关于高压开关电源仿真技术的设计

关于高压开关电源仿真技术的设计

摘要：传统的高压直流电源通常用工频交流电源经升压变压器升压、整流滤波

而得。这类整流电路优点是接线简单，缺点是所用设备、组件的电压较高，体积、重量和占地面积大，使设备变得非常笨重。随着电力电子器件和相关应用技术的

发展，以开关方式工作的直流稳压电源以其体积小、重量轻、效率高、稳压效果

好的特点，正逐步取代传统电源的位置，成为电源行业的主流形式。本文应用MATLAB对一种要求输出电压大范围连续可调的高压开关电源进行了建模与仿真。系统结构采用复合结构，满足了输出电压大范围连续可调，输出纹波小的要求，

由仿真结果可知系统结构合理，方案正确。

关键词: 高压开关电源 MATLAB

在当今的军事、工业生产、日常生活等领域，高压直流电源有着广泛的应用，尤其在医学方面高压直流电源经常用于X光机、CT等大型设备。

一、设计任务及仿真软件

在开关电源的设计过程中，计算机仿真是重要的手段和工具。应用仿真手段

可以检验设计的系统是否满足性能要求，并且可以减少很多电路的实验工作。与

电路实验相比，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全面、更完整地进行，

以希望改进设计质量。

半桥式变换器是中等功率的开关电源常用的结构形式，它具有变压器双向激磁，没有变压器偏磁问题，开关元件较少，成本低等优点。本次设计主变换器采

用半桥结构，系统的性能指标为：

输入电源：AC220V±22V；

输出： DC5～30KV，5～30mA；

输出电压稳定度不大于0.1%；

输出电压纹波不大于0.1%

此次设计采用MATLAB作为仿真研究工具。MATLAB是广泛应用于控制及相

关各领域的功能非常强大的仿真软件，应用其中的simulink可以非常直观、系统

地对电力电子装置进行仿真。

二、仿真系统构成

开关电源的仿真首先要解决PWM发生器的问题，这里应用直流电平与三角

波进行比较的方法构建了PWM发生器

由于主变换器结构采用半桥式，所以PWM发生器输出应为互补的双路，并

且要有一定的死区，以防止上下桥臂的功率管直通。同时为了保证输出电压的纹

波不太大，PWM的占空比又不能太小，这里选用固定占空比0.35。

为了满足电源输出电压的大范围连续可调，同时保证输出纹波不增加，在主

电路的直流母线上加入PWM调压电路，并由电源输出端引回电压反馈，形成闭

环控制，闭环控制器采用工程中经常使用的PI调解器。调压电路的PWM发生电路，与半桥电路的PWM发生器相似，主要区别在于，半桥电路的PWM发生器

为双路输出，调压电路的PWM发生电路为单路输出。

高压电源的输出部分采用高压高频变压器结合倍压整流电路组成，这种结构

是高压电源的常用结构，与实际应用情况一致。

其中变压器原边的半桥采用两只IGBT串联，变压器副边采用两只二极管串联，结合滤波电容构成倍压整流电路。

三、仿真波形

开关电源设计与制作

《自动化专业综合课程设计2》 课程设计报告 题目：开关电源设计与制作 院（系）：机电与自动化学院 专业班级：自动化0803 学生姓名：程杰 学号：20081184111 指导教师：雷丹 2011年11月14日至2011年12月2日 华中科技大学武昌分校制

目录 1．开关电源简介 (2) 1.1开关电源概述 (2) 1.2开关电源的分类 (3) 1.3开关电源特点 (4) 1.4开关电源的条件 (4) 1.5开关电源发展趋势 (4) 2．课程设计目的 (5) 3．课程设计题目描述和要求 (5) 4．课程设计报告内容 (5) 4.1开关电源基本结构 (5) 4.2系统总体电路框架 (6) 4.3变换电路的选择 (6) 4.4控制方案 (7) 4.5控制器的选择 (8) 4.5.1 C8051F020的内核 (8) 4.5.2片内存储器 (8) 4.5.312位模/数转换器 (9) 4.5.4 单片机初始化程序 (9) 4.6 输出采样电路 (10) 4.6.1 信号调节电路 (10) 4.6.2 信号的采样 (11) 4.6.3 ADC 的工作方式 (11) 4.6.4 ADC的程序 (12) 4.7 显示电路 (13) 4.7.1 显示方案 (13) 4.7.2 显示程序 (14) 5．总结 (16) 参考文献 (17)

1．开关电源简介 1.1开关电源概述 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源。它运用功率变换器进行电能变换，经过变换电能，可以满足各种对参数的要求。这些变换包括交流到直流(AC-DC，即整流)，直流到交流(DC-AC，即逆变)，交流到交流(AC-AC，即变压)，直流到直流(DC-DC)。广义地说，利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转变为另一种电源形式的主电路都叫做开关变换器电路；转变时用自动控制闭环稳定输出并有保护环节则称为开关电源（SwitchingPower Supply)。 将一种直流电压变换成另一种固定的或可调的直流电压的过程称为DC-DC交换完成这一变幻的电路称为DC-DC转换器。根据输入电路与输出电路的关系，DC-DC 转换器可分为非隔离式DC-DC转换器和隔离式DC-DC转换器。降压型DC-DC 开关电源属于非隔离式的。降压型DC-DC转换器主电路图如1： 图1 降压型DC-DC转换器主电路 其中，功率IGBT为开关调整元件，它的导通与关断由控制电路决定；L和C为滤波元件。驱动VT导通时，负载电压Uo=Uin，负载电流Io按指数上升；控制VT关断时，二极管VD可保持输出电流连续，所以通常称为续流二极管。负载电流经二极管VD续流，负载电压Uo近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小，通常串联L值较大的电感。至一个周期T结束，在驱动VT导通，重复上一周期过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为：

