本文给出了一种新式大功率可调开关电源的规划方案。选用Buck 型开关电源拓扑，以带单路PWM 输出和电流电压反应检测MC33060 为操控IC,配以双路输出IR2110 驱动芯片，规划了一种可调高电压大功率的开关电源，有用处理了一般开关电源在非阻隔拓扑结构下输出电压和功率不能到达很高的问题，并带有过流维护等电路。文中以MC33060 的使用为根底介绍了可调开关电源规划的办法，然后具体解说了本体系的组成以及各个部分的效果，文章最终总结了该体系的特色。
1.导言
开关电源作为线性稳压电源的一种代替物呈现，其使用与完成日益老练。而集成化技能使电子设备向小型化、智能化方向开展，新式电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的噪声搅扰，以便完成集成一体化。对中小功率开关电源来说是完成单片集成化，但在大功率使用领域，因其功率损耗过大，很难做成单片集成，不得不依据其拓扑结构在确保电源各项参数的一起尽量缩小体系体积。
2.典型开关电源规划
开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM,Pulse Width Modulation）操控IC（Integrated Circuit）和功率器材（功率MOSFET 或IGBT）构成，且契合三个条件：开关（器材作业在开关非线性状况）、高频（器材作业在高频非挨近上频的低频）和直流（电源输出是直流而不是沟通）。
2.1操控IC
以MC33060为例介绍操控IC.
MC33060是由安森美（ON Semi）半导体公司出产的一种功用优秀的电压驱动型脉宽调制器材，选用固定频率的单端输出，能作业在-40℃至85℃。其内部结构如图1所示[1]，主要特征如下：
1）集成了悉数的脉宽调制电路；
2）内置线性锯齿波振动器，外置元件仅一个电阻一个电容；
3）内置差错放大器；
4）内置5V参阅电压，1.5%的精度；
5）可调整死区操控；
6）内置晶体管供给200mA的驱动才能；
7）欠压确认维护；
图1 MC33060内部结构图
其作业原理简述：MC33060 是一个固定频率的脉冲宽度调制电路，内置线性锯齿波振动器，振动频率可经过外部的一个电阻和一个电容进行调理，其振动频率如（2-1）式：
出脉冲的宽度是经过电容CT上的正极性锯齿波电压与别的两个操控信号进行比较来完成。功率管Q1的输出受控于或非门，即只要在锯齿波电压大于操控信号期间输出才有用。
当操控信号增大时，输出脉冲的宽度将减小，具体时序拜见如下图2.
图2 MC33060时序图
操控信号由%&&&&&%外部输入，一路送至死区时刻比较器，一路送往差错放大器的输入端。死区时刻比较用具有120mV的输入补偿电压，最小输出死区时刻约等于锯齿波周期的4%，即输出驱动的最大占空比为96%.当把死区时刻操控输入端接上固定的电压（规模在0-3.3V）即能在输出脉冲上发生附加的死区时刻。脉冲宽度调制比较器为差错放大器调理输出脉宽供给了一个手法：当反应电压从0.5V改变到3.5V时，输出的脉冲宽度从被死区确认的最大导通百分比时刻下降到零。两个差错放大用具有从-0.3V到（Vcc-2.0）的共模输入规模，这可从电源的输出电压和电流发觉得到。差错放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行或运算，正是这种电路结构，放大器只需最小的输出即可分配操控回路。
2.2 DC/DC 电源拓扑
DC/DC 电源拓扑一般分为三类：降压、升压和升降压。此处以降压拓扑介绍，简化效果图如下图3 所示。输出与输入同极性，输入电流脉动大，输出电流脉动小，结构简略。
图3 Bulk降压斩波电路
在开关管导通时刻ton,输入电源给负载和电感供电；开关管断开期间toff,电感中存储的能量经过二极管组成续流回路，确保输出的接连。负载电压满意如下关系式（2-2）：
2.3 典型电路与参数规划
典型电路如下图4 所示。
图4 MC33060的降压斩波电路
MC33060作为主控芯片操控开关管的导通与截止，由其内部结构功用可知，在MC33060内部有一个+5V参阅电压，一般用作两路比较器的反相参阅电压，规划中1脚和2脚的比较器用来作为输出电压反应，13脚和14脚的比较器用来检测开关管的电流是否过流。电路中2脚经过一个反相电路接参阅电压，降压输出反应经一同相电路接MC33060的1脚。当电路处于作业状况时，1脚和2脚电压就会彼此比较，依据两者的差值来调整输出波形脉宽，到达操控和安稳输出的意图。
