4-16V开关稳压电源设计：半桥电路与功率MOS管应用

"本文介绍了一种开关稳压电源的设计，该电源输入为交流220V±20%，输出电压范围为4至16V，最大输出电流可达40A，工作频率为50kHz。设计中采用了半桥电路，并使用功率MOS管作为开关元件。电源具有重量轻、体积小、成本低等特点，同时具备电流和电压显示以及故障告警功能。" 开关稳压电源是一种高效能的电源转换装置，它可以将输入的交流电压转换为稳定且可调节的直流电压输出。在本文中，电源的设计着重于满足科研、生产、实验等场景对大电流、中低电压的需求。与传统实验电源相比，该电源的最大电流可达40A，远超一般实验室电源。 电源的核心是半桥电路，这是一种使用两个功率开关器件（在这里是功率MOS管）交替导通的拓扑结构。半桥电路的优势在于它可以在不增加额外元件的情况下提供双向输出，同时降低了单个开关元件的工作应力，提高了系统的可靠性。在50kHz的高频下工作，可以减小变压器和滤波电容的体积，从而实现电源的小型化。 电源的输入处理部分包括EMI滤波器和整流滤波电路。EMI滤波器由IEC插头电网滤波器和PCB电源滤波器组成，其作用是减少电网中的电磁干扰对电源内部电路的影响，同时防止电源自身产生的高频噪声干扰电网。整流滤波电路则将交流电压转换为稳定的直流电压，其中整流桥用于交流到直流的转换，软启动电路通过电阻和继电器限制浪涌电流，保护其他组件。 半桥式功率变换器是电源的核心转换部件，它由Q4和Q5两个功率MOS管及C34和C35电容器构成。在半桥电路中，这两个开关器件轮流导通，形成交替的电流路径，通过功率变压器耦合到次级侧，产生准方波电压，再经过整流和滤波得到最终的直流输出。通过脉宽调制（PWM）技术，可以精确地控制开关器件的导通时间，进而调节输出电压。 电源的输出特性包括电压调整率小于1%和纹波电压不超过50mV，确保了输出电压的稳定性。此外，电源还配备有电流和电压显示功能，便于用户实时监控，并具有故障告警指示，增强了系统运行的安全性。 这种开关稳压电源结合了半桥电路、PWM控制和高效滤波技术，实现了大电流、宽电压范围的输出，且具有良好的电磁兼容性和可靠性，是适用于多种应用场景的实用电源解决方案。