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介绍大功率、宽范围调压开关电源

开关电源

厂家设计人员介绍一种大功率、调压范围宽的开关稳压电源。主电路采用单端正激式结构,控制电路简单,工作可靠,维修方便。

1、概述

开关电源具有体积小,重量轻、效率高、成本低等优点,因此,在航天、计算机、汽车、现代化家电、仪表、通讯和自动控制等方面获得广泛应用。然而目前市售开关电源,多系输出电压固定,或者调节范围小,为此我们研制了大功率直流输出电压稳定、大范围连续可调(0~150V) ,主电路结构和控制电路简单,工作安全可靠,具有过流和短路保护、开关频率为20kHz 的稳压电源。电路原理框图如图1 。

来自电网的220V 单相交流电,经晶闸管单相半控桥式整流、LC 滤波,再经DC/ AC 变换器、整流、LC 滤波(称DC/ DC 变换器) ,获得0~150V 连续可调的直流稳定输出电压Uo ,此外,本机还由辅助电源,PWM 控制器,放大、隔离驱动电路,过流和短路保护等部分组成。

2、主电路

为提高大范围可调输出电压稳定度,降低主开关元件耐压要求,又能减小整机体积和重量,本机采用晶闸管单相半控桥式整流滤波,为DC/ DC 开关电源变换器提供直流稳定输入电压Ui 。本机变换器采用两功率场效应管、二极管箝位的单端正激式结构,主开关元件为功率V2MOSFET 模块,电路如图2所示。功率场效应管驱动功率小,工作速度高,无二次击穿,安全工作区宽,管耗小。这种变换器,由于用了两只开关管,从而进一步降低了功率V2MOSFET 管的耐压要求。本电路只要一只集成脉宽调制(PWM) 控制器进行脉冲激励,不需要分频,控制电路简单,对高压开关管,存储时间的一致性要求不高,没有共同通导问题,没有电路不对称引起高频变压器单向偏磁,也不存在合闸瞬间的变压器饱和等问题,有利于提高长期工作的稳定性和可靠性。高频变压器B 采用无中心抽头、初次级各一个绕组的结构和E 型铁氧体磁芯。输出整流器为有续流二极管的半波整流、L C 滤波方式,目的在于降低管耗、减小发热、提高效率。

3、控制电路

3.1辅助电源

由三端集成稳压器等构成。分别为控制电路和保护电路提供±15V 和±15V 直流稳压电源。必须合理设置辅助电源。才能实现本机主要技术指标。

3. 2集成PWM 控制器及其外围电路

为实现开关控制、电压稳定及调节,本电源采用了功能较强的TL494 定频脉宽调制(PWM) 芯片,其内部原理框图及采用的外围电路见图3。

12 端接直流15V 正电源(极限使用值  42V) ,7 端接地。内部基准电压调整器为5V ,对所有内电路供电,同时可作为外部参考基准电压,从14 端输出。

5 、6 端分别外接定时电容CT 和定时电阻R T ,TL494 的振荡器OSC 工作时,在5 端产生振荡频率f = 1. 1/ R T CT 的锯齿波电压U5 (本机f = 20kHz) 。

输出级是两支NPN 晶体管VT1 、VT2 ,其集电极和发射极分别为8 、11 和9 、10 端,它输出由振荡频率决定的两列矩形波,从而决定了开关频率。高频大大减小变压器和滤波电感的重量和体积。

误差放大器Ⅰ、Ⅱ的反相输入端分别为2和l5 ,接可调给定电压Ug ,同相输入端分别为1 和16 ,接在开关电源主电路的电压或电流采样电路上。本机不用误差放大器Ⅱ,故令15 、16 端接地。

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