、可控硅整流器的理想产品。 一、产品特点 ◆本厂研制的GKW 系列高频开关电源，主要元件选用进口元器件，进口专用IGBT集成厚膜驱动电路，其他关键部件如高频磁环，集成电路等均选用国际、国内名牌产品； ◆开机软起动； ◆恒压、恒流工作方式选择转换； ◆定时工作、二阶段套铬专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆三步仿金专用程序控制（不属于标配，用户在订货时注明）； ◆远控控制配用PCSXMB-08CS通用控制器； ◆具有过流、短路、超温、缺相、过压、欠压保护功能； ◆操作简单，维护方便，体积小，效率高，比调压器调压或饱和电抗器调压式节能30% ，比可控硅调压式节能18 %，体积及重量只为同规格可控硅调压式的1/5左右； ◆GKW500系列系列高频开关电源采用主机面板操作；
◆GKW1000-12000系列高频开关电源，电压、电流采用远控控制器操作，指示灯显示工作状态，后面板设有远控端口，通过控制通讯电缆连接控制器，控制器可安装在槽边适当位置，方便在槽边进行电流、电压的调节； 控制接口：可根据用户要求在订货时注明； ◆485通讯控制，由电脑设定调整（一台电脑可控制60台电源）； ◆配置PLC接口(由PLC触摸屏控制）； ◆配置模拟接口（由远控控制器控制）； ◆整机外壳、结构件采用优质冷轧钢板制作，喷塑处理； 产品规格 ◆直流输出电压：4V、6V、8V、12V、18V、24V、36V、120V、200V； ◆直流输出电流：200A-30000A； ◆特殊规格可定制； 二、GKW500-30000A系列主要技术指标 ◆输入电源：380V三相三线制（500A设备380V三相四线制） ◆恒压、恒流输出精度：≤±1% ◆工作方式：恒频脉宽调节调压方式； ◆效率：≥90％； ◆纹波系数：≤1％； ◆开机软起动：0－3S； ◆过载保护镇定值：（即Iout=Ie×100％）。
开关电源维修步骤及常见故障分析- 电源 1、修理开关电源时，首先用万用表检测各功率部件是否击穿短路，如电源整流桥堆，开关管，高频大功率整流管;抑制浪涌电流的大功率电阻是否烧断。再检测各输出电压端口电阻是否异常，上述部件如有损坏则需更换。 2、第一步完成后，接通电源后还不能正常工作，接着要检测功率因数模块(PFC)和脉宽调制组件(PWM)，查阅相关资料，熟悉PFC和PWM模块每个脚的功能及其模块正常工作的必备条件。 3、然后，对于具有PFC电路的电源则需测量滤波电容两端电压是否为380VDC左右，如有380VDC左右电压，说明PFC模块工作正常，接着检测PWM组件的工作状态，测量其电源输入端VC ，参考电压输出端VR ，启动控制Vstart/Vcontrol端电压是否正常，利用220VAC/220VAC隔离变压器给开关电源供电，用示波器观测PWM模块CT端对地的波形是否为线性良好的锯齿波或三角形，如TL494 CT端为锯齿波，FA5310其CT端为三角波。输出端V0的波形是否为有序的窄脉冲信号。 4、在开关电源维修实践中，有许多开关电源采用UC38××系列8脚PWM组件，大多数电源不能工作都是因为电源启动电阻损坏，或芯片性能下降。当R断路后无VC，PWM 组件无法工作，需更换与原来功率阻值相同的电阻。当PWM组件启动电流增加后，可减小R值到PWM组件能正常工作为止。在修一台GE DR电源时，PWM模块为UC3843，检测未发现其他异常，在R(220K)上并接一个220K的电阻后，PWM组件工作，输出电压均正常。有时候由于外围电路故障，致使VR端5V电压为0V，PWM组件也不工作，在修柯达8900相机电源时，遇到此情况，把与VR端相连的外电路断开，VR从0V变为5V，PWM 组件正常工作，输出电压均正常。 5、当滤波电容上无380VDC左右电压时，说明PFC电路没有正常工作，PFC模块关键检测脚为电源输入脚VC，启动脚Vstart/control，CT和RT脚及V0脚。修理一台富士3000相机时，测试一板上滤波电容上无380VDC电压。VC，Vstart/control,CT和RT波形以及V0波形均正常，测量场效应功率开关管G极无V0 波形，由于FA5331(PFC)为贴片元件，机器用久后出现V0端与板之间虚焊，V0信号没有送到场效应管G极。将V0端与板上焊点焊好，用万用表测量滤波电容有380VDC电压。当Vstart/control 端为低电平时，PFC亦不能工作，则要检测其端点与外围相连的有关电路。
