实用的大功率DC_DC开关电源电路
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R1 、R2 的取值决定了直流输出电压V0
R1 R2
=
V0 - 511 511
(1)
根据式 (1) 可以推算出标准输出电压V0 与 外接电阻的关系 :
①输出电压V0 = 511V ,R2 = ∞,R1 = 0Ω ②输出电压V0 = 12V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 6. 2kΩ ③输出电压V0 = 15V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 9. 1kΩ ④输出电压V0 = 18V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 12kΩ ⑤输出电压V0 = 24V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 18kΩ
32
一般 R2 推荐使用 417kΩ , 当 R1 为可调电 阻时 ,则输出电压V0 从 511～40V 连续可调 。
图 1 是大功率 DC/ DC 开关电源电路 ,该电 源有四路不共地输出 ,输出功率较大 。
在实际 电 路 中 一 定 要 使 信 号 和 功 率 地 分
开 ,否则达不到应有的要求 。L4960 的开关频 率在 10～100k Hz 范围内 ,开关频率由C2 R4 乘 积决定 。通常C2 为 313nF ,R4 为 10kΩ ,图 1 中 开关频率为
L
总 ≈2
V0 ·TOFF ( ILmax - IL
)
≈ 2
V0 ( ILmax -
·VI - V0 IL ) f VI
(2)
式 (2) 中 , IL 为电感 L 的电流 ,V02为输出
电压 , TOFF 为 续 流 二 极 管 导 通 的 时 间 , f 为
PWM 的开关频率 , V I 为电容 C1 两端的电压 ,
2 中国仪器仪表学会过程检测控制仪表学会编译 1 日 本传感器及检测仪表大全 119921
收稿日期 :1998 - 03 - 11
(王 宁 编发)
(上接第 48 页) 每次必须连续读取 16 字节数 据 ,参见图 4 。主机先查询状态口 ,同时向接口 板的单片机申请中断 ,单片机响应中断后送出 数据并置状态有效 。主机读入状态口若最低位 D0 为 0 ,则数据有效 ,从数据口读取数据 ,存入 数据缓冲区 ,修改缓冲区的地址指针和循环变 量值 ,重复上述过程直到读完 16 个字节数据 。
参 考 文 献
1 邵军哲等 1 温度 - 数字转换微机接口电路 1 电子技 术应用 ,1990 (3)
2 仲崇权等 1 相变温度微机检测系统 1 电子技术应用 , 1995 (4)
3 邵军哲等 1STD 总线与 S - 100 总线温度 - 数字转换 微机接口电路 1 电子与自动化 ,1990 (4)
二 、电路设计 我们在进行皮鞋抛光机械调速的工程设计 和温控研究时 ,设计了一种采用新型 PWM (脉 宽调制) 芯片的高频开关电源 ,该电源的 PWM 芯片采用 L4960 。目前市售的交流 220V 输入 的开关电源的输出功率不太大 ,与我们的工程 设计不符 。这类开关电源电路主要采用了高直 流电压的 DC/ DC 变换器 ,即将交流输入 220V
ILmax为电感电流 IL 的最大值 ,L 总 是原边电感
L 与副边电感 L1 、L2 、L3 在原边折算值之和 。 通常设计时 ,选 ILmax = Iom , Iom为输出电流
I0 的最大值 。
实际上必须留有一定余量以保证电感 L
不出现电流断续 ,L 总 通常选式 (2) 计算值的 2 倍左右 。所以式 (2) 又写成
收稿日期 :1998 - 05 - 11
(马甲军 编发)
33
负输入端 ,差值信号和锯齿波信号比较后 ,由
PWM 比较器输出给与门 ,控制 PWM 信号的
占空比 ,即控制输出功率管的导通与截止时间 。
⑦脚的输出电压经L C 滤波后得到稳定的直流
电压 。PWM 信号的开关频率由锯齿波振荡器
的振荡频率决定 ,即由 ⑤脚的外接电阻R4 、C2 决定 ,输入直流电压V I 的范围一般为 9～45V 。
21 本文设计的开关电源适用于直流供电 (直流偏置电源) 30W 左右的装置和仪器 。该 电源体积小 、成本低 、性能好 、易屏蔽自身的电 磁干扰 (各种开关电源的电磁干扰均较严重) 。 而 80W 左右的该开关电源不再具有此优势 。
参 考 文 献
1 张 占 松 1 高 频 开 关 稳 压 电 源 1 广 东 科 技 出 版 社 , 19931
f
=
1 R4 C2
=
10
×1031 ×Leabharlann .3×10-
9
=
30.
