CN208890674U

CN208890674U - 一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源

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Publication number: CN208890674U
Application number: CN201821608804.XU
Authority: CN
Inventors: 严添明
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-09-30
Filing date: 2018-09-30
Publication date: 2019-05-21
Anticipated expiration: 2028-09-30

Abstract

本实用新型涉及稳压电源领域，尤其涉及一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源，包括开关电源输入电路、辅助开关电源电路、功率因数补偿升压电路、开关电源隔离功率变换电路、电压电流可控BUCK电路、负载电压电流显示电路，通过上述各个电路模块之间配合连接，本实用新型解决了现有的直流线性稳压电源调压范围窄、功率小、笨重的问题。

Description

一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源

技术领域

本实用新型涉及稳压电源领域，尤其涉及一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源。

背景技术

现有的直流线性稳压电源调压范围窄、功率小、体积大、重量重，实验室直流线性稳压电源两路150W，电源重达15kg，两路300W超过30kg，现有的直流线性稳压电源采用串联型稳压方式，利用调节三极管VCE来实现稳压控制，功耗大，效率低，特别是在低电压输出时，效率更低，过电流保护采用有触点的继电器控制，功率不足，继电器通断频繁，无法满足逆变电源实验要求。现有直流稳压实验电源电压范围窄(0～30V，两组串联使用最大达60V)，最大电流只能达10A，根本无法满足逆变电路实验要求。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源，解决现有的直流线性稳压电源调压范围窄、功率小、笨重的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源，包括开关电源输入电路、辅助开关电源电路、功率因数补偿升压电路、开关电源隔离功率变换电路、电压电流可控BUCK电路、负载电压电流显示电路；

所述开关电源电路包括短路保护电路、第一EMI电路、第二EMI电路、第一整流滤波电路和第二整流滤波电路，所述短路保护电路输入端连接市电，所述短路保护电路输出端分别与第一EMI电路输入端、第二EMI电路输入端电连接，所述第一EMI电路输出端与第一整流滤波电路输入端电连接，所述第一整流滤波电路输出端输出+300V直流电压，所述第二EMI电路输出端与第二整流滤波电路输入端电连接，所述第二整流滤波电路输出端输出+300V直流电压，所述第二整流滤波电路输出端与功率因数补偿升压电路电连接，所述功率因数补偿升压电路输出端输出390V直流电压；

所述辅助开关电源电路包括开关电源芯片、储能开关变压器、线路电压检测电路、输出功率调整电路、漏极钳位电路、辅助电源整流滤波电路、精密光耦反馈稳压控制电路、第一低压整流滤波电路、第二低压整流滤波电路，所述第一整流滤波电路输出端分别与储能开关变压器、线路电压检测电路输入端、输出功率调整电路输入端、漏极钳位电路输出端电连接，开关电源芯片分别与线路电压检测电路输出端、漏极钳位电路输入端、输出功率调整电路输出端以及精密光耦反馈稳压控制电路电连接，所述漏极钳位电路输入端还与储能开关变压器输入端电连接，所述储能开关变压器输出端分别与第一低压整流滤波电路输入端、第二低压整流滤波电路输入端、辅助电源整流滤波电路输入端电连接，所述第一低压整流滤波电路输出端输出非隔离+13.3V直流电压，所述第二低压整流滤波电路输出端输出隔离+12V直流电压，所述第二低压整流滤波电路输出端与精密光耦反馈稳压控制电路电连接，所述辅助电源整流滤波电路输出端与精密光耦反馈稳压控制电路电连接；

所述开关电源隔离功率变换电路包括双路PWM信号产生电路、H桥驱动电路、功率隔离变换电路、第三整流滤波电路、精密光耦隔离稳压控制电路、光耦隔离过流控制电路，所述功率因数补偿升压模块输出端与功率隔离变换电路输入端电连接，所述功率隔离变换电路输出端与第三整流滤波电路输入端电连接，所述功率隔离变换电路输出端还与光耦隔离过流控制电路输入端、H桥驱动电路输出端电连接，所述第三整流滤波电路输出端还与精密光耦隔离稳压控制电路输入端电连接，所述光耦隔离过流控制电路输出端、H桥驱动电路输入端、精密光耦隔离稳压控制电路输出端分别与双路PWM信号产生电路电连接，所述第一低压整流滤波电路分别与双路PWM信号产生电路、H桥驱动电路电连接，为双路 PWM信号产生电路、H桥驱动电路供电；