探究大功率LED路灯开关电源的研究 发表时间：2019-09-09T09:39:11.233Z 来源：《防护工程》2019年12期作者：王斌 [导读] 应用AP法设计了变压器，并结合实例设计了EMI滤波器、DC-DC转换电路以及功率因数校正电路。 杭州宇中高虹照明电器有限公司浙江省杭州市 311307 摘要：LED因其环保、长寿、高光电效率等众多优点成为照明领域关注的焦点。本文围绕LED开关电源进行了深入阐述，主要工作内容如下：论文首先全面介绍了LED的发展现状及应用前景，深刻分析了国内外LED开关电源的研究现状，确定了论文的主体方向。其次系统地介绍了LED驱动电源的拓扑结构、调制方式、控制类型等基础知识。应用AP法设计了变压器，并结合实例设计了EMI滤波器、DC-DC 转换电路以及功率因数校正电路。 关键词：LED恒流功率；开关电源；控制 半导体照明（LED）作为一种新型光源，由于具有低温、省电、长寿命、无污染等特点，LED已成为一个新兴产业的制高点，LED灯素有绿色照明能源之称，产品不含国际标准限制的六种有害物质，在同样亮度下，耗电仅为普通白炽灯的1/10，已成为世界上第四代节能产品的代表。当今社会，随着环境和能源问题日益突出，节能减排工作陆续开展，发展LED照明十分必要。在没有开发替代能源的大前提下，如何对现有能源进行更加有效的利用是解决能源短缺问题的有效途径。因为LED灯具备高效节能的优点，LED产业已成为国家、地区与相关行业企业关注和发展的热点，被广泛应用于建筑物外观照明、景观照明、标志与指示性照明、室内空间展示照明、视屏屏幕等。 1、LED开关电源的基本理论 开关电源利用电力电子技术，控制开关管的导通与关断，最终实现输出电压的稳定。一般而言，开关电源包括MOSFET和脉冲宽度调节（PWM）控制芯片，具有效率高、体积小、重量轻等特点。开关电源技术随着电力电子技术的发展而不断创新，并成为当今社会必不可少的电源方式。20世纪90年代末开始，开关电源的集成化技术逐渐成为研究热点，反映了未来开关电源技术发展的方向。不同的开关电源系统具有不同的拓扑结构，不同的拓扑结构各有其优缺点，研制开关电源需要了解各种拓扑结构的原理及特性，根据设计目标选择合适的结构。 1.1开关电源的拓扑结构 开关电源的主回路是功率电流流经的通路，一般包含开关电源中的开关器件、储能器件、变压器、滤波器、输出整流器、供电输入端和负载端等器件。开关电源主回路可以分为隔离式与非隔离式两大类型。 1.1.1非隔离型开关电源变换器 BUCK变换器、BOOST变换器、BUCK-BOOST变换器、CUK变换器等均属于非隔离型开关变化器。由BUCK变换器和BOOST变换器可以演变出后面两种变换器，下面介绍BUCK变换器和BOOST变换器的工作原理。BUCK变换器又称降压变换器、串联开关稳压电源或三端开关型降压稳压电源，是最简单的开关驱动电路，应用于负载电压不高于约85%的输入电压的场合。85%的限制是由控制系统开关延迟造成的。工作原理图如图2.1所示，开关管S处于导通状态时，输入电压Ui经电感L平波、电容C滤波后为负载提供电流；开关管S处于关断状态时，电感L通过二极管续流来保持负载的电流连续。输入电压与输出电压的关系为：Uo/Ui=?，其中，?为导通时间占空比。 升压变换器简称BOOST变换器，改变降压变换器中元件的位置就可把它变成6大功率LED路灯开关电源的研究升压变换器，如图2.2所示。BOOST变换器常应用于LED串的电压比输入电压高时，尤其在输出电压的最小值大约是输入电压的1.5倍时最为常见。在该电路中，开关管与负载并联。开关管S处于导通导通状态时，输入电压对电感L进行充电；开关管S处于关断状态时，电感L向负载和电源放电，输出电压为Ui+Uo，电路起升压作用。输入电压与输出电压的关系为：Uo/Ui=1/（1-?），其中，?为导通时间占空比。
