铁硅磁粉芯大功率电源应用
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概
述
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大功率电源背景要求
大功率电源(≥1kW)电感器设计需求 铁硅粉芯（NPF/PPI)特点 应用案例介绍 总结
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大功率电源背景要求
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大功率电源背景要求 高转换效率
---器件损耗低
小型化、低成本
---高频化发展、降低感量 长寿命、高可靠
---无老化风险
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大功率高频电感器设计需求
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大功率电源电感设计需求
高转换效率
---选低损耗磁性材料
体积小，电感量减小
---选高饱和磁通密度材料，峰值电流下，电感保留30-50%为基准, 达到高效率、节约有色金属用量且降低成本
温度、频率稳定性好，无老化风险
---磁材温度频率特性曲线稳定，无机物绝缘
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铁硅粉芯特点
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金属磁粉芯产品特点
均匀气隙&无机物绝缘
100%无机物绝缘---无老化风险均匀气隙---低漏磁损耗,无局部气隙
陶瓷体绝缘层
金属磁粉
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铁硅磁粉芯产品特点 低损耗
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铁硅磁粉芯产品特点 高磁通密度
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铁硅磁粉芯产品特点
电感软饱和
rating t
0100%
50-60%
100% load
I rating
I
light load
铁硅电感
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铁硅磁粉芯产品特点
稳定性好
P e r m e a b i l i t y
Frequency [Hz]
Amorphous
铁硅
Si-Steel
铁硅粉芯
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铁硅磁粉芯产品特点
成熟度
1.金属磁粉芯有百年发展历程，工艺稳定。
2.全球共有近十家制造商。
3.价格稳定，波动小。
---不会对产品供应造成瓶颈！
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应用案例介绍
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UPS应用介绍
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客户：EM 公司
使用设备：UPS 功
率：30KvA
工作频率：16KHz 效率要求：92%
1.项目背景：
温度、成本优化案例---PPI替代铁粉芯
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2.改善前电感状况：
供应厂商：国外M 公司材料类别：-34IRON CORE 绕线圈数：110TS
温度、成本优化案例---PPI替代铁粉芯
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温度、成本优化案例---PPI替代铁粉芯
3.改善后电感状况：
供应厂商：铂科磁材
材料类别：PPI磁粉芯
绕线圈数：92TS
绕线圈数减少18圈！
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4.改善效果---效率：
92.3%
92.1%
整机效率提升0.2%！
温度、成本优化案例---PPI替代铁粉芯
《电力电子技术》课程设计说明书 大功率电源设计 院、部：电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 专业： 班级： 完成时间：2014年5月29日
摘要 主要介绍36kW 大功率高频开关电源的研制。阐述国内外开关电源的现状．分析全桥移相变换器的工作原理和软开关技术的实现。软开关能降低开关损耗，提高电路效率。给出电源系统的整体设计及主要器件的选择。试验结果表明，该装置完全满足设计要求，并成功应用于电镀生产线。 关键词：高频开关电源；全桥移相；零电压开关；软开关技术
ABSTRACT The analysis and design of 36 kW high frequency switching power supply are presented．The present state of switching power supply is explained．The operating principle of full bridge phase—shifted converter and realization of soft switching techniques are analysed．Soft switching can reduce switching loss and increase circuit s efficiency．Integer designing of power supply system and selection of main device parameters are also proposed．The experiment results demonstrate the power supply device satisfies design requirements completely．It has been applied in electric plating production line success—fully． Keywords：high frequency switching power supply；full bridge phase—shifted；zero voltage switching；soft switching tech— nlques