所述电压电流可控BUCK电路包括启动电路、单路PWM产生电路、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、BUCK电路、输出电压可调取样电路、输出电流取样电路、电流显示电路、电压显示电路、LC滤波电路，所述启动电路、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、BUCK电路分别与第三整流滤波电路输出端电连接，所述启动电路与单路PWM产生电路电连接，所述单路PWM产生电路还分别与单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、输出电压可调取样电路、过流保护电路电连接，所述BUCK电路与输出电压可调取样电路电连接，所述BUCK电路还与LC滤波电路输入端电连接，所述输出电流取样电路连接LC滤波电路输出端电连接，所述电流显示电路与输出电流取样电路电连接，所述电压显示电路与LC滤波电路输出端电连接；

所述负载电压电流显示电路包括电流放大比较控制电路、过流保护电路、过流保护状态显示电路，所述电流放大比较控制电路与电流采样电路电连接，所述过流保护电路与电流放大比较控制电路电连接，所述过流保护电路与单路 PWM产生电路电连接，所述过流保护状态显示电路、电流放大比较控制电路、电压显示电路分别与第二低压整流滤波电路输出端电连接，所述过流保护状态显示电路与电流放大比较控制电路电连接。通过采用前述技术方案，本实用新型的有益效果是：本大功率宽范围可调直流线性稳压电源具有调压范围宽、功率大的优点，开关电源输入电路提供隔离稳压电源，保证电源的安全隔离，采用功率因数补偿升压电路，提高功率因数，限制电流畸变和谐波危害；采用单电源自举升压电平转移隔离驱动电路驱动BUCK电路，提高输入电压动态范围，降低小信号电路与大信号电路之间的干扰；采用简单加速电路提高工作效率，降低驱动电路的复杂度和成本；采用多级LC滤波电路，降低开关电源的纹波电压，提高线性电源性能；采用超低值电流取样电阻对负载电流进行取样，减小取样电阻的功率损耗；采用电流放大比较控制电路对取样电流进行放大，经比较产生过电流保护控制电压，实现无触点的过电流保护，增强电路的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的电路结构框图；

图2是本实用新型实施例的开关电源输入电路的电路原理图；

图3是本实用新型实施例的辅助开关电源电路的电路原理图；

图4是本实用新型实施例的功率因数补偿升压电路的电路原理图；

图5是本实用新型实施例的开关电源隔离功率变换电路的电路原理图；

图6是本实用新型实施例的电压电流可控BUCK电路和负载电压电流显示电路的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

参考图1～图6，本实施例提供一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源，包括开关电源输入电路1、辅助开关电源电路2、功率因数补偿升压电路3、开关电源隔离功率变换电路4、电压电流可控BUCK电路5、负载电压电流显示电路6。

如图2，所述开关电源输入电路1包括短路保护电路11、第一EMI电路12、第二EMI电路13、第一整流滤波电路15和第二整流滤波电路14。为减小相互干扰，采用两套EMI电路和两套独立的整流滤波电路组成，进行隔离供电。P1 为市电输入接线座，F1为保险管，起短路保护作用，Rt1为负温度系数热敏电阻，减小开机时对电网的冲击，Rv1为压敏电阻，起防止遭雷击作用。L2、C4、 C1组成第一EMI电路12，防止电网干扰信号进入大功率隔离开关电源和大功率隔离开关电源产生的干扰串入电网，第一整流滤波电路14采用整流硅堆D2，C2 为滤波电容，由于为了提高功率因数，采用功率因数补偿电路，C2容量不宜过大，所以提供大的大电流直流电脉动较大；L3、C17、C19组成第二EMI电路13，防止电网干扰信号进入辅助开关电源和辅助开关电源产生的干扰串入电网以及大功率隔离开关电源与辅助开关电源之间的相互串扰，D14～D17组成二整流滤波电路15，C36为滤波电容，提供脉动较小的小电流直流电压。

