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摘要：本文主要介绍了一种基于PWM脉宽调制技术设计的大功率稳压稳流开关电源。其输入电压为交流220V±20％，输出电压为直流0～350V，电流0～3A，工作频率25kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。
关键词： 开关电源 稳流电源 稳压电源
1、引言
在科研、生产、实验等应用场合，经常用到即有稳压调节，又有稳流调节两种方式的电压相对较高的电源。而市场上的大功率可调稳压稳流电源种类较少，通常为定制，成本上相对较高。为此专门开发了一种可调稳压范围在0-350V，稳流范围在0-3A的高频开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率IGBT管，开关工作频率为25kHz，具有体积小、重量轻、成本低等优点。
2、主要技术指标
1) 交流输入电压AC220V±20%；
2) 直流输出电压0～350V可调；
3) 输出电流0～3A；
4) 输出电压调整率≤1%；
5) 纹波电压Upp≤50mV；
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
该电源的工作原理框图如图1所示。
当电网电压变动或负载变动，系统可通过电流、电压取样反馈，调整占空比，实现稳压限流或稳流限压，保持稳定输出。保护电路保证空载或对地短路等情况下可靠保护电源，如果是瞬时故障，电源能自动恢复。
4、各主要功能描述
4.1 交流EMI滤波及整流滤波电路
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[1]，在设备电源线入口处安装电网滤波器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。由于输入电压高，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 功率变换器
考虑到开关电源的输出功率较大，且要求工作可靠稳定，选用抗不平衡能力强、变压器利用率高、电路简单的半桥式变换电路，如图2所示，其工作频率25kHz。
4.3PWM部分及驱动电路的组成结构
PWM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。TL494内部集成了两个误差放大器，便于实现电压，电流分别控制。电路实际接线中电源输出端采样电路返回电压反馈信号与电流反馈信号，分别送到TL494脚1和脚16。R815装在电源前面板上用于实现输出电压的调节，R817装在电源前面板上用于实现输出电流的调节。
IGBT驱动电路：
IGBT 常用驱动器件TLP250，L7962和EXB840／841系列等驱动模块存在保护功能不夠完善等不足，不能满足要求。为实现对IGBT可靠驱动和保护，本电源采用北京落木源公司的 KD系列 IGBT驱动器作为其驱动电路。TX-KD无需隔离的辅助电源，工作占空比5－95%，关断时输出为负电平，过流时软关断，并封锁短路信号以执行一个完整的保护过程，如外部控制电路没有动作，则按用户设定的间隔重新启动。驱动模块可按默认值直接使用，也可根据需要自行设置过流动作电压、死区时间、软关断的速度和故障后再次启动的时间。
5、结论
本文介绍的开关电源已成功地作为实验室电源使用。其效率≥85％，纹波优于30mVPP，产品可靠性高、成本低，具有一定的市场竞争力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词： 开关电源 稳流电源 稳压电源
1、引言
在科研、生产、实验等应用场合，经常用到即有稳压调节，又有稳流调节两种方式的电压相对较高的电源。而市场上的大功率可调稳压稳流电源种类较少，通常为定制，成本上相对较高。为此专门开发了一种可调稳压范围在0-350V，稳流范围在0-3A的高频开关电源。它采用了半桥电路，所选用开关器件为功率IGBT管，开关工作频率为25kHz，具有体积小、重量轻、成本低等优点。
2、主要技术指标
1) 交流输入电压AC220V±20%；
2) 直流输出电压0～350V可调；
3) 输出电流0～3A；
4) 输出电压调整率≤1%；
5) 纹波电压Upp≤50mV；
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
该电源的工作原理框图如图1所示。
当电网电压变动或负载变动，系统可通过电流、电压取样反馈，调整占空比，实现稳压限流或稳流限压，保持稳定输出。保护电路保证空载或对地短路等情况下可靠保护电源，如果是瞬时故障，电源能自动恢复。
4、各主要功能描述
4.1 交流EMI滤波及整流滤波电路
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[1]，在设备电源线入口处安装电网滤波器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。由于输入电压高，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 功率变换器
考虑到开关电源的输出功率较大，且要求工作可靠稳定，选用抗不平衡能力强、变压器利用率高、电路简单的半桥式变换电路，如图2所示，其工作频率25kHz。
4.3PWM部分及驱动电路的组成结构
PWM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。TL494内部集成了两个误差放大器，便于实现电压，电流分别控制。电路实际接线中电源输出端采样电路返回电压反馈信号与电流反馈信号，分别送到TL494脚1和脚16。R815装在电源前面板上用于实现输出电压的调节，R817装在电源前面板上用于实现输出电流的调节。
IGBT驱动电路：
IGBT 常用驱动器件TLP250，L7962和EXB840／841系列等驱动模块存在保护功能不夠完善等不足，不能满足要求。为实现对IGBT可靠驱动和保护，本电源采用北京落木源公司的 KD系列 IGBT驱动器作为其驱动电路。TX-KD无需隔离的辅助电源，工作占空比5－95%，关断时输出为负电平，过流时软关断，并封锁短路信号以执行一个完整的保护过程，如外部控制电路没有动作，则按用户设定的间隔重新启动。驱动模块可按默认值直接使用，也可根据需要自行设置过流动作电压、死区时间、软关断的速度和故障后再次启动的时间。
5、结论
本文介绍的开关电源已成功地作为实验室电源使用。其效率≥85％，纹波优于30mVPP，产品可靠性高、成本低，具有一定的市场竞争力。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。