智能高频开关电源模块

智能高频开关电源模块 22005F/11010F 用 户 手 册

目录 第一章概述 (2) 第二章充电模块介绍 (3) 2.1 结构及接口 (3) 2.1.1模块外观 (3) 2.1.2前面板 (3) 2.1.3后面板 (5) 2.2充电模块工作原理 (6) 2.3充电模块主要功能 (6) 2.3.1保护功能 (6) 2.3.2 其它功能 (7) 2.4充电模块性能参数 (8) 2.4.1环境要求 (8) 2.4.2输入特性 (9) 2.4.3输出特性 (9) 2.4.4其他特性 (9) 2.5充电模块安装尺寸 (10) 2.6包装维护 (11) 2.6.1运输包装 (11) 2.6.2维护 (11) 2.7使用注意事项及处理 (11) 2.7.1模块均流 (11) 2.7.2输出电压设定 (12) 2.7.3分组号设定 (12) 2.7.4地址设定 (12) 2.7.5模块告警现象及处理 (12) 注意事项 (13)

第一章概述 公司专业生产高频开关模块和其它专业电源模块以及电力操作电源监控系统，向各合作厂家及终端用户提供其中的电源组件。电力操作电源系统是应用电力机房内的电源设备，电力操作电源又称电力工程交、直流电源，简称交、直流屏（柜）。主要用于各级变电所（站）及火力、水力发电厂，作为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷的电源，是电力系统控制、保护的基础。在轨道交通领域主要应用于为供电系统的断路器分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和事故照明提供不间断直流电源。 智能高频开关直流电源系统由交流输入配电部分、充电模块整流部份、降压部份、直流输出馈电部份、监控部份以及绝缘监测部份组成。 电力操作电源充电模块作为电力系统必不可少的重要组成部份，其设计目标是安全、可靠、高效、稳定、不间断地向电力设备提供能源；除此之外，现代电力操作电源还必须具备智能集散监控，无人值守和电池自动管理等功能，从而满足电力系统现代化管理的需求。 电力操作电源充电模块不仅能很好的满足市场的需求，还能从客户实际应用角度出发，为客户提供真正经济、可靠、便利的系统解决方案。其主要特点集中体现在： ●高功率密度化，有利于节约系统空间，提高系统容量。 ●高效率，利用智能风冷方式，能很好地处理模块器件温升，提高可靠性。 ●具有输出电压和电流平滑调节的功能。 ●模块内部集成防倒灌二极管，可实现热插拔，方便系统调整及维护。 ●软件均流，无需硬件设置，能支持多达60个模块可靠自主均流运行。 ●充电模块智能控制，提供数据通讯接口。 ●分散多级监控系统，实现监控系统的简单可靠。

开关电源课程设计报告

现代电源技术课程实践报告 院系：物理与电气工程学院 班级：电气自动化一班 姓名: 李向伟 学号: 111101007 指导老师:苗风东

一、设计要求 （1）输入电压：AC220±10%V （2）输出电压: 12V （3）输出功率:12W （4）开关频率: 80kHz 二、反激稳压电源的工作原理

图2-1 反激稳压电源的电路图 三、 反激电路主电路设计 (1)(1)Np Vdc Ton Vo Tr Nsm -=+ （3-1） 1. 反激变压器主电路工作原理 反激式变换器以其电路结构简单,成本低廉而深受广大开发工程师的喜爱,它特别适合小功率电源以及各种电源适配器.但是反激式变换器的设计难点是变压器的设计,因为输入电压范围宽,特别是在低输入电压,满负载条件下变压器会工作在连续电流模式(CCM),而在高输入电压,轻负载条件下变压器又会工作在不连续电流模式(DCM);另外关于CCM 模式反激变压器设计的论述文章极少,在大多数开关电源技术书籍的论述中, 反激变压器的设计均按完全能量传递方式(DCM

模式)或临界模式来计算,但这样的设计并未真实反映反激变压器的实际工作情况,变压器的工作状态可能不是最佳.因此结合本人的实际调试经验和心得,讲述一下不完全能量传递方式(CCM) 反激变压器的设计. 1）工作过程： S 开通后，VD 处于断态，W1绕组的电流线性增长，电感储能增加； S 关断后，W1绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过W2绕组和VD 向输出端释放。 反激电路的工作模式： 反激电路的理想化波形 S u S i S i V D t o t o ff t t t t U i O O O O 反激电路原理图

