案例十三 开关电源

1、案例十三 开关电源概述:随着全控型器件(目前主要是功率MOSFET与IGBT)的广泛应用以及脉宽调制(PWM)技术的成熟，高频开关稳压电源获得极快发展。开关稳压电源简称开关电源（Switching Power Supply），其基本工作原理是：将电网50Hz的交流电直接进行整流滤波变为高压直流电，通过开关管组成的逆变电路得到2050kHz的高频交流电，再经过高频变压器降压后进行整流和滤波，得到所需的直流电。 开关电源的核心部分是用全控型器件在逆变电路中以高频率的开通与关断进行功率变换，故此类电源简称开关电源。由于功率管工作在开关状态，变压器和滤波器工作在高频状态，所以开关电源效率高，体积小。开

2、关电源的核心部分是用全控型器件在逆变电路中以高频率的开通与关断进行功率变换，故此类电源简称开关电源。由于功率管工作在开关状态，变压器和滤波器工作在高频状态，所以开关电源效率高，体积小。调压稳压的基本原理是：当开关电源由于负载减小或交流输入电压的升高引起输出直流电压升高时，由PWM环节控制，使逆变器中IGBT导通时间缩短，逆变器输出脉宽变窄，从而使输出电压下降；反之使逆变器输出脉宽变宽，由此实现输出直流电压的稳定与调节。图7-1 开关电源的原理框图图7-2为开关电源主电路，220V交流输入，经开关S、电源滤波器、桥式整流，变换为300V左右的直流电，再经限流电阻(200/8W四个并联)输入高频逆

3、变器，进行功率变换。逆变器为电压型半桥式电路，由两只IGBT管(VIl、VI2)、电容（C1、C2）以及高频变压器组成，将直流电变换为20kHz的正负矩形波电压。该高频交变电压经变压器T1降压后，送至全波整流与滤波电路，得到稳定的28V直流电压。 图7-2 开关电源主电路1、半桥式逆变器的工作原理电压型逆变器的特点是输出电压为矩形波、输出电流近似正弦波，电路如图7-3所示。 图7-3 半桥式逆变电路2、高频整流 20kHz高频交流的整流由高频变压器和全波整流电路组成。高频变压器对电路工作是十分重要的，其作用是电压变换、功率传递和输入、输出隔离。工作时要防止变压器磁路饱和，否则励磁电流会大大增加

4、。 3、滤波、软启动和软开关 高频装置必须考虑射频干扰(RFI)与电磁干扰(EMI)以及谐波影响，用于有效抑制和吸收电网可能出现的强脉冲对电源的干扰，同时线路滤波器具有良好的共模和差模插入损耗，有效地抑制电源产生的高频干扰信号影响电网。 开关电源一般设置交流限流延时，当交流电源合闸时，为了限止对大电容的充电电流，防止整流桥过流，在合闸时串接限流电阻(200/8W)，一般调整在500ms后将电阻短接。软启动功能是指在脉宽调制控制中，启动时使IGBT管驱动信号的脉宽由零逐渐展宽，使直流输出电压与电流逐步建立，避免启动冲击。 软开关技术是高频开关电路中实现零电压开通(ZVS)、零电流关断(ZCS)的

5、先进技术，是减少开关损耗，提高开关频率和取消缓冲电路的有效手段。图7-4 CW494集成脉宽调制器管脚排列及内部功能框CW494集成脉宽调制器是控制部分的核心。该集成块与美国TEXAS公司生产的TL495功能一致。其管脚排列及内部功能框图如图7-4所示。1、锯齿波振荡器 振荡频率由5、6脚外接RT、CT参数决定f1/(RTCT)，对于双端输出，其振荡频率调整为2倍的逆变器频率（40kHz）。2、脉宽调制控制(PWM) 脉宽调制主要由PWM比较器实现，振荡器产生的锯齿波经反相输入比较器负端，与两个误差放大器输出的误差电压进行比较，其输入输出波形如图7-5所示，当误差电压小于锯齿波电压(已反相)时输出低电平，当误差电压大于锯齿波电压时，输出高电平。图中画出了两种不同误差电压时，比较器输出脉冲的波形。改变误差电压即可方便地调节脉冲宽度。图7-5 PWM比较器输入输出波形3、死区时间控制 对于桥式逆变电路，从一个IGBT管关断到另一个IGBT管导通之间，必须留有死区时间，死区时间由死区控制比较器来实现。CW494的最小输出死区时间由4脚外接电阻设定，通常设定死区时间约为振荡周期的5%。4、稳压与过电压、过电流保护 稳压和保护功能由两个误差放大器来完成。通常误差放大器输入“负”端接基