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主 要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每 一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck 变换器)。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在 系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙 之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使 用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。 更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 过电流限制： 3.0A 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +5.0V*2A=10.0W(最大) 输入功率： Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W 功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W 续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA 高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
现代电源技术课程实践报告 院系：物理与电气工程学院 班级：电气自动化一班 姓名: 李向伟 学号: 111101007 指导老师:苗风东
一、设计要求 （1）输入电压：AC220±10%V （2）输出电压: 12V （3）输出功率:12W （4）开关频率: 80kHz 二、反激稳压电源的工作原理
图2-1 反激稳压电源的电路图 三、 反激电路主电路设计 (1)(1)Np Vdc Ton Vo Tr Nsm -=+ （3-1） 1. 反激变压器主电路工作原理 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM 模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM
模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计. 1）工作过程： S 开通后，VD 处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加； S 关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。 反激电路的工作模式： 反激电路的理想化波形 S u S i S i V D t o t o ff t t t t U i O O O O 反激电路原理图
1绪论 1.1论文的研究背景 电源设备用以实现电能变换和功率传递，是一种技术含量高、知识面宽、更新换代快的产品。现今已广泛应用到工业、能源、交通、运输、信息、航空、航天、航运、国防、教育、文化等领域。在信息时代，上述各行各业都在迅猛地发展，发展的同时又对电源产业提出了更多更高的要求。显然，电源技术的发展将 带动相关技术的发展，而相关技术的发展反过来又推动了电源产业的发展。当前在电源产业，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC y DC开关电源、DC y DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、大功率高频高压直流稳压电源、绿色照明电源、化学电源、UPS可靠高效低污染的光伏逆变电 源、风光互补型电源等。而与电源相关的技术有高频变换技术、功率转换技术、数字化控制技术、全谐振高频软开关变换技术、同步整流技术、高度智能化技术、电磁兼容技术、功率因数校正技术、保护技术、并联均流控制技术、脉宽调制技术、变频调速技术、智能监测技术、智能化充电技术、微机控制技术、集成化技术、网络技术、各种形式的驱动技术和先进的工艺技术。 1.2脉冲电源的特点及发展动态 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种，顾名思义，它的电压或电流波 形为脉冲状。按脉冲电源的输出特性分类，有高频、低频、单向、双向、高压、低压等不同的分类，具体选择怎样的输出电压、输出电流和开关频率，根据具体的应用场合而定。按脉冲波形分，有矩形波、三角波、梯形波、锯齿波等多种形式，如图1. 1所示。 图1 . 1各种脉冲波形 由于矩形波具有较好的可控性和易操作性，所以这种波形的应用居多。究其本质，
高效率开关电源设计实 例 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流： 过电流限制： 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗* 0．5= 续流二极管损耗：*= 输入平均电流 低输入电压时／10V= 高输入电压时：／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