大功率可调开关电源的电路图原理 本文给出了一种新型大功率可调开关电源的设计方案。采用Buck型开关电源拓扑，以带单路PWM输出和电流电压反馈检测MC33060为控制IC,配以双路输出IR2110驱动芯片，设计了一种可调高电压大功率的开关电源，有效解决了普通开关电源在非隔离拓扑结构下输出电压和功率不能达到很高的限制，并带有过流保护等电路。文中以MC33060的应用为基础介绍了可调开关电源设计的方法，然后详细讲解了本系统的组成以及各个部分的作用，文章最后总结了该系统的特点。 1.引言 开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现，其应用与实现日益成熟。而集成化技术使电子设备向小型化、智能化方向发展，新型电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声干扰，以便实现集成一体化。对中小功率开关电源来说是实现单片集成化，但在大功率应用领域，因其功率损耗过大，很难做成单片集成，不得不根据其拓扑结构在保证电源各项参数的同时尽量缩小系统体积。 2.典型开关电源设计 开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM,Pulse Width Modulation）控制IC（Integrated Circuit）和功率器件（功率MOSFET或IGBT）构成，且符合三个条件：开关（器件工作在开关非线性状态）、高频（器件工作在高频非接近上频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流）。 2.1控制IC 以MC33060为例介绍控制IC。 MC33060是由安森美（ON Semi）半导体公司生产的一种性能优良的电压驱动型脉宽调制器件，采用固定频率的单端输出，能工作在-40℃至85℃。其内部结构如图1所示[1],主要特征如下：1）集成了全部的脉宽调制电路； 2）内置线性锯齿波振荡器，外置元件仅一个电阻一个电容； 3）内置误差放大器； 4）内置5V参考电压，1.5%的精度； 5）可调整死区控制； 6）内置晶体管提供200mA的驱动能力； 7）欠压锁定保护； 图1MC33060内部结构图 其工作原理简述：MC33060是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置线性锯齿波振荡器，振荡频率可通过外部的一个电阻和一个电容进行调节，其振荡频率如（2-1）式：
基于UC3845的横机专用4路输出大功率 开关电源 目录 一横机专用开关电源背景 二横机专用开关电源系统级分析 2.1技术指标 2.2拓扑结构 2.21反激式开关电源 2.22正激式开关电源 2.3工作模式 2.31DCM模式 2.32CCM模式 2.4系统框架 三横机专用开关电源电路级设计 3.1主回路 3.11输入保护电路 3.12降功耗的EMI滤波电路 3.13整流电路 3.14输出电路 3.2 13V辅助输出电路 3.21高频变压器 3.22钳位电路 3.23反馈电路 3.24控制电路 3.25输出电路 3.3 24V输出电路 3.31高频变压器 3.32钳位电路 3.33反馈电路 3.34控制电路 3.35输出电路 3.4 12V输出电路 3.41高频变压器 3.42钳位电路 3.43反馈电路 3.44控制电路 3.45输出电路 3.5 5V输出电路 3.51高频变压器 3.52钳位电路 3.53反馈电路 3.54控制电路 3.55输出电路 四实验 附录A电路原理图 附录B PCB和实物
一、横机电源背景 21 世纪是建设可持续发展的社会，提倡的是节约资源，提高能效，环境友好。由于开关电源在体积、重量、功能和能耗等方面有显著优势，而且稳定性很高，因此它正广泛应用于通信、航天、家电等领域。随着技术的发展，高功率密度、高变换效率、高可靠性、低污染己成为开关电源的发展方向。 本设计开关电源是为满足针织横机的供电需要，基于当前流行的单片集成开关电源芯片UC3845设计的一款四路集成电源。该电源可靠性高、功率密度大、抗干扰能力、输出电压稳定，高效率、体积小等特点。为用户节约了安装空间，方便了用户的安装使用，提高了人工的安装效率。 