上述开关电源模块1的连接方式为：所述短路保护电路11输入端连接市电，所述短路保护电路11输出端分别与第一EMI电路12输入端、第二EMI电路13 输入端电连接，所述第一EMI电路12输出端与第一整流滤波电路15输入端电连接，所述第一整流滤波电路15输出端输出+300V直流电压，所述第二EMI电路输出端13与第二整流滤波电路14输入端电连接，所述第二整流滤波电路14 输出端输出+300V直流电压，所述第二整流滤波电路14输出端与功率因数补偿升压电路3电连接，所述功率因数补偿升压电路3输出端输出390V直流电压。

如图3，所述辅助开关电源电路2包括开关电源芯片20、输出功率调整电路21、线路电压检测电路22、漏极钳位电路23、辅助电源整流滤波电路24、储能开关变压器25、精密光耦反馈稳压控制电路26、第一低压整流滤波电路27、第二低压整流滤波电路28。开关电源芯片20采用(图中IC19)采用开关电源控制芯片TOP246Y，电阻R77为线路电压检测电路22，起过压、欠压保护作用，电阻R76、电位器RP10组成输出功率调整电路21，电阻R52、高压瓷介电容C45、快恢复二极管D23、稳压二极管DS6组成漏极钳位电路23，避免因漏感产生的尖峰电压损坏开关电源控制芯片；肖特基二极管D21、共模电感L5、共模电感 L15、电阻R48、瓷介电容C39、C46、C47、C171、电解电容C42、C43、C170组成第一低压整流滤波电路27，降低输出电压波纹和减小非隔离+13.3V电源与隔离+12V电源间的干扰，提供功率因数补偿升压电路3、双路PWM信号产生电路、 H桥驱动电路的非隔离电源+13.3V；肖特基二极管D24、共模电感L9、电阻R54、瓷介C50、C58、C59、电解电容C56、C57组成第二低压整流滤波电路28，提供给电流放大比较控制电路60、过流保护状态显示电路62和电压显示电路使用。肖特基二极管D26、电解电容C60为辅助电源整流滤波电路24，提供控制电压，光耦IC13、精密三端稳压器IC15、电阻R62、R69、R70、R79、R80、R82、R92、瓷介电容C66、C82、高压瓷介电容C83、电解电容C69、C79组成精密光耦反馈稳压控制电路26，使隔离输出电压稳定在+12V，电解电容C69为软启动电容，电阻R62、R80为隔离电阻，电解电容C79、瓷介电容C82、电阻R92组成双时间常数低通滤波器，减小对控制端的干扰，提高电路的稳定性。高压瓷介电容 C83为安全电容，减小电位的漂移。

上述辅助开关电源电路2的连接方式为：所述第一整流滤波电路15输出端分别与储能开关变压器25、线路电压检测电路22输入端、漏极钳位电路23输出端、输出功率调整电路输入端21电连接，开关电源芯片20分别与线路电压检测电路22输出端、漏极钳位电路23输入端、输出功率调整电路21输出端以及精密光耦反馈稳压控制电路26电连接，所述漏极钳位电路23输入端还与储能开关变压器25输入端电连接，所述储能开关变压器25输出端分别与第一低压整流滤波电路27输入端、第二低压整流滤波电路28输入端、辅助电源整流滤波电路24输入端电连接，所述第一低压整流滤波电路27输出端输出非隔离+13.3V直流电压，给供功率因数补偿升压电路3、开关电源隔离功率变换电路4 的双路PWM信号产生电路41、H桥驱动电路42供电、所述第二低压整流滤波电路28输出端输出隔离+12V直流电压，给供过流保护状态显示电路62、电流放大比较控制电路60、电压显示电路57供电，所述第二低压整流滤波电路28输出端与精密光耦反馈稳压控制电路26电连接，所述辅助电源整流滤波电路24 输出端与精密光耦反馈稳压控制电路26电连接。

