一种大功率可调开关电源的设计的具体方案

来源：安博电竞官网发布时间：2024-01-12 21:50:04

。新的电子设备需要更小尺寸和更低噪声干扰的开关电源，以实现集成和集成。对于中小功率开关电源是单片集成，但在大功率应用领域，由于其功率损耗太大，很难做到单片集成，不得不根据其拓扑结构来保证功率的各种

以下是有关大功率开关电源技术指标的一些信息。大功率开关电源大多数都用在高频电源系统的开关电源，技术指标必须非常高且准确。

稳压电源技术指标可分为两类：一类是特性指标，如输出电压、输出电流和稳压范围;另一个是质量指标，反映了稳压电源的优缺点，包括稳定性、等效内阻（输出电阻）、纹波电压和温度系数。

（1）最大输出电流。它取决于最大允许工作电流与变压器容量以及二极管整流器最大电流的主要调节。

（2）输出电压和电压调节范围。这能够准确的通过用户的要求来确定。对需要恒定电源的设备，稳压电源的调节范围最好更小。而且一旦电压值调整好了，建议还是不要再改变。对于可调输出电压电源，输出范围从大多数零伏调节，常常要更大范围的稳压器，并且连续可调。

（3）保护功能。在直流电源中，当负载电流过载或短路时，稳压器会损坏。因此，一定要使用快速响应的过流保护电路。另外，当稳压电流失效时，输出会出现电压过高的现象，对负载有害。因此，还需要过压保护电路。

（4）效率。稳压电源是换能器，因此也存在能量转换效率问题。提高效率主要是降低调节管的功耗。

开关电源一般由脉宽调制（PWM）控制IC集成电路）和功率器件（功率MOSFETIGBT）组成。它满足三个条件：开关（设备在开关非线性状态下工作）、高频（设备工作在高频非接近低频的高频上限）和直流（功率输出是直流而不是交流）。

MC33060是由的高性能、电压驱动脉宽调制器，工作时候的温度范围为-40°C至85°C，具有单端固定频率输出。其内部结构如图1所示［1］，主要特征如下：

其工作原理简述如下：MC33060是一款固定频率脉宽调制电路，内置线性锯齿振荡器。振荡频率可通过外部电阻和电容器调节，振荡频率为（2-1）型：

输出脉冲的宽度是通过将电容器CT上的正极性锯齿波电压与其他两个控制信号进行比较来实现的。功率晶体管Q1的输出由NOR门控制，当锯齿波电压大于控制信号时。

控制信号输入来自集成电路外部，沿死区时间相对来说比较器，然后到误差放大器输入。死区时间比较器的输入失调电压为120mV，将最小输出死区时间限制在锯齿周期的约4%，即最大输出驱动占空比为96%。当死区时间控制输入端接时，固定电压（在0-3.3V范围内）会在输出脉冲上产生额外的死区时间。

脉宽调制。比较器为误差放大器提供了一种调节输出脉冲宽度的方法：当反馈电压从0.5V变为3.5V时，输出的脉冲宽度从零下降到由死区确定的百分比的最大值。两个误差放大器的共模输入范围为-0.3V至（Vcc-2.0），由电源的输出电压和电流感知。误差放大器的输出通常为高电平，与脉宽调制器的反相输入进行“或”运算。正是这种类型的电路配置允许放大器以最小的输出主导控制环路。

DC/DC电源拓扑结构大体上分为三类：降压、升压和降压-升压。这里要降压拓扑，简化渲染，如下图3所示。输出与输入极性相同，输入电流纹波大，输出电流纹波小，结构简单。

在开关导通时间内，输入电源给负载和电感;关断，电感能量通过二极管存储在续流电路中，保证连续输出。负载电压满足以下关系（2-2）：

MC33060作为主控芯片的开关开关，从内部结构的功能能看出，MC33060内部有一个+5

V的基准电压，通常用作两个反相比较器的基准电压。引脚1和引脚2的比较器设计用作输出电压的反馈，13英尺和14英尺的比较器用于检验测试开关管的电流是否过电流。电路中的2脚通过反相电路连接到基准电压。

