宽电压输入直流开关电源的设计

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1、宽电压输入直流开关电源设计——大学生SRTP项目报告项目队员：李洋任健刘江宽刘孝星薛彥召指导老师：冯高明开关电源现状目前，开关电源产品正在向“四化”的方向发展：应用技术的高频化、硬件结构的模块化、软件控制的数字化和产品性能的绿色化。开关电源最突出的优点是体积小，重量轻，这一优点是和系统的高频工作状态相关的。进一步提高工作频率，电源的体积和重量将更加小，从而实现更高的功率密度。使开关电源进入更广泛的领域。开关电源的控制已经由模拟控制，模数混合控制，进入到全数字控制阶段。全数字控制作为开关电源的发展趋势，已经在许

2、多功率变换设备中得到应用。近两年来，高性能全数字控制芯片相继开发，费用也已降到比较合理的水平，欧美已有多家公司开发并制造出开关变换器的数字控制芯片及软件。一、开关电源现状和发展开关电源在煤矿中的应用我国煤矿井下架线电机车通常采用550V或250V电压等级的直流电压通过牵引电网供电。此电压无法适应电机车的照明和警铃信号，通常采取将此电压经过直流变换电源变换为24V后供照明电路和警铃信号使用。目前矿用直流变换电源存在着通用性差，输入电压范围较窄以及成本高的问题，研制低成本宽输入的直流变换电源可以满足煤矿行业的这一

3、需求。二、项目作品实物与作品性能图1作品实物图作品性能本设计完成的直流变换电源主要解决了三个问题，一是可以通过不同的接线方式应用于两种不同的电压下，通用性很强。为具有250V和550V两种架线电压系统的厂矿减少了备用机器和备件。二是输入电压范围很宽，适应了煤矿供电电网波动大、纹波强、架线的始端和末端压差高等特点。三是实现了低成本。我们设计的作品简单实用，稳定性好，测试工作120个小时工作正常、性能良好。有良好的应用前景，广阔的市场需求。下面我介绍一下我们作品的原理和设计的思路与过程。作品优势1）输入电源：可应

4、用于直流250V和550V两种电压下。输入直流电压的范围要求要宽，250V电压等级的电压范围为：150V-400V；550V电压等级的电压范围为：300V-800V。2）输出电源指标：电压：DC24V±0.5V允许最大输出：200W纹波电压：≤100mV使用环境温度：-10ºC～+45ºC3）整个电源的成本控制在100元以内，实现低成本。三、开关电源电路设计开关电源原理及各电路功能电路方案设计主电路工作原理控制电路工作原理驱动电路工作原理EMI电路整流滤波功率变换整流滤波PWM控制器输入过欠压保护输出取样稳压

5、环路功率因数调整短路保护输出过压保护限流保护开关电源原理及各电路功能图2开关电源电路方框图开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。它通过高频开关技术将输入的较高的交流电压转换为低压设备所需要的较低的直流电压。EMI电路整流滤波功率变换整流滤波PWM控制器输入过欠压保护输出取样稳压环路功率因数调整短路保护输出过压保护限流保护。开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过

6、欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等电路方案设计限流滤波稳压半桥电路2半桥电路1全波整流全波整流滤波架线250V/550V隔离驱动（驱动变压器）稳压过流控制（TL494）输出图4整体电路方框图主电路的选择主电路的选择主要包括功率变换电路的拓扑结构的选择和整流电路的选择。电路优点缺点功率范围应用领域正激型电路较简单成本低，可靠性高，驱动电路简单变压器单向励磁，利用率低几百瓦—几千瓦各种中、小功率开关电源反激型电路非常简单，成本很低，可靠性高，驱动电路简单难以达到较大的功率，变压

7、器单向励磁，利用率低几瓦—几十瓦小功率和消费电子设备、计算机设备开关电源表2-1功率变换电路各结构比较半桥型变压器双向励磁，无变压器偏磁问题，开关较少，成本低有直通问题，可靠性低，需要复杂的隔离驱动电路几百瓦—几千瓦各种工业用开关电源，计算机设备用开关电源全桥型变压器双向励磁，容易达到大功率结构复杂，成本高，可靠性低，需要复杂的多组隔离驱动电路，有直通和偏磁问题几百瓦—几百千瓦大功率工业用开关电源、焊接电源、点解电源等推挽型变压器双向励磁。变压器一次电流回路中只有一个开关，通态损耗较小，驱动简单有偏磁问题几百

8、瓦—几千瓦低输入电压的开关电源表2-1续上表展示了各个不同电路的优点和缺点，经过综合考虑，并且由于设计要求两个电压等级同时适用，即250V和550V。故选择两个半桥开关电路，通过连线使其以并联或串形联式工作，就可满足要求。下面我们讨论一下整流电路的选择。对于三种常用的整流电路，现将各自的优缺点和适用范围进行比较电路电压比平均电流二极管断态电压优点缺点应用领域全桥型整流D/2/D二极管电压低，变压器绕