半桥型开关稳压电源 设计
电力电子技术课程设计（论文）题目：240W半桥型开关稳压电路设计
摘要 本次设计的是240W半桥型开关稳压电源，为负载供电。 电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。由于开关电源本身消耗的能量低，电源效率比普通线性稳压电源提高一倍，被广泛用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。它的效率可达85％以上，稳压范围宽，除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。本文介绍了一种采用半桥电路的开关电源，其输入电压为单相170 ~ 260V，输出电压为直流24V恒定，最大电流10A。设计内容包括主电路的原理与主电路图的设计、控制电路器件的选取、保护电路方案的确定以及计算机仿真与波形分析等方面。 关键词：半桥变换器；功率MOS管；脉宽调制；稳压电源。
目录 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1稳压电源总体设计方案 (3) 2.2具体电路设计 (4) 2.2.1 主电路设计 (4) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.2.3驱动电路设计 (6) 2.2.4保护电路设计 (7) 2.2.5 整体电路设计 (8) 2.3元器件型号选择 (9) 第3章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) 第1章绪论 (1) 1.1电力电子技术概况 (1) 1.2本文设计内容 (2) 第2章电路设计 (3) 2.1稳压电源总体设计方案 (3) 2.2具体电路设计 (4) 2.2.1 主电路设计 (4) 2.2.2 控制电路设计 (5) 2.2.3驱动电路设计 (6)
目录 绪论 (2) 第一章小功率整流滤波电路 (3) 1.1 单相整流电路 (3) 1.2 滤波电路 (5) 1.3 稳压电路 (10) 第2章直流稳压电源的技术指标 (11) 2.1、直流稳压电源的特性指标 (11) 2.2 稳压电源质量指标 (11) 2.3稳压电路的种类 (12) 第3章稳压电路保护 (13) 第4章直流稳压电源的分类 (14) 4.1 电路拓扑结构选择 (14) 4.2控制方式的选择 (14) 第5章电源的主电路 (15) 第6章纹波的抑制 (16) 6.1.电源纹波产生途径： (16) 6.2、本文采取的措施 (16) 结束语 (17) 致谢词 (18) 参考文献 (19)
绪论 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。 一般直流稳压电源由如下部分组成: 整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。 滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。 直流稳压电源的方框图如图1.1所示。 图1-1 整流滤波方框图
河南机电高等专科学校综合实训报告 系部： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 2012年05月
实训任务书 1．时间：2012年5月2日～2012年5月25日 2. 实训单位：河南机电高等专科学校 3. 实训目的：熟悉电路板及电子产品的制作全过程 4. 实训任务： ①了解电路板图得来的方法，掌握电路板图的打印技巧； ②会使用热转印机将电路图转印到覆铜板上； ③掌握电路板的腐蚀过程及注意事项； ④会使用高速钻床给电路板打孔； ⑤认识电子元器件，熟悉常用元器件的特性； ⑥熟练掌握焊接方法和技巧，完成电路板的焊接； ⑦掌握电子产品通电调试的注意事项，会检修电子产品； ⑧作好实训笔记，对自己所发现的疑难问题及时请教解决； ⑨联系自己专业知识，体会电子产品制作过程，总结自己的心得体会； ○10参考相关的书籍、资料，认真完成实训报告。
综合实训报告 前言 当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都离不开一个共同的电路——电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算机，所有电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。在电子电路中，都需要压稳定的直流电源供电，小功率稳压他是由电源变压器,整流,滤波和稳压电路等四部分组成。电源变压器是将交流电网 220v 的电压变为所需要的电压值,然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波,必须通过滤波电路加以滤除,从而得到平滑的直流电压，但这样的电压还随电网电压波动,负载和温度的变化而变化。因而在整流,滤波电路之后还需接稳压电路，稳压电路的作用是当电网电压波动,负载和温度变化时,维持输出直流电压稳定。当负载要求功率较大,效率高时,常采用开关稳压电源。 实训报告: 一、实验名称 MOS大功率可调稳压电源 二、实验要求 1、利用TL431（精密电压基准）和IRF640（MOS管）设计一个大功率可调线 性稳压电源。 2、输入采用24V变压器，前级线圈接市电220V。 3、输出电压在DC2.5～24V之间可调，（最大电流6A，与变压器功率也有关 系。 4、对电路进行分析测试，完善电路的不足之处。 三、实验器材 1、实验仪器和工具 万用表、电烙铁、松香、焊锡、细纱布、锜子、剪刀、剥线钳。
