在电子设备的运行中，稳定的电源供应至关重要。2025 年 4 月 27 日消息，12V 开关电源采用高频逆变技术，通过移相全桥软开关技术降低损耗，其控制电路能够实现稳压稳流自动切换。实验显示，该电源功率因数高，满载效率高，输出电压纹波小，目前已投入生产。
12V 开关电源作为一种能够维持输出电压稳定的电源设备，对于设备的正常运行起着关键作用。然而，当电压出现波动时，就会直接影响设备的性能。那么，如何地调整 12V 开关电源的电压呢？要解答这个问题，我们首先需要深入了解 12V 开关电源的电路图及其工作原理。
在主电路方面，12V 开关电源采用了高频逆变技术，其中以 IGBT 为功率开关器件的全桥拓扑结构被广泛应用。整个主电路涵盖了工频三相交流电输入、二极管整流桥、EMI 滤波器、滤波电感电容、高频全桥逆变器、高频变压器、输出整流环节以及输出 LC 滤波器等多个关键组件，具体如图所示：


特别值得一提的是，隔直电容 Cb 在该电路中扮演着重要角色，它能够平衡变压器伏秒值，有效防止偏磁现象的发生。同时，为了兼顾效率与性能，谐振电感 LS 的设计需巧妙利用变压器本身的漏感。如果漏感过大，会导致关断电压尖峰过高，从而威胁开关管的安全并增加关断损耗。此外，合理的电感设计还能防止占空比丢失，确保开关器件的电流峰值控制在合理范围内，从而保障系统的整体性能。




控制电路的设计也十分关键。鉴于本电源中开关元件的过载承受能力有限，必须对输出电流进行严格限制。因此，我们采用了电压电流双环结构作为控制电路的基础，其中内环专注于电流控制，外环则负责电压调节，两环均采用 PID 调节器。图详细展示了控制电路的原理框图。通过引入电流内环，我们不仅实现了对输出电流的有效限制，还显著提高了输出的动态响应速度，从而有助于减小输出电压的纹波。
在实际应用中，我们采用了稳压、稳流自动转换的控制方式。其工作原理如下：在稳流工作模式下，电压环会饱和，导致其输出超过电流给定值，此时电压环将不发挥作用，仅有电流环在工作。而在稳压工作模式下，电压环会退饱和，电流给定值则会超过电压环的输出，进而使电流给定运算放大器饱和，此时电流给定值将不起作用，电压环和电流环将同时工作，形成双环控制结构。这种灵活的控制方式确保了输出电压和输出电流始终在预定的范围内，并且具体的工作模式将根据给定电压、给定电流以及负载情况来决定。



鉴于本电源高达 60kW 的容量，为了进一步提升效率、缩减体积并增强可靠性，我们引入了软开关技术。该电源所采用的高频全桥逆变器，其控制方式为先进的移相 FB - ZVS 技术。这种技术巧妙地利用了变压器的漏感与管子的寄生电容谐振，从而实现了 ZVS（零电压软开关）效果。控制芯片则选自 Unitrode 公司，型号为 UC3875N。通过精细的移相控制，超前桥臂在全负载范围内均能实现零电压软开关，而滞后桥臂在 75% 以上的负载范围内也能达到此效果。图展示了滞后桥臂 IGBT 的驱动电压与集射极电压波形，从中可以清晰地看到零电压开通的实现。


12V 开关电源电路图
市电经过 D1 整流和 C1 滤波后，产生约 300V 的直流电压，这个电压施加在变压器的脚（L1 的上端）。同时，此电压通过 R1 为 V1 提供偏置，使其轻微导通，从而产生流过 L1 的电流。反馈线圈 L2 的上端（变压器的脚）因此形成正电压，该电压经过 C4 和 R3 反馈给 V1，进一步促使其导通乃至饱和。随着反馈电流的减小，V1 迅速退出饱和并截止，如此循环，形成振荡，进而在次级线圈 L3 上感应出所需的输出电压。
L2 作为反馈线圈，与 DDC3 一同构成了稳压电路。当 L3 经 D6 整流后在 C5 上的电压升高时，L2 经 D4 整流后在 C3 负极上的电压会相应降低。当此电压降至约为稳压管 D3（9V）的稳压值以下时，D3 将导通，从而将 V1 的基极短路到地，关断 V1，进而降低输出电压。
电路中的 RDV2 组成了过流保护电路。若因某种原因导致 V1 的工作电流过大，R4 上的电压互感器会通过 D5 将信号加至 V2 的基极，导致 V2 导通，进而降低 V1 的基极电压，使 V1 的电流减小。值得注意的是，D3 的稳压值理论范围为 9V±5~7V。在实际应用中，若需调整输出电压，只需更换不同稳压值的 D3 即可。稳压值越小，输出电压越低；反之则越高。