行业技术分享:一种基于2KW高频开关电源的设计

最新更新时间:2014-01-23来源: 电源网关键字:行业技术  2KW  高频开关电源 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

引言

近年来,随着电子技术的发展,邮电通信、交通设施、仪器仪表、工业设施、家用电器等越来越多地应用开关电源,随着科学技术的不断进步,对大功率电源的需求也就越来越大。与此同时大量集成电路、超大规模集成电路等电子通信设备日益增多,要求电源的发展趋势是小型化、轻量化。通常滤波电感、电容和变压器的体积和重量比较大,因此主要是靠减少它们的体积来实现小型化、轻量化。

我们可以通过减少变压器的绕组匝数和金减小铁心尺寸来提高工作频率,但在提高开关频率的同时,开关损耗会随之增加,电路效率会严重下降。针对这些问题出现了软开关技术,它利用以谐振为主的辅助换流手段,解决了电路中的开关损耗和开关噪声问题,使开关电源能高频高效地运行,从20世纪70年代以来国内外就开始不断研究高频软开关技术,目前已比较成熟,下面以2KW的电源为例进行设计。

设计内容和方法

1主电路型式的选择

变换电路的型式主要根据负载要求和给定电源电压等技术条件进行选择。在几种常用的变换电路中,因为半桥、全桥变换电路功率开关管承受的电压比推挽变换电路低一倍,由于市电电压较高,所以不选推挽变换电路。半桥变换电路与全桥变换电路在输出同样功率时,半桥变换电路的功率开关管承受二倍的工作电流,不易选管,输出功率较全桥小,所以采用全桥变换电路。

传统的全桥变换电路开关元件在电压很高或电流很大的条件下,在门极的控制下开通或关断,开关过程中电压、电流均不为零,出现重叠,导致了开关损耗。开关损耗随开关频率增加而急剧上升,使电路效率下降,阻碍了开关频率的提高。在移相控制技术的基础上,利用功率管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使全桥变换器四个开关管依次在零电压下导通,实现恒频软开关。由于减少了开关过程损耗,变换效率可达80%-90%,并且不会发生开关应力过大。所以选用移相控制全桥型零电压开关脉宽调制(PSC FB ZVS-PWM)变换电路。

图1 移相控制全桥变换电路原理图

移相控制全桥变换电路是目前应用最为广泛的软开关电路之一,它的特点是电路简单,与传统的硬开关电路相比,并没有增加辅助开关等元件。原理如图1所示,主要由四个相同的功率管和一个高频变压器压器组成。E为输入直流电压, T1~T4 为开关管, D1~D4 为体内二极管,C1 ~C4 为开关的输出电容。以第一个桥臂为例介绍,利用变压器漏感和功率输出电容C1 谐振,漏感储能向电容 C1释放过程中,使电容上的电压逐步下降到零,体内二极管D1开通,创造了T1 的ZVS条件。2 控制方式

控制方式是指变换器控制电路通过何种途径控制主电路实现自动控制目的,达到自动稳压或稳流的要求。传统的PWM型电子开关开通和关断开关上同时存在电压、电流,损耗比较大,零电压开关-脉宽调制变换器(ZVS- PWM)是电子开关在两端电压为零时导通电流为零时关断,开通、关断损耗理想值为零。在此选用典型的UC3875构成的移相控制全桥零电压开关-脉宽调制变换电路。

2.1 UC3875控制芯片

UC3875是美国UNITRODE公司针对移相控制方案推出的专用芯片。UC3875可对全桥开关的相位进行相位移动,实现定频脉宽调制控制。UC3875其外型有20引脚封装和28引脚封装,在此以20引脚为例介绍一下该器件。

2.1.1内部结构方框图和管脚功能

内部结构方框图如下图所示:

