宽电压输入直流开关电源的设计共28页
宽电压输入直流开关电源的设计.
稳压
隔
离
驱
器 ）
动 （ 驱
动
变
压
TL494
（稳 压
）过 流 控 制
输出
图4 整体电路方框图
主电路的选择
主电路的选择主要包括功率变换电路的拓扑结构的选择和整 流电路的选择。
表2-1 功率变换电路各结构比较
电路
优点
缺点 功率范围 应用领域
正激型 反激型
电路较简单成 本低，可靠性 高，驱动电路 简单
变压器单向励 磁，利用率低
我们设计的作品简单实用，稳定性好，测试工 作120个小时工作正常、性能良好。有良好的应 用前景，广阔的市场需求。下面我介绍一下我们 作品的原理和设计的思路与过程。
作品优势
1）输入电源：可应用于直流250V和550V两种 电压下。输入直流电压的范围要求要宽， 250V电压 等级的电压范围为：150V-400V； 550V电压等级的电压 范围为： 300V-800V。
大功率工业用 开关电源、焊 接电源、点解 电源等
有偏磁问题
几百瓦—几 低输入电压的
千瓦
开关电源
上表展示了各个不同电路的优点和缺点，经过综 合考虑，并且由于设计要求两个电压等级同时适 用，即250V和550V。故选择两个半桥开关电路， 通过连线使其以并联或串形联式工作，就可满足 要求 。
下面我们讨论一下整流电路的选择。对于三种常 用的整流电路，现将各自的优缺点和适用范围进 行比较
宽电压输入直流开关电源设计
——大学生SRTP项目报告
项目队员：李 洋 任 健 刘江宽 刘孝星 薛彥召
指导老师：冯高明
一、开关电源现状和发展
开关电源现状
目前，开关电源产品正在向“四化”的方向发展：应 用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化 和产品性能的绿色化。
一种宽输入电压范围反激电源的研究与设计
一种宽输入电压范围反激电源的研究与设计李文豪;廖建军【摘要】当前针对小功率开关电源输入宽电压范围、输出高电压的要求日趋普遍.实现高压输出的方式很多,但电源产品研发需要综合考虑性能、可靠性、可生产性及成本等多方面因素.着重介绍一种采用双绕组变压器的电源设计思路,每个绕组分别整流后再叠加升压,以此获得直流高压输出.分析了该方法在器件选择、频率设定以及电路体积重量等方面的优势.最后运用该方案研制了一款电路,通过仿真和实测结果表明设计满足要求.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2018(018)011【总页数】4页(P18-21)【关键词】高效率;反激;双绕组变压器;叠加倍压;TL431【作者】李文豪;廖建军【作者单位】中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆400060;中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆400060【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言当下DC/DC开关电源技术持续演变发展，宽范围电压输入、高压输出的小型化开关电源模组应用越来越广泛，例如军事应用领域的电子对抗、雷达探测、电磁脉冲武器和科研院所机构使用的回旋式电子加速器等，在民用领域诸如机场、高铁站、会议中心等公共场所人员密集区域的安检以及各类工业探伤、医疗诊断检测等方面也有大量应用。
本文基于某应用场景，需研究设计一款特殊环境下使用的高压小功率输出的低成本电源模块电路。
经查询参考资料[1-2]及相关学术文献，发现当前的研究偏重于高压大功率领域，对高压小功率输出的研究较少，且多采用直升高压或倍升高压等传统的高压输出方式，在本文研究的特定条件下存在一定局限性。
2 电路总体方案现有开关电源模组的重量、体积等关键指标很大程度上取决于内部变压器，而在固定的转换功率约束条件下，工作频率的高低直接决定了变压器的体积和重量大小（轻重）。
因此为了获得更小的体积和更轻的重量，最有效的技术途径就是尽力提高变压器的工作频率。
这就是开关电源小型化技术的基础。
28V—120A开关直流稳压电源设计
28V—120A开关直流稳压电源设计开关直流稳压电源具有体积小、重量轻、高效率、低纹波、动态响应快、控制精度高等诸多优点，为了得到符合实际需求的开关直流稳压电源，对28V-120A 开关直流稳压电源进行了设计与研究，主要由整流滤波、桥式开关电路、驱动电路、脉宽控制电路、输出整流滤波电路、稳压与光电隔离电路、电压与电流保护电路、面板指示与调整电路等组成，实验结果验证了模式的正确性.标签：开关直流稳压电源；电路设计；仿真分析1 引言传统的集中式电源供电系统已经无法适应市场的需求，逐渐被淘汰，而由多个电源模块并联组成的并联电源系统[2]则被市场广泛接受并且迅速发展。