3kHz
⑥脚 C4 为软起动电容 ,该电容同时也确定短
路电流 ,容量在 1～4. 7μF 范围内 ,通常选取
2. 2μF ,电压上升时间为 100ms 。 ③脚的R3 、C3
为频率补偿电路 , 通常 选 R3 为 618kΩ , C3 为
图 1 新型实用的开关电源稳压电路
31
经整 流 滤 波 后 得 到 300V 左 右 的 直 流 电 压 (DC) ,然后经 PWM 芯片 ( SG3524 等) 驱动的 开关调整管 、脉冲变压器及其次级整流 、滤波 、 稳压得到 DC ±5V 、DC ±15V 等直流电压 ,电 路相对复杂 。L4960 集成了包括功率开关管 、 PWM 振荡器在内的尽可能多的外接元件 ,只 需较少的外围元件就可以实现 5～40V/ 215A 输出的单片集成开关稳压器 。L4960 的内部电 路及外引线管脚图如图 1 方框内所示 ,L4960 内部集成了 511V 基准电压 ,误差放大器 、锯齿 波振荡器和比较器组成的脉宽调制器 ,功率放 大电路以及过电流保护电路 、过热保护电路和
软起动电路 。
图 1 中R1 、R2 是取样电阻 ,输出电压V0 经 R1 、R2 分压取样后送给误差放大器的负输入
端 ,误差放大器将此取样电压与 511V 基准电
压比 较 后 , 将 差 值 放 大 送 给 脉 冲 宽 度 调 制
( PWM) 比较器的正输入端 ,锯齿波振荡器输出
的锯齿波信号 (同步输入) 送给 PWM 比较器的
的变动 ,记电流波形在 t1 时刻正向过 X 轴 (时 间轴) ,这是导通时间的中点 ;而在 t2 时刻是截 止时间的中点 ,它反方向过X ,因此电流将提供 一个由下式给出的脉动电压ΔV0
∫ ΔV0
=
1 C
t2
i dt
t1
(4)
但从
t1
时刻至
t2
时刻的平均电流为
1 2
·ΔI0 2
=
ΔI0 4
,因此式
33nF ,D3 为续流二极管 ,应采用 10A 的快速开
关二极管 。
在图 1 电路中 ,电感 L 既是滤波电感 ,又
是变压器原边 ,主要用来实现多路不共地直流
稳压 输 出 , 各 路 输 出 容 量 是 V0 端 6A ; V01 端 014A ;V02 端 014A ; V03 端 013A 。电感 L 总 的 计算公式为
Data ,ReadBoard 函数为接口板读入程序 ,每调 用一次从接口板读取 8 通道数据存于动态连接 库的数据区中 , GetBoardData 为取数子程序 ,调 用该函数可取回对应通道的数据 。该动态连接 库由 C 语言编写 ,在 BorlandC + + 3. 1 下调试 通过 (动态连接库的程序清单略) 。我们已经开 发了 DOS ,Windows3. 1 和 WIN95 下汇编 、Bor2 landc + + 31 、VB 和 VC 采集接口板程序 ,这些 程序免费提供给用户 ,欢迎索取 。有关具体技 术指标 ,详见本期“厂家窗口 11”。
《电测与仪表》199818
总第 35 卷 第 392 期
实用的大功率 DC/ DC 开关电源电路
广州市 广东工业大学 高惠芳 虢违
摘要 提出了一种实用的新型大功率 DC/ DC (直流/ 直流) 开关电源稳压电路 ,这种开关电源 稳压电路具有输出电流大 、电路简单 、体积小等 优点 ,在仪器仪表 、测控系统等领域有较好的推 广价值 。 关键词 开关 电源 稳压
(4)
可近似成下式
ΔV0
=
1 ·T ·ΔI0 C2 4
=
ΔI0 8 f C0
(5)
所以 ,电容器C 的最小值为
C
=
ΔI0 8 fΔV0
(7)
式 (7) 中 ,ΔI0 为输出电流纹波值 ,一般ΔI0