第1章前言 1.1电力电子技术发展史 现代电力电子技术的发展方向，是从以低频技术处理问题为主的传统电力电子学, 向以高频技术处理问题为主的现代电力电子学方向转变。电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整流器件，其发展先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，并促进了电力电子技术在许多新领域的应用。八十年代末期和九十年代初期发展起来的、以功率MOSFE和IGBT为代表的，集高频、高压和大电流于一身的功率半 导体复合器件，表明传统电力电子技术已经进入现代电力电子时代。 1、整流器时代 大功率的工业用电由工频（50Hz）交流发电机提供，但是大约20%勺电能是以直流形式消费的，其中最典型的是电解（有色金属和化工原料需要直流电解）、牵引（电气机车、电传动的内燃机车、地铁机车、城市无轨电车等）和直流传动（轧钢、造纸等）三大领域。大功率硅整流器能够高效率地把工频交流电转变为直流电，因此在六十年代和七十年代，大功率硅整流管和晶闸管的开发与应用得以很大发展。当时国内曾经掀起了一股各地大办硅整流器厂的热潮，目前全国大大小小的制造硅整流器的半导体厂家就是那时的产物。 2、逆变器时代 七十年代出现了世界范围的能源危机，交流电机变频调速因节能效果显著而迅速发展。变频调速的关键技术是将直流电逆变为0?100Hz的交流电。在七十年代到八十 年代，随着变频调速装置的普及，大功率逆变用的晶闸管、巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）成为当时电力电子器件的主角。类似的应用还包括高压直流输出，静止式无功功率动态补偿等。这时的电力电子技术已经能够实现整流和逆变，但工作频率较低，仅局限在中低频范围内。 3、变频器时代 进入八十年代，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，为现代电力电子技术的发展奠定了基础。将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合, 出现了一批全新的全控型功率器件、首先是功率M0SFETI勺问世，导致了中小功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管（IGBT）的出现，又为大中型功率电源向高频
电源工程师指南：大功率电源中MOSFET功耗的计算 摘要：功率MOSFET是便携式设备功率开关电源的主要组成部分。此外，对于散热量极低的笔记本电脑来说，这些MOSFET是最难确定的元件。本文给出了计算MOSFET功耗以及确定其工作温度的步骤，并通过多相、同步整流、降压型CPU核电源中一个30A单相的分布计算示例，详细说明了上述概念。 也许，今天的便携式电源设计者所面临的最严峻挑战就是为当今的高性能CPU提供电源。CPU的电源电流最近每两年就翻一番。事实上，今天的便携式核电源电流需求会高达60A或更多，电压介于0.9V和1.75V之间。但是，尽管电流需求在稳步增长，留给电源的空间却并没有增加—这个现实已达到了热设计的极限甚至超出。 如此高电流的电源通常被分割为两个或更多相，每一相提供15A到30A。这种方式使元件的选择更容易。例如，一个60A电源变成了两个30A电源。但是，这种方法并没有额外增加板上空间，对于热设计方面的挑战基本上没有多大帮助。 在设计大电流电源时，MOSFET是最难确定的元件。这一点在笔记本电脑中尤其显著，这样的环境中，散热器、风扇、热管和其它散热手段通常都留给了CPU。这样，电源设计常常要面临狭小的空间、静止的气流以及来自于附近其它元件的热量等不利因素的挑战。而且，除了电源下面少量的印.
制板铜膜外，没有任何其它手段可以用来协助耗散功率。 在挑选MOSFET时，首先是要选择有足够的电流处理能力，并具有足够的散热通道的器件。最后还要量化地考虑必要的热耗和保证足够的散热路径。本文将一步一步地说明如何计算这些MOSFET的功率耗散，并确定它们的工作温度。然后，通过分析一个多相、同步整流、降压型CPU核电源中某一个30A单相的设计实例，进一步阐明这些概念。 计算MOSFET的耗散功率 为了确定一个MOSFET是否适合于某特定应用，你必须计算一下其功率耗散，它主要包含阻性和开关损耗两部分： PD DEVICE TOTAL = PD RESISTIVE + PD SWITCHING 由于MOSFET的功率耗散很大程度上依赖于它的导通电阻(R DS(ON))，计算R DS(ON)看上去是一个很好的出发点。但是MOSFET的R DS(ON)与它的结温(T J)有关。话说回来，T J又依赖于MOSFET的功率耗散以及MOSFET的热阻(ΘJA)。这样，似乎很难找到一个着眼点。由于功率耗散的计算涉及到若干个相互依赖的 因素，我们可以采用一种迭代过程获得我们所需要的结果(图1)。 .
大功率直流开关电源设计 前言 开关电源的发展及国外现状 随着通信用开关电源技术的广泛应用和不断深入，实际工作中人们对开关电源提出了更高的要求，提出了应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化、产品性能的绿色化、新一代电源的技术含量大大提高，使之更加可靠、稳定、高效、小型、安全。在高频化方面，为提高开关频率并克服一般的PWM和准谐振、多谐振变换器的缺点，又开发了相移脉宽调制零电压开关谐振变换器，这种电路克服了PWM方式硬开关造成的较大的开关损耗的缺点，又实现了恒频工作，克服了准谐振和多谐振变换器工作频率变化及电压、电流幅度大的缺点。采用这种工作原理，大大减小了开关管的损耗，不但提高了效率也提高了工作频率，减小了体积，更重要的是降低了变换电路对分布参数的敏感性，拓宽了开关器件的安全工作区，在一定程度上降低了对器件的要求，从而显著提高了开关电源的可靠性。 1. 开关电源主电路的设计 开关电源最重要的两部分就是主电路和控制电路。本章将根据大功率直流开关电源的要求对主电路各部分进行性能分析并计算各项参数，根据计算所得的数据结果选择各元器件，设计出各个独立模块，最后组装成开关电源的主电路。 1.1 开关电源的设计要求 在本课题研究的过程中，主要对大功率开关直流电源的工作原理、电路的拓扑结构和运行模式进行了深入研究，并结合系统的技术参数，确定系统主电路的拓扑，设计出主电路，即分别设计出滤波、整流、DC-DC变换器、软启动和保护控制等部分。下面就对电源主电路的设计进行详细说明。