本课题设计了两个电源模块，单机可为28V-60A的用电设备供电，同时又可作为大型车辆的快速充电使用，是一种经济可靠的较大功率的开关电源。
单机模块设计参数：（1）220V/50Hz单相工频交流电或者380V/50Hz三相工频交流电；（2）UO=28V，调整范围28V±4V ；（3）28V输出时，最大输出电流60A、电压精度为±2.5%；（4）波纹电压有效值小于100mV；（5）具有过流保护、过压与欠压、过热保护功能与电风扇转速控制；（6）最大电流50A时，连续工作时间不低于2小时；电流大小达到70%时，连续工作时间不低于100小时。
主、副电源模块并联运行参数：（1）并联运行电压输出范围18V～32V，最大输出电流120A；（2）并联运行在31V/120A时，精度优于0.5%，最大功率可达3.7kw；（3）波纹电压有效值优于20mV。
2 单模块及模块并联设计2.1 单机主变换电路原理及考虑主变换部分电路原理如图1所示，基本的思路是将220V交流电经过线路滤波器，再经过高压大电流全桥整流，使用两个大容量电容（1000uF/250V）串联均压，将整流后约300V的直流电变换为两个140V的直流电，供半桥变换电路使用。
半桥变换使用两个大功率IGBT复合场效应管（GT60N322，60A，1000V，内置反向二极管）GT1、GT2，与两个对称的直流140V电源组成半桥电路.主开关变压器初级线圈与电流互感器串联，连接在VinDC-2与GT1、GT2中间，可以给初级线圈加入约为正负140V的电压.按照额定交流电220V±44V考虑，线圈最低电压约为110V，最高电压约为168V.GT1、GT2在宽度可变反相脉冲作用下交替导通，将高压直流电变换为宽度可变的电压，经过主开关变压器后电压幅度约为36V～42V，再经过全波整流与两级LC滤波电路变换为28V的直流电压。
宽电压输入变频开关电源的设计
课程设计说明书（2017/2018学年第一学期）课程名称：《电力电子技术应用设计》课程设计题目：宽电压输入变频开关电源的设计专业班级：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师：设计周数：设计成绩：2018年1月5日引言开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。
开关电源具有以下特征：①电源电压和负载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；②输出与输入之间有良好的电气隔离；③可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。
常用的开关电源多采用固定开关频率，当输入电压过高时，占空比过小,开通时间太短,可能引起开通脉冲丢失，造成电源工作不稳定。
常用的开关电源输入是市电经整流后的稳定电压，但一些供电不稳定的场合或因某些设备导致市电局部不稳定，输入电压会存在大范围的波动, 为了适应这种情况,本课程设计了一款50v-260v的交流输入,多路输出的具有自主改变开关频率的辅助电源。
根据输入电压大小改变开关频率,保证电源在宽输入电压范围内,可靠的为系统供电。
在本课题设计开发过程中,我们使用Matlab数学仿真及Altium Designer软件,并最终实现电路改造设计,并达到预期的效果。
关键字;宽输入变频开关电源目录一、开关电源现状和发展 (4)1.1 开关电源现状 (4)1.2 开关电源类型 (4)二、设计方案 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 设计思路 (5)三、方案设计 (5)3.1 控制电路设计 (5)3.2 误差放大器设计 (9)3.3 过/欠电压保护 (9)3.4 过流/过载保护 (10)3.5反激变压器设计 (10)3.6反馈回路设计 (11)3.7 设计小结 (12)四课程设计总结 (12)参考文献 (13)一、开关电源现状和发展1.1 开关电源现状目前，开关电源正在向“四化”的方向发展：应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化和产品性能的绿色化。
