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KR-200T型高频开关电源的研制

作者:admin来源:本网 日期:2018/4/2 8:51:48 人气: 标签:

  电源技术应用2005年8月25日通信电源技术KR-200T型高频开关电源的研制朱金芳(浙江工业职业技术学院,浙江绍兴312000)-款基于正激变换的KR200T型高性能开关电源。文中对该研究成果作了基本总结,内容包括:该电源的技术规格、工作原理、元件选择、控制电路设计和测试结果等。

  -),女,浙江工业职业技术学院讲师,研究方向为电力电子技术及自动化技术出通道其额定输出功率为1681 1KR200T型高频开关电源的技术规格KR200T型高频开关电源的技术规格如下:输入电压为工频交流220V允许输入电压变化范围为160~275V;当输入电压为220V时,最大浪涌电流为40A;额定输出电压:输出1为9V;输出2为24V;输出3为-5V.额定输出电流:输出1为2 7A输出2为7A输出3为0 3W;输出2为168W;输出3为1 2工作原理根据上述开关电源技术规格的要求,KR200T型高频开关电源的主电路采用正激式高频开关变换电路。该专用开关电源由输入工频滤波电路、工频整流电路、一次直流滤波电路、直流变换器和二次直流滤波电路等部分组成。

  正激式直流-直流变换器的工作频率可达200kHz以上,工作效率较高。变换器设计时特别考虑了开关变压器的磁恢复问题,以防止变压器铁芯饱和。

  开关电源工作频率设定为200kHz周期7;为5Ms最大占空比取50 %,并设有过压和过流保护电路。

  开关变压器初级电流引起的次级电流通过输出滤波电感L2传输到输出2的负载,并在电感U中储存能量。当集成控制器汇,输出关断脉冲,致使开关变压器初级电流中断时,由于电感L2的作用,输出电流保持连续。输出滤波电感U接在电源负母线上,工作原理与接在电源正母线上完全相同,经验得出此种接法消除噪声效果更好。

  输出2即24V直流输出,为本开关电源的主输:电源总输出功率的867 %.有耦合线圈CD耦合线圈CD上的电压经三端稳压主输出直流电压24V经集成稳压器IC2降压器IC,获得输出电压-5V即输出3后得到输出电压9V即输出1输出滤波电感L:带KR200T型高频开关电源的电路如所示。

  KR-200T型高频开关电源电路主电路设计开关变压器是开关电源的关键元件,其性能好坏不仅影响变压器本身的效率和发热,而且还会影响到开关电源的技术性能和可靠性。

  -90材料EER-40输入交流最高电压为275V整流后的直流电压约为346V,由此可计算出变压器初级绕组匝数为60匝(带中心抽头)输入交流最低电压为160V变压器次级绕组的电压也最低,此时还需考虑次级整流二极管的压降和线路压降,据此可求得变压器次级绕组匝数为12匝。根据控制电路的工作需要,可求得电压反馈绕组的匝数为8匝。

  输出滤波电感U的电感量越大,则输出纹波电压将越小,但体积和成本都会增加。流经电感纹波电流的峰-峰值取输出电流的30 %进行设计比较合理。由此可求得U的电感量为150MH.磁芯采用与开关变压器相同的SB-9C材料EER-40反馈调整电路所需的反馈电压直接从耦合线圈AB上得到,AB是输出滤波电感L2所带的另一个耦合线圈。耦合线圈AB的输出电压反馈到集成控制器E,起到电压负反馈作用,以确保主输出电压24二极管D2采用超快恢复二极管EN4007其反向击穿电压为1000V,最大导通电流1A.二极管D3采用快速恢复二极管FR103反向击穿电压为200V最大导通电流1A.次级整流管D4、D6并联连接,应根据输出电压和输出电流进行选择,本开关电源均采用高速整流二极管S20LC20U参数为200V、20A.二极管D5选用SR1060参数为60V、10A.二极管D7则选用HER303参数为200V、3A. 1A.A2为NPN型三极管,型号为KTC9014、参数为60V、015A.C2为集成稳压器LM用N4744参数为15V、1W稳压管ZD4为N4740参数为10V、1W.热敏电阻THi、TH2的型4控制电路设计开关电源控制电路为集成控制器C1是正激式直流一直流变换器的核心电路。集成控制器C1选用MITSUBISHI公司推出的专门为交流直流变换而设计的离线式开关电源初级PWM(脉冲宽度调制)控制芯片M51995该控制芯片内置大容量图V稳定不变'腾柱电路可以直接SK动MSFET芯片M51"5不仅具有高频震荡和快速输出能力,而且内含快速响应的电流限制功能。它的另一特点是过流时采用断续工作方式。