高压开关电源的设计与研究

高压开关电源的设计与研究 赵延波 （龙矿集团热电有限公司，山东龙口265700） 摘要该文分析了高压开关电源的特点和电路原理，设计了一种新型高压开关电源，尤其是对重要的设计要点进行了深入描述，并给出了设计方案。实验结果表明该电源结构简单，效率和可靠性高。 关键词高压开关电源 中图分类号TM91文献标识码A 高压充电电源广泛应用于等离子体物理、高功率激光、大功率微波、粒子速武器等等精密电子系统领域。要求电源系统具有重量轻、响应速度快、稳定性好、可靠性高等特点。传统充电电源采用的工频高压电源和LC谐振充电方式，虽然电路简单，但其体积和重量大，低频工作状态以及纹波、稳定性均不能令人满意。为了满足精密电子系统的要求，设计制作了一种新型高压开关电源。 1高压开关电源的特点 与通常的低压开关电源比较，高压开关电源有如下特点： （1）无输出电感。一般输出电感的选择应保证在规定的最小负载下其电流也连续，在几千伏高压以上输出情况下，输出电感的体积和价格都是很难承受的，并且在工作中电感两端会承受与输出电压相等的电压，会导致点晕和飞弧，所以在较高的电压运用中通常不考虑输出电感。 （2）变压器副边存在较大的分布电容。变压器副边匝数多，绕组之间存在较大的分布电容，影响开关电源的工作状态。要么采用分布电容的电路形式，要么尽量减小分布电容。 （3）负载变化范围宽。在雷达等设备的应用中，由于工作状态多，要求高压电源有很宽的负载变化范围，即要选择适用宽范围运行的电路形式。 从上述特点来看，高压开关电源的软开关电路应采用以无输出电感的电路拓扑，对于极高电压大功率应用建议采用全桥的方式。 2电路原理 系统原理框架图如图1所示。 如图1所示。高压电源的输入信号来自220V的 *收稿日期：2012－04－16 作者简介：赵延波（1976－），男，大专，毕业于华北电力大学城市供用电专业，现任职于龙矿集团热电有限公司，助理工程师 。 图1系统原理图 交流市电，经整流滤波后与P W M脉冲调制器的输出信号一起驱动高频变压器，通过高频变压器得到的高压电源再经整流滤波后，输出直流高压。输出反馈信号经光电隔离后反馈给脉冲调制器，通过与脉冲调制器中误差放大器的基准电压比较，控制脉冲调制器的输出占空比，以调节输出电压。 3电路设计 电路拓扑结构和主要工作波形如图2、图3 。 图2电路拓扑结构图 与普通移相全桥电路相比，增加了一个谐振电感和4个二极管。变压器原副边电流是不连续的，在电流截止期间ZVS开通是通过二极管D5、D6、D7、D8分别给L1、C1、C3和L2、C2、C4提供了充放回路来实现的；在主功率传输期间工作状态和普通移相全桥电路一样。修改电路结果简单，在目前运用较广泛的移相全桥变化电路稍加改进就可以实现；所有开关管均为零电压开通和零电压关断；二极管D5、D6、D7、D8还对变压器原边电压起钳位作用，减小电感L1、L2和变压器副边绕组分布电容产生的震荡；与负载无关，电感L1、L2上的电流一直保持半个周期，（下转第170页） 86 12012年第3期

通信用智能高频开关电源-直流屏

嵌入式 通信设备用高频开关电源 产品说明书 （PS4860系列） 深圳市中兴通电力技术有限公司

一、系统介绍 1.系统概述 PS4860（48V/60A）是我公司为通讯设备设计制造的嵌入式、智能化、多功能整流电源。它主要由整流器模块、控制单元和配电单元组成，设备机柜外形图见附图。整流器模块型号为PS4820（48V/20A），最多可放置3只。 本电源系统采用标准19英寸宽度，可与目前通信行业标准机架自由组合。本电源也可选用我公司PS4810（48V/10A）、PS4815（48V/15A）模块或PS2410（24V/10A）、PS2415（24V/15A）、PS2420（24V/20A）、模块。 2．原理简介 接入单相三线制交流电，经过交流空气开关将交流电分配给整流模块，整流模块采用高频PWM技术将单相交流电变换为隔离的直流电。该直流电经直流配电单元分配给蓄电池组充电用和供负载用。控制单元控制整个系统，实现故障告警、参数显示、键盘操作、电池管理、远程通信等功能。 3．产品特点 3.1 嵌入式 产品集成了交/直流配电、整流模块和控制单元，体积小。采用标准19英寸宽度，可嵌入通信行业设备机架。 3.2 模块化 高频整流模块冗余备份运行，均流度高，通过长时间短路试验和高温老化，可工作于有微机监控器和无微机监控器两种模式，采用成熟的技术和工艺，可靠性高。 3.3 智能化 微机监控器自动采集交流、直流、电池和整流模块的参数和工作状态，通过RS232口、RS485口或MODEM与周边设备或远程监控中心联机组网，实现远程监控，采用中国电信总局《通信局（站）电源、空调及环境集中监控管理系统前端智能设备通讯协议》，通用性强。 1

