可控多路高频开关电源张利国(大庆石油学院应用技术学院，河北秦皇岛066004)摘要:本文介绍了一种具有智能开启、切断的多路直流高频开关电源，另外根据蓄电池电压巡检仪系统需要从电源系统的经济性、实用性、小型化、高频化等方面详述了设计方法。根据实际应用对性能做出总结分析。关键词:智能;高频开关电源;应用中图分类号:TN'文献标示码:A，前言小型化、智能化、高频化、高性能、高可靠性和高效率的直流电源系统在电力、电子、电信等诸多电路应用领域中都有着相当重要的位置。随着高频开关电源技术、应用电子技术和单片机技术的高速发展，它们都毫无例外地使用开关电源。而在实际的电子线路应用中对开关电源的性能及工作方式要求又各有不同。本文通过蓄电池电压测量系统结构与设计参数要求，从设计的经济性、实用性方面考虑，设计了一款适合此系统应用的可控多路高频开关电源。2电源设计技术要求笔者研制的蓄电池电压巡检仪系统对电源设计提出如下计技术要求:①系统对蓄电池电压的测量采用的是单块蓄电池悬浮测量，这样可监控任何一块处于工作状态的蓄电池正负两极的真实压降;这就要求每块电池的测量电路必须具备独立的电源供电，要求供电路数多。②系统同时监控多路电池，要求测量电路同时工作，这样对辅助直流电源的提供能量要求较大，同时考虑测量系统整体使用寿命的提高，在测量系统允许的情况下，考虑到测量电路采集数据时可处于上电状态，不采集时测量电路处于掉电状态，可以考虑电源设计中具有可控制开启、切断功能。③为确保测量的准确性，整个系统要求信号采集电路与信号处理电路采取有效的电气隔离，这样信号处理电路供电电源要单独提供，考虑到整机电源的统一性，测量电路的开关电源提供电压同信号处理电路采用同一电源，同时采用这种供电方式信号采集电路与信号处理电路的隔离问题可由变压器来完成电气隔离。3可控多路高频开关电源单元结构从以上的电源设计技术要求出发设计开关电源单元结构:①单片机控制线:利用字信号控制电源的开启与切断。②开关量产生与控制电路:一方面产生占空比可调方波信号，然后去控制逆变器，改变其频率或脉宽，达到输出稳定，另一方面，根据控制信号的提供，来控制逆变器开关的切断。③逆变:将整辅助直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。④输出整流与滤波:根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。⑤辅助电源:提供单一直流电源(5V直流)。4开关电源技术分析开关电源具有体积小、效率高等一系列优点，在各类电子产品中得到广泛的应用。但由于开关电源的控制电路比较复杂、输出纹波电压较高，所以开关电源的应用也受到一定的限制。电子装置小型轻量化的关键是供电电源的小型化，因此需要尽可能地降低电源电路中的损耗。开关电源中的调整管工作于开关状态，必然存在开关损耗，而且损耗的大小随开关频率的提高而增加。另一方面，开关电源中的变压器、电抗器等磁性元件及电容元件的损耗，也随频率的提高而增加。目前开关型稳压电源的电路结构有多种常用的电路类型无外乎有PWM变换器、隔离型变换器、准谐振型变换器等几大类型，因此设计者需根据各种方式的特征进行有效地组合，制作出满足需要的高质量开关型稳压电源。开关型稳压电源的功率电路主要元器件的选择与保护很重要，目前在高频开关电源中应用最广泛的功率半导体器件有两类:双极型功率晶体管和功率金属氧化物场效应管。双极型晶体管是MOS-FET管的选择主要是根据设计者所采用的电源电路结构来选取(选取方法不再鳌述)，在选择当中还应考虑的是使用双极型晶体管还是MOSFET管各有优缺点。开关型稳压电源系统的小型化是电源电路设计的关键，因此，研究使用频率更高的物直出流输出整流谁波图，21电源变压器是降低电源系统体积，提高电源输出功率比的关键因素。5蓄电池电压巡检仪中的开关电源设计根据系统对开关电源的要求以及结合目前常用的电路结构，本人设计了一款，工作原理简单、适用范围广、可扩展性强的多路可控开关电源。原理图如下:5.1控制与驱动电路此电路可利用555定时器构成的占空比可调多谐振荡器实现，产生高频开关量，应用此方法产生驱动信号有以下几方面的优点:X555定时器构成的占空比可调多谐振荡器电路成熟，实现容易。②此电路驱动能力大，可多路驱动。③可通过数字逻辑方法实现驱动电路的可控性，这样就实现了电源的整体控制。5.2控制信号控制信号可由单片机的P1口提供，通过软件编程实现控制。5.3高频开关电源变压器的设计变压器是高频开关电源设计的重要因素，能过直观的反映出电源的小型化与可靠性。①变压器的性能指标工作频率f:36kHz变换器输人电压Ui:DCSV变换器输出电压UO:DCIOV变换器输出电流Io:0.01A整流电路:半波整流占空比D:i%一90%22输出效率Tl:380%耐压:DC500V温升:+5090工作环境条件:一25℃一+509C②变压器磁心的选择与工作点确定根据参考文献[2l给出的输出功率与磁芯尺寸的关系，本开关电源选用选择饱和磁感应强度Bs高，温度稳定性好，价格低廉，加工方便的超微晶合金有利于变坏Tir技术指标的实现。磁心工作点的选择往往从磁心的材料，变了{‘器的工作状态，工作频率，输出功率，绝缘耐压等因素来考虑。超微晶合金的饱和磁感应强度Bs较高约为1.2T，在双极性开关电源变压器的设计中，磁心的最大工作磁感应强度Bm一般可取到0.6一0.7T，经特别处理的磁心，Bm可达到0.9T。在本设计中，由于工作频率、绝缘耐压、使用环境的原因，把最大工作磁感应强度Bm定在0.6T，而磁心结构则定为不切口的矩形磁心。这种结构的磁心与环形磁心相比具有线圈绕制方便、分布参数影响小、磁心窗口利用率高、散热性好、系统绝缘可靠、但电磁兼容性较差。③变压器主要参数的计算变压器主要参数的计算包括输出功率、计算功率、设计输出能力、线圈计算、导线线径、饶组厚度、变压器温升的计算等，这些计算不再细述。54整流滤波由于蓄电池电压巡检仪中对此电源DCIOV要求文波电压要求不严，只要不低于变可正常供电，所以只须整流滤波，无需稳压，这样设计简单容易实现，同时还能满足设计的要求。6结论最终此电源在实际系统中运行得到如下的结论:①设计提供电源输出路数多(设计中为8路)，但电路实现简单，应用效果好，满足设计要求，这样大大降低了成本。②虽电源输出路数多，但控制与驱动电路驱动结果稳定，脉宽可调能比较均匀的分配每路电源功率，提供电压比较稳定。③电源应用中，可通过单片机控制开启与断开，在实现智能控制的同时，从能量的角度考虑也大大提高了效率。参考文献:1周志敏周济海编著开关电源的实用技术设计与应用.北京:人民邮电出版社，20042王英剑等新型开关电源实用技术北京:电子工业出版社，1999
