应用天地
新型模块式高频高压大功率开关电源的设计
艾伦通信工程有限公司 吴康
前言
计算机、变频控制、办公设备和航空等许多应用领域
都需要集成化、智能化及模块化的高频大功率开关电源，但常见的产品是ＡＣ／ＤＣ或ＤＣ／ＤＣ等通信用开关电源，电压一般为±４８Ｖ或±２４Ｖ。日本联美兰达（ＮＥＭＩＣ －ＬＡＭＢＤＡ）公司生产的ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ功率转换模块具有效率高、保护功能完善、具有功率因数和谐波校正等特点。ＩＰＭ－４Ｍ全桥式ＤＣ／ＡＣ高频大功率转换模块可以做为后级，与其他模块组合成各类高频大功率开关电源。
常工作监控电路和控制电路等部分组成，如图１所示。输入电压为１７０～２６５ＶＡＣ，输出电压为３６０ＶＤＣ，输出电流为２．８～４．２ＡＤＣ，输出功率为１００８～１５１２Ｗ，典型浪涌电流为６０Ａ，效率高于９５％，输出电压精度为±２％。
开关电源的后级芯片采用ＩＰＭ－４Ｍ，包括辅助电源、电流型ＰＷＭ及辅助保护电路、ＩＣ驱动电路、全桥ＤＣ／ＡＣ转换器、电流检测、软启动等功能。ＩＰＭ－４Ｍ采用全桥式功率输出，内置４只ＭＯＳＦＥＴ大功率三极管，工作频率为１０Ｈｚ～１５０ｋＨｚ，输出脉宽在１％～８５％范围内可调，输出电压可调，输入电压为２０～５００Ｖ，输出电流为０～２０Ａ。在模块的输出端串接适当电阻，可组成零电压开通、关断谐振电路（ＺＶＳ），用来驱动大功率ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ时，其耦合驱动变压器可实现任意脉宽驱动。
许多ＤＣ／ＡＣ模块的应用都使用到了高频变压器，设计公式如下。
Ｎ１ ＝
Ｕ１ｍａｘ・１０３４・ｆ・Ｂ・Ｓ
系统说明
高频开关电源的输入电压为交流２２０Ｖ，频率为２２～２５ｋＨｚ，可调占空比为０．４～０．５，输出功率为１ｋＷ，输出电流和频率采用ＬＥＤ显示，电路如图１所示。开关电源由前级的ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ模块和后级的ＩＰＭ－４Ｍ模块相连，并与高频大功率脉冲变压器等三大部分组合而成，可做为超声波管道清洗机的信号源。
ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ转换器由整流桥、升压电路、输出整流器、浪涌保护电路、输入电压取样和电流取样电路、热保护电路、输出电压取样和过压保护电路、辅助电源、正
Ｕ１为变压器初级直流电压Ｎ１为初级匝数；
Ｕ１ｍａｘ为加在变压器初级的最高电压；Ｂ为磁通；
ｆ为变压器的工作频率；Ｓ是磁芯的有效面积；
４．４４为系数，正弦波取４．４４，矩形波取４。
工作调试过程
由ＰＦ１０００Ａ－３６０和ＩＰＭ－４Ｍ模块组成的开关电源如图２所示，其中Ｒ１为４．２Ω，Ｃ２为０．８２μＦ，Ｃ３为０．４７μＦ，Ｃ４为４７００ｐＦ，Ｃ５为１０００μＦ，Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４均为６Ａ０７。合
上进线交流电源２２０Ｖ后，当ＩＣ１的ＰＦ－１０００Ａ－３６０型变换模块输出电压为３６０ＶＤＣ，并加于ＩＰＭ－４Ｍ模块ＩＣ２的Ｐ１、Ｐ４
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今日电子 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ ２００３年第８期
应用天地
来决定使用参数。
● ●
调整Ｗ３，可改变稳定的输出电压的幅值；