超宽供电电压(18-260V)开关电源设计
12 μH (maximum)
表 1. 变压器参数。（NC = 无连接，TIW = 三层绝缘线）。
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A 09/07
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超宽输入电压范围三相开关电源的设计和优化
超宽输入电压范围三相开关电源的设计和优化孙轩;马皓【摘要】针对工业用三相开关电源的宽输入电压范围要求,给出了一款利用LMS021-1实现的超宽输人电压范围的三相开关电源的设计和优化过程,其输入电压范围为线电压有效值40 VAC～450 VAC,提供了9 V/100 mA和12 V/4 W两路直流输出.实验结果表明,该电源具有输入电压范围宽,输入/输出隔离度高、效率较高等优点,可应用于三相电表等电源中.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2010(027)004【总页数】4页(P97-99,107)【关键词】超宽输入电压范围;三相开关电源;LM5021-1【作者】孙轩;马皓【作者单位】浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027;浙江大学,电气工程学院,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TM933.4离线式开关电源以其高效率、高灵活性、重量轻及高性价比等优点在很多场合都得到了广泛的应用[1-2]。
通常的离线式开关电源是针对单相供电系统设计的,输入电压的范围只能满足于1∶3的关系,如85 VAC～265 VAC[3]。
而使用三相供电的工业设备也需要稳定可靠的辅助电源为其控制系统供电,通常要求此电源具有一定通用性,能适应不同三相电网制式,输入电压范围比较宽,如40 VAC～450 VAC,并在缺相等故障情况发生时,也能正常工作。
笔者对此类开关电源的设计进行探讨,采用美国国家半导体的电流模式控制芯片LM 5021-1[4],给出超宽输入电压范围1∶11即线电压有效值为40 VAC～450 VAC的三相输入开关电源的设计。
本研究以三相电表电源为例进行介绍。
输入为三相,兼容三相三线制和三相四线制,输入电压范围为线电压有效值40 VAC～450 VAC;输出有两路,B路为直流输出9V/100mA,电压纹波小于40mV;C路为直流输出12 V/4W,电压纹波小于100 mV。
两路输出不共地,原副边隔离且可承受4 000 V的工频耐压。
宽输入电压范围小功率直流稳压电源设计
产生 的 电流 也就越 小 ，这样 作用在 光耦上 的 电流也 ＣＴ决定，而外接 电容 同时还决定死 区时间的长短 ，
就越 小 ，使 得光耦 的输 出端产生 的 电压 也就越低 ， 开关 频率 同 ＲＴ和 电容ＣＴ的关系如下：
简 而 言之就 是 ，当功率 输 出端 的 电压低 于 １２Ｖ时 ， 输送 到ＳＧ３５２５输入端 的电压 也就越 小，反之 ，当功
矩形波，可 以调节输入 电压 的大小从而调节 占空比的
２ 电路方案设计
大小 。这里二极管的作用是利用 了其单 向导电性 ，使 矩形波可 以顺利显示，并且还具有整流作用，使矩形
２＿１信号处理 电路设计
波更加平滑 。
利 用ＴＬ４３１进 行输 入 电压采 样 ， 当功率 输 出端
ｓＧ３５２５采用 精度 为士％１的５．１Ｖ带隙基 准 源 ，
当输入 的采样 电压增大时 ，相对应 的ＳＧ３５２５输 ３ 总结 出ＰＷＭ波 占空 比也相应增大 。而在此我们要选择合
适 的Ｒ５和Ｒ６，以及Ｃ２，脉宽调制 电路如 图２所示 。
在输 入 电压 １２Ｖ～６４ＶＡＣ的输入 范 围内，ＰＷＭ
当ＳＧ３５２５的输入信号为 １．０５Ｖ时，输 出的 占空比 控制 信号在 １０．２％～９１．３％之 间变化 ，输 出 电压 稳定
Ｉ￣ＴＬ４３１与光耦处理后的 电路，将输 出的电压送 ０．０１ ，则有 ：
￣ＳＧ３５２５的端子２，经 ＳＧ３５２５处理将正弦波 转换成
·１９８ · 电 子 蕾Ｉ界
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ ·技术 交流