图2  UC3875内部结构方框图

管脚功能如下:1脚(Vref),基准电压;2脚(E/A OUT),误差放大器的反相输出;3脚(E/A-)误差放大器的反相输入;4脚(E/A+)误差放大器的同相输入;5脚(C/S+)电流检测;6脚(SOFRSTART)软起动;7脚(DELAY SET C/D)输出延迟控制;8脚(OUT D)输出D;9脚(OUT C)输出C;10脚(Vcc )电源电压;11脚( Vin)芯片供电电源;12脚(PWR GND)电源地;13脚(OUTB)输出B;14脚(OUTA)输出A;15脚(DELAY SETA/B)输出延迟控制;16脚(FREQ SET)频率设置端;17脚(CLOCK/SYNC)时钟/同步;18脚(SLOPE)陡度;19脚(斜波)20脚(信号地)。

2.1.2 UC3875的工作

1脚输出+5V基准电压,可作为内部或外部电路的其他元件的电源。2脚作为电压反馈控制端,当引输出信号高到一定值时,由内部RS触发器及门电路作用使C输出与A输出反相,即 A、C输出信号移相180度;同样,当引脚2输出信号低于1V时,通过内部RS触发器及门电路作用使C输出与A输出同相,即A、C输出信号移相0度。可见通过控制引脚2端的输出可以控制A、C间相位在0~180度之间变化。B、D的工作原理与A、C相似。 3脚作为误差放大器的反相输入端,通常利用分压电阻检测输出电源电压。4脚作为误差放大器的同相输入端,和1脚基准电压相连,检测3脚的输出电源电压。5 脚作为电流检测端,其基准设置为内部固定2.5V(由 分压),当电压超过2.5V时输出即被关断,软起动6脚复位,即可实现过流保护。7脚和15脚作为输出延迟控制端,通过设置该脚对地之间的电流来设置死区,加在同一桥臂两管驱动脉冲之间,以实现零电压开通时的瞬态时间。8、9、13、14脚作为输出端,可驱动MOSFET和变压器。10脚作为电源电压端,为输出级提供所需电源。11脚作为芯片供电电源,为芯片内部数字、模拟电路部分提供电源,内部有欠压锁定电路,其开启阈值为10.75V,关闭阈值为9.25V。开启和关闭之间有1.5V的回差,可有效防止电路在阈值电压附近工作时的跳动。16脚作为频率设置端,需外接电阻和电容来设置振荡频率。17脚作为输出时,提供时钟信号;作为输入,提供同步点。18脚作为陡度端,需外接一个电阻以产生斜波。19脚作为斜波端,需外接电容到地。20脚作为信号地,是所有电压的参考基准。2.2控制电路

控制电路的原理图主要部分如图3所示。

图3  控制电路原理图

UC3875的核心是相位调制器, 其13脚B输出信号与14脚A输出信号反相;9脚C输出信号与8脚D输出信号反相, 这四个驱动信号经扩流后由驱动变压器去驱动 ~ MOS管。相位控制的特点体现在UC3875的四个输出端具有相同的驱动脉冲分别驱动A/B、C/D两个半桥,通过移相错位控制有源时间,使全桥的四个开关轮流导通。每个输出级导通前都有一个死区,而且可以调整死区时间。在该死区时间内确保下一个功率开关器件的输出电容放电完毕,为即将导通的开关器件提供电压开通条件。因此,每对输出级(A/B,C/D)的谐振开关作用时间,可以单独控制。在全桥变换拓扑模式下,移相控制的优点得到最充分的体现。 UC3875在电压模式和电流模式下均可工作,并具有过电流关断以实现故障的快速保护。图4为移相控制全桥电路的控制波形。

图4  移相控制全桥电路的控制波形

移相控制全桥电路的控制方式有以下几个特点:

(1)在同一开关周期Ts 内,每一个开关的导通的时间略小于Ts /2,而关断时间都略大于 Ts/2。

(2)同一个半桥中上下两个开关不能同时处于通态,每一个开关关断到另一个开关开通都要经过一定的死区时间。

(3)比较互为对角的两对开关T1 、T2 和 T3、T4 开关函数波形, T1的波形比T2 超前0~Ts /2时间,而T3 的波形比 T4超前0~ Ts/2时间,因此 T1和T3 称为超前桥臂,而 T2和 T4称为滞后桥臂。