各种开关电源介绍-开关电源设计知识大全

开关电源介绍 一、基础知识： 新型变压器：磁性元件，新型磁材料和新型变压器的开发。如集成磁路，平面型磁心，超薄型变压器；以及新型变压器如压电式，无磁芯印制电路变压器等，使开关电源的尺寸重量都可减少许多。 硬开关的条件下MOSFET和IGBT开关损耗分析： 1)．开通损耗方面：由于MOSFET的输出电容大，器件处于断态时，输入电压加在输出电容上，输出电容储存较大能量。在相继开通时这些能量全部消耗在器件内，开通损耗大。器件的开通损耗和输出电容成正比，和频率成正比和输入电压的平方成正比[12]。而IGBT的输出电容比MOSFET小得多，断态时电容上储存的能量较小，故开通损耗较小。 2)．关断损耗方面：MOSFET属单极型器件，可以通过在施加栅极反偏电压的方法，迅速抽走输入电容上的电荷，加速关断，使MOSFET关断时电流会迅速下降至零，不存在拖尾电流，故关断损耗小[10]；而IGBT由于拖尾电流不可避免，且持续时间长(可达数微秒)，故关断损耗大。 综合以上分析，硬开关条件下MOSFET的开关损耗主要是由开通损耗引起，而IGBT则主要是由关断损耗引起。因此使用MOSFET作为主开关器件的电路，应该工作于ZVS条件下，这样在器件开通前，漏极和源极之间的电压先降为零，输出电容上储存能量很小，可以大大降低MOSFET的开通损耗；而使用IGBT作为主开关器件的电路，应该工作于ZCS条件下，这样在器件关断前，流过器件的电流先降为零，可以大大降低因拖尾电流造成的关断损耗。 软开关：当电流过零时，使器件关断；当电压过零时，使器件开通-实现开关损耗为零。 变流器：把输入的电源，进行电压、电流变换，达到规定的要求后输出给用电设备。 DC-DC：直流变压器。斩波器。 为什么反激开关电源只能适合小功率？200W以下。正激开关电源适合大功率开关电源？ 高效率小体积（高功率密度）一直是DC-DC变换器用户的追求，也是设计的要点。提高功率密度最有效的方式就是提高开关频率，线圈和变压器对高速变化的磁力线感应灵敏度高、特别高效率，衰减特别小，传递效率特别高，而对低频变化的磁力线灵敏度低、衰减大，传递效率差，因此高频下的磁芯体积会大幅度减小，但频率的提高会使开关管的开关损耗加大，对变换器的效率造成影响。如何在高频下减小开关管的开关损耗，是DC-DC变换器是否能实现高效率高功率密度的关键，在这种背景下，高频软开关技术逐渐成为研究的热点，LLC谐振变换器是在串联谐振变换器的基础上增加了一个与负载并联的电感，是目前效率最高的开关电源。

高压开关电源概念及分类

高压开关电源概念及分类 一、概念 高压开关电源是利用现代电力电子技术，控制高压开关管开通和关断的时间比率，维持不乱输出电压的一种电源，高压开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。高压开关电源和线性电源比拟，二者的本钱都跟着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源本钱在某一输出功率点上，反而高于高压开关电源，这一点称为本钱反转点。跟着电力电子技术的发展和立异，使得高压开关电源技术也在不断地立异，这一本钱反转点日益向低输出电力端移动，这为高压开关电源提供了广阔的发展空间。 高压开关电源高频化是其发展的方向，高频化使高压开关电源小型化，并使高压开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外高压开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。高压开关电源中应用的电力电子器件主要为二极管、IGBT和MOSFET。SCR在高压开关电源输入整流电路及软启动电路中有少量应用，GTR驱动难题，高压开关频率低，逐渐被IGBT和MOSFET 取代。 二、3个前提 1、高压开关：电力电子器件工作在高压开关状态而不是线性状态 2、高频：电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频 3、直流：高压开关电源输出的是直流而不是交流 三、高压开关电源的分类： 人们在高压开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发高压开关变频技术，两者相互促进推动着高压开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。高压开关电源可分为AC/DC 和DC/DC两大类，DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及出产工艺在海内外均已成熟和尺度化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，碰到较为复杂的技术和工艺制造题目。以下分别对两类高压开关电源的结构和特性作以阐述。 四、接地 高压开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，高压开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此高压开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列高压开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能知足上述电磁兼容的要求。 五、保护电路 高压开关电源在设计中必需具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的高压开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或高压开关电源。

高频开关电源模块说明书

AC-DC4810/05系列高频开关电源模块 技术手册

目录 第一章概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2 第二章产品性能命名方法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第三章主要特点。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第四章操作规程及一般维护。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3 第五章注意事项。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4 第六章主要技术参数。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4

AC-DC4810/05高频开关电源使用说明 一、概述 小型通讯设备广泛采用通讯标准48V/24V 电压等级，一般电流较小，但供电设备 亦要求管理功能完备，方便使用，具有后备供电功能。 AC-DC4810/05系列一体化电源模块及电源柜即是针对此产品设计而成，其中一体化电源内部设有如下部分，交流/直流整流器电源，充电管理电路，放电保护电路，3-5个分路负载管理单元，电池接口，总输出接口，分路负载接口，系统原理图如下： -OUT 5A -OUT1 3A -OUT2 2A -OUT3 1A -OUT4 1A 系统工作原理如下：当有市电工作时，整流器电源利用市电交流220V ，变换成直 流电源输出，一方面向负载提供供电电流，另一方面由充电管理单元向电池提供充电，电池容量可选12AH ，24AH ，38AH ，50AH ，其中充电管理单元设有降压限流充电管理电路，恒压浮充管理电路，保证电池能够快速可靠地完成充电功能。 当市电停电后，系统会由电池通过放电保护单元不间断的向负载连续提供供电，供电时间由选取电池容量及设备此时工作电流决定。 负载用电池容量 12AH 24AH 38AH 设备用电：3A 3小时 6小时 10小时 设备用电：5A 2.4小时 3.6小时 6小时 在电池放电时间较长时，电池继续放电可能导致过放电，故电源内设有电池过放 电保护电路，当发生过放电时，切断电池与输出之间的连线通路，不再向外输出，等待市电来电。 电源直流输出一般采用通讯负电源标示方法，即GND ，-OUT 。并且为方便用户使用，设有一个主输出，4个分路输出。各输出分路并设有负载分配管理单元，当负载大于额定电流2倍以上时，负载分配管理单元会停止向此负载输出其他分路功能正常工作，当负载恢复到正常额定值内时，该分路会继续提供输出。 市电 整流器电源 供电 充电管理单元 电池 放电保护单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元 分路负载管理单元