如图4，所述功率因数补偿升压电路3是BOOST拓扑结构，电感L1为串联储能电感，场效应管Q1为并联开关管，整流二极管D1为肖特基二极管，起整流和隔离作用，电解电容C1为滤波电容。电阻R2、R26、电位器RP1、瓷介电容C35组成电压反馈/关断电路，把输出电压反馈到功率因数补偿控制芯片IC5 (NCP1653)的1脚，起到输出稳压控制和过压保护作用，该脚正常电压范围在 2.5V以下，当输出电压升高、过压，7脚没有驱动信号输出，起到过压保护作用；当输出电压低，或反馈电阻开路，1脚电压变低，该芯片也关断，进入低功耗工作模式；调节电位器RP1的大小可以改变输出电压的大小。瓷介电容C33 为控制电压/软启动电容，控制电压起控制输入阻抗实现功率因数校正；当开机时，该脚电压慢慢升高，驱动输出的占空比可以慢慢变大，起到软启动效果。电阻R1、R24、瓷介电容C32、C34组成输入电压检测电路，当检测输入电压低于2.4V时，电源处于欠压保护状态，无输出。康铜丝电阻R42为电流取样电阻，电阻R40为过流保护检测隔离电阻，当流过电阻R40电流达200微安时驱动无输出。电阻R41、瓷介电容C30为乘法器电压Vm外接电阻、电容，工作在平均电流型PFC模式，提供一个电压VM用于PFC的占空比调制，PFC输入电路的输入阻抗正比于外接于此端的电阻R41。电阻R23为驱动信号DRV输出隔离电阻，瓷介电容C13为加速电容，使驱动脉冲前后沿陡峭，加速并联开关管Q1的导通和截止，降低的损耗，提高效率，电阻R7为并联开关管Q1结电容放电电阻，稳压二极管DS1为限幅稳压二极管，降低干扰脉冲幅度，起保护并联开关管Q1和提高效率作用。电阻R3、电解电容C5、瓷介电容C7为功率因数补偿控制芯片IC5供电电源引脚8(VCC)的退耦电路，提供芯片工作电压(工作电压 8.75-18V)。

如图5，所述开关电源隔离功率变换电路4包括双路PWM信号产生电路41、 H桥驱动电路42、隔离变换电路43、光耦隔离过流控制电路44、精密光耦隔离稳压控制电路45、第三整流滤波电路46。

双路PWM信号产生电路41由脉宽调制芯片TL494及其外围元件组成，产生两路互补PWM信号，PWM信号的脉冲宽度受脉宽调制芯片IC2的1脚电压大小控制，是否有输出受脉宽调制芯片IC2的16脚的过电流控制和4脚的软启动控制，电解C6、电阻R37为软启动电路，当脉宽调制芯片IC2的4脚为高电平时，无输出。电阻R43起限流作用，光耦IC1起隔离控制作用，稳压二极管DS8起提高控制门槛电压作用，减小对其他电路的影响。当过电流保护控制信号SD为高电平时，关断驱动电路输出和PWM信号产生电路输出，起无触点开关过流保护作用。瓷介电容C14、电位器RP4、电阻R36构成RC振荡电路定时电路，瓷介电容C14为定时电容，电位器RP4、电阻R36定时电阻，改变电位器RP4可以改变锯齿波频率。三极管Q4、Q6、二极管D8、D10、电阻R33、R34构成加速电路， D8、D10为隔离二极管，在脉宽调制芯片IC2的9、10脚输出低电平期间使三极管Q6、Q4快速导通放电，二极管D8、D10截止；在IC2的9、10脚输出高电平期间三极管Q4、Q6快速截止，二极管D10、D8快速导通。电阻R18、电解电容 C15、瓷介电容C16组成脉宽调制芯片IC2芯片供电的电源退耦电路。

H桥驱动电路42采用两个半桥驱动芯片IR2110(IC3、IC7)分别驱动全桥的两边场效应管Q2、Q3、Q5、Q7按驱动信号PWM波交替导通，输出功率放大的 PWM波。图中二极管D4、电解电容C11及二极管D13、电解电容C31分别为升压隔离二极管和自举电容，电阻R12、电解电容C10、瓷介电容C18和电阻R31、电解电容C25、瓷介电容C37为电源去耦电路，减小各部分之间的电源干扰。电阻R11、R30、R38、R48为隔离电阻，太大时会使脉冲前沿时间过长，增加损耗，太小时会使电流开关管过激振荡，瓷介电容C9、C20、C27、C38为加速电容，二极管D34、D35、D36、D37为肖特基二极管，加速电流开关管的栅源极结电容的放电。