1.2 主电路组成框图 根据需要设计大功率开关电源的技术要求，本文进行了方案的验证与比较，设计如图2-1所示的软开关直流开关电源的主电路框图。虚线以上是主电路，主电路主要分为输入整流滤波、逆变开关电路、逆变变压器和输出整流滤波；虚线以下为控制回路，控制回路主要包括信息检测电路、控制和保护单元、监控单元和辅助电源。 本电源采用ZVZCS- PWM 拓扑，原边加箝位二极管，三相交流输入整流后，加LC 滤波，以提高输入功率因数，主功率管选用IGBT ，控制电路采用UC3875移相控制专用集成芯片，电流电压双闭环控制。具体设计主电路如图2-2所示，包括三个部分:(1) 输入整流滤波电路；(2) 单相逆变桥；(3) 输出整流滤波电路. EMI 全桥整流滤波 高频逆变 整流滤波 辅助电源 控制和保护单元 反馈 监控单元 交流输入 集中监控单元 直流输出 图2-1 直流开关电源的主电路框图 1.2.1 输入整流滤波电路 三相交流电经电源内部EMI 滤波后，加到整流滤波模块。EMI 滤波器的作用是滤除功率管开关产生的电压电流尖峰和毛刺，减小电源内部对电网的干扰，同时又能减小其他用电设备通过电网传向电源的干扰。滤波电路采用LC 滤波，电感的作用是拓开电流导通时间，限制电流峰值，可以提高电源的输入功率因数。滤波电容采用四个电解电容，两个串联后并联使用，满足三相整流后的高压要求。电阻R1、R2是平衡串联电容上的电压，高频电容与电解电容并联使用，滤除高频谐波，弥补电解电容高频特性差的缺陷。
大功率开关电源设计 设计（）
1000W大功率开关电源设计 摘要 随着电源技术的不断发展，开关电源作为一种新型电源设备得到了广泛的认可和应用。伴随着这种趋势，人们也在期待着开关电源的大功率化。本文从大功率开关电源的方向着手设计，分析了开关电源的组成与工作原理，了解了开关电源的主要结构、辅助技术以及开关器件的选择与驱动等方面。从而掌握了开关电源的相关知识，理解了人们对大功率开关电源的迫切需求。此外，本文最后提到了蓄电池的充电技术，这是因为时代的高速运转，使得快速充电技术应运而生。因此作为一名电源工作者，应当有所了解。 关键词：开关电源，大功率，快速充电
DESIGN OF 1000W SWITCHING HIGH-POWER SUPPLY ABSTRACT With the continuous development of power technology,switching power supply is a new type of power equipment that has been widely recognized and applied.Along with this trend,people in high power switching power supply of look forward to.The article from the switching power supply design directions,analyzed the composition and working principle of switching power supply,the main structure of switch power supply,assistive technology and the choice of switching device and drive etc..To master the related knowledge of switching power supply,understand the urgent demand of high-power switching power supply of the people.In addition,the last mentioned charging battery,this is because the high running times,makes the rapid charging technology emerge as the times require.Therefore as a power worker,I should be aware of it. KEY WORDS:Switching power supply，High-power，Fast charging
移相全桥大功率软开关电源的设计 移相全桥大功率软开关电源的设计 1引言 在电镀行业里，一般要求工作电源的输出电压较低，而电流很大。电源的功率要求也比较高，一般都是几千瓦到几十千瓦。目前，如此大功率的电镀电源一般都采用晶闸管相控整流方式。其缺点是体积大、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差等。 本文介绍的电镀用开关电源，输出电压从0~12V、电流从0~5000A连续可调，满载输出功率为60kW.由于采用了ZVT软开关等技术，同时采用了较好 的散热结构，该电源的各项指标都满足了用户的要求，现已小批量投入生产。 2主电路的拓扑结构 鉴于如此大功率的输出，高频逆变部分采用以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构，整个主电路，包括：工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节、输出LC滤波器等。 隔直电容Cb是用来平衡变压器伏秒值，防止偏磁的。考虑到效率的问题，谐振电感LS只利用了变压器本身的漏感。因为如果该电感太大，将会导致过高 的关断电压尖峰，这对开关管极为不利，同时也会增大关断损耗。另一方面，还会造成严重的占空比丢失，引起开关器件的电流峰值增高，使得系统的性能降低。 图1主电路原理图 3零电压软开关 高频全桥逆变器的控制方式为移相FB2ZVS控制方式，控制芯片采用Unitrode公司生产的UC3875N。超前桥臂在全负载范围内实现了零电压软开关，滞后桥臂在75%以上负载范围内实现了零电压软开关。图2为滞后桥臂IGBT的驱动电压和集射极电压波形，可以看出实现了零电压开通。