结束语

本文介绍了由UC3875芯片作为控制电路的2KW移相控制全桥变换(PSC FB ZVS-PWM)软开关电源,由于开关管在ZVS条件下运行,可实现高频化,而且控制简单,性能可靠,适用于大功率场合。且能保持恒频运行,就不会同时出现大电压、大电流,减少了开关所受的应力,实现了高效化。大大减小了电源的体积。

关键字:行业技术  2KW  高频开关电源 编辑:探路者 引用地址:行业技术分享:一种基于2KW高频开关电源的设计

上一篇:工程师技术知识分享:开关电源的几种热设计方法
下一篇:行业人士浅析在开关电源设计中噪声的降低方法

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:35

未来五年,这五项技术会成为改变医疗行业的“实力派”
    最近,福布斯发表了一篇分析文章,对未来五年的医疗领域的技术趋势进行了展望。虽然奇点糕认为这个预测乐观得有点没道理,不过这五大技术本身确实具有颠覆 医疗健康 行业的潜力。    人工智能智能辅助诊断大行其道   人工智能(AI)能够通过机器或者软件描绘、模仿人脑功能。AI在医疗健康行业的应用主要是通过记忆在程序中的医疗知识进行分析,以此来帮助医生改善患者的治疗效果,从而提供更好的治疗方案。在有紧急需求的时候,AI可以为医生和研究人员提供与临床相关的、实时的高质量信息,这些信息都来自于电子健康档案(EHRs)中存储的数据。   AI的医疗健康应用市场以42%的年均复合增长率在增长,预计在2021年达到全球普
[医疗电子]
行业技术小贴士:LED驱动电源设计的几个技巧
LED 驱动电源的设计非常重要的,那么,我们应该如何更好的设计led驱动电源呢?经过大量的实验总结工程师得出以下七个技巧: 智能控制是LED灯具的优势之一 而电源是智能控制的关键 智能控制在LED路灯和LED隧道灯照明应用上条件最成熟效果最明显,智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制,既满足应用要求,又实现巨大的节能效果,可以为公路主管单位节省大量经费。在隧道照明上的应用不但可以节能,还可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度,给司机提供一个视觉过度阶段,以保证驾驶安全。 放弃大功率、超大功率 选择较高稳定性的中小功率电源 因为功率越大,发热量越大,里面的零部件也越紧凑,不利于散热,而温度正
[电源管理]
OLED技术撬动行业格局 迎来全面主流化
如今,OLED成为下一代显示技术已是大势所趋。前不久,面向普通消费者的OLED创新技术体验馆落成于北京苏宁生活广场慈云寺店,并已于近日开始运营。   在OLED创新技术体验馆中,“Change Your Lifestyle”的理念被表现得淋漓尽致。馆内OLED产品正在颠覆传统 电视 的概念,不仅是画质上的提升,更有形态和功能方面的差异化创新。   体验馆中展示的Wallpaper TV(壁纸电视),并不是简单的壁挂概念,而是犹如壁纸一样“贴”在墙上的概念,凌乱的电源线、壁挂时的宽大缝隙问题都不复存在。同时,屏幕可以自发声的Crystal Sound  OLED电视 产品也颇吸人眼球。Crystal Sound O LED电视 产品
[家用电子]
PROFIBUS现场总线技术及其在电力行业中的应用
一、引 言   20世纪中期,我国引进了一批先进的大型火电机组,同时也把分散控制系统和PLC引进了中国。一般在汽机、锅炉应用DCS,在电厂辅助系统中使用PLC控制。近年来,随着网络技术的发展,现场总线的概念越来越多的应用到各种领域。一个新的名词-FCS(FIELDBUS CONTROL SYSTEM)已深入到各种过程控制领域,而且在国外的电厂已开始广泛应用。使用现场总线技术,可以减少用于连接分散的I/O设备的电缆,可以减少用于连接仪表的电缆并增加可靠性,因此可以大量的节省机械安装、连接和布线的成本、并增加了系统的可靠性。 二、现场总线技术   2.1 现场总线的概念   现场总线是用于过程自动化和制造自动化,连接传