隔离变换电路43由隔离开关变压器T1、电流开关管Q2、Q3、Q5、Q7等组成，实现大功率DC-DC变换功能。电阻R15、R29、R39、R45为放电电阻，稳压二极管DS2、DS3、DS4、DS5为限幅稳压二极管，降低干扰脉冲幅度，起保护电流开关管Q2、Q3、Q5、Q7和提高效率作用，电阻R47为电流取样电阻，上述器件为提高效率而设置，电阻R27为隔离电阻，二极管D7为隔离二极管。

光耦隔离过流控制电路44由电阻R6、R10、R13、R14、R27、光耦IC1、瓷介电容C3、开关二极管D3、D7、稳压二极管DS7等元件组成。电阻R10、R14 组成分压电路，提供过流保护基准点电压，开关二极管D3、D7与电阻R6组成逻辑或关系，电阻R6为下拉电阻，瓷介电容C3为滤波电容，只要有一部分电路过流都会使保护电路动作，光耦IC1起隔离控制作用，稳压二极管DS7起提高控制门槛电压作用，减小对其他电路的影响。

精密光耦隔离稳压控制电路45由电阻R5、R9、R16、R17、R19、R20、R21、 R22、R25、R28、R32、R35、光耦IC4、精密三端稳压器IC6、瓷介电容C8、C12、 C24、电解电容C26等元件组成。电阻R9、R19组成分压电路，提供基准电压，瓷介电容C12为积分负反馈电容，与脉宽调制芯片IC2内部放大器1组成PI放大器，实现稳压控制功能；电阻R16、R22组成输出电压分压电路，电阻R16起降压限流作用，电阻R22起限压作用，电阻R21起隔离作用，电阻R28起分流作用，提高光耦IC4的线性作用；电阻R17、R25、R35组成输出电压取样电路，提供精密稳压器IC6的比较信号，调节IC6输出稳压值，改变光中发光二极管的驱动电流，从而改变光耦中光敏三极管的导通程度，给脉宽调制芯片IC2的1 脚提供比较信号，实现稳压控制功能，瓷介电容C8为滤波电容，降低干扰，提高稳压稳定性，电阻R32为光耦IC4负载电阻。高压瓷介C28为安全电容，降低电位的漂移。

第三整流滤波电路46由三端二极管D5、D6、D9、D11、共模电感L4、瓷介电容C14、C22、电解电容C21、C23等组成，将交变PWM电压整流为直流PWM电压，经由共模电感L4、瓷介电容C14、C22、电解电容C21、C23组成滤波器滤除高次谐波后变成平滑直流电输出，供给电压电流可控BUCK电路5使用。

上述开关电源隔离功率变换电路4的电路连接方式为：所述功率因数补偿升压模块3输出端与功率隔离变换电路43输入端电连接，所述功率隔离变换电路43输出端分别与光耦隔离过流控制电路44输入端、第三整流滤波电路46输入端、H桥驱动电路42输入端电连接，所述第三整流滤波电路46输出端与精密光耦隔离稳压控制电路45输入端电连接，所述光耦隔离过流控制电路44输出端、H桥驱动电路42输入端、精密光耦隔离稳压控制电路45输出端分别与双路 PWM信号产生电路41电连接，所述第一低压整流滤波电路27与双路PWM信号产生电路41、H桥驱动电路42电连接，为双路PWM信号产生电路H桥驱动电路42 供电。

上述图6为电压电流可控BUCK电路5和负载电压电流显示电路6的电路原理图，所述电压电流可控BUCK电路5包括启动电路50、单路PWM产生电路51、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路52、BUCK电路53、LC滤波电路54、输出电压可调取样电路55、输出电流取样电路56、电压显示电路57、电流显示电路58。