电路中过流维护选用0.1欧姆额定功率为1W的功率电阻作为采样电阻，在电流过流点，采样电阻上的电压为0.1V.14脚用作采样点，因而13脚的参阅电压由Vref分压设定为0.15V，比较0.1V留有必定地步。当采样电压高于设定值时，MC33060将主动维护，封闭PWM输出。维护点还和3脚的操控信号有关，依据对该脚的功用分析，挑选积分反应电路，使得降压电路在空载或满载时，Comp脚的电压一直在正惯例模（0.5V-3.5V）之内。
输出PWM波形的频率由管脚5的电容和管脚6的电阻值来确认，降压电路选用25KHz的波形频率，挑选CT值为1nF电容，RT为47K的一般电阻到达规划要求。
3.本体系规划
本规划选用的是DC（Direct Current）/DC转化电路中的降压型拓扑结构。输入为220VAC和0-10V可调直流电压，输出为0-180V可调，最大输出电流能达8A，体系组成框图如下图5所示。在大功率开关电源规划中，为避免在启动时的高浪涌电流冲击，常选用软启动电路，本规划不要点介绍。
3.1 整流滤波电路
选用全桥整流电路，如下图6 所示。输出电流要求最大到达8A,考虑功率损耗和必定的余量，挑选10A 的方桥KBPC3510 和10A 的保险管。整流后的电压达310V,选用两个250V/100uF 电容作滤波处理。图中开关S1 和电阻R1 并联为软启动部分，此处未作具体解说，具体软启动规划见各种开关电源软启动规划。
图6 整流电路
3.2 操控IC 与输入电路
MC33060 操控电路和输入调理电路别离如下图7 和图8 所示，选MC33060 为操控IC,其外围器材挑选此处不再赘述，参阅典型电路规划中参数挑选部分。其间比较器1 作电压采样，比较器2 作电流采样。输入可调电压经分压跟从后送入比较器的负向端作为参阅电压操控电源输出巨细。
图7 MC33060操控电路
3.3 反相延时驱动电路
反相延时驱动电路如下图8 所示。电路中驱动芯片选用了美国International Rectifier（IR）公司的IR2110.它不只包含根本的开关单元和驱动电路，还具有与外电路结合的维护操控功用。其悬浮沟道的规划使其能够驱动作业在母线电压不高于600V 的开关管，其内部具有欠压维护功用，与外电路结合，能够方便地规划出过电流，过电压维护，因而不需求额定的过压、欠压、过流等维护电路，简化了电路的规划。
图8 反相延时驱动电路
该芯片为而输出高压栅极驱动器，14脚双列直插，驱动信号延时为ns 级，开关频率可从几十赫兹到几百千赫兹。IR2110 具有二路输入信号和二路输出信号，其间二路输出信号中的一路具有电平转化功用，可直接驱动高压侧的功率器材。该驱动器可与主电路共地运转，且只需一路操控电源，克服了惯例驱动器需求多路阻隔电源的缺陷，大大简化了硬件规划。IR2110 就简易真值图如下图9 所示。
图9 IR2110简易真值图
IR2110有2个输出驱动器，其信号取自输入信号发生器，发生器供给2 个输出，低侧的驱动信号直接取自信号发生器LO,而高侧驱动信号HO 则有必要经过电平转化方能用于高侧输出驱动器。本体系中驱动双管需一片IR2110 即可。
因驱动双管，且双管不能一起导通，操控IC 输出只要一路信号，则在操控IC 输出和驱动之间需参加反相延时电路，将操控%&&&&&% 输出的一路PWM 经同相和反比较较器后，经电阻R29 和R30 的上拉别离对%&&&&&%C12、C13 充电发生延时，使得两路PWM 具有对称互补性且具有必定的死区距离，确保主回路中两开关管不会一起导通。在电路中HIN 和LIN 标号端得到的波形图如下图10 所示。
图10 反相后驱动波形
3.4 主回路与输出采样
主回路如图 11 所示，选用半桥开关电路。
图11 主回路
依据整流后的电压和输入电流参数，挑选IRF840 为高频开关管，其最大耐压VDS 为500V,最大能接受的导通电流ID 为8A,满意规划要求。作业在高频作业状况的续流二极管一般选用快康复的二极管，此处挑选HFA25TB60,能接受600V 的反向压降，最大导通电流为25A,且康复时刻仅为35ns.输出部分经过两个电阻分压至电压采样电路，如下图12 所示。
图12 电压采样电路
4. 总结
本规划给出了在非阻隔拓扑下一种规划大功率开关电源的办法，电路结构简略。在主回路中选用半桥电路代替传统的单管开关电路，在上管封闭时，下管的注册能更好地确保输出续流的安稳性，且确保功率的输出。文中并未给出电感量的核算办法，因不是评论要点，可依据电路中输出电流、电压和开关管的RDS（MOSFET 管漏极和源极导通电阻）等参数来核算，实践中应留有必定的余量值。体系运转根本安稳，可考虑使用于工业电源规划中。