二、横机专用开关电源系统级分析 2.1 技术指标 四路集成电源技术指标 序号技术参数备注 1 电源输入：AC220V单相输入 A 误差范围175V ~ 275V B 电源频率50Hz±10% 2 电源输出：V1：5V6A、V2：12V5A、V3：24V14.6A、V4：24V14.6A。 ①5V电源输出(主电源)： A 输出电压+5V 出厂调到5.2V B 输出电流6A C 电压调整率<1% D 负载调整率<1% E 纹波噪声（P-P值）100mVmax ②12V电源输出 A 输出电压12V 出厂调到12.10V B 输出电流5A C 电压调整率<1% D 负载调整率<2% E 纹波噪声（P-P值）200mVmax ③24V1电源输出 A 输出电压+24V（22-28可调）出厂调到24.5V B 输出电流14.6A C 电压调整率<2% D 负载调整率<2% E 纹波噪声（P-P值）350mVmax ④24V2电源输出 A 输出电压+24V （22-28可调）出厂调到24.5V B 输出电流14.6A C 电压调整率<2% D 负载调整率<2% E 纹波噪声（P-P值）350mVmax 3 效率(85%)min
4 6000W 电源剖析 经实体解剖证实，两种3500W 电源的PFC 贴片控制板电路结构、元器件完全相同。随后解剖了两种新搞到的6000W 电源证明，其PFC 贴片控制板电路结构与原3500W 也基本相同。Ascom 公司2000 年投产的两种高档6000W 电源（直流输出48V/112A 和350V/17A），是更换淘汰IBM 军用电源的工业级产品。说明了PFC 控制电路设计已十分成熟，没有必要再改。 在打开6000W 电源的外壳铁盖后，看到其大号的CBB 多只高压电容器上，均标出了厂年月为“9926”、“9938”等。其中48V/112A 通信电源的散热器加高了2～3 倍，重达8kg；细看电源主板上的5 只大号φ47mm 磁环电感器与3500W 电源相同，主功率变压器和Boost 储能电感器的外形结构也相似相近，只是又加长了约30％或体积增大了些。后来解剖发现两种6000W 电源相同的Boost-PFC 大电感器磁芯增加到4 付8 块EE55 组合而成；48V/112A 电源的主功率变压器改用3 块φ73mm 扁平磁环叠合而成。 6000W 电源的MOSFET 均改用工业级标准型号公开的新品，是IR 公司或IXYS 产品，每台电源用6 只MOSFET 均为SOT-227B 封装的四螺孔接线形式，并新增加一块专用功率印制板紧固6 只MOSFET 的漏极、源极、栅极螺孔连线片，明显改进了维修更换条件。功率板上的99″驱动变压器和驱动 IC-M1C4421(99″)等，与3500W 电源相同。 5 高功率因数的实现 在实体拆焊解剖原贴片式PFC 控制板时发现二个非常奇怪的现象：一是PFC 主芯片IC脚16 驱动输出端铜箔走线居然被悬空，不接电路板上任何其他元器件；二是IC 脚14 反常地接地线，它原是IC 内部高频振荡器的CT 电容器外接引脚端。为此，我于2001 年底特别请教了李龙文先生，他是十年前我国最早消化、吸收、引进美国Unitrode 公司专用IC 的开关电源应用专家。 早期问世的UC3854，作为高频有源功率因数校正器的代表性产品，专用于大功率电源抑制谐波电流污染电网，它是国际上经典的PFC 功率因数校正“绿色能源”产品，早已选作美国的国家电源工业标准。十几年来专业期刊上发表的研究文献，均是整体选用UC3854 作为PFC电路主芯片，没有见过停用UC3854 内部高频振荡器和驱动输出的8 只IC 组合的PFC 设计。 为什么3500W 电源的实测PF≥0.999，能达到如此高性能指标，结论只有在调查的末尾才可得到。在充分准备之后，用特殊烙铁头逐一拆焊了高密度贴片PFC 控制板上的近百个元器件，并逐一粘固在事先作了编号的硬壳白纸上。随后又细致测量了每一只电阻器和电容器的实际数值；并用万用表的R×kΩ 档（内含1.5V 电池）、R×10k 档（内含9V＋1.5V 电池）量程测量记录了十几只二极管的正向电阻值和反向电阻值，包括整流、开关、稳压二极管，肖特基二极管等。 现给出PFC 控制板拆焊全部贴片元器件，并用砂纸磨掉焊锡和绿漆之后，显露出来的印制板铜箔走线，其正面和反面分别见图6(a)及图6(b)。然后继续磨掉铜线后，两面分别显现的内部双夹层走线、焊点、绝缘圈等，见图6(c)及图6(d)。 (a) 印刷板正面