所述启动电路1由电阻R1、电解电容C1、瓷片电容C2及脉宽调制芯片 IC2(UC3842)内部欠压锁定等电路组成。电阻R1为启动电阻，起降压限流作用，可以根据输入电压高低进行设计，启动门限电压为16V,最低工作电压为10V,启动电流小于1mA，振荡器放电电流小于10mA，由于本电路输出用来驱动光耦内的发光二极管，因此功率很小，无需再接其他电路供电，简化启动电路，电解电容C1、瓷介电容C2为退耦电容。当电源通过启动电阻R1，对电解电容C1、瓷介电容C2充电，充电压超过16V时，启动内部5V稳压电源工作，当电源启动电阻R1，对电解电容C1、瓷介电容C2充电，充电压不足10V时，欠压锁定，停止工作。

所述单路PWM产生电路51由锯齿波产生电路、反馈电压PI电路、过电流保护电路组成。当脉宽调制芯片IC2的7脚VCC电压超过16V时，内部稳压器开始工作，从8脚输出5V基准电压，通过电阻R4对瓷介电容C14充电，形成锯齿波电压。电阻R4、瓷介电容C14为锯齿波产生定时电路，决定锯齿波振荡频率。电阻R10、无极电容C6及IC2内部误差放大器组成比例积分放大电路，对输出电压可调取样信号进行比例放大，与锯齿电压进行比较产生脉宽调制信号PWM，实现稳压闭环稳压控制。电阻R15为下拉电阻、无极电容C15为高频滤波电容，对输出负载电流取样放大比较送来的过流控制信号SD通过过电流保护控制电路给脉宽调制芯片IC2的3脚提供高于1V的电压，关断PWM输出，起过流保护作用。

所述单电源自举升压电平转移隔离驱动电路52由光耦器件IC3、PNP三极管Q2、Q3等元件组成。光耦器件IC3实现电平转移隔离控制，电阻R5、瓷介电容C9为加速电路，增加PWM脉冲前后沿陡峭度，缩短上升沿和下降沿时间，降低损耗，提高电源效率。PNP三极管Q2为驱动三极管，PNP三极管Q3为泄放加速三极管，二极管D3为隔离二极管，电阻R3为降压限流保护电阻、电阻R2为反偏置电阻，在没有PWM信号时确保驱动三极管Q2截止，R12为PNP三极管Q3 偏置电阻，稳压二极管DS1为钳位保护二极管，保护BUCK电路中的串联开关管 Q1栅源极在PWM信号为高电平期间不至于电压过高而击穿，特别是在刚启动时，输出没有电压，开关管Q1栅源极承受全部的输入电压，极其容易击穿开关管Q1 栅源极，因此电阻R3、稳压二极管DS1的参数设定决定了本电路能否安全可靠运行的关键。在PWM为高电平时串联开关管Q1导通，源极电压约等于输入电压 VIN，若不抬高栅极电压，串联开关管Q1将被自行关断，无法连续导通。要使 Q1连续导通，必须抬高栅源极电压，可以采用独立电源供电，也可以采用自举升压电路供电。采用独立电源供电增加电路的复杂度和成本，采用自举升压电路供电是最简单最有效的方法，元件少成本低。二极管D1、电解电容C3组成自举升压电路，在PWM为低电平期间，光耦内部发光二极管和光敏三极管都截止， PNP三极管Q2、隔离二极管D3也截止，输入电源VIN通过隔离二极管D1对电解电容C5充电，充电电压接近电源电压，PNP三极管Q3饱和导通，快速泄放串联开关管Q1栅源极电荷，确保串联开关管Q1快速截止，使PWM脉冲下降沿陡峭，提高电源效率；在PWM为高电平期间光耦内部发光二极管和光敏三极管都导通，PNP三极管Q2、隔离二极管D3也跟着导通，串联开关管Q1栅源极得到驱动电压也导通，输出电压升高，由于电解电容C3两端电压不能突变，使PNP 三极管Q2的发射极电位也跟着升高，由电解电容C3电压供电维持串联开关管Q1导通，此时隔离二极管D1反偏而截止。此部分电路参数选定要根据输入最高电压选择耐压较高的光耦器件和PNP三极管。

所述BUCK电路53由串联开关管Q1、续流二极管D5、滤波电感L1、滤波电解电容C4组成，可以根据功率设计要求选定它们的参数。串联开关管Q1开关管额定电流一般选择为实际电流的1.5～2倍，漏-源极电压一般应大于或等于输入电压的2～3倍；续流二极管D5正向额定电流必须等于串联开关管的最大漏极电流，即大于负载电流，续流二极管D5反向耐压一般应大于或等于输入电压的 2～3倍；滤波电感L1可以根据以下公式计算最小滤波电感L1：

