12v開關電源電路圖及原理

ID:773014 · 發表于 2020-6-8 16:42

本文介紹的開關電源,輸出電壓從0～12V、電流從0～5000A連續可調,滿載輸出功率為60kW。由于采用了ZVT軟開關等技術,同時采用了較好的散熱結構,該電源的各項指標都滿足了用戶的要求,現已小批量投入生產。
12v開關電源其實是能夠有效地維持輸出電壓穩定的一種電源。那么如果開關電源的電壓不穩定將會影響到設備的正常運行，我們要怎么把電壓調到適合的位置，12v開關電源怎么調電壓，我們可以先看下12v開關電源電路圖講解，這樣就會明白12v開關電源怎么調電壓，一起學習吧!

主電路的拓撲結構
鑒于如此大功率的輸出,高頻逆變部分采用以IGBT為功率開關器件的全橋拓撲結構,整個主電路如圖1所示,包括:工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環節、輸出LC濾波器等。
隔直電容Cb是用來平衡變壓器伏秒值,防止偏磁的。考慮到效率的問題,諧振電感LS只利用了變壓器本身的漏感。因為如果該電感太大,將會導致過高的關斷電壓尖峰,這對開關管極為不利,同時也會增大關斷損耗。另一方面,還會造成嚴重的占空比丟失,引起開關器件的電流峰值增高,使得系統的性能降低。

控制電路的設計
由于在本電源中使用的開關元件的過載承受能力有限,必須對輸出電流進行限制,因此,控制電路采用電壓電流雙環結構(內環為電流環,外環為電壓環),調節器均為PID。圖8為控制電路的原理框圖。加入電流內環后,不僅可以對輸出電流加以限制,并且可以提高輸出的動態響應,有利于減小輸出電壓的紋波。
在實際的控制電路中采用了穩壓、穩流自動轉換方式。圖9為穩壓穩流自動轉換電路。開關電源原理是:穩流工作時,電壓環飽和,電壓環輸出大于電流給定,從而電壓環不起作用,只有電流環工作;在穩壓工作時,電壓環退飽和,電流給定大于電壓環的輸出,電流給定運算放大器飽和,電流給定不起作用,電壓環及電流環同時工作,此時的控制器為雙環結構。這種控制方式使得輸出電壓、輸出電流均限制在給定范圍內,具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負載三者決定。

由于本電源的容量為60kW,為了提高效率、減小體積、提高可靠性,因此,采用軟開關技術。高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB-ZVS控制方式它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來實現ZVS。控制芯片采用Unitrode公司生產的UC3875N。通過移相控制,超前橋臂在全負載范圍內實現了零電壓軟開關,滯后橋臂在75%以上的負載范圍內實現了零電壓軟開關。圖2為滯后橋臂IGBT的驅動電壓和集射極電壓波形,可以看出實現了零電壓開通。

12v開關電源電路圖講解

1、市電經D1整流及C1濾波后得到約300V的直流電壓加在變壓器的①腳(L1的上端)，同時此電壓經R1給V1加上偏置后后使其微微導通，有電流流過L1,同時反饋線圈L2的上端(變壓器的③腳)形成正電壓，此電壓經C4、R3反饋給V1,使其更導通，乃至飽和，最后隨反饋電流的減小，V1迅速退出飽和并截止，如此循環形成振蕩，在次級線圈L3上感應出所需的輸出電壓。
2、L2是反饋線圈，同時也與D4、D3、C3一起組成穩壓電路。當線圈L3經D6整流后在C5上的電壓升高后，同時也表現為L2經D4整流后在C3負極上的電壓更低，當低至約為穩壓管D3(9V)的穩壓值時D3導通，使V1有基極短路到地，關斷V1,最終使輸出電壓降低。
3、電路中R4、D5、V2組成過流保護電路。當某些原因引起V1的工作電流大太時，R4上產生的電壓互感器經D5加至V2基極，V2導通，V1基極電壓下降，使V1電流減小。D3的穩壓值理論為9V+0.5~0.7V,在實際應用時，若要改變輸出電壓，只要更換不同穩壓值的D3即可，穩壓值越小，輸出電壓越低，反之則越高。

總結
該電源裝置中,使用移相全橋軟開關技術,使得功率器件實現零電壓軟開關,減小了開關損耗及開關噪聲,提高了效率;設計并使用了一種新穎的高頻功率變壓器,通過調整單個變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實現自動均流;設計并使用了容性功率母排,減小了系統中的振蕩,減小了功率母排的發熱。控制電路中采用了穩壓穩流自動轉換方案,實現了輸出穩壓穩流的自動切換,提高了電源的可靠性及輸出的動態響應,減小了輸出電壓的紋波。
實驗取得了令人滿意的結果,其中功率因數可達0.92,滿載效率為87%,輸出電壓紋波小于25mV。不僅如此,各項指標都達到甚至超過了用戶要求

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