智能高频开关电源系统中整流模块的功能设计概要

2011年8月15日第34卷第16期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique A ug.2011V ol.34N o.16 智能高频开关电源系统中整流模块的功能设计 毕恩兴 (西安铁路职业技术学院,陕西西安 710014 摘要:以智能高频开关电源系统中的整流模块为研究对象,采用无源PF C 和D C/DC 变换器的原理,对模块的整流原理进行设计和改善,经过对整流模块的硬件、电路的设计与调试表明:该整流模块可以有效地解决智能高频开关电源系统中整流问题,同时,还具有可靠性强、稳定性好且体积小、噪声低、节能高效、维护方便等优点,能够很好地满足现代智能高频开关电源系统的发展趋势要求。 关键词:高频开关电源;整流模块;D C DC 变换器;PF C 中图分类号:T N710 34;T M 32 文献标识码:A 文章编号:1004 373X(201116 0189 03 Design on Rectifier Module in the High frequency Intelligent Switching Power System BI En xing (Xi an Railway Vocat ion &T ec hni cal Institute,Xi an 710014,China Abstract :T aking t he r ect ifier mo dule o f high fr equency int elligent switching pow er as research object,and using passive po wer factor co rr ection and DC/DC

关于开关电源设计时的基本问题解答

关于开关电源设计时的基本问题解答 如何为开关电源电路选择合适的元器件和参数？很多未使用过开关电源设计的工程师会对它产生一定的畏惧心理，比如担心开关电源的干扰问题，PCB layout问题，元器件的参数和类型选择问题等。其实只要了解了，使用开关电源设计还是非常方便的。一个开关电源一般包含有开关电源控制器和输出两部分，有些控制器会将MOSFET集成到芯片中去，这样使用就更简单了，也简化了PCB设计，但是设计的灵活性就减少了一些。 开关控制器基本上就是一个闭环的反馈控制系统，所以一般都会有一个反馈输出电压的采样电路以及反馈环的控制电路。因此这部分的设计在于保证精确的采样电路，还有来控制反馈深度，因为如果反馈环响应过慢的话，对瞬态响应能力是会有很大影响。 输出部分设计包含了输出电容，输出电感以及MOSFET等等，这些器件的选择基本上就是要满足性能和成本的平衡，比如高的开关频率就可以使用小的电感值（意味着小的封装和便宜的成本），但是高的开关频率会增加干扰和对MOSFET的开关损耗，从而效率降低。低的开关频率带来的结果则是相反的。 对于输出电容的ESR和MOSFET的Rds_on参数选择也是非常关键的，小的ESR可以减小输出纹波，但是电容成本会增加，好的电容会贵嘛。开关电源控制器驱动能力也要注意，过多的MOSFET是不能被良好驱动的。 一般来说，开关电源控制器的供应商会提供具体的计算公式和使用方案供工程师借鉴的。如何调试开关电源电路？有一些经验可以共享给大家：（1）电源电路的输出通过低阻值大功率电阻接到板内，这样在不焊电阻的情况下可以先做到电源电路的先调试，避开后面电路的影响。（2）一般来说开关控制器是闭环系统，如果输出恶化的情况超过了闭环可以控制的范围，开关电源就会工作不正常，所以这种情况就需要认真检查反馈和采样电路。特别是如果采用了大ESR值的输出电容，会产生很多的电源纹波，这也会影响开关电源的工作的。