开关频率选择20kHz,这样设计一方面可以减小IGBT的关断损耗，另一方面又可以兼顾高频化，使功率变压器及输出滤波环节的体积减小。 图2IGBT驱动电压和集射极电压波形图 4容性功率母排 在最初的实验样机中，滤波电容C5与IGBT模块之间的连接母排为普通的功率母排。在实验中发现IGBT上的电压及流过IGBT的电流均发生了高频震荡，图3为满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。原因是并联在IGBT模块上的突波吸收电容与功率母排的寄生电感发生了高频谐振。满载运行一小时后，功率母排的温升为38℃，电容C5的温升为24℃。 图3使用普通功率母排时变压器初级电压、电流波形 为了消除谐振及减小功率母排、滤波电容的温升，我们最终采用了容性功率母排，图4为采用容性功率母排后满功率时采集的变压器初级的电压、电流波形图。从图中可以看出，谐振基本消除，满载运行一小时后，无感功率母排的温升为11℃，电容C5的温升为10℃。 图4使用容性功率母排后变压器初级电压和电流波形 5采用多个变压器串并联结构，使并联的输出整流二极管之间实现自动均流为了进一步减小损耗，输出整流二极管采用多只大电流（400A）、耐高电压（80V）的肖特基二极管并联使用。而且，每个变压器的次级输出采用了全波整流方式。这样，每一次导通期间只有一组二极管流过电流。同时，次级整流二极管配上了RC吸收网络，以抑止由变压器漏感和肖特基二极管本体电容引起 的寄生震荡。这些措施都最大限度地减小了电源的输出损耗，有利于效率的提高。 对于大电流输出来说，一般要把输出整流二极管并联使用。但由于肖特基二极管是负温度系数的器件，并联时一般要考虑它们之间的均流。二极管的并联方
要制造好高频变压器要注意两点： 一是每个绕组要选用多股细铜线并在一同绕,不要选用单根粗铜线,简略地说便是高频交流电只沿导线的表面走,而导线内部是不走电流的实习是越挨近导线中轴电流越弱,越挨近导线表面电流越强。选用多股细铜线并在一同绕,实习便是为了增大导线的表面积,然后更有效地运用导线。 二是高频逆变器中高频变压器最好选用分层、分段绕制法,这种绕法首要目的是削减高频漏感和降低分布电容。 1、次级绕组：初级绕组绕完，要加绕(3~5层绝缘垫衬再绕制次级绕组。这样可减小初级绕组和次级绕组之间分布电容的电容量，也增大了初级和次级之间的绝缘强度，契合绝缘耐压的需求。减小变压器初级和次级之间的电容有利于减小开关电源输出端的共模打扰。若是开关电源的次级有多路输出，而且输出之间是不共地的为了减小漏感，让功率最大的次级接近变压器的初级绕组。 若是这个次级绕组只要相对较少几匝，则为了改善耦合状况，仍是应当设法将它布满完好的一层，如能够选用多根导线并联的方法，有助于改善次级绕组的填充系数。其他次级绕组严密的绕在这个次级绕组的上面。当开关电源多路输出选用共地技能时，处置方法简略一些。次级能够选用变压器抽头方式输出，次级绕组间不需要采用绝缘阻隔，从而使变压器的绕制愈加紧凑，变压器的磁耦合得到加强，能够改善轻载时的稳压功能。 2、初级绕组：初级绕组应放在最里层，这样可使变压器初级绕组每一匝用线长度最短，从而使整个绕组的用线为最少，这有效地减小了初级绕组自身的分布电容。通常状况下，变压器的初级绕组被规划成两层以下的绕组，可使变压器的漏感为最小。初级绕组放在最里边，使初级绕组得到其他绕组的屏蔽，有助于减小变压器初级绕组和附近器材之间电磁噪声的相互耦合。初级绕组放在最里边，使初级绕组的开始端作为衔接开关电源功率晶体管的漏极或集电极驱动端，可削减变压器初级对开关电源其他有些电磁打扰的耦合。 3、偏压绕组：偏压绕组绕在初级和次级之间，仍是绕在最外层，和开关电源的调整是依据次级电压仍是初级电压进行有关。若是电压调整是依据次级来进行的则偏压绕组应放在初级和次级之间，这样有助于削减电源发生的传导打扰发射。若是电压调整是依据初级来进行的则偏压绕组应绕在变压器的最外层，这可使偏压绕组和次级绕组之间坚持最大的耦合，而与初级绕组之间的耦合减至最小。 初级偏压绕组最佳能布满完好的一层，若是偏压绕组的匝数很少，则能够采用加粗偏压绕组的线径，或许用多根导线并联绕制，改善偏压绕组的填充状况。这一改善方法实际上也改善了选用次级电压来调理电源的屏蔽才干，相同也改善了选用初级电压来调理电源时，次级绕组对偏压绕组的耦合状况。 高频变压器匝数如何计算？很多设计高频变压器的人都会有对于匝数的计算问题，那么我们应该如何来计算高频变压器的匝数，从而解决这个问题？接下来，晨飞电子就为大家介绍下匝数的计算方法：
– 20 – 2012年第11卷第2期1 引言 近年来，随着电力电子技术的迅速发展，高频开关电源 已广泛应用于计算机、通信、航空航天、工业加工等领域， 它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快 速性好等优点。基于这些优点，高频开关电源已经在很多方 面逐步取代了效率低、笨重、精度不高的传统线性电源，本 文介绍和比较了电压型PWM控制器和电流型PWM控制器的优缺 点，着重论述了电流型控制芯片UC3846在大功率全桥开关电 源中的应用，并对电路进行具体的分析。 2 电压型和电流型PWM控制器 2.1 电压型PWM控制器 目前应用广泛的PWM控制器都是采用电压模式控制的，它 只对输出电压进行采样, 采样信号Vf作为反馈信号与基准电 压Vr在误差放大器中进行比较放大，得到误差信号Ve，Ve和 锯齿波信号比较后通过PWM比较器输出一系列高频脉冲来控制 开关管的导通和截止，它的主要缺点是：响应速度慢，稳定 性差，甚至在大信号变化时会产生振荡，造成功率管损坏等 故障[1]。 图1 电压控制型的原理图2.2 电流型PWM控制器针对上述电压型控制器的缺点，最近十几年发展起来电流型控制技术。 现代建设 Modern Construction [作者简介] 吴军（1982- ），男，江苏盐城人，在读硕士，就读于郑州大学信息工程学院，主要研究方向为开关电源设计。 