一种车载开关电源的设计

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1、一种车载开关电源的设计2008/11/3/09:29来源：电源技术作者：李伟，　0引言由于开关电源技术的不断发展，开关电源被应用到越来越广泛的领域中。不但要求电源输出电压种类多元化，输入电压也多种多样，尤其直流输入电压范围比较广泛，本文设计了一种应用在列车上的电源。1主电路工作原理与设计1．1供电电路该电源供电电路原理图如图1所示有图要求输入电压为DC24(1±20％)V，输出电压为DC110V，电流为3A。输入电压由外部电源提供，同时具有外接蓄电池功能。当V1(外部DC24V)输入正常时，由V1向电源供电，同时V1向蓄电池充电，并提供LED指示，当V1输入欠压(≤21V)、过压(≥30V

2、)时由V2(蓄电池)向电源供电并提供LED指示。当蓄电池≤21V时切换到外部24V供电，并提供LED指示。当外部电压V1高于VZ1(30V)时，Z1电流流过，T3导通比较器T4A脚1为低电平，LED1灯灭，LED2灯亮。由外接蓄电池V2供电。当外界蓄电池电压降至21V时，比较器T4B的脚6电压低于脚52．5V基准，比较器T4B的脚7输出高电平，即比较器T4A脚3电压高于脚2电压，即脚1为高电平，此时LED1灯亮，LED2灯灭，由外部电源供电。正常供电时外部电压V1通过光耦向T1提供基极电流，同时为外接蓄电池提供了一个电子开关。T4A的脚1为高电平，T2处于导通状态，光耦的光敏三极管的CE段

3、被拉至低电平，控制继电器不工作此时LED1灯亮，LED2灯灭。当外部电压V1低于21V时，比较器T4A脚3电压低于脚2的2．5V基准。脚1输出为低电平，T2截止，T1导通，继电器工作，LED1灯灭，LED2灯亮。由于输入电压较低，而负载较重所以采用推挽式变换电路。因为推挽电路比半桥、全桥电路功率开关管承受的电压高一倍，推挽功率开关管的电流减小一倍，管子损耗小。1．2推挽变换器基本工作原理推挽式逆变电路分共射极、共基极、共集电极三种类型。由于共射极电路变压器体积小，效率高，应用最广，所以采用共射极电路。推挽电路如图2所示，S1、S2栅极加倒相的对称激励脉冲信号，激励电压UG1使S1导通，S2

4、截止，则输入电源通过S1、NP1及变压器次级回路向负载供电。在这期间施加于截止管S2上的电压为2E。当激励信号消失时，两管均截止，每管承受的电压为E。同理，激励电压UG2使S2导通，S1截止，电源通过S2、NP2及变压器次级回路向负载供电。在这期间施加于截止管S1上的电压也为2E。当激励信号消失时，两管又都截止，每管承受的电压为E。在上述两个过程中，输出变压器T副边绕组的电压方向相反，输入直流电压变成了矩形波交流电压，完成了逆变任务。有图2设计内容和方法2．1功率开关管的选择和计算功率开关管的选择主要是耐压和集电极电流等参数。2．1．1耐压的选择功率场效应管漏源击穿电压BVDS随温度而变化

5、，结温上升，耐压值也上升。而双极型晶体管相反，故选用功率场效应管。在实际选择功率开关管的耐压时，要考虑电压波动，干扰尖峰电压等影响，以防止二次击穿。推挽电路功率开关管漏、源极间的电压应为二倍输入最高直流电压与干扰尖峰电压之和，即其中：Emax=30V；通常考虑干扰尖峰电压Ur为最高直流电压的(20～30)％，所以Ur=6V～9V。则Uds=2Emax+Ur=2×30+9≈69V选用BVDSO≥69V的场效应管即可。2．1．2电流的选择电流的选择决定于功率开关管的功耗和发热，所以通过开关管漏极最大电流应小于其极限参数IDM。漏极电流应根据负载要求的直流功率，导通的时间及效率来确定。在选择功率

6、开关管时，电路中有些参数，如效率、导通时间、截止时间是未知的，对于未知量可以估算或假定。推挽变换电路的电流为式中：0．7～0．9为变压器效率，这里取0．8。考虑功率开关管导通时间占空比，将计算的Idmax增大(10～30)％，最大值为25．53A，这里取IRFP150。2．2主变压器的设计主变压器的设计是变换器中比较重要的一部分，主要是选取变压器铁心，计算绕组匝数，确定导线直径。2．2．1变压器铁心的选取变压器由于工作在高频下，铁心损耗大，所以选用价格便宜、装配方便的铁氧体铁心。在选择铁心结构时，应考虑铁心漏磁小，变压器绕制、维护方便，有利于散热等条件。在低电压大电流的变换器中，变压器绕组

7、电流很大，导线粗不易绕制。这里采用EI型。根据变压器次级功率确定铁心尺寸，根据变压器工作频率和效率选取铁心材料，两者综合确定铁心型号。式中：Sc为铁心截面；So为窗口截面；Ps为变压器次级功率；tON为脉冲宽度；f为变换器工作频率；B对于他激电路来说，为工作磁感强度，取j为导线电流密度，一般为(2~4)A／mm2，取3．5A／mm2；Ko为铜线在铁心窗口中的占空系数，一般为(0．2~0．5)取0．25；Kc为铁心占空系数