= 0. 25 I0 , I0 为额定输出电流 (V0 端) ,ΔV0 为
允许的输出电压脉动峰 —峰值 ( V) ,f 为 PWM
L
总 =
V0 (VI - V0 V I·f·ΔIL
)
(3)
ΔIL = ILmax - IL 为允许的纹波电流 。
LC 滤波器中的电容器C 最好能使用薄膜
电容 ,因为薄膜电容器表现出相当小的等效串
联电阻 ,其工作可靠性也比较高 。电容器C 的
计算方法如下
设电容器电流 i 是以零点为中心且有着ΔI
的开关频率 。
实际应用中 ,可使用二个或多个电容器并
联来达到 L C 滤波器所需的电容量 ,这样可降
低等效串联电容的电阻 。 图 1 中 “, ”、“ ”、“ ”为各路电源之公
共点 (三组不共地输出) 。 三 、结束语 11 本文设计的开关电源体积小 ,使用元器
件数量少 ,电路简单 ,保护功能完善 。经现场运 行使用和测试表明 ,该电路输出的纹波电压值 小 ,其中 V0 端的纹波电压低于 40mV ,其它各 路输出的纹波小于 15mV ; 该电源电压调整率 和电流调整率低 ,实用性强 。
为避免由于接口板故障造成机器死锁 ,计 算机的查询工作经常采用定时查询方式 ,即查 询一定时间后状态还不具备 ,则认为外设故 障 。接口板在有滤波工作方式下的转换时间为 2. 16s。若超过 2. 16s 状态还不具备 ,则可认为 接口板故障 。
R1 R2
=
V0 - 511 511
(1)
根据式 (1) 可以推算出标准输出电压V0 与 外接电阻的关系 :
①输出电压V0 = 511V ,R2 = ∞,R1 = 0Ω ②输出电压V0 = 12V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 6. 2kΩ ③输出电压V0 = 15V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 9. 1kΩ ④输出电压V0 = 18V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 12kΩ ⑤输出电压V0 = 24V ,R2 = 4. 7kΩ , R1 = 18kΩ
32
一般 R2 推荐使用 417kΩ , 当 R1 为可调电 阻时 ,则输出电压V0 从 511～40V 连续可调 。
图 1 是大功率 DC/ DC 开关电源电路 ,该电 源有四路不共地输出 ,输出功率较大 。
在实际 电 路 中 一 定 要 使 信 号 和 功 率 地 分
开 ,否则达不到应有的要求 。L4960 的开关频 率在 10～100k Hz 范围内 ,开关频率由C2 R4 乘 积决定 。通常C2 为 313nF ,R4 为 10kΩ ,图 1 中 开关频率为
L
总 ≈2
V0 ·TOFF ( ILmax - IL
)
≈ 2
V0 ( ILmax -
·VI - V0 IL ) f VI
(2)
式 (2) 中 , IL 为电感 L 的电流 ,V02为输出
电压 , TOFF 为 续 流 二 极 管 导 通 的 时 间 , f 为
PWM 的开关频率 , V I 为电容 C1 两端的电压 ,
2 中国仪器仪表学会过程检测控制仪表学会编译 1 日 本传感器及检测仪表大全 119921
收稿日期 :1998 - 03 - 11
(王 宁 编发)
(上接第 48 页) 每次必须连续读取 16 字节数 据 ,参见图 4 。主机先查询状态口 ,同时向接口 板的单片机申请中断 ,单片机响应中断后送出 数据并置状态有效 。主机读入状态口若最低位 D0 为 0 ,则数据有效 ,从数据口读取数据 ,存入 数据缓冲区 ,修改缓冲区的地址指针和循环变 量值 ,重复上述过程直到读完 16 个字节数据 。