则有ＲＴ≤ １４．３Ｋ。又 因为ＲＤ≤５００ｆ￣我 们选 择 穿 。而Ｒ１４和Ｃ４是 场效应管Ｑ１的保 护 电路 ，当ＭＯＳ ＲＴ＝１４Ｋ，ＲＤ＝６７欧 。这 样 我 们 设 计 出 的功 率 为 管两端 电压增大 时 ，Ｒ１４和Ｃ４进行放 电，防止ＭＯＳ ＩＯＫＨＺ。ＳＧ３５２５两输 出引脚 并联输 出即可使产 生的 本 身的寄生 电容和 电感击穿 ，从而保护ＭＯＳ管 。 ＰＷＭ信 号 占空 比在０％～１００％之间变化 。
开关电源宽电压输入原理_理论说明
开关电源宽电压输入原理理论说明1. 引言1.1 概述开关电源作为一种常见的电力转换设备，广泛应用于各个领域中。
它具有高效率、体积小、重量轻等优点，因此在现代电子产品和工业设备中得到了广泛使用。
而开关电源的输入电压通常有一定范围限制，这不利于应对实际生活中电网电压波动较大或特殊应用场景下存在的宽电压输入需求。
本文将深入研究开关电源宽电压输入原理，介绍宽电压输入的定义以及开关电源基本原理解析，并阐述宽电压输入带来的优势和适用领域。
随后，我们将探讨实现宽电压输入的方法和技术，包括输入滤波和稳压技术、多级转换器设计与控制策略以及瞬态响应和过载保护的考虑因素。
为了更好地理解宽电压输入原理在实际产品中的应用情况，本文还将分析手机充电器设计、工业设备开关电源设计以及汽车电子系统中宽电压输入原理的具体案例。
通过这些案例分析，我们可以了解到宽电压输入原理在实际产品中的应用效果和可能面临的挑战。
最后，本文将总结开关电源宽电压输入原理及其在实际应用中的价值，并展望未来研究方向和发展趋势。
同时也会指出本研究的局限性和改进方向，为进一步深入研究提供思路和参考。
通过本文的阐述，读者将能够全面了解开关电源宽电压输入原理及其在实际应用中的意义，为相关领域从业人员提供技术支持和指导，并为未来的相关研究工作提供参考依据。
2. 开关电源宽电压输入原理：2.1 宽电压输入的定义：宽电压输入是指开关电源能够适应宽范围的输入电压变化。
传统的开关电源通常只能适应一定范围内的输入电压，而无法在较大范围内稳定工作。
然而，随着对电力供应要求越来越高以及不同应用场景对电源输入要求的差异，宽电压输入成为了一个重要的特性。
2.2 开关电源基本原理解析：开关电源是通过将交流输入转换为直流输出的一种设备。
其基本原理是使用半导体器件（如晶体管和二极管）以高频率切断和恢复直流汇流器上的电路，以实现将交流信号转换为脉冲状直流信号，并通过滤波器使其转换为平滑的直流输出。
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电路方案设计
架线250V/550V
限流滤波 全波整流
半桥电路1
全波整流
半桥电路2
滤波
一、开关电源现状和发展
开关电源现状
目前，开关电源产品正在向“四化”的方向发展：应 用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化 和产品性能的绿色化。
开关电源最突出的优点是体积小，重量轻，这一优点 是和系统的高频工作状态相关的。进一步提高工作频率， 电源的体积和重量将更加小，从而实现更高的功率密度。 使开关电源进入更广泛的领域。
二极管电 压高，变 压器绕组 需中心抽
头
输出电压 为5— 100V的 电路
I L /2 2 U 0/D
总通态损 耗小，变 压器绕组 结构简单
二极管电 压高，电 感数量多
输出电压 非常低 （﹤5V）
的电路
从输出电压方面以及电路结构方面考虑， 本设计选用全波整流最为合适 。
控制电路工作原理
• 本设计采用PWM脉冲宽度调制，应用开关电源 PWM集成控制器使得电路简单，轻便，维修方便。 目前常用的PWM控制器有TL494、SG3524、 SG3525A、UC3842/42A、UC3846/47、 UC3823X、UC3825X和MC44603等。
表2-2 几种整流电路的比较
电路 全桥型整 流
全波整流
倍流整流
电压比
D D D/2
二极管断 平均电流 态电压
优点
缺点 应用领域
I L /2 U 0 /D I L /2 2 U 0 /D
二极管电 压低，变 压器绕组
结构简单
二级管数 量多，总 通态损耗
大
高输出电
压 （﹥100 V）的电 路
期间总数 少，结构 简单，总 通态损耗 小
开关电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进 入到全数字控制阶段。全数字控制作为开关电源的发展趋 势，已经在许多功率变换设备中得到应用。近两年来，高 性能全数字控制芯片相继开发，费用也已降到比较合理的 水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字 控制芯片及软件。