式中U_O为输出直流电压，U_I为输入电压，f为开关电源工作频率，I_Omin为负载最小电流。

滤波电容C4可以根据所需的输出电压交流分量ΔU_O和其他给定的设计数据按以下公式求出：

因此选择较高的开关工作频率可以减小滤波电感量和滤波电容量，减小体积和减轻重量，增加BUCK电路的功率密度。

所述LC滤波电路54为进一步降低输出电压波纹，再经过两个LC滤波，电感L2、L3为小感量电感，电解电容C5、C6为滤波电容，无极电容C7、C18为高频滤波电容。滤波效果还取决于反馈电压连接输出的位置，最佳方案是取储能电感的输出端，因为储能电感的纹波最大，无法避免，通过后级滤波可以大大减小纹波电压；若反馈电压连接在稳压输出端，后级电感也被当做储能电感，纹波电压不可避免。

输出电压可调取样电路55由电阻R13和电位器RP1组成，对输出电压进行采样，反馈给脉宽调制芯片IC2的2脚，实现闭环稳压控制，调节电位RP1可以改变输出直流电压的大小。输出电压大小可以通过以下公式来计算：

所述输出电流取样电路56由电流取样电阻R16组成，为减小损耗，采用5m Ω的康铜丝。

上述电压电流可控BUCK电路5的电路连接方式为：所述启动电路50、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路52、BUCK电路53分别与第三整流滤波电路 46输出端电连接，所述启动电路50与单路PWM产生电路51电连接，所述单路 PWM产生电路51还分别与单电源自举升压电平转移隔离驱动电路52、输出电压可调取样电路55、过流保护电路61电连接，所述BUCK电路53与LC滤波电路 54输入端连接，所述输出电压可调取样电路55、电压显示电路57和输出电流取样电路56分别连接LC滤波电路54输出端电连接，所述电流显示电路58与输出电流取样电路56电连接。

上述开关电源输入电路1、辅助开关电源电路2、功率因数补偿升压电路3、开关电源隔离功率变换电路4、电压电流可控BUCK电路5均为现有公知技术。

所述负载电压电流显示电路6包括电流放大比较控制电路60、过流保护电路61、过流保护状态显示电路62。

所述电流放大比较控制电路60由集成运放芯片IC4(LM358)及其外围元件组成。电阻R9为隔离电阻，电解电容C16、瓷介电容C17为滤波电容，输出电流取样加到集成运放1的同相输入端，电位器RP2、电阻R19构成负反馈网络，调节电位器RP2，可以改变电压放大倍数，由于电流动态范围大，因此采用改变放大倍数方式进行放大，小电流时，采用大放大倍数，大电流时，采用小放大倍数。比较器采用固定电压方式，电阻R10、R21分压给集成运放2反相端加固定偏压，当设定电流没有过流时，集成运放2输出端输出过流控制信号SD为低电平，各电路处于正常工作状态；当设定电流出现过流时，集成运放2输出端输出过流控制信号SD为高电平，各电路处于关闭状态，实现无触点过流保护。二极管D4为隔离二极管、电阻R8为隔离电阻，电阻R20为下拉电阻。

所述过流保护电路61由控制开关管NPN三极管Q4、隔离电阻R18、R22、稳压二极管DS2组成，当电路正常工作没有过流时，当过流控制信号SD为低电平，控制开关管NPN三极管Q4、稳压二极管DS2都截止，不影响电路工作；当过流控制信号SD为高电平，控制开关管NPN三极管Q4、稳压二极管DS2都导通，关闭单路PWM信号输出，切断电源，起过流保护。

所述过流保护状态显示电路62由NPN三极管Q11、Q12、电阻R45、R46、R47、R48、红色LED二极管DS5、绿色LED二极管DS6组成。当过流控制信号 SD为低电平时，NPN三极管Q11、Q12都截止，绿色LED二极管DS6亮；当过流控制信号SD为高电平时，NPN三极管Q11、Q12都导通，红色LED二极管DS5亮。

