12v開(kāi)關(guān)電源電路圖及原理

ID:773014 · 發(fā)表于 2020-6-8 16:42

本文介紹的開(kāi)關(guān)電源,輸出電壓從0～12V、電流從0～5000A連續(xù)可調(diào),滿載輸出功率為60kW。由于采用了ZVT軟開(kāi)關(guān)等技術(shù),同時(shí)采用了較好的散熱結(jié)構(gòu),該電源的各項(xiàng)指標(biāo)都滿足了用戶的要求,現(xiàn)已小批量投入生產(chǎn)。
12v開(kāi)關(guān)電源其實(shí)是能夠有效地維持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源。那么如果開(kāi)關(guān)電源的電壓不穩(wěn)定將會(huì)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行，我們要怎么把電壓調(diào)到適合的位置，12v開(kāi)關(guān)電源怎么調(diào)電壓，我們可以先看下12v開(kāi)關(guān)電源電路圖講解，這樣就會(huì)明白12v開(kāi)關(guān)電源怎么調(diào)電壓，一起學(xué)習(xí)吧!

主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
鑒于如此大功率的輸出,高頻逆變部分采用以IGBT為功率開(kāi)關(guān)器件的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),整個(gè)主電路如圖1所示,包括:工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環(huán)節(jié)、輸出LC濾波器等。
隔直電容Cb是用來(lái)平衡變壓器伏秒值,防止偏磁的。考慮到效率的問(wèn)題,諧振電感LS只利用了變壓器本身的漏感。因?yàn)槿绻撾姼刑?將會(huì)導(dǎo)致過(guò)高的關(guān)斷電壓尖峰,這對(duì)開(kāi)關(guān)管極為不利,同時(shí)也會(huì)增大關(guān)斷損耗。另一方面,還會(huì)造成嚴(yán)重的占空比丟失,引起開(kāi)關(guān)器件的電流峰值增高,使得系統(tǒng)的性能降低。

控制電路的設(shè)計(jì)
由于在本電源中使用的開(kāi)關(guān)元件的過(guò)載承受能力有限,必須對(duì)輸出電流進(jìn)行限制,因此,控制電路采用電壓電流雙環(huán)結(jié)構(gòu)(內(nèi)環(huán)為電流環(huán),外環(huán)為電壓環(huán)),調(diào)節(jié)器均為PID。圖8為控制電路的原理框圖。加入電流內(nèi)環(huán)后,不僅可以對(duì)輸出電流加以限制,并且可以提高輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng),有利于減小輸出電壓的紋波。
在實(shí)際的控制電路中采用了穩(wěn)壓、穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換方式。圖9為穩(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路。開(kāi)關(guān)電源原理是:穩(wěn)流工作時(shí),電壓環(huán)飽和,電壓環(huán)輸出大于電流給定,從而電壓環(huán)不起作用,只有電流環(huán)工作;在穩(wěn)壓工作時(shí),電壓環(huán)退飽和,電流給定大于電壓環(huán)的輸出,電流給定運(yùn)算放大器飽和,電流給定不起作用,電壓環(huán)及電流環(huán)同時(shí)工作,此時(shí)的控制器為雙環(huán)結(jié)構(gòu)。這種控制方式使得輸出電壓、輸出電流均限制在給定范圍內(nèi),具體的工作方式由給定電壓、給定電流及負(fù)載三者決定。

由于本電源的容量為60kW,為了提高效率、減小體積、提高可靠性,因此,采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。高頻全橋逆變器的控制方式為移相FB-ZVS控制方式它利用變壓器的漏感及管子的寄生電容諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS。控制芯片采用Unitrode公司生產(chǎn)的UC3875N。通過(guò)移相控制,超前橋臂在全負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān),滯后橋臂在75%以上的負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了零電壓軟開(kāi)關(guān)。圖2為滯后橋臂IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓和集射極電壓波形,可以看出實(shí)現(xiàn)了零電壓開(kāi)通。

12v開(kāi)關(guān)電源電路圖講解

1、市電經(jīng)D1整流及C1濾波后得到約300V的直流電壓加在變壓器的①腳(L1的上端)，同時(shí)此電壓經(jīng)R1給V1加上偏置后后使其微微導(dǎo)通，有電流流過(guò)L1,同時(shí)反饋線圈L2的上端(變壓器的③腳)形成正電壓，此電壓經(jīng)C4、R3反饋給V1,使其更導(dǎo)通，乃至飽和，最后隨反饋電流的減小，V1迅速退出飽和并截止，如此循環(huán)形成振蕩，在次級(jí)線圈L3上感應(yīng)出所需的輸出電壓。
2、L2是反饋線圈，同時(shí)也與D4、D3、C3一起組成穩(wěn)壓電路。當(dāng)線圈L3經(jīng)D6整流后在C5上的電壓升高后，同時(shí)也表現(xiàn)為L(zhǎng)2經(jīng)D4整流后在C3負(fù)極上的電壓更低，當(dāng)?shù)椭良s為穩(wěn)壓管D3(9V)的穩(wěn)壓值時(shí)D3導(dǎo)通，使V1有基極短路到地，關(guān)斷V1,最終使輸出電壓降低。
3、電路中R4、D5、V2組成過(guò)流保護(hù)電路。當(dāng)某些原因引起V1的工作電流大太時(shí)，R4上產(chǎn)生的電壓互感器經(jīng)D5加至V2基極，V2導(dǎo)通，V1基極電壓下降，使V1電流減小。D3的穩(wěn)壓值理論為9V+0.5~0.7V,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，若要改變輸出電壓，只要更換不同穩(wěn)壓值的D3即可，穩(wěn)壓值越小，輸出電壓越低，反之則越高。

總結(jié)
該電源裝置中,使用移相全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù),使得功率器件實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān),減小了開(kāi)關(guān)損耗及開(kāi)關(guān)噪聲,提高了效率;設(shè)計(jì)并使用了一種新穎的高頻功率變壓器,通過(guò)調(diào)整單個(gè)變壓器的原邊電壓使輸出整流二極管實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流;設(shè)計(jì)并使用了容性功率母排,減小了系統(tǒng)中的振蕩,減小了功率母排的發(fā)熱。控制電路中采用了穩(wěn)壓穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換方案,實(shí)現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓穩(wěn)流的自動(dòng)切換,提高了電源的可靠性及輸出的動(dòng)態(tài)響應(yīng),減小了輸出電壓的紋波。
實(shí)驗(yàn)取得了令人滿意的結(jié)果,其中功率因數(shù)可達(dá)0.92,滿載效率為87%,輸出電壓紋波小于25mV。不僅如此,各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到甚至超過(guò)了用戶要求

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