1英尺的相位。当电路处于工作状态时，1英尺和2英尺电压会相互比较，根据两者之间的差异来调整输出波形脉冲宽度，达到控制和稳定输出的目的。

过流保护电路以额定功率0.1欧姆的1W功率电阻作为采样电阻，电流流点、采样电阻电压为0.1V.14英尺作为采样点，因此13引脚基准电压由Vref点压力设定为0.15V，相比0.1V留有一定的余地。当采样电压高于设定值时，MC33060将自动保护并关闭PWM输出。保护点还与3针的控制信号有关。根据该引脚的功能分析，选择积分反馈电路，使比较器引脚的电压始终在正常范围内（0.5V-3.5V）内，当降压电路处于无内部状态时。

输出PWM波形的频率由引脚5的电容和引脚6的电阻值决定。降压电路采取25KHz的波形频率，选用CT值为1nF的电容，RT为47K的共模电阻满足设计要求。

DC（直流）/直流转换器电路降压拓扑。输入为220VAC和0-10V可调直流电压，输出可调0-180V，最大输出电流可达8A。系统框图如下图 5

所示。在大功率开关电源的设计中，为避免启动时浪涌电流浪涌，一般都会采用软启动电路，但本文不重点介绍类型。

全桥整流电路，如下图6所示。输出电流要求高达8A。考虑到功率损耗和一定的裕量，我们大家可以选择10A方形桥KBPC3510和 10A

100uF电容器进行滤波。在下图中，开关S1和电阻R1并联充当“软启动”部分，这里不再详细解释。详细的软启动设计可以在另一篇名为“各种软启动开关电源设计”的文章中看到。

MC33060控制电路和输入调节电路如图7-1和图7-2所示，选择MC33060作为控制IC，外围器件选择在此不再赘述。请参考典型电路设计参数选择部分。比较器1用于电压采样，比较器2用于电流采样。输入可调电压随后分压进入负极侧的比较器通常用作基准电压控制输出大小的功率。

反相延迟驱动电路如下图8所示。电路中的驱动芯片采用美国国际整流器（IR）公司的IR2110，不仅包括基本的开关单元和驱动电路，还包括与外部电路相结合的保护控制功能。浮动通道设计使得可以在总线V的总线下驱动开关。其内部配有欠压保护。结合外部电路，可以方便地设计过流、过压保护，因此不需要额外的过压、欠压、过流保护电路简化电路设计。

该芯片是一款输出器，具有 14 引脚双列直插式。驱动信号延迟为ns电平，开关频率从几十赫兹到几百千赫兹。IR2110

有两个输入信号和两个输出信号。两个输出信号中的一个具有电平转换功能，可直接驱动高压侧的功率器件。驱动器可以与主电路共同运行，只需要一路控制电源即可克服传统驱动器需要多个隔离电源的缺点，大大简化了硬件设计。IR2110简单线简单线有两个输出驱动器，信号取自输入信号发生器，发生器提供两个输出，低端驱动信号直接来自信号发生器LO，而高端驱动信号HO必须通过电平转换为高边输出驱动器。该系统已经驱动了IR2110的双重需求即可。

由于驱动双管，而双管不能同时导通，控制IC输出只有一个信号。在控制IC输出和驱动中，要增加抗相位延迟电路。PWM输出由控制IC同相和同相后，电阻R29和R30上拉电容C12、C13分别充电延时，使得两个PWM对称互补并具有一定的死区，保证了两个主

热议院号码840被选为高频开关。最大耐压VDS为500V，最大耐电流ID为8A，契合设计要求。续流二极管工作在高频状态下一般都会采用迅速恢复二极管。这里我选择HFA25TB60，它能承受600V的反向压降，最大导通电流25A，恢复时间只有35ns。两个电阻的输出部分分压电压采样电路，如下图12所示。