在電子設(shè)備的運行中，穩(wěn)定的電源供應(yīng)至關(guān)重要。2025 年 4 月 27 日消息，12V 開關(guān)電源采用高頻逆變技術(shù)，通過移相全橋軟開關(guān)技術(shù)降低損耗，其控制電路能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)壓穩(wěn)流自動切換。實驗顯示，該電源功率因數(shù)高，滿載效率高，輸出電壓紋波小，目前已投入生產(chǎn)。
12V 開關(guān)電源作為一種能夠維持輸出電壓穩(wěn)定的電源設(shè)備，對于設(shè)備的正常運行起著關(guān)鍵作用。然而，當(dāng)電壓出現(xiàn)波動時，就會直接影響設(shè)備的性能。那么，如何精確地調(diào)整 12V 開關(guān)電源的電壓呢？要解答這個問題，我們首先需要深入了解 12V 開關(guān)電源的電路圖及其工作原理。
在主電路方面，12V 開關(guān)電源采用了高頻逆變技術(shù)，其中以 IGBT 為功率開關(guān)器件的全橋拓撲結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。整個主電路涵蓋了工頻三相交流電輸入、二極管整流橋、EMI 濾波器、濾波電感電容、高頻全橋逆變器、高頻變壓器、輸出整流環(huán)節(jié)以及輸出 LC 濾波器等多個關(guān)鍵組件，具體如圖所示：


特別值得一提的是，隔直電容 Cb 在該電路中扮演著重要角色，它能夠平衡變壓器伏秒值，有效防止偏磁現(xiàn)象的發(fā)生。同時，為了兼顧效率與性能，諧振電感 LS 的設(shè)計需巧妙利用變壓器本身的漏感。如果漏感過大，會導(dǎo)致關(guān)斷電壓尖峰過高，從而威脅開關(guān)管的安全并增加關(guān)斷損耗。此外，合理的電感設(shè)計還能防止占空比丟失，確保開關(guān)器件的電流峰值控制在合理范圍內(nèi)，從而保障系統(tǒng)的整體性能。




控制電路的設(shè)計也十分關(guān)鍵。鑒于本電源中開關(guān)元件的過載承受能力有限，必須對輸出電流進行嚴格限制。因此，我們采用了電壓電流雙環(huán)結(jié)構(gòu)作為控制電路的基礎(chǔ)，其中內(nèi)環(huán)專注于電流控制，外環(huán)則負責(zé)電壓調(diào)節(jié)，兩環(huán)均采用 PID 調(diào)節(jié)器。圖詳細展示了控制電路的原理框圖。通過引入電流內(nèi)環(huán)，我們不僅實現(xiàn)了對輸出電流的有效限制，還顯著提高了輸出的動態(tài)響應(yīng)速度，從而有助于減小輸出電壓的紋波。
在實際應(yīng)用中，我們采用了穩(wěn)壓、穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換的控制方式。其工作原理如下：在穩(wěn)流工作模式下，電壓環(huán)會飽和，導(dǎo)致其輸出超過電流給定值，此時電壓環(huán)將不發(fā)揮作用，僅有電流環(huán)在工作。而在穩(wěn)壓工作模式下，電壓環(huán)會退飽和，電流給定值則會超過電壓環(huán)的輸出，進而使電流給定運算放大器飽和，此時電流給定值將不起作用，電壓環(huán)和電流環(huán)將同時工作，形成雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。這種靈活的控制方式確保了輸出電壓和輸出電流始終在預(yù)定的范圍內(nèi)，并且具體的工作模式將根據(jù)給定電壓、給定電流以及負載情況來決定。



鑒于本電源高達 60kW 的容量，為了進一步提升效率、縮減體積并增強可靠性，我們引入了軟開關(guān)技術(shù)。該電源所采用的高頻全橋逆變器，其控制方式為先進的移相 FB - ZVS 技術(shù)。這種技術(shù)巧妙地利用了變壓器的漏感與管子的寄生電容諧振，從而實現(xiàn)了 ZVS（零電壓軟開關(guān)）效果?？刂菩酒瑒t選自 Unitrode 公司，型號為 UC3875N。通過精細的移相控制，超前橋臂在全負載范圍內(nèi)均能實現(xiàn)零電壓軟開關(guān)，而滯后橋臂在 75% 以上的負載范圍內(nèi)也能達到此效果。圖展示了滯后橋臂 IGBT 的驅(qū)動電壓與集射極電壓波形，從中可以清晰地看到零電壓開通的實現(xiàn)。


12V 開關(guān)電源電路圖
市電經(jīng)過 D1 整流和 C1 濾波后，產(chǎn)生約 300V 的直流電壓，這個電壓施加在變壓器的腳（L1 的上端）。同時，此電壓通過 R1 為 V1 提供偏置，使其輕微導(dǎo)通，從而產(chǎn)生流過 L1 的電流。反饋線圈 L2 的上端（變壓器的腳）因此形成正電壓，該電壓經(jīng)過 C4 和 R3 反饋給 V1，進一步促使其導(dǎo)通乃至飽和。隨著反饋電流的減小，V1 迅速退出飽和并截止，如此循環(huán)，形成振蕩，進而在次級線圈 L3 上感應(yīng)出所需的輸出電壓。
L2 作為反饋線圈，與 DDC3 一同構(gòu)成了穩(wěn)壓電路。當(dāng) L3 經(jīng) D6 整流后在 C5 上的電壓升高時，L2 經(jīng) D4 整流后在 C3 負極上的電壓會相應(yīng)降低。當(dāng)此電壓降至約為穩(wěn)壓管 D3（9V）的穩(wěn)壓值以下時，D3 將導(dǎo)通，從而將 V1 的基極短路到地，關(guān)斷 V1，進而降低輸出電壓。
電路中的 RDV2 組成了過流保護電路。若因某種原因?qū)е?V1 的工作電流過大，R4 上的電壓互感器會通過 D5 將信號加至 V2 的基極，導(dǎo)致 V2 導(dǎo)通，進而降低 V1 的基極電壓，使 V1 的電流減小。值得注意的是，D3 的穩(wěn)壓值理論范圍為 9V±5~7V。在實際應(yīng)用中，若需調(diào)整輸出電壓，只需更換不同穩(wěn)壓值的 D3 即可。穩(wěn)壓值越小，輸出電壓越低；反之則越高。