200kV高压开关电源研制_周长庚

第23卷第3期强激光与粒子束Vol.23,No.3 2011年3月H IGH POWE R LASE R AND PARTICLE BEAMS M ar.,2011　 文章编号:　1001-4322(2011)03-0761-04 200kV高压开关电源研制＊ 周长庚,　李　彦,　娄本超,　伍春雷,　胡永宏 (中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳621900) 摘　要:　采用软开关电源技术和叠层式倍压器方法,研制成一台200kV高压发生器,介绍了其工作原理 和结构。高压开关电源主要由功率变换器、中频升压变压器和高压倍压器组成。其主要技术指标为:高压200 kV,输出电流10mA,工作频率20kH z,电压稳定度1%,纹波系数2%,连续工作时间为8h。测试结果表明, 该高压开关电源的性能指标达了设计要求。 关键词:　功率变换;　倍压;　高压;　中频;　连续工作时间 中图分类号:　T L503.5 文献标志码:　A doi:10.3788/HP LP B20112303.0761 200kV以上的高压电源是氘离子加速器的关键设备之一。与线形高压电源相比,高压开关电源(也称高压发生器)[1-3],采用中频逆变技术,具有体积小、重量轻、稳定度高等特点。但目前国内许多科研单位研制生产的高压开关电源主要应用于医疗设备、高压材料和设备的绝缘性能检测等领域,工作连续时间一般不超过1 h,由于工作频率只有7kH z左右,整体体积偏大,满负载运行时噪音较大[4-6],不适合在专用氘离子加速器方面的应用和发展。为此,我们采用软开关电源技术和叠层式倍压器方法,研制成一台200kV高压发生器,采用空气绝缘,其高压部分不必放置在绝缘油内,维修方便。 1　高压开关电源的原理和结构 如图1所示,高压开关电源主要由功率变换器、中频升压变压器和高压倍压器组成。高压开关电源工作过程为:AC/DC电路把交流220V电压转换成直流电压,功率变换器中的桥式开关电路将直流电压变换成幅值约为220V的中频脉冲电压信号,中频变压器把脉冲电压转换成正弦波,并将正弦波峰值升至9kV,经过中频高压整流、中频滤波和12级倍压,形成大于200kV直流高压,当加满负载时,保证输出电压为200kV。 Fig.1　Principle block diagram of200kV high voltage switch pow er supply 图1　200kV高压开关电源原理方框图 2　功率变换器 功率变换器是高压开关电源关键部件。如图2所示,功率变换器是由整流器、滤波器、过流保护电路、全桥开关、取样电路、电源控制器和驱动器等组成。其工作原理是:交流220V电压经整流、滤波后形成+220V和-220V的直流电压,通过过流保护电路加到全桥开关。电源控制器产生的脉冲调制信号通过驱动器控制全桥开关的导通和截止,从而输出幅度约为220V的中频脉冲功率信号。图3为全桥开关电路原理图。电源控制器采用UC3875开关电源移相PWM控制集成电路。对IGBT开关管S1～S4组成的全桥开关电路进行移相控制,S1,S3为超前臂,S2,S4为滞后臂。借助开关管的输出电容C1～C4充放电,在输出电容放电结束(电压为0V)的状态下完成开关管零电压导通,功率损耗最小,这就是软开关过程。软开关过程使整个高压开关电 ＊收稿日期:2010-06-21; 修订日期:2010-11-11 基金项目:中国工程物理研究院预研基金项目 作者简介:周长庚(1956—),男,博士,研究员,从事核技术及应用研究;zh ou changg@https://www.sodocs.net/doc/aa13200064.html,。

智能高频开关电源作业指导

作业指导书 一、智能高频开关电源设备安全技术操作规程 1.检修人员使用前必须熟悉设备性能和状态，了解设备结构后方可进行作业。 2.按规定着用劳动防护用品。 3.严格执行“三不动”、“三不离”的规定。 4.在操作过程中，严禁触摸电源金属裸露部分。 5.不得随意更改监控模块设定参数、随意更改功能开关状态。 6.两路交流市电均停电或故障，设备自动由蓄电池供电，根据大准线实际情况，蓄电池放电至额定容量的30%或输出电压下降至47V 时需启动油机发电机给设备供电，油机发电机启动至少5分钟，待输出正常后，方可切换给电源系统供电。 7.整流模块故障需更换时，关闭对应的交流输入开关，将故障模块抽出，更换为新模块并固定，合上对应的交流输入开关，给模块上电，并确认模块工作正常。 8.检查设备电源线、地线连接是否安全可靠。 9.影响设备正常使用的检修项目，需请点后方可进行。

序号作业项目作业内容工作（作业）标准1 清扫设备清扫设备外部清洁无积尘。 2 整机检修 1.指示灯及监控模 块检查1.架顶指示灯、各模块指示灯显示正常。 2.监控模块显示正常。 2.外观及配线检查 1.设备整机、蓄电池、防雷保护单元等各部 位安装牢固，状态、作用良好。 2.设备标签、铭牌齐全准确。 3.配线走线规范、连接可靠、标识准确。 3 特性测试 1.交流1/2路输入 电源测试220V：187～242V，频率：50H在±2Hz 380V：323～418V，频率：50Hz±2Hz 2.整流模块输出电 压测试 48V：43.2～57.6V 3.蓄电池电压单体电压：浮充（25℃）：2.23～2.28V， 均充：2. 30～2.35V； 总体电压：浮充：53.52～54.48V， 均充：55.2～56.4V 4.数据核对时间准确，测试数据与显示数据一致。 4 功能试验 1.1/2路交流输入 电源倒换试验 1/2路交流输入电源倒换正常。 2.断交流输入电源 试验 交、直流倒换正常。 3.告警功能试验检 查 各种告警作用良好、准确。 5 蓄电池放电试验放电试验(根据需 要进行） 1.放出标称容量的30%～40%。 2.放电期间（放电前、放电中、均充时），应 每小时手动测量一次端电压和环境温度。 3.放电终止电压单体不得低于1.85V。 4.均充限流设置为电池容量的10%。 6 结束作业1.填写检修记录记录填写真实、完整、准确、清楚。 2.清理作业现场作业现场整洁。

E高频开关电源模块说明书

尊敬的用户：感谢阁下选用本公司产品！ 我公司的电力模块，是在引进国外电源先进技术的基础上，结合了国内多年高频开关电源在电力系统的运行经验，不断优化设计，改进工艺，提高质量，最新推出的电力操作电源系列产品，广泛适用于35kV～500kV的变电站电力电源中。Z系列模块为自然冷却型，E系列模块为智能风冷型。特别说明：E系列模块，采用低功耗设计，模块的体积小，功率密度高！采用温控独立风道的散热方式，模块的温升、防尘、使用寿命等性能，均优于同类的常规的风冷模块。 Z型和E型模块，都是智能化电力电源模块，与监控的接口采用数字量通信方式。为了提高您的设计和使用效率，请阁下认真阅读下面的内容。 1.技术规格及外观 1.1模块的技术规格参数见表1。 表1 Z型和E型电源模块技术规格参数表 1.2 模块的外观尺寸 模块的外观尺寸见图1。