基于UC3846的大功率开关电源的设计 吴军 李长华 刘平 （郑州大学信息工程学院，河南 郑州 450001 ） 摘 要：本文介绍并比较了电压控制型和电流控制型PWM变换器的基本原理，设计出基于电流型控制芯片UC3846的大功率全桥开关电源的实用电路。给出了各部分相应的原理图，并进行了详细的介绍。实践表明，该电路具有良好的性能。关键词：UC3846；电压控制型；电流控制型；脉宽调制 中图分类号：TP303+.3 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）02-0020-03 Design of a High Switching Power Supply Based on UC3846 WU Jun LI Changhua LIU Ping (college of Information Engineering ,Zhengzhou university Zhengzhou 450001) Abstract: The basic principles of voltage-mode control and current-mode control PWM converters are introduced and compared .An applied circuit of a high power Full-Bridge switching power supply is designed based on the PWM IC UC3846 for current mode control.The every circuit diagram with corresponding part is provide and detailed.The experiment result shows that the circuit has better performance. Key words: UC3846; voltage-mode control; current-mode control; PWM
高效率开关电源设计实例 1 0 W同步整流Buck变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路 的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PW履计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器（板载的10W降压 Buck变换器）。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步 控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3/4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的（见图20的电路图）。 设计指标 输入电压范围：DC+10- +14V 输出电压：DC+5.0V
额定输出电流：2.0A 过电流限制：3.0A 输出纹波电压：+30mV (峰峰值) 输出调整：土1% 最大工作温度：+40 C “黑箱”预估值 输出功率：+5.0V *2A=10.0W最大) 输入功率：Pout/估计效率=10.0W^0.90=11.1W 功率开关损耗(11.1W-10W) * 0 . 5=0.5W 续流二极管损耗：(1I.IW-10W) *0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时11.1W / 10V=1.1IA 高输入电压时：11.1W/ 14V=0. 8A 估计峰值电流：1 . 4lout(rated)=1 . 4X 2. 0A=2. 8A 设计工作频率为300kHz。
n LCD Monitor and LCD TV n Portable instrument power supply n Telecom / Networking Equipment component count. Figure1. Package Type of XL4013
Pin Configurations Figure2. Pin Configuration of XL4013 (Top View) Table 1 Pin Description Pin Number Pin Name Description 1 GND Ground Pin. Care must be taken in layout. This pin should be placed outside of the Schottky Diode to output capacitor ground path to prevent switching current spikes from inducing voltage noise into XL4013. 2 FB Feedback Pin (FB). Through an external resistor divider network, FB senses the output voltage and regulates it. The feedback threshold voltage is 1.25V . 3 SW Power Switch Output Pin (SW). SW is the switch node that supplies power to the output. 4 VC Internal V oltage Regulator Bypass Capacity. In typical system application, The VC pin connect a 1uf capacity to VIN. 5 VIN Supply V oltage Input Pin. XL4013 operates from a 8V to 36V DC voltage. Bypass Vin to GND with a suitably large capacitor to eliminate noise on the input.