调整Ｗ２，可改变输出电流输出值。这个功能不用时可
悬空；
●
Ｒ０的阻值决定电流保护的动作值，每并接０．１～０．２Ω输出电流和工作频率采用ＬＥＤ显示。
大约可增加４Ａ的电流；
●
当大功率脉冲变压器Ｔ次级Ｎ２输出的１００～１２０Ｖ的脉冲波电压加到ＬＣ谐振电路（Ｌ为可调高频电感线圈，Ｃ为超
图２ 开关电源电路图
声波换能器的等效电容），则在电容Ｃ两端将获得谐振后的１００～１２０Ｖ高频正弦波。以上整个过程实现了从ＡＣ／ＤＣ再从ＤＣ／ＡＣ高频（２２～２５ｋＨｚ）高压（１００～１２０Ｖ）大功率（１０００Ｗ）的输出。
引脚上时，则输出脉冲变压器Ｔ
的初级二端Ｐ２与Ｐ３
上（接自ＩＰＭ－４Ｍ
模块全桥型功率管对角线端）将获得３６０Ｖ高频脉冲电压。
●
脉冲输出电压取决于大功率脉冲变压器Ｔ次级Ｎ２端不输出电压工作频率ｆ为２２～２５ｋＨｚ±１％，其可调占空ＩＣ２的Ｐ２、Ｐ３引脚上有脉冲波形输送，调整Ｗ３便可当Ｋ１、Ｋ２在断开位置，频率计显示模块标称频率
同的匝数，可获得幅值为１００～１２０Ｖ的脉冲电压；
●
结束语
ＰＦ－１０００Ａ－３６０模块与ＩＰＭ－４Ｍ模块用途很广，用它们组合成的新型模块式高频高压大功率开关电源其设计、调试、制作简单方便，实现了高效率高可靠免维护，实践证明，该电源作为信号源（或称超声波发生器）经与大功率超声波换能器配套反复使用和现场运行，其性能稳定可靠，达到设计要求。
ＥＰＣ
比Ｄ为０．４～０．５；
●
看到脉宽变化；
●
２２ｋＨｚ。当合Ｋ１上时，减少Ｗ１阻值，频率将向高端变化。当Ｋ２合上时，增加Ｗ１阻值，频率将向低端变化。根据需要
ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＣＨＩＮＡ ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｐｃ．ｃｏｍ．ｃｎ ＡＵＧＵＳＴ ２００３
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都需要集成化、智能化及模块化的高频大功率开关电源，但常见的产品是ＡＣ／ＤＣ或ＤＣ／ＤＣ等通信用开关电源，电压一般为±４８Ｖ或±２４Ｖ。日本联美兰达（ＮＥＭＩＣ －ＬＡＭＢＤＡ）公司生产的ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ功率转换模块具有效率高、保护功能完善、具有功率因数和谐波校正等特点。ＩＰＭ－４Ｍ全桥式ＤＣ／ＡＣ高频大功率转换模块可以做为后级，与其他模块组合成各类高频大功率开关电源。
常工作监控电路和控制电路等部分组成，如图１所示。输入电压为１７０～２６５ＶＡＣ，输出电压为３６０ＶＤＣ，输出电流为２．８～４．２ＡＤＣ，输出功率为１００８～１５１２Ｗ，典型浪涌电流为６０Ａ，效率高于９５％，输出电压精度为±２％。
开关电源的后级芯片采用ＩＰＭ－４Ｍ，包括辅助电源、电流型ＰＷＭ及辅助保护电路、ＩＣ驱动电路、全桥ＤＣ／ＡＣ转换器、电流检测、软启动等功能。ＩＰＭ－４Ｍ采用全桥式功率输出，内置４只ＭＯＳＦＥＴ大功率三极管，工作频率为１０Ｈｚ～１５０ｋＨｚ，输出脉宽在１％～８５％范围内可调，输出电压可调，输入电压为２０～５００Ｖ，输出电流为０～２０Ａ。在模块的输出端串接适当电阻，可组成零电压开通、关断谐振电路（ＺＶＳ），用来驱动大功率ＭＯＳＦＥＴ或ＩＧＢＴ时，其耦合驱动变压器可实现任意脉宽驱动。
许多ＤＣ／ＡＣ模块的应用都使用到了高频变压器，设计公式如下。
Ｎ１ ＝
Ｕ１ｍａｘ・１０３４・ｆ・Ｂ・Ｓ
系统说明