[嵌入式]
“游戏机”改变医疗:体感技术跨入医疗行业
 去年的这个时候,连微软Kinect for Windows(下简称‘K4W’)事业部亚太区业务总监王崯自己也犯愁,如何去让那些开发者也相信已经被游戏严重定义过的体感技术和严肃的医疗行业有着必然的联系。   为此,她不得不像答录机一样,去跟开发者们解释K4W跟那个著名的游戏机有什么区别。“喔,不,我们主要面向商业开发者,把体感技术用于零售、医疗、模拟和教育这些领域,我们并不是专为游戏而来。”   你可以这样理解,K4W是一款特殊的产品,它同样用红外线和传统摄像头来追踪手势,并且借助麦克风来识别语音。但它更像是一款研究工具,严格地讲,重新定义它的其实是上面运行的不同的软件应用,否则,它只是那个在亚马逊上售价249美元的“
[医疗电子]
NXP CES 2021:多项创新技术助力全行业发展
尽管疫情阻碍了大多数人的商务旅行,但恩智浦执行副总裁兼首席技术官Lars Reger一点都没有闲下来。在2020年10月份与恩智浦半导体总裁兼首席执行官Kurt Sievers联袂主持了超燃的NXP Connects之后,今年一月,Lars又在CES在线展会上担任了NXP CES Live 2021的主持。 在此前接受其他媒体的采访时,Lars透露疫情期间通过坚持跑步,体重足足减了14斤。在今年的虚拟展示上,来自全球的客户不光可以足不出户全方位地观看40多个创新的虚拟展示动画,更可以清晰地看到Lars的变化。 疫情没有影响Lars的生活,没有阻挡恩智浦工程师们的创新脚步,没有影响任何产品的开发进程。在CES期间,恩智浦推出
[物联网]
NXP CES 2021:多项创新<font color='red'>技术</font>助力全<font color='red'>行业</font>发展
如何防范和解决谐波对高频开关电源造成的影响
在电力系统中,直流 电源 作为继电保护、自动装置以及一二次设备操作电源使用,是发电厂和变电站非常重要的设备。近年来,系统内因直流电源故障而引发的事故时有发生,所以,对直流电源的可靠性、稳定性具有很高的要求。传统的直流电源多数采用可控硅整流型。随着高频开关电源技术的成熟,目前高频开关 电源 已在电力系统内逐步开始取代传统硅整流充电机。 高频 开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、工作可靠等优点,广泛应用于电力发电厂、变电站(所)、工业生产、交通等直流系统及相关配套装置中,是断路器分合闸用电、后备电池充电以及二次回路的仪器仪表等低压设备用电设备正常工作的动力核心。 高频开关电源的工作原理 交流 电源 接入整流模块,经滤波及三
[电源管理]
如何防范和解决谐波对<font color='red'>高频开关电源</font>造成的影响
2kW新型推挽正激直流变换器的研制
摘要:介绍了一种新型推挽正激电路的工作原理,对环流过程进行了透彻分析,分析了箝位电容和变压器原边漏感对电路工作的影响。通过仿真和实验对所述理论分析进行了验证。基于此研制出输入电压DC24~32V,输出电压DC120V的2kW直流变换器样机,典型效率为93.2%,表明该电路具有可靠、效率高的特点,适合于低压大电流输入中大功率应用场合。 关键词:推挽;推挽正激;直流变换器 引言 在低压大电流场合中,推挽电路以其结构简单、磁芯利用率高的优点而得到了广泛应用。但是,传统的推挽电路存在如下几个缺点: 1)由于原边漏感的存在,功率管关断时,漏源极产生较大的电压尖峰; 2)输入电流纹波的安秒积分大,因而输入滤波器的体积较大。 本文
[应用]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved