CAT蓄电池开关电源设计

摘要：跟着20世纪末全球对能源问题的注重，电子产品的耗能问题将愈来愈杰出，如何下降其待机功耗，进步供电功率成为一个急待解决的问题。为了进步功率，人们研宣布了开关式稳压电源，它是一种较抱负的稳压电源。正因为如此，现代电子产品简直渗透到了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的开展和社会信息化程度的进步，一起也使现代电子产品功能进一步进步，产品更新换代的节奏也越来越快。本文对开关电源进行了规划。

要害词：开关电源；规划；主电路；操控电路

引言

开关电源是指经过操控开关晶体管开通和关断时刻的比率，维持安稳输出电压的一种电源。开关电源被人们誉为非常高效节能的电源，它代表稳压电源开展的方向，现现已是稳压电源主流产品。开关

电源的内部重要元器材均运行在高频开关的状况，自身耗费很低的能量，其电源的功率能够到达百分之八十到九十，是普通的线性稳压电源功率的将近两倍。开关电源也被叫做无工频的变压器电源，它运用体积很小高频的变压器以完成电压的改变和电网阻隔，不仅能够去掉非常粗笨的工频变压器，并且可运用体积很小的滤波元件以及散热器，这就为研讨和开发的高功率、高可靠性、高精度、体积小、分量轻的开关电源打下了坚实的根底。

一、开关电源的性质有以下几点：

1.1宽电压作业规模

开关电源适用的交流电源规模很宽，当输入的交流电压在85~265V之间变化时，均可正常安稳地输出设备所需求的直流电压，输出电压的变化小于2%。因而，开关电源特别适用于电网电压不安稳、波动较大的区域。

1.2功率损耗小

因为开关电源作业频率高，一般都在20kHz以上，因而滤波元件的数值大大减小，从而减小功耗，特别是开关管作业在开关状况，不需求加很大面积的散热片，现在空载功耗能够做到小于0.3W，乃至更小，较小的功率耗费使机内温升较低，机内电子元器材能够长时刻安稳作业，因而选用开关电源，极大地进步了整机设备的安稳性和可靠性。

1.3体积小且分量轻

开关电源适配器运用的元器材虽多，但没有运用体积大、比较重的线性电源变压器，节约很多的漆包线和硅钢片，故实践体积和分量比低频线性电源适配器小得多，且轻得多。

1.4安全可靠

不管哪一种类型的开关电源，其电路中都设置了各种维护电路（如过压维护、过流维护、短路维护、过温维护、欠压维护、尖峰脉冲抑制电路等）。当开关电源自身或许负载设备发生故障时，相关维护电路均会启动作业，自动切断输出，且反响灵敏、可靠。因而开关电源产品很安全，方便运用。

二、开关电源规划的剖析

下面对开关电源的主电路与操控电路规划进行剖析。

2.1开关电源的主电路规划

（1）高频变压器的规划

开关电源主电路首要是处理电能，也便是功率改换。主电路首要包含输入滤波电路、高频变压器、逆变电路、输出滤波电路等部分。主电路的规划一般在整个电源规划过程中具有最为重要的位置。变压器是开关电源中的中心元器材，许多其他主电路的元器材参数规划均考虑了变压器参数，因而，应首要对变压器进行规划制造。高频的变压器在运行时电压、电流均不为正弦波，因而，作业的状况与工频并不相同，计算公式也不尽相同。需计算的参数包含铁心的尺寸、导体的截面积、各绕组的匝数及其结构等，它们的根底参数是作业电流、电压和频率等。

（2）输入端整流式滤波电路规划

交流的输入一般运用包含单相输入和三相式输入（包含四线方法和无中线的方法）。对于中大功率的场合，考虑到单相整流电压相对三相整流电压要低得多，使DC-DC电路电流变大，功耗也增大，单相整流和三相整流比较而言直流脉动也比较大，因而，选用三相输入，故本规划中输入部分运用三相的无中线的操控方法，经过功率操控的二极管形成三相的桥式的整流器以输出脉动的直流波形，并且在整流

器的输出端接上LC滤波网络，使脉动电流变成滑润的直流。

输入滤波电容（C1）首要功能是起到滤波以及使得输出直流电压变得滑润，并减小脉动效果，故输入端滤波的电容的挑选是相当要害。一般情况下，输入滤波的电容值根据操控纹波来预算，也便是为了保证逆变电路供给安稳直流电压，滤波电路时刻常数必须为纹波中基波周期的6倍以上，由此根据直流输入电压、电流推算出输入滤波电容值。

（3）输出整流回路的结构规划

一般来说，输出整流回路包含两种，一种为四个二极管组成的单相式全桥整流，另一种是两个整流二极管组成的单相式全波整流。比较两者，全波式整流电路的二次绕组具有中心抽头，结构较为复杂；而全桥式整流相对于全波式整流多选用了两个二极管，成本较高，若输出的电流大，那么整流桥上的二极管总通态损耗也变大，影响了改换器的功率，可是对于波整流电路，二极管所经受最大的反向电压是全桥整流电路值的两倍。经过以上的考虑，当输出的电压较高，且输出的电流较小时，一般采取全桥整流的方法；而输出的电压比较低，且输出的电流较大时，一般运用全波整流的方法。结合本课题所研讨的情况，输出整流电路选用单相的全桥整流电路。

（4）功率开关器材的选型规划

现在，在高频开关电源中运用最为广泛的功率开关器材是MOSFET和IGBT，在功率转化的使用中，MOSFET的导通损耗与开关损耗之比约为3：1，而相比之下的IGBT的导通损耗与开关损耗之比约为1：4。MOSFET较高的导通损耗是由较高的RDS（on）引起，而IGBT较高的开关损耗是由关断时电流拖尾所导致的。相比较而言IGBT的开关速度是低于功率MOSFET的，现在开关速度最快的IGBT的开关频率能够到达150kHz（IR公司的开关频率可高达150kHz的WARP系列400～600VIGBT），而MOSFET的所能到达开关频率则比IGBT高出许多，且在开关频率很高的时候，IGBT的开关损耗比MOSFET要大，研讨选用MOSFET作为逆变电路的功率开关器材。

（5）附加谐振电感规划

经过研讨移相全桥ZVS-PWM改换器可看出，开关的过程中，输出滤波电感是参加串联谐振的，它的能量很大，已可满意开关管的并联电容器进行充放电的需求，因而超前臂较易完成ZVS；但滞后臂于开关的过程中，变压器副边为短路，仅剩下变压器的原边漏感的能量可参加谐振，并不能快速完成其并联电容器充放电的过程，滞后桥臂到达ZVS相对较为困难。故为了促进滞后桥臂到达ZVS，咱们可另外增设附加的电感量，从而为并联电容器充放电供给满足多的磁能。

2.2开关电源操控电路规划

（1）开关电源操控电路规划

开关电源的主电路首要任务是处理电能，而操控电路的首要任务是处理电信号，它操控着主电路中各个开关器材的作业，操控电路的规划质量对电源的功能甚为重要。一般由驱动电路，PWM操控电路，

调理器电路及维护电路组成。

（2）移相PWM操控芯片UC-3879特性

这儿UC-3879的系列IC是指UC-3875的改善产品，它是一个含软开关的功能的PWM式驱动器，选用移相开关方法调理半桥电路的驱动式脉冲的电压，一起操控了全桥式改换器的功率管，使固定的频率的脉宽调制器和谐振零电压的开关结合以具有相对高功能。此芯片除了可在电压形式作业，一起可作业在电流形式，并且具有快速的过流维护功能。UC3879能够独立编程以操控时刻延迟，在每只输出级开关管导通之前供给满足的死区时刻，为每个谐振开关区间里完成ZVS留有余地。

（3）驱动电路规划

驱动电路是主电路与操控电路的接口，同开关电源的可靠性，功率等功能关系密切。驱动电路对快速性有较高要求，能供给一定的驱动功率，并具有较高的抗搅扰和阻隔噪声的才能。

（4）电源容量扩充的途径

自八十年代，伴随高频电源技术及新式功率器材的快速开展，大容量高频开关电源的研讨和开发逐步成为当今电力电子学的首要研讨方向，并且派生了多个新研讨方向。

（5）开关电源电磁兼容的规划

跟着电子电路不断向高密度高集成化的方向开展，咱们对电源产品的要求越来越高。体积小、高效能、分量轻、高可靠性的“绿色电源”已不可避免地成为下一代电源产品的开展趋势。功率密度急剧增大将导致电源内部电磁环境日益复杂，由此发生的电磁搅扰对电源及其周围的电子设备正常作业都发生要挟。一起跟着世界电磁兼容法规变得日益严厉，国内现已以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，对开关电源在电磁兼容方面的要求愈加详细、愈加严厉。现在，如何下降以致消除开关电源的EMI问题已成为全球开关电源规划师和电磁兼容规划师密切关注的问题。

电磁兼容（EMC）是说在非常有限的时刻、空间和有限的频谱规模内不同的电气设备共同存在但却不会形成各个电气设备的功能下降，包含电磁敏感（EMS）和电磁搅扰（EMI）这样两个方面。EMS是指电气设

备抵挡电磁的搅扰方面的才能，EMI则指的是电气设备向周围环境宣布噪声。某一台具有非常良好的电磁兼容的功能设备，将会既不会遭到周围的电磁噪声的影响，一起对周围的环境也不会形成较大的电磁搅扰。

三、结束语

开关电源规划给人们生发日子带来了极大的方便，并且大大地扩展了开关原先的功能。诸如红外线感应开关电源、开关稳压电源、单开关及双开关电源等，乃至各种智能型电源开关等，所有这些都是以电源为根底的。因而研讨开关电源规划的仿真及使用，有着非常实际的含义。