参 考 文 献
1 邵军哲等 1 温度 - 数字转换微机接口电路 1 电子技 术应用 ,1990 (3)
2 仲崇权等 1 相变温度微机检测系统 1 电子技术应用 , 1995 (4)
3 邵军哲等 1STD 总线与 S - 100 总线温度 - 数字转换 微机接口电路 1 电子与自动化 ,1990 (4)
二 、电路设计 我们在进行皮鞋抛光机械调速的工程设计 和温控研究时 ,设计了一种采用新型 PWM (脉 宽调制) 芯片的高频开关电源 ,该电源的 PWM 芯片采用 L4960 。目前市售的交流 220V 输入 的开关电源的输出功率不太大 ,与我们的工程 设计不符 。这类开关电源电路主要采用了高直 流电压的 DC/ DC 变换器 ,即将交流输入 220V
ILmax为电感电流 IL 的最大值 ,L 总 是原边电感
L 与副边电感 L1 、L2 、L3 在原边折算值之和 。 通常设计时 ,选 ILmax = Iom , Iom为输出电流
I0 的最大值 。
实际上必须留有一定余量以保证电感 L
不出现电流断续 ,L 总 通常选式 (2) 计算值的 2 倍左右 。所以式 (2) 又写成
收稿日期 :1998 - 05 - 11
(马甲军 编发)
33
负输入端 ,差值信号和锯齿波信号比较后 ,由
PWM 比较器输出给与门 ,控制 PWM 信号的
占空比 ,即控制输出功率管的导通与截止时间 。
⑦脚的输出电压经L C 滤波后得到稳定的直流
电压 。PWM 信号的开关频率由锯齿波振荡器
的振荡频率决定 ,即由 ⑤脚的外接电阻R4 、C2 决定 ,输入直流电压V I 的范围一般为 9～45V 。
21 本文设计的开关电源适用于直流供电 (直流偏置电源) 30W 左右的装置和仪器 。该 电源体积小 、成本低 、性能好 、易屏蔽自身的电 磁干扰 (各种开关电源的电磁干扰均较严重) 。 而 80W 左右的该开关电源不再具有此优势 。
参 考 文 献
1 张 占 松 1 高 频 开 关 稳 压 电 源 1 广 东 科 技 出 版 社 , 19931
f
=
1 R4 C2
=
10
×1031 ×Leabharlann .3×10-
9
=
30.
3kHz
⑥脚 C4 为软起动电容 ,该电容同时也确定短
路电流 ,容量在 1～4. 7μF 范围内 ,通常选取
2. 2μF ,电压上升时间为 100ms 。 ③脚的R3 、C3
为频率补偿电路 , 通常 选 R3 为 618kΩ , C3 为
图 1 新型实用的开关电源稳压电路
31
经整 流 滤 波 后 得 到 300V 左 右 的 直 流 电 压 (DC) ,然后经 PWM 芯片 ( SG3524 等) 驱动的 开关调整管 、脉冲变压器及其次级整流 、滤波 、 稳压得到 DC ±5V 、DC ±15V 等直流电压 ,电 路相对复杂 。L4960 集成了包括功率开关管 、 PWM 振荡器在内的尽可能多的外接元件 ,只 需较少的外围元件就可以实现 5～40V/ 215A 输出的单片集成开关稳压器 。L4960 的内部电 路及外引线管脚图如图 1 方框内所示 ,L4960 内部集成了 511V 基准电压 ,误差放大器 、锯齿 波振荡器和比较器组成的脉宽调制器 ,功率放 大电路以及过电流保护电路 、过热保护电路和
软起动电路 。
图 1 中R1 、R2 是取样电阻 ,输出电压V0 经 R1 、R2 分压取样后送给误差放大器的负输入
端 ,误差放大器将此取样电压与 511V 基准电
压比 较 后 , 将 差 值 放 大 送 给 脉 冲 宽 度 调 制