Z型模块E型模块（括号内尺寸为E22020外观尺寸） 图1 模块的外观尺寸 2．功能特点 2.1 优良的兼容性 Z型和E型模块，采用的是同一种机芯，具有完全相同的控制方式和功能。 2.2 高亮度数码显示 Z型和E型模块，面板皆有3位高亮数码管显示屏。可显示的内容有：输出电压和输出电流，模块的多种运行方式，设置参数，故障状态等。 2.3 简化的2按键操作 Z型和E型模块的功能、参数设置和数据查阅均可通过面板上的2个按键（键和键）组合完成，使模块面板更为简洁，操作更为方便、可靠。 2.4输入回路设计有谐波抑制、PFC电路 输入电网谐波畸变，由PFC电路降到最小，使Z型和E型模块，在电网谐波较严重的地方工作更可靠，对电网的谐波辐射减到最小。 2.5完善的运行功能 1）采用监控器控制模块 模块完全按监控的读写指令运行。当模块脱离监控后，模块继续维持原 输出状态，经过约4分钟延时后，模块自动转换到浮充状态（出厂设定 浮充电压为243V，用户可以重新设定）,以及预设定的限流输出（出厂 设定的输出限流值为10A，用户可以重新设定）。保证运行的安全和电 池的寿命。 2）采用手动控制模块 脱离监控器，模块按手动设定均/浮电压值、限流值等参数，然后手动 切换到均/浮充状态运行。以适应不同情况的要求。注意：此时模块不 能自动进行均/浮充状态转换，需要手动切换均/浮充状态。 2.6先进的数字通信控制 Z型和E型模块，均通过RS485与监控器通信，实现自动控制功能。监控器可以改写模块的量有：均充电压值、浮充电压值、充电限流值、均/浮充状态值。当然，监控器也可以实时控制模块的输出电压和模块输出限流。 监控器可以读模块的参数有：模块输出电压值、输出电流值、模块限流设

关于开关电源设计

一种基于TOP227Y 的脉冲开关电源设计 摘要:在研究脉冲开关电源技术的基础上 ,提出一种基于 TOP227Y的脉冲开关电源设计。首先给出脉冲开关电源的 总体结构 ,分析其工作原理 ,对系统中高频变压器、主电路、控制电路进行设计。接着介绍 TOP227Y芯片的工作原理及各个 功能块的主要作用 ,最后设计系统总电路图。 关键词:PWM;TOP227Y;开关电源;高频变压器 Design of Pulse Switch Power Supply Based on TOP227Y Abstract:A pulse switch power supply based on TOP227Yis introduced in the paper ,after analsing its working principle , the whole structure of switch power supply is also designed ,the main design content consists of the high frequency trans former ,the main circuit and the control circuit ,then the working principle and the main action of each function module of TOP227Yare introduced in the paper ,finally the whole circuit of system is designed. Keywords:PWM;TOP227Y;switch power supply;high frequency transformer 脉冲电源是各种电源设备中比较特殊的一种,它的电压或电流波形为脉冲状。其实质上是一种通断的直流电源,其基本工作原理是首先经过慢储能 ,使初级能源具有足够的能量,然后向中间储能和脉冲成形系统电或流入能量 ,能量经化 等复杂过程之后 ,形成脉冲电源。随着开关电源的发展 ,电源的小型化、模块化、智能化越来越受到人们的关注。各种电源控制芯片如雨后春笋纷纷涌现 ,美国电源集成 PI 公司相继推出 TOP系列芯片 ,这些芯片集脉冲信号控制电路和功率开关器件 MOSEFT 于一体 ,具有高集成度、最简外围电路、最佳性能指标等特点,能组成高效率无工频变压器的隔离式开关电源。所以,本文设计基于 TOP227Y芯片控制的开关电源。 一、绪论 1.设计的目的及意义 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型

开关电源设计：高压电容器充电变简单了

开关电源设计：高压电容器充电变简单了 设计一个高达kV的高压电容器充电器或电源不是一件小事。采用通用 反激式PWM 控制器的分立式解决方案需要光耦合器，还要具备监视、状态指示和保护功能，这就要很多电路，增加了设计复杂性。尤为重要的是要避免输入过流，这种情况在发生在接通时会被误认为是短路的容性负载所引发。还必需确保该类型的转换器只有输入电压在安全工作范围之内时才接通，从而保持长期可靠性。 ?专业高压闪光灯系统、安全控制系统、脉冲雷达、汽车安全气囊发射、应急频闪灯、安全/存货控制系统和雷管等都需要在一个电容器的两端产生一个高电压。怎样设计一个可靠性、成本、安全性、尺寸和性能都优秀的高压电源就是设计师必需应对的主要障碍。不过，凌力尔特公司最近推出的 LT3751 极大地简化了这一问题。 ?LT3751是全功能反激式控制器，用来对大型电容器迅速充电到1000V，是之前推出的LT3750的第二代版本。其增加的功能包括从变压器的主或副端 检测输出电压，接受更高的输入电压，同时具有更高的可编程性和更多保护功能。LT3751驱动一个外部N沟道MOSFET，可以在不到1s的时间内将一个1000μF的电容充到500V。此外，它还可以为主端输出电压检测而配置，无须光耦合器。对于更低噪声和更严格的输出调节应用而言，一个为输出电压分压的电阻分压器网络可以用来调节输出，从而使该器件非常适合满足高压电源的要求。同时，可调变压器匝数比和两个外部电阻使输出电压调整大为简化。此外，LT3751还有一个通过串联电阻供电的内部60V并联稳压器，可以在 4.75～400V的输入电压范围内工作。这允许最终用户接受一个极宽的输入电源范围，其VCC输入接受范围为5～24V。

