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高中低压多路输出开关电源设计
中,既要考虑满足技术指标要求,又要
技术指标分析与设计考虑考虑设计和生产成本。本文着重阐述了1?交直流输入供电电路的设计该电源的组合设计思想与具体实践中
为了满足交直流输入供电要求,设要解决的关键技术问题。
计中就要考虑将AC220V输入变成直
高中低压多路输出的开关电臌∞,
源技术及要求
1.输入AC220V±10%,50Hz±1Hz;
或DCl2V±2V
2.输出1+2KV~+5KV/1mA
(可调)
输出2+500v/10mA
输出3+495W10mA
输出4+100W10mA
输出5+90W10mA
输出6—30V门0.1A
输出7—25V/O.1A
输出8+15V/0.1A
输出9+10V/O.1A
输出10+5V/0.5A
输出11+5V/O.2A
3.稳定度优于1%
4.纹波峰值,低压优于
100mVp±50mVp;中压优于
1000mVp±50mVp
5.体积优于200(W)×300
(L)×100(H)mm3
6.重量不大于2kg
7.环境工作温度一10℃~+45℃
8.MTBF大于20000爿、时于50%的电路来产生,其工作频率控制在15kHz~20kHz,占空比大小可用电位器来调节,也可用脉宽调制器接成固定脉宽产生方波。关于高压可调技术问题可通过调节脉冲功率放大级的
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图1交直流输入供电电路框图
+12v厅隔唾]陌孺邪圆丽习同两订嚼蕊酮款砺攮Y—1电玲5髟时基一电垮一最大电踌H变压嚣HI謦鼓电呤『—_图22kV~5kV高压电路框图
流12V,与直流输入适配。如果用线性
稳压技术实现AC/DC转换,就少不了
笨重的工频变压器,满足不了技术指标
中对重量的要求;如果采用AC/DC开
关模块,即可省去工频变压器,电路也
相对简单,成本相当。本方案中就选用
PH75S280?12模块作为AC/DC转换,
交直流输入供电电路如图1。
2.可调高压输出电路设计考虑:
2kV~5kV可调高压电路的设
计,当输入电压12V时,如果采用一
高压电源通用设计方案来实现,其
电路比较复杂,既不符合设计成本
要求,也不符合体积重量要求。本
设计方案直接采用计算机显示器或
12寸黑白电视机高压电路,既简单,
又成熟而且容易实现。但要解决方
波信号产生和高压可调的技术问
题。关于方波信号产生,本设计方
案采用555时基电路接成占空比小供电电压高低进行调整,也可通过调节脉冲功率放大器基极激励电流大小来调整高压输出,本设计方案就采用调节基极激励电流来实现输出可调。另一种方案,也可通过一
个脉宽调制集成电路调节输出脉冲宽度来实现,但电路相对复杂,调整也有一定难度。本设计方案高压电路框图如图2。
3.中低压输出电路设计方案
本电源要求输出+500V、+495V、+100V和+90V四路中压电源,其中输出功率最大的是+500V,一路为5W。低压输出有8
图3中低压多路输出变换电路框图
图4+495V电源原理图
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路,输出功率均小于5W。如果中低压输出电源均采用DC/DC模块方案,显然成本偏高,也很难买到低电压输入,中电压输出的小功率DC/DC模块。为
中低压多路输出开关电源设计方案简单,成本低廉,又能较好地满足设计技术指标及要求。而要解决的关键技术之一,高频功率变压器设计与绕制,
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图5+100V+90V电源原理图r上;胃=●乙。彳。
图6低压输出电源原理图
此,本电源设计方案采用推挽式脉宽调
制变换电路,从+500V取样反馈,取
得全部中低压12路输出电源,方案简
单合理,成本较低。如框图3所示。
由于本方案中输入电压为12V,主
回路设计中采用MOS功率管推挽变换
电路比较合适,控制电路采用TL494脉
宽调制器。其取样端的选取,宜选输出
功率较大的一路,以保证其它各路满功
率输出。同时保证了+500V输出电压
的稳定度要求。为了要得到+495V输
出电压,采用一5V三端稳压器与+500V
叠加技术,减少变压器绕组匝数,如图
4+495V原理图所示。+100V和+90V
二路中压电源合并成一路电源,减少了
变压器一个绕组;用简单的线性稳压取
得+100V;+90V由+100V经二次线
性稳压取得。如图5所示。本方案中
100V和90V稳压管精度决定了输出电
压稳定度,所以要选择电压稳定度较好
的稳压管,以保证+100V和+90V输出
稳压精度。其它8路低压输出电源,为
了保证其输出电压的稳定度,均采用三
端稳压器稳压输出,具体电路如图6所
示。
.2‘|http,/:www.gecm49.com。。因为该变压器次级绕。。组太多,设计不好会
鼍压■出影响电路的正常工作。第二,+500V输出反馈到脉宽调制器采样端,其印制电路线与地线,其它印制线间,保证有足够的间距,必须保证大于10mm,否贝U可能弓l起爬电,造成输出电
压不稳定,增加功率开关管损耗或者损坏功率开关管。一个简单的办法,可在印制板的反面直接用外皮耐压大于1000V的绝缘导线连接采样端,减少了印制板布线的困难。
高频功率变压器设计与绕制方法
1.磁芯的选择
本电源输出的功率不大,但因次级绕组太多,需要磁芯有足够的窗宽,以保证绕制的线包比较容易地装入磁芯,故选用RaeEC41磁芯。
2.初次级匝数确定
R。BEC41磁芯,取B。=1500GS,Sc=1,13cm2,ToN=18IJs;E1=10V。
初级:
ⅣP=箍删=器器删_10.6匝取10匝。
次级:
肛=鲁?坼=耋撕=堡±鼍掣?坼其中,6=笔笋;
U。-输出直流电压;
Uo一整流桥正向压降;
U。-阻流卷电压降;
U。一三端器件或功率调整管压降。
次级1+500V输出
ⅣI=(500H2矿+1功×器×击×10“698匝
取700匝。
次级2+100V输出
Ⅳ2=(100y+2y+1矿+10n×言;×{}×102157匝
次级3—30V输出
Ⅳ3=(30r+2y+1矿+7功×罟鲁×j1_×10“56匝
次级4±15V输出
.^‘=(15,,+2矿+1y+3功×害鲁×1:1_×’oz29匝
次级5+10V输出
J%=(10矿+2r+1r+7n×}}×j;×10≈22匝
次级6+5V输出
肌=(5y+2r+1矿+3n×暑}×j1_×10215匝
以上是绕组的基本匝数的计算。但绕组数还要增加-5V,+5V及一30V三个绕组。
3.绕制方法
●为减小漏感影响,最里层绕制一5V绕组,+500V绕组,后绕初级绕组,再绕次级绕组。绝缘宜用厚度0.03聚脂薄膜,初次级之间用5层,次级与次级用2层,保证有较好的绝缘强度。
●绕制初级绕组时,用双线并绕,保证中心抽头完全对称,以改善功率级波形,减少损耗,提高效率。
●漆包线宜用高强度QQ型漆包线,电流密度取5A/mm2,考虑到容易绕制,在窗宽允许的情况下,尽量选用直径较粗的漆包线。
结束语
高中低压多路直流稳压电源设计方案,经实际制作的样机指标测试,均能达到预期效果。尤其成本低廉,用户特别满意。本设计方案对高中低压多路直流稳压电源来说,也许不是最好的方案,仅仅是供从事电源技术工作者在设计中一个启迪而已。皿
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