上述负载电压电流显示电路6的电路连接方式为：所述电流放大比较控制电路60与电流采样电路56电连接，所述过流保护电路61与电流放大比较控制电路60电连接，所述过流保护电路61与单路PWM产生电路51电连接，所述过流保护状态显示电路62与第二低压整流滤波电路28输出端电连接，所述过流保护状态显示电路62与电流放大比较控制电路60电连接。

本大功率宽范围可调直流线性稳压电源具有调压范围宽、功率大、体积小、功率因数高、频率响应块的优点。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种大功率宽范围可调直流线性稳压电源，其特征在于：包括开关电源输入电路、辅助开关电源电路、功率因数补偿升压电路、开关电源隔离功率变换电路、电压电流可控BUCK电路、负载电压电流显示电路；

所述辅助开关电源电路包括开关电源芯片、输出功率调整电路、线路电压检测电路、漏极钳位电路、辅助电源整流滤波电路、储能开关变压器、精密光耦反馈稳压控制电路、第一低压整流滤波电路、第二低压整流滤波电路，所述第一整流滤波电路输出端分别与储能开关变压器、线路电压检测电路输入端、输出功率调整电路输入端、漏极钳位电路输出端电连接，开关电源芯片分别与线路电压检测电路输出端、漏极钳位电路输入端、输出功率调整电路输出端以及精密光耦反馈稳压控制电路电连接，所述漏极钳位电路输入端还与储能开关变压器输入端电连接，所述储能开关变压器输出端分别与第一低压整流滤波电路输入端、第二低压整流滤波电路输入端、辅助电源整流滤波电路输入端电连接，所述第一低压整流滤波电路输出端输出非隔离+13.3V直流电压，所述第二低压整流滤波电路输出端输出隔离+12V直流电压，所述第二低压整流滤波电路输出端与精密光耦反馈稳压控制电路电连接，所述辅助电源整流滤波电路输出端与精密光耦反馈稳压控制电路电连接；

所述开关电源隔离功率变换电路包括双路PWM信号产生电路、H桥驱动电路、功率隔离变换电路、第三整流滤波电路、精密光耦隔离稳压控制电路、光耦隔离过流控制电路，所述功率因数补偿升压模块输出端与功率隔离变换电路输入端电连接，所述功率隔离变换电路输出端与第三整流滤波电路输入端电连接，所述功率隔离变换电路输出端还与光耦隔离过流控制电路输入端、H桥驱动电路输出端电连接，所述第三整流滤波电路输出端还与精密光耦隔离稳压控制电路输入端电连接，所述光耦隔离过流控制电路输出端、H桥驱动电路输入端、精密光耦隔离稳压控制电路输出端分别与双路PWM信号产生电路电连接，所述第一低压整流滤波电路分别与双路PWM信号产生电路、H桥驱动电路电连接，为双路PWM信号产生电路、H桥驱动电路供电；

所述电压电流可控BUCK电路包括启动电路、单路PWM产生电路、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、BUCK电路、LC滤波电路、输出电压可调取样电路、输出电流取样电路、电压显示电路、电流显示电路，所述启动电路、单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、BUCK电路分别与第三整流滤波电路输出端电连接，所述启动电路与单路PWM产生电路电连接，所述单路PWM产生电路还分别与单电源自举升压电平转移隔离驱动电路、输出电压可调取样电路、过流保护电路电连接，所述BUCK电路与输出电压可调取样电路电连接，所述BUCK电路还与LC滤波电路输入端电连接，所述输出电流取样电路连接LC滤波电路输出端电连接，所述电流显示电路与输出电流取样电路电连接，所述电压显示电路与LC滤波电路输出端电连接；

所述负载电压电流显示电路包括电流放大比较控制电路、过流保护电路、过流保护状态显示电路，所述电流放大比较控制电路与电流采样电路电连接，所述过流保护电路与电流放大比较控制电路电连接，所述过流保护电路与单路PWM产生电路电连接，所述过流保护状态显示电路、电流放大比较控制电路、电压显示电路分别与第二低压整流滤波电路输出端电连接，所述过流保护状态显示电路与电流放大比较控制电路电连接。