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1、1、引言12、主要技术指标13、基本工作原理及原理框图24、各主要功能描述24.1、交流EMI滤波及整流滤波电路24.2、全桥式功率变换器34.3、功率变压器34.4、辅助电源的设计34.5、驱动电路44.6、PWM控制电路44.7、过流保护电路44.8、过流报警电路54.9、输出电压极性转换电路65、结语6一种输出20V50A且输出极性可转换的开关电源摘要：介绍一种采用全桥电路的开关电源，其输入电压为交流220V20，输出电压为直流20V，最大电流50A，工作频率50kHz。重点介绍了该电源的设计思想，工作原理及特点。关键词：脉宽调制；全桥变换器；极性转换A kind of output 2
2、0V50A and outputting polarity is convertible Switch power supplyAbstract : Introducing a kind of switch power which adopts the circuit of the high-bridge, its input voltage can change between 220V-20 and 220V+20, the output voltage as direct current 20V, the largest current 50A, operating frequency
3、50kHz. The focal point of This acticle are introductions of the Design-Philosophy of Switch Power and Operation Principle and Characteristic Especially. Keyword: PWM； Highbridge converter； Polarity conversion1、引言 在飞机场的备用跑道灯车上，会用到电压在20V，电流最大50A的电源。为此专门开发了电压20V，输出电流最大50A的开关电源。它采用了全桥电路，所选用开关器件为功率MOS管，开
4、关工作频率为50kHz，具有重量轻、体积小、成本低等特点。2、主要技术指标1）交流输入电压AC220V20；2）直流输出电压20V10%可调；3）输出电流50A；4）输出电压调整率1；5）输出极性可转换；6）具有过流报警功能。3、基本工作原理及原理框图 该电源的原理框图如图1所示。 220V交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到约300V的直流电压加到全桥变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOS管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，经整流滤波反馈控制后可得到稳定的直流输出电压。 图1整体电源的工作框图4、各主要功能描述4.1、交流EMI滤波及整流滤波电路
5、交流EMI滤波及整流滤波电路如图2所示。图2交流EMI滤波及输入整流滤波电路 电子设备的电源线是电磁干扰（EMI）出入电子设备的一个重要途径，在设备电源线入口处安装滤波器可以有效地切断这条电磁干扰传播途径。 交流输入220V时，整流采用桥式整流电路。由于输入电压高，电容器容量大，因此在接通电网瞬间会产生很大的浪涌冲击电流，一般浪涌电流值为稳态电流的数十倍。这可能造成整流桥和输入保险丝的损坏，也可能造成高频变压器磁芯饱和损坏功率器件，造成高压电解电容使用寿命降低等。所以在整流桥前加入由电阻R1和可控硅SCR1组成的输入软启动电路。4.2、全桥式功率变换器 该电源采用全桥式变换电路，如图6所示，其
6、工作频率50kHz，在初级一侧的主要部分是N11,N12,N13,N14功率管。N11和N14为一组，N12和N13为一组，这两组交替导通、截止，在高频变压器初级绕组N1两端产生一幅值为U1/2的正负方波脉冲电压。能量通过变压器传递到输出端，N11,N12,N13,N14采用IRFP460功率MOS管。4.3、功率变压器 工作频率对电源的体积、重量及电路特性影响很大。工作频率高，输出滤波电感和电容体积减小，但开关损耗增高，热量增大，散热器体积加大。因此根据元器件及性价比等因素，将电源工作频率进行优化设计，本电源的工作频率为50KHz 。T=1/fs=1/50kHz=20s选用铁氧体材料制成的P
7、Q5050型铁氧体磁芯。4.4、辅助电源的设计辅助电源采用TOP222电路如图3所示。TOPSwitch是内含MOSFET开关管的单片复合IC器件，它包含所有的模拟和数字控制电路，能完成隔离变压、调整稳压、自动保护等开关电源需要的全部功能。因此外部元器件很少，很适合做辅助电源。辅助电源输出电压为16V。图3 辅助电源原理图4.5、驱动电路驱动电路如图4所示。TL494输出50kHz的脉冲信号，通过高频脉冲变压器耦合去驱动功率MOS管。次级脉冲电压为正时，MOS管导通，在此期间N11截止，由其构成的泄放电路不工作。当次级脉冲电压为零时，则N11导通，快速泄放MOS管栅级电荷，加速MOS管截止。图
8、4驱动电路原理图4.6、PWM控制电路控制电路采用通用脉宽调制器TL494，具有通用性和成本低等优点，见图6。输出电压经R6，RV2进行分压采样送到TL494脚1。RV2用于实现输出电压的调节。TL494的1脚和3脚，15脚和3脚之间分别接RC反馈电路，防止电路振荡。4.7、过流保护电路 本电源采用次级限流保护。输出直流总线上过流保护，采用康铜线做为采样电阻，当输出电流增加时脚16电平变高，当输出电流大于55A时，TL494的内部运放动作，脚3电平升高，限制输出脉宽增加，电源处于限流状态。图6开关电源原理图4.8、过流报警电路如图7所示。过流报警电路采用Lm324作为比较器输出。当电流小于50
9、A时Lm324的7脚输出高电位，三极管N2截止，蜂鸣器不响，同时N1导通，2脚为低电位，1脚输出高电位，LED亮。当电流大于50A时，7脚输出低电位，三极管N2导通，蜂鸣器响。同时N1截止，2脚电位为低，1脚为高，LED亮，同时C1充电，C1电压高于3脚电压后1脚输出低电位，LED灭，C1放电。如此反复，LED闪烁报警。图7过流报警原理图4.9、输出电压极性转换电路转换电路如图所示。P1P6是光耦，N1，N2是P沟道场效应管，N3，N4是N沟道场效应管。当开关向左闭合时光耦P1，P2，P5导通，此时N2，N3导通，Vout1输出负，Vout2输出正。因P2-2导通将P4，P3，P6短接，防止了误导通。当开关向右闭合时Vout2输出负，Vout1输出正。5、结语 本文介绍的开关电源已成功地飞机场备用跑道灯电源使用。其效率85，产品可靠性高、成本低，具有一定的市场竞争力。参考文献1刘胜利，现代高频开关电源实用技术，电子工业出版社，20012周志敏，开关电源使用技术设计与应用，人民邮电出版社，2003作者简介