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KR-200T型高頻開關電源的研制
2018年04月02日 08:51 電子產業網

  電源技術應用2005年8月25日通信電源技術KR-200T型高頻開關電源的研制朱金芳(浙江工業職業技術學院,浙江紹興312000)-款基于正激變換的KR200T型高性能開關電源。文中對該研究成果作了基本總結,內容包括:該電源的技術規格、工作原理、元件選擇、控制電路設計和測試結果等。

  -),女,浙江工業職業技術學院講師,研究方向為電力電子技術及自動化技術出通道其額定輸出功率為1681 1KR200T型高頻開關電源的技術規格KR200T型高頻開關電源的技術規格如下:輸入電壓為工頻交流220V允許輸入電壓變化范圍為160~275V;當輸入電壓為220V時,大浪涌電流為40A;額定輸出電壓:輸出1為9V;輸出2為24V;輸出3為-5V.額定輸出電流:輸出1為2 7A輸出2為7A輸出3為0 3W;輸出2為168W;輸出3為1 2工作原理根據上述開關電源技術規格的要求,KR200T型高頻開關電源的主電路采用正激式高頻開關變換電路。該專用開關電源由輸入工頻濾波電路、工頻整流電路、一次直流濾波電路、直流變換器和二次直流濾波電路等部分組成。

  正激式直流-直流變換器的工作頻率可達200kHz以上,工作效率較高。變換器設計時特別考慮了開關變壓器的磁恢復問題,以防止變壓器鐵芯飽和。

  開關電源工作頻率設定為200kHz周期7;為5Ms大占空比取50 ,并設有過壓和過流保護電路。

  開關變壓器初級電流引起的次級電流通過輸出濾波電感L2傳輸到輸出2的負載,并在電感U中儲存能量。當集成控制器匯,輸出關斷脈沖,致使開關變壓器初級電流中斷時,由于電感L2的作用,輸出電流保持連續。輸出濾波電感U接在電源負母線上,工作原理與接在電源正母線上完全相同,經驗得出此種接法消除噪聲效果更好。

  輸出2即24V直流輸出,為本開關電源的主輸:電源總輸出功率的867 .有耦合線圈CD耦合線圈CD上的電壓經三端穩壓主輸出直流電壓24V經集成穩壓器IC2降壓器IC,獲得輸出電壓-5V即輸出3后得到輸出電壓9V即輸出1輸出濾波電感L:帶KR200T型高頻開關電源的電路如所示。

  KR-200T型高頻開關電源電路主電路設計開關變壓器是開關電源的關鍵元件,其性能好壞不僅影響變壓器本身的效率和發熱,而且還會影響到開關電源的技術性能和可靠性。

  -90材料EER-40輸入交流高電壓為275V整流后的直流電壓約為346V,由此可計算出變壓器初級繞組匝數為60匝(帶中心抽頭)輸入交流低電壓為160V變壓器次級繞組的電壓也低,此時還需考慮次級整流二極管的壓降和線路壓降,據此可求得變壓器次級繞組匝數為12匝。根據控制電路的工作需要,可求得電壓反饋繞組的匝數為8匝。

  輸出濾波電感U的電感量越大,則輸出紋波電壓將越小,但體積和成本都會增加。流經電感紋波電流的峰-峰值取輸出電流的30 進行設計比較合理。由此可求得U的電感量為150MH.磁芯采用與開關變壓器相同的SB-9C材料EER-40反饋調整電路所需的反饋電壓直接從耦合線圈AB上得到,AB是輸出濾波電感L2所帶的另一個耦合線圈。耦合線圈AB的輸出電壓反饋到集成控制器E,起到電壓負反饋作用,以確保主輸出電壓24二極管D2采用超快恢復二極管EN4007其反向擊穿電壓為1000V,大導通電流1A.二極管D3采用快速恢復二極管FR103反向擊穿電壓為200V大導通電流1A.次級整流管D4、D6并聯連接,應根據輸出電壓和輸出電流進行選擇,本開關電源均采用高速整流二極管S20LC20U參數為200V、20A.二極管D5選用SR1060參數為60V、10A.二極管D7則選用HER303參數為200V、3A. 1A.A2為NPN型三極管,型號為KTC9014、參數為60V、015A.C2為集成穩壓器LM用N4744參數為15V、1W穩壓管ZD4為N4740參數為10V、1W.熱敏電阻THi、TH2的型4控制電路設計開關電源控制電路為集成控制器C1是正激式直流一直流變換器的核心電路。集成控制器C1選用MITSUBISHI公司推出的專門為交流直流變換而設計的離線式開關電源初級PWM(脈沖寬度調制)控制芯片M51995該控制芯片內置大容量圖V穩定不變\'騰柱電路可以直接SK動MSFET芯片M51\"5不僅具有高頻震蕩和快速輸出能力,而且內含快速響應的電流限制功能。它的另一特點是過流時采用斷續工作方式。