( PWM) 比较器的正输入端 ,锯齿波振荡器输出
的锯齿波信号 (同步输入) 送给 PWM 比较器的
的变动 ,记电流波形在 t1 时刻正向过 X 轴 (时 间轴) ,这是导通时间的中点 ;而在 t2 时刻是截 止时间的中点 ,它反方向过X ,因此电流将提供 一个由下式给出的脉动电压ΔV0
∫ ΔV0
=
1 C
t2
i dt
t1
(4)
但从
t1
时刻至
t2
时刻的平均电流为
1 2
·ΔI0 2
=
ΔI0 4
,因此式
33nF ,D3 为续流二极管 ,应采用 10A 的快速开
关二极管 。
在图 1 电路中 ,电感 L 既是滤波电感 ,又
是变压器原边 ,主要用来实现多路不共地直流
稳压 输 出 , 各 路 输 出 容 量 是 V0 端 6A ; V01 端 014A ;V02 端 014A ; V03 端 013A 。电感 L 总 的 计算公式为
Data ,ReadBoard 函数为接口板读入程序 ,每调 用一次从接口板读取 8 通道数据存于动态连接 库的数据区中 , GetBoardData 为取数子程序 ,调 用该函数可取回对应通道的数据 。该动态连接 库由 C 语言编写 ,在 BorlandC + + 3. 1 下调试 通过 (动态连接库的程序清单略) 。我们已经开 发了 DOS ,Windows3. 1 和 WIN95 下汇编 、Bor2 landc + + 31 、VB 和 VC 采集接口板程序 ,这些 程序免费提供给用户 ,欢迎索取 。有关具体技 术指标 ,详见本期“厂家窗口 11”。
《电测与仪表》199818
总第 35 卷 第 392 期
实用的大功率 DC/ DC 开关电源电路
广州市 广东工业大学 高惠芳 虢违
摘要 提出了一种实用的新型大功率 DC/ DC (直流/ 直流) 开关电源稳压电路 ,这种开关电源 稳压电路具有输出电流大 、电路简单 、体积小等 优点 ,在仪器仪表 、测控系统等领域有较好的推 广价值 。 关键词 开关 电源 稳压
(4)
可近似成下式
ΔV0
=
1 ·T ·ΔI0 C2 4
=
ΔI0 8 f C0
(5)
所以 ,电容器C 的最小值为
C
=
ΔI0 8 fΔV0
(7)
式 (7) 中 ,ΔI0 为输出电流纹波值 ,一般ΔI0
= 0. 25 I0 , I0 为额定输出电流 (V0 端) ,ΔV0 为
允许的输出电压脉动峰 —峰值 ( V) ,f 为 PWM
L
总 =
V0 (VI - V0 V I·f·ΔIL
)
(3)
ΔIL = ILmax - IL 为允许的纹波电流 。
LC 滤波器中的电容器C 最好能使用薄膜
电容 ,因为薄膜电容器表现出相当小的等效串
联电阻 ,其工作可靠性也比较高 。电容器C 的
计算方法如下
设电容器电流 i 是以零点为中心且有着ΔI
的开关频率 。
实际应用中 ,可使用二个或多个电容器并
联来达到 L C 滤波器所需的电容量 ,这样可降
低等效串联电容的电阻 。 图 1 中 “, ”、“ ”、“ ”为各路电源之公
共点 (三组不共地输出) 。 三 、结束语 11 本文设计的开关电源体积小 ,使用元器
件数量少 ,电路简单 ,保护功能完善 。经现场运 行使用和测试表明 ,该电路输出的纹波电压值 小 ,其中 V0 端的纹波电压低于 40mV ,其它各 路输出的纹波小于 15mV ; 该电源电压调整率 和电流调整率低 ,实用性强 。
为避免由于接口板故障造成机器死锁 ,计 算机的查询工作经常采用定时查询方式 ,即查 询一定时间后状态还不具备 ,则认为外设故 障 。接口板在有滤波工作方式下的转换时间为 2. 16s。若超过 2. 16s 状态还不具备 ,则可认为 接口板故障 。