大功率直流开关电源设计 前言 开关电源的发展及国外现状 随着通信用开关电源技术的广泛应用和不断深入，实际工作中人们对开关电源提出了更高的要求，提出了应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化、产品性能的绿色化、新一代电源的技术含量大大提高，使之更加可靠、稳定、高效、小型、安全。在高频化方面，为提高开关频率并克服一般的PWM和准谐振、多谐振变换器的缺点，又开发了相移脉宽调制零电压开关谐振变换器，这种电路克服了PWM方式硬开关造成的较大的开关损耗的缺点，又实现了恒频工作，克服了准谐振和多谐振变换器工作频率变化及电压、电流幅度大的缺点。采用这种工作原理，大大减小了开关管的损耗，不但提高了效率也提高了工作频率，减小了体积，更重要的是降低了变换电路对分布参数的敏感性，拓宽了开关器件的安全工作区，在一定程度上降低了对器件的要求，从而显著提高了开关电源的可靠性。 1. 开关电源主电路的设计 开关电源最重要的两部分就是主电路和控制电路。本章将根据大功率直流开关电源的要求对主电路各部分进行性能分析并计算各项参数，根据计算所得的数据结果选择各元器件，设计出各个独立模块，最后组装成开关电源的主电路。 1.1 开关电源的设计要求 在本课题研究的过程中，主要对大功率开关直流电源的工作原理、电路的拓扑结构和运行模式进行了深入研究，并结合系统的技术参数，确定系统主电路的拓扑，设计出主电路，即分别设计出滤波、整流、DC-DC变换器、软启动和保护控制等部分。下面就对电源主电路的设计进行详细说明。
1.2 主电路组成框图 根据需要设计大功率开关电源的技术要求，本文进行了方案的验证与比较，设计如图2-1所示的软开关直流开关电源的主电路框图。虚线以上是主电路，主电路主要分为输入整流滤波、逆变开关电路、逆变变压器和输出整流滤波；虚线以下为控制回路，控制回路主要包括信息检测电路、控制和保护单元、监控单元和辅助电源。 本电源采用ZVZCS- PWM 拓扑，原边加箝位二极管，三相交流输入整流后，加LC 滤波，以提高输入功率因数，主功率管选用IGBT ，控制电路采用UC3875移相控制专用集成芯片，电流电压双闭环控制。具体设计主电路如图2-2所示，包括三个部分:(1) 输入整流滤波电路；(2) 单相逆变桥；(3) 输出整流滤波电路. EMI 全桥整流滤波 高频逆变 整流滤波 辅助电源 控制和保护单元 反馈 监控单元 交流输入 集中监控单元 直流输出 图2-1 直流开关电源的主电路框图 1.2.1 输入整流滤波电路 三相交流电经电源内部EMI 滤波后，加到整流滤波模块。EMI 滤波器的作用是滤除功率管开关产生的电压电流尖峰和毛刺，减小电源内部对电网的干扰，同时又能减小其他用电设备通过电网传向电源的干扰。滤波电路采用LC 滤波，电感的作用是拓开电流导通时间，限制电流峰值，可以提高电源的输入功率因数。滤波电容采用四个电解电容，两个串联后并联使用，满足三相整流后的高压要求。电阻R1、R2是平衡串联电容上的电压，高频电容与电解电容并联使用，滤除高频谐波，弥补电解电容高频特性差的缺陷。
大功率高频开关电源的设计要点 摘要开关电源设计需要综合分析电力电子、电磁学、微电子技术、热力学等多门学科，具有较强的综合性。同时电源为电力设备正常运行的核心，尤其是现在资源需求与环保节能理念下，需要在原有基础上，对开关电源设计方法进行更为深入的研究。本文重点分析了大功率高频开关电源设计要点。 【关键词】大功率高频开关电源系统设计 开关电源即交互式电源，为高频化电能转换装置，可以利用不同形似架构，将一个准电压转换成用户端需要的电压或电流。大功率高频开关电源现在已经被广泛的应用到军工设备、LED照明、通讯设备、科研设备、电力设备等领域，具有功耗小、效率高的优点。在对其进行设计时，需要结合其运行原理，确定系统各环节设计要点，对各节点功能进行优化。 1 大功率高频开关电源 1.1 开关电源特点 电气设备容量持续增大，为满足实际应用需求，市场上逐渐出现更多的大功率高频开关电源，同时与传统开关电源相比，还可以有效降低对电网的影响，更符合节能环保发展