  51995的主要特征如下:輸出電流達±2A輸出上升時間為60Ms下降時間為40s啟動電流小,典型值為90MA.啟動電壓和關閉電壓間的壓差大,啟動電壓為16V關閉電壓為10V.改進圖騰柱輸出方法,穿透電流小。

  過電流保護采用斷續方式工作,能快速限制電流過流。

  具有欠壓、過壓鎖存電路。

  控制芯片的原理框圖見它主要由振蕩器、PWM比較、PWM鎖存、欠壓鎖存、斷續方式和振蕩控制、繼續工作、驅動輸出及內部基準電壓等電路組成。計時電容端CF因恒流源的充放電而呈三角波。芯片大脈寬為三角波的上升時間,而三角波的下降時間則為死區時間。當發生過流時,斷續方式和振蕩控制電路啟動,導致斷續方式工作電路開始工作,從而實現了過流保護功能。

  PWM比較鎖存后,與從振蕩器輸出的控制信號邏輯組合后輸出。芯片的輸出為圖騰柱電路,以驅動MOS管。傳統的圖騰柱電路具有高穿透電流的缺點,可達1A在高頻應用時將引起較大的IC電流,使IC發熱并產生噪聲電壓。M51995使用了改進的圖騰柱電路,穿透電流可降至約100mA DEF端可被用來控制輸出電壓。OVP和ON /OFF端子可方便地用來實現過壓保護和芯片開關功能。在過壓保護和OFF狀態下,芯片的工作電流均由啟動電路提供。

  5實測結果KR200T型高頻開關電源在不同測試條件下主要性能的實測結果如表1所列。

  表1不同測試條件下開關電源主要性能指標測試結果序號測試項目測試條件測試結果大輸入功率輸入電壓:220V輸出電流:2效率輸入電壓:220V輸出電流:2電壓調整率輸入電壓:160~275V輸出電流:2負載調整率輸入電壓:220V輸出電流:0表1(續)不同測試條件下開關電源主要性能指標測試結果序號測試項目測試條件測試結果溫度漂移輸入電壓:220V輸出電流:27A.7A03A環境溫度:-20-60°C輸出電壓上升時間輸入電壓:輸出電流:2輸出電壓維持時間輸入電壓:220V輸出電流::27A噪聲與紋波輸入電壓:160-275V輸出電流:2過流保護輸入電壓:220V輸出電流:輸出1為27A輸出2負載電流>120,輸出3為0.3A過流保護正常動作過壓保護輸入電壓:220V輸出電壓>105(指輸出1或輸出2)過壓保護正常動作短路保護輸入電壓:220V輸出2短路短路保護正常動作,且輸入功率<60W,輸入對地絕緣電阻直流500V檢測開關電源實際測試的環境溫度為-20本開關電源經通信系統實際使用表明:開關電源性能穩定,工作可靠,運行情況良好。

  行業新聞淡季不淡下半年開關電源有戲唱據了解,目前開關電源雖然市場發展形勢看好,但中國電源企業也面臨新的挑戰。美國Anagenesis公司的人士介紹說,在過去10多年中,中國開關電源企業依靠低成本制造優勢,去生產那些符合OEM企業質量和性能參數要求的產品從而在市場上獲得了成功。

  但中國電源企業要想獲得下一輪競爭的成功,就需要在一些新的環節上多做投資。這些新環節包括以下幾個:一是自主研發u通過研發,中國企業可以生產出差異化產品,從而滿足國際市場的不同需求u二是要有計劃地了解不同業務的發展前景u三是要建立自有品牌u此外,如果想在未來市場上獲取成功,很多中國電源企業的運作就要當地化u雖然從去年起各電源企業的產值就已大幅增長,但利潤率卻在降低。據北京電源行業協會的初步統計,我國目前有3 000多家從事電源制造的企業,如果加上電源經銷商與代理商,電源行業共計有5 000家到6000家企業,企業間的競爭非常激烈。與此同時,去年原材料的上漲,也導致企業的利潤空間被迫壓縮u目前,電源產品市場呈現兩大特點。一是產品呈現同質化趨勢。另一方面,市場對產品的需求也非常明顯。經銷商表示,目前市場對電源的性能要求越來越苛刻,電源產品需要滿足高功率密度、低壓大電流、高動態性能、輸出電壓多元化、熱切換、可靠性等的更高要求。因此,企業如何滿足市場越來越高的要求也成為開關電源行業一個不小的挑戰。

  (摘自:華強電子世界網)

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