开关电源在煤矿中的应用
我国煤矿井下架线电机车通常采用550V或250V电压等 级的直流电压通过牵引电网供电。此电压无法适应电机车 的照明和警铃信号，通常采取将此电压经过直流变换电源 变换为24V后供照明电路和警铃信号使用。目前矿用直流 变换电源存在着通用性差，输入电压范围较窄以及成本高 的问题，研制低成本宽输入的直流变换电源可以满足煤矿 行业的这一需求。
电路非常简单， 难以达到较大
成本很低，可 的功率，变压
靠性高，驱动 器单向励磁，
电路简单
利用率低
各种中、小 几百瓦—几千 功率开关电
瓦
源
几瓦—几十瓦
小功率和消 费电子设备、 计算机设备 开关电源
半桥型 全桥型 推挽型
变压器双向 励磁，无变 压器偏磁问 题，开关较 少，成本低
变压器双向 励磁，容易 达到大功率
大功率工业用 开关电源、焊 接电源、点解 电源等
有偏磁问题
几百瓦—几 低输入电压的
千瓦
开关电源
上表展示了各个不同电路的优点和缺点，经过综 合考虑，并且由于设计要求两个电压等级同时适 用，即250V和550V。故选择两个半桥开关电路， 通过连线使其以并联或串形联式工作，就可满足 要求 。
下面我们讨论一下整流电路的选择。对于三种常 用的整流电路，现将各自的优缺点和适用范围进 行比较
2）输出电源指标：
电压：DC24V±0.5V
允许最大输出：200W
纹波电压：≤100mV
使用环境温度：-10ºC～+45ºC
3）整个电源的成本控制在100元以内，实现低 成本。
三、开关电源电路设计
• 开关电源原理及各电路功能 • 电路方案设计 • 主电路工作原理 • 控制电路工作原理 • 驱动电路工作原理
开关电源原理及各电路功能
EMI电路
整流滤波
功率变换
整流滤波
输出
输入过欠压 保护
功率因数 调整
PWM控 制器
稳压环 路
取 样
图2 开关电源电路方框图
短路保护 限流保护
输出过压保护
开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关 断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。它通过高 频开关技术将输入的较高的交流电压转换为低压设备所需 要的较低的直流电压。EMI电路整流滤波功率变换整流滤 波PWM控制器输入过欠压保护输出取样稳压环路功率因 数调整短路保护输出过压保护限流保护。
稳压
隔
离
驱
器 ）
动 （ 驱
动
变
压
TL494
（稳 压
）过 流 控 制
输出
图4 整体电路方框图
主电路的选择
主电路的选择主要包括功率变换电路的拓扑结构的选择和整 流电路的选择。
表2-1 功率变换电路各结构比较
电路
优点
缺点 功率范围 应用领域
正激型 反激型
电路较简单成 本低，可靠性 高，驱动电路 简单
变压器单向励 磁，利用率低
变压器双向 励磁。变压 器一次电流 回路中只有 一个开关， 通态损耗较 小，驱动简 单
表2-1 续
有直通问题， 可靠性低，需 要复杂的隔离 驱动电路
各种工业用开
几百瓦—几 关电源，计算
千瓦
机设备用开关
电源
结构复杂，成 本高，可靠性 低，需要复杂 的多组隔离驱 动电路，有直 通和偏磁问题
几百瓦—几 百千瓦
我们设计的作品简单实用，稳定性好，测试工 作120个小时工作正常、性能良好。有良好的应 用前景，广阔的市场需求。下面我介绍一下我们 作品的原理和设计的思路与过程。
作品优势
1）输入电源：可应用于直流250V和550V两种 电压下。输入直流电压的范围要求要宽， 250V电压 等级的电压范围为：150V-400V； 550V电压等级的电压 范围为： 300V-800V。
二、项目作品实物与作品性能
图1 作品物图
作品性能
本设计完成的直流变换电源主要解决了三个 问题，一是可以通过不同的接线方式应用于两种 不同的电压下，通用性很 强。为具有250V和 550V两种架线电压系统的厂矿减少了备用机器和 备件。二是输入电压范围很宽，适应了煤矿供电 电网波动大、纹波强、架线的始端和末端压差高 等特点。三是实现了低成本。
• 从输出稳定精度上考虑，达到2%，就能满足 要求；对纹波电压要求也不高。故选择电压模式 控制就可以满足要求。从功率等级上考虑，本设 计的功率200W不是很高，故开关频率不用选择很 高。另外从成本上考虑，目前广泛应用的TL494控 制芯片是最佳选择。