  51995的主要特征如下:输出电流达±2A输出上升时间为60Ms下降时间为40s启动电流小,典型值为90MA.启动电压和关闭电压间的压差大,启动电压为16V关闭电压为10V.改进图腾柱输出方法,穿透电流小。

  过电流保护采用断续方式工作,能快速限制电流过流。

  具有欠压、过压锁存电路。

  控制芯片的原理框图见它主要由振荡器、PWM比较、PWM锁存、欠压锁存、断续方式和振荡控制、继续工作、驱动输出及内部基准电压等电路组成。计时电容端CF因恒流源的充放电而呈三角波。芯片最大脉宽为三角波的上升时间,而三角波的下降时间则为死区时间。当发生过流时,断续方式和振荡控制电路启动,导致断续方式工作电路开始工作,从而实现了过流保护功能。

  PWM比较锁存后,与从振荡器输出的控制信号逻辑组合后输出。芯片的输出为图腾柱电路,以驱动MOS管。传统的图腾柱电路具有高穿透电流的缺点,可达1A在高频应用时将引起较大的IC电流,使IC发热并产生噪声电压。M51995使用了改进的图腾柱电路,穿透电流可降至约100mA DEF端可被用来控制输出电压。OVP和ON /OFF端子可方便地用来实现过压保护和芯片开关功能。在过压保护和OFF状态下,芯片的工作电流均由启动电路提供。

  5实测结果KR200T型高频开关电源在不同测试条件下主要性能的实测结果如表1所列。

  表1不同测试条件下开关电源主要性能指标测试结果序号测试项目测试条件测试结果最大输入功率输入电压:220V输出电流:2效率输入电压:220V输出电流:2电压调整率输入电压:160~275V输出电流:2负载调整率输入电压:220V输出电流:0表1(续)不同测试条件下开关电源主要性能指标测试结果序号测试项目测试条件测试结果温度漂移输入电压:220V输出电流:27A.7A03A环境温度:-20-60°C输出电压上升时间输入电压:输出电流:2输出电压维持时间输入电压:220V输出电流::27A噪声与纹波输入电压:160-275V输出电流:2过流保护输入电压:220V输出电流:输出1为27A输出2负载电流>120%,输出3为0.3A过流保护正常动作过压保护输入电压:220V输出电压>105%(指输出1或输出2)过压保护正常动作短路保护输入电压:220V输出2短路短路保护正常动作,且输入功率<60W,输入对地绝缘电阻直流500V检测开关电源实际测试的环境温度为-20本开关电源经通信系统实际使用表明:开关电源性能稳定,工作可靠,运行情况良好。

  行业新闻淡季不淡下半年开关电源有戏唱据了解,目前开关电源虽然市场发展形势看好,但中国电源企业也面临新的挑战。美国Anagenesis公司的人士介绍说,在过去10多年中,中国开关电源企业依靠低成本制造优势,去生产那些符合全球著名OEM企业质量和性能参数要求的产品从而在全球市场上获得了成功。

  但中国电源企业要想获得下一轮竞争的成功,就需要在一些新的环节上多做投资。这些新环节包括以下几个:一是自主研发u通过研发,中国企业可以生产出差异化产品,从而满足国际市场的不同需求u二是要有计划地了解不同业务的发展前景u三是要建立自有品牌u此外,如果想在未来全球市场上获取成功,很多中国电源企业的运作就要当地化u虽然从去年起各电源企业的产值就已大幅增长,但利润率却在降低。据北京电源行业协会的初步统计,我国目前有3 000多家从事电源制造的企业,如果加上电源经销商与代理商,电源行业共计有5 000家到6000家企业,企业间的竞争非常激烈。与此同时,去年原材料的上涨,也导致企业的利润空间被迫压缩u目前,电源产品市场呈现两大特点。一是产品呈现同质化趋势。另一方面,市场对高端产品的需求也非常明显。经销商表示,目前市场对电源的性能要求越来越苛刻,电源产品需要满足高功率密度、低压大电流、高动态性能、输出电压多元化、热切换、可靠性等的更高要求。因此,企业如何满足市场越来越高的要求也成为开关电源行业一个不小的挑战。

  (摘自:华强电子世界网)

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