理念。另外，开关电源的高频化设计，可以进一步减小其体积大小，并可根据实际需求来灵活控制电容、电感容量，将生产成本控制到最低。因此，在对大功率高频开关电源进行设计时，需要充分发挥出其所具有的优点，便于更好的满足实际发展需求。 1.2 开关电源原理 基于线性开关，开关电源开关管工作处于开关状态，将基础降压电路作为例子进行分析，确定开关电源工作过程与所处状态。如图1所示，当开关处于闭合状态时，持续电压将会对电感LO两端产生作用，电感电流将呈直线上升趋势，可用公式表达：iL（on）=（Vin-V out）ton/L。当开关处于开通状态时，电能将被存储在电感中，来满足关断时间内对负载的输出需求，其中存储能量可用公式表示：Estored=1/2Lo （I2pk-I2min）。开关断开后，电感Lo输入端电压会降为零，电感上能量需要通过续流二极管D维持负载，整个区间内电感电流可以用公式描述：iL（off）=（V out-VD）toff/L。通过伏秒平衡来表示输出电压与输入电压关系：V out=D?Vin，其中D表示开关占空比，取值ton/T。在开关电源再次开通后，结束整个运行过程。 2 大功率高频开关电源设计要点 2.1 拓扑结构选择 开关电源功率拓扑主要负责DC/DC高频逆变的实现，
一款基于SG3525的大功率开关电源的研制 引言 随着电子技术的高速发展，电子设备的种类与日俱增。任何电子设备都离不开可靠的供电电源，对电源供电质量的要求也越来越高，而开关电源在效率、重量、体积等方面相对于传统的晶体管线性电源具有显着优势。正是由于开关电源的这些特点，它在新兴的电子设备中得到广泛应用，已逐渐取代了连续控制式的线性电源。 功率主电路 图1 功率主电路原理图 本电源模块采用半桥式功率逆变电路。如图1所示，三相交流电经EMI滤波器滤波，大大减少了交流电源输入的电磁干扰，同时防止开关电源产生的谐波串扰到输入电源端。再经过桥式整流电路、滤波电路变成直流电压加在P、N两点间。P、N之间接入一个小容量、高耐压的无感电容，起到高频滤波的作用。半桥式功率变换电路与全桥式功率变换电路类似，只是其中两个功率开关器件改由两个容量相等的电容C1和C2代替。在实际应用中为了提高电容的容量以及耐压程度，C1和C2往往采用由多个等值电容并联组成的电容组。C1、C2的容量选值应尽可能大，以减小输出电压的纹波系数和低频振荡。由于对体积和重量的限制，C1和C2的值不可能无限大，为使输出电压的纹波达到规定的要求，该电容值有一个计算公式，即：
式中，IL为输出负载电流，VL为输出负载电压，VM为输入交流电压幅值，f为输入交流电频率，VU为输出的纹波电压值。 这是一个理论上的计算公式，得到的满足要求的电容计算值比较大，实际取的电容应尽量大一些，由于输出端电压较小，也可以在二次整流滤波时加大电容，这样折算到该公式的电容值也不小。C1和C2在这里实现了静态时分压，使VA=Vin/2。 当VT1导通、VT2截止时，输入电流方向为图中虚线方向，向C2充电，同时C1通过VT1放电；当VT2导通、VT1截止时，输入电流方向为图中实线方向，向C1充电，同时C2通过VT2放电。 当VT1导通、VT2截止时，VT2两端承受的电压为输入直流电压Vin。IGBT的集-射极间并接RC吸收网络，降低开关管的开关应力，减小IGBT关断产生的尖峰电压；并联二极管实现续流的作用。二次整流采用单相桥式整流电路，通过后续的LC滤波电路，消除高频纹波，减小输出直流电压的低频振荡。LC滤波电路中的电容由多个高耐压、大容量的电容并联组成，以提高电源的可靠性，使输出直流电压更加平稳。 PWM集成芯片SG3525的功能特点 SG3525是一款功能齐全、通用性强的单片集成PWM芯片。它采用恒频脉宽调制控制方案，适合于各种开关电源、斩波器的控制。其主要功能包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、PWM比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式。SG3525的基本外围电路接线图如图2所示。该芯片与其它同类型的芯片相比具有许多突出的特点。