高频开关电源的输入电压为交流２２０Ｖ，频率为２２～２５ｋＨｚ，可调占空比为０．４～０．５，输出功率为１ｋＷ，输出电流和频率采用ＬＥＤ显示，电路如图１所示。开关电源由前级的ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ模块和后级的ＩＰＭ－４Ｍ模块相连，并与高频大功率脉冲变压器等三大部分组合而成，可做为超声波管道清洗机的信号源。
ＰＦ１０００Ａ－３６０型ＡＣ／ＤＣ转换器由整流桥、升压电路、输出整流器、浪涌保护电路、输入电压取样和电流取样电路、热保护电路、输出电压取样和过压保护电路、辅助电源、正
Ｕ１为变压器初级直流电压Ｎ１为初级匝数；
Ｕ１ｍａｘ为加在变压器初级的最高电压；Ｂ为磁通；
ｆ为变压器的工作频率；Ｓ是磁芯的有效面积；
４．４４为系数，正弦波取４．４４，矩形波取４。
工作调试过程
由ＰＦ１０００Ａ－３６０和ＩＰＭ－４Ｍ模块组成的开关电源如图２所示，其中Ｒ１为４．２Ω，Ｃ２为０．８２μＦ，Ｃ３为０．４７μＦ，Ｃ４为４７００ｐＦ，Ｃ５为１０００μＦ，Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４均为６Ａ０７。合
上进线交流电源２２０Ｖ后，当ＩＣ１的ＰＦ－１０００Ａ－３６０型变换模块输出电压为３６０ＶＤＣ，并加于ＩＰＭ－４Ｍ模块ＩＣ２的Ｐ１、Ｐ４
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来决定使用参数。
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调整Ｗ３，可改变稳定的输出电压的幅值；
调整Ｗ２，可改变输出电流输出值。这个功能不用时可
悬空；
●
Ｒ０的阻值决定电流保护的动作值，每并接０．１～０．２Ω输出电流和工作频率采用ＬＥＤ显示。
大约可增加４Ａ的电流；
●
当大功率脉冲变压器Ｔ次级Ｎ２输出的１００～１２０Ｖ的脉冲波电压加到ＬＣ谐振电路（Ｌ为可调高频电感线圈，Ｃ为超
图２ 开关电源电路图
声波换能器的等效电容），则在电容Ｃ两端将获得谐振后的１００～１２０Ｖ高频正弦波。以上整个过程实现了从ＡＣ／ＤＣ再从ＤＣ／ＡＣ高频（２２～２５ｋＨｚ）高压（１００～１２０Ｖ）大功率（１０００Ｗ）的输出。
引脚上时，则输出脉冲变压器Ｔ
的初级二端Ｐ２与Ｐ３
上（接自ＩＰＭ－４Ｍ
模块全桥型功率管对角线端）将获得３６０Ｖ高频脉冲电压。
●
脉冲输出电压取决于大功率脉冲变压器Ｔ次级Ｎ２端不输出电压工作频率ｆ为２２～２５ｋＨｚ±１％，其可调占空ＩＣ２的Ｐ２、Ｐ３引脚上有脉冲波形输送，调整Ｗ３便可当Ｋ１、Ｋ２在断开位置，频率计显示模块标称频率
同的匝数，可获得幅值为１００～１２０Ｖ的脉冲电压；
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结束语
ＰＦ－１０００Ａ－３６０模块与ＩＰＭ－４Ｍ模块用途很广，用它们组合成的新型模块式高频高压大功率开关电源其设计、调试、制作简单方便，实现了高效率高可靠免维护，实践证明，该电源作为信号源（或称超声波发生器）经与大功率超声波换能器配套反复使用和现场运行，其性能稳定可靠，达到设计要求。
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比Ｄ为０．４～０．５；
●
看到脉宽变化；
●
２２ｋＨｚ。当合Ｋ１上时，减少Ｗ１阻值，频率将向高端变化。当Ｋ２合上时，增加Ｗ１阻值，频率将向低端变化。根据需要
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