-48V高频开关电源

深圳市普顿电力设备有限公司 48V直流通信电源 （直流变换器-通信电源-高频开关电源）（通信机房基站移动通信专用） 使 用 手 册

一：普顿整流模块简介 (一) 整流模块的工作原理 整流模块的原理框图如图5-1所示，EMI 电路有两个功能： 1）防止市电电网由于负载的开关及闪电造成的尖峰对整流模块造成的危害； 2）阻止整流模块内高频开关产生的干扰电压及电流反灌给电网。 EMI 交流输入 全桥整流 DC/DC 变换电路 输出整流滤波电路 PWM 控制电路 电压、电流检测 监控接口 直流输出 图5-1 普顿-4830-2U 整流模块工作原理框图 整流模块变换电路为双正激拓扑结构，开关管同时导通，不存在桥式拓扑中桥臂直通的危险；变压器也不存在因偏磁而造成饱和的危险；从拓扑结构上保证了模块的可靠性。双路互补倍频的双正激拓扑，使整流模块工作频率高达160kHz 。 本模块的设计采用了高频脉宽调制技术，低差自主均流技术，以及高可靠快速保护技术。低差自主均流控制单元确保模块并联运行时实现模块间自动均流，从轻载（5％负载）到额定负载，模块间最大电流误差<2A 。高可靠快速保护以及专门设计的短路回收特性，确保模块长期短路也不会损坏，完善的保护功能保证了系统与模块安全可靠运行。 该模块具有150V AC ～300V AC 的电压输入范围。为确保模块安全可靠地工作，设计了二级限流功能，当电网电压在176V AC ±5V 以下时，电源模块自动进入限流工作区间，最大输出电流为15A ；当电网电压在176V AC ±5V 到300V AC 之间时，模块额定工作电流为30A 。

整流模块采用了输入、输出滤波电路及屏蔽结构，使模块具有电磁兼容性，各项杂音指标均优于部颁标准。模块结构以及内部元器件布局，考虑了各种安全规范，使模块具有较高的安全性。 二：普顿整流模块外形结构 图5-2 输出显示DISPLAY CD 电流显示 电压显示 VD POWER 电源开关 运行 RUN 均充微调 EC ADJ FC 浮充 均充 EC 浮充微调 FC ADJ MANUAL手动 自动AUTO 故障 ALM DC+DC-E N L 并机接口 A型机箱机械尺寸图 图5-3

智能型高频开关电源的特点

智能型高频开关电源的特点 （1）电气设备相控电源硅整流器采用1+1主从备份方式，而电气设备高频开关电源采用N+1模块冗余并联组合方式供电，即如果N个模块的输出电流能满足充电电流需要，则采用N+1模块平均分配，因此，可提高系统运行可靠性。个别模块故障时，可带电更换，不影响系统的正常运行，扩容维护方便。 （2）电气设备可控硅整流器运行于浮充电方式时，直流输出的纹波系数较大，曾发生中央信号装置误动作和高频继电保护误发信号等事故，按部颁要求纹波系数不大于2%。另外，可控硅整流器与蓄电池并联运行，纹波系数较大时，若浮充电压波动或偏低会出现蓄电池脉动充电放电现象，对蓄电池不利。电气设备高频开关电源的充电装置采用多个智能化模块并联组合供电，使得供电质量和技术参数明显提高。模块采用准谐振技术（或脉宽调制技术）和电流电压双环控制技术，提高开关工作频率，开通损耗小，输出电压的纹波系数很小，一般≤±0.1%额定电压，进而可防止蓄电池脉动充电放电，延长蓄电池的使用寿命，可靠性更高。 （3）电气设备高频开关电源整流模块具有内置微处理器，是提高设备管理水平的基础，在满足直流系统故障信号应尽量完善的前提下，使接线简单，安装调试快捷。除了能在面板上直接显示输出电流和电压及模块的各种运行状况外，还能通过监控模块与电力系统的自动化网或变电工区直流班监控系统通信，进行远程监视和对模块各项操作，实现四遥功能。传统的直流电源一般在屏柜上装设电流、电压

表和其它专用装置对设备进行监视，且这些测量值不能经通信口实现远程监视（微机型除外）。即使有遥测，也是采用直流采样方式，采样点不多，对反映各种运行状况的信号也以接点方式接至光字牌或遥信屏，因此，接线繁琐，自动化程度低，实现遥控和遥调功能的难度较大。 （4）按部颁要求，充电时稳流精度误差≤±5%，浮充电时稳压精度误差≤±2%。而电气设备高频开关电源稳压、稳流精度更高，其误差一般≤±0.5%，可避免对蓄电池过充、欠充，保证蓄电池运行在最佳状态。阀控式电池容量大、维护量孝放电倍率低，适用于大容量的直流电源。从原理性能看，高频开关模块适合与阀控式电池配套使用。 （5）电气设备高频开关电源整流模块具有并联运行方式下自动均流功能。同时，设有过流、过压及瞬时短路保护，安全可靠的防雷措施，能有效地承受输出短路冲击。另外，采取多重有效措施，防止高频电源及谐波对交流电网侧的干扰。 （6）电气设备高频开关电源综合转换效率高，多数厂家的转换效率达到90%以上，而相控电源转换效率一般只有60%～80%。