12v开关电源电路及原理详解，掌握电压调整技巧

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12v开关电源采用高频逆变技术，通过移相全桥软开关技术降低损耗，控制电路实现稳压稳流自动切换。实验显示功率因数高，满载效率高，输出电压纹波小，已投入生产。

在主电路方面，12v开关电源采用了高频逆变技术，其中以IGBT为功率开关器件的全桥拓扑结构被广泛应用。整个主电路如图1所示，涵盖了工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节以及输出LC滤波器等多个关键组件。

特别值得一提的是，隔直电容Cb在该电路中扮演着重要角色，它能够平衡变压器伏秒值，有效防止偏磁现象的发生。同时，为了兼顾效率与性能，谐振电感LS的设计需巧妙利用变压器本身的漏感，避免过大导致关断电压尖峰过高，从而保护开关管并降低关断损耗。此外，合理的电感设计还能防止占空比丢失，确保开关器件的电流峰值控制在合理范围内，从而保障系统的整体性能。

控制电路的设计

鉴于本电源中开关元件的过载承受能力有限，必须对输出电流进行严格限制。因此，我们采用了电压电流双环结构作为控制电路的基础，其中内环专注于电流控制，外环则负责电压调节，两环均采用PID调节器。图8详细展示了控制电路的原理框图。通过引入电流内环，我们不仅实现了对输出电流的有效限制，还显著提高了输出的动态响应速度，从而有助于减小输出电压的纹波。

在实际应用中，我们采用了稳压、稳流自动转换的控制方式。图9描绘了稳压稳流自动转换电路的工作原理。在稳流工作模式下，电压环会饱和，导致其输出超过电流给定值，此时电压环将不发挥作用，仅有电流环在工作。而在稳压工作模式下，电压环会退饱和，电流给定值则会超过电压环的输出，进而使电流给定运算放大器饱和，此时电流给定值将不起作用，电压环和电流环将同时工作，形成双环控制结构。这种灵活的控制方式确保了输出电压和输出电流始终在预定的范围内，并且具体的工作模式将根据给定电压、给定电流以及负载情况来决定。


鉴于本电源高达60kW的容量，为了进一步提升效率、缩减体积并增强可靠性，我们引入了软开关技术。该电源所采用的高频全桥逆变器，其控制方式为先进的移相FB-ZVS技术。这种技术巧妙地利用了变压器的漏感与管子的寄生电容谐振，从而实现了ZVS（零电压软开关）效果。控制芯片则选自Unitrode公司，型号为UC3875N。通过精细的移相控制，超前桥臂在全负载范围内均能实现零电压软开关，而滞后桥臂在75%以上的负载范围内也能达到此效果。图2展示了滞后桥臂IGBT的驱动电压与集射极电压波形，从中可以清晰地看到零电压开通的实现。

市电经过D1整流和C1滤波后，产生约300V的直流电压
这个电压施加在变压器的脚（L1的上端）。同时，此电压通过R1为V1提供偏置，使其轻微导通，从而产生流过L1的电流。反馈线圈L2的上端（变压器的脚）因此形成正电压，该电压经过C4和R3反馈给V1，进一步促使其导通乃至饱和。随着反馈电流的减小，V1迅速退出饱和并截止，如此循环，形成振荡，进而在次级线圈L3上感应出所需的输出电压。公众号@电路一点通

L2作为反馈线圈，与DDC3一同构成了稳压电路
当L3经D6整流后在C5上的电压升高时，L2经D4整流后在C3负极上的电压会相应降低。当此电压降至约为稳压管D3（9V）的稳压值以下时，D3将导通，从而将V1的基极短路到地，关断V1，进而降低输出电压。

电路中的RDV2组成了过流保护电路

若因某种原因导致V1的工作电流过大，R4上的电压互感器会通过D5将信号加至V2的基极，导致V2导通，进而降低V1的基极电压，使V1的电流减小。值得注意的是，D3的稳压值理论范围为9V±5~7V。在实际应用中，若需调整输出电压，只需更换不同稳压值的D3即可。稳压值越小，输出电压越低；反之则越高。

综上所述，该电源装置采用了移相全桥软开关技术，有效降低了开关损耗和噪声，提高了效率。同时，通过新颖的高频功率变压器设计，实现了输出整流二极管的自动均流。此外，还采用了容性功率母排，进一步减小了系统振荡和母排发热。在控制电路方面，实现了稳压稳流的自动切换，从而提高了电源的可靠性和动态响应速度，降低了输出电压纹波。实验结果显示，功率因数高达92，满载效率为87%，且输出电压纹波小于25mV，各项指标均达到或超过了用户要求，并已通过技术鉴定，批量投入生产。.