开关电源设计步骤 步骤1 确定开关电源的基本参数 ① 交流输入电压最小值u min ② 交流输入电压最大值u max ③ 电网频率F l 开关频率f ④ 输出电压V O （V ）：已知 ⑤ 输出功率P O （W ）：已知 ⑥ 电源效率η：一般取80％ ⑦ 损耗分配系数Z ：Z 表示次级损耗与总损耗的比值，Z=0表示全部损耗发生在初级， Z=1表示发生在次级。一般取Z=0.5 步骤2 根据输出要求，选择反馈电路的类型以及反馈电压V FB 步骤3 根据u ，P O 值确定输入滤波电容C IN 、直流输入电压最小值V Imin ① 令整流桥的响应时间tc=3ms ② 根据u ，查处C IN 值 ③ 得到V imin 步骤4 根据u ，确定V OR 、V B ① 根据u 由表查出V OR 、V B 值 ② 由V B 值来选择TVS 步骤5 根据Vimin 和V OR 来确定最大占空比Dmax V OR Dmax= ×100％ V OR +V Imin －V DS(ON) ① 设定MOSFET 的导通电压V DS(ON) ② 应在u=umin 时确定Dmax 值，Dmax 随u 升高而减小 步骤6 确定初级纹波电流I R 与初级峰值电流I P 的比值K RP ，K RP =I R /I P K RP u(V) 最小值(连续模式) 最大值(不连续模式) 固定输入:100/115 0.4 1 通用输入:85~265 0.4 1 固定输入:230±35 0.6 1 确定C IN ,V Imin 值 u(V) P O (W) 比例系数(μF/W)C IN (μF) V Imin (V) 固定输入:100/115 已知 2~3 (2~3)×P O ≥90 通用输入:85~265 已知 2~3 (2~3)×P O ≥90 固定输入:230±35 已知 1 P O ≥240 u(V) 初级感应电压V OR (V)钳位二极管 反向击穿电压V B (V) 固定输入:100/115 60 90 通用输入:85~265 135 200 固定输入:230±35 135 200
最详细的开关电源反馈回 路设计 Prepared on 22 November 2020
开关电源反馈回路设计 开关电源反馈回路主要由光耦（如PC817）、电压精密可调并联稳压器（如TL431）等器件组成。要研究如何设计反馈回路，首先先要了解这两个最主要元器件的基本参数。 1、光耦 PC817的基本参数如下表： 2、可调并联稳压器 由TL431的等效电路图可以看到，Uref是一个内部的基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近Uref（）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管VT的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的。 前面提到TL431的内部含有一个的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若Vo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在Uref等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。 图2 选择不同的R1和R2的值可以得到从到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1mA。 了解了TL431和PC817的基本参数后，来看实际电路： 图3 反馈回路主要关注R6、R8、R13、R14、C8这几个器件的取值。 首先来看R13。R13、R14是TL431的分压电阻，首先应先确定R13的值，再根据Vo=(1+R14/R13)Vref公式来计算R14的值。 1.确定R13.、R14取值