【正文】 整流電路圖 參數(shù)計(jì)算以及元器件的選型由于開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)三路輸出分別為：15V，4A；12V，3A；5V，2A，則輸出功率如果考慮變壓器的效率80%，則整流電路的輸出功率應(yīng)為：則可以設(shè)定整流電路輸入電壓U1=220v，輸出電壓100v、。整流輸出電壓為Vs=100V，則變壓器次級(jí)電壓U2 =Vs/=100/=考慮到變壓器二次側(cè)及管子的壓降，變壓器二次側(cè)電壓大約需要提高10%，則 U2==二極管的最大反向電壓二極管平均電流可選用1N4003/A（代用型號(hào)ZCI11B）整流二極管，最高反向工作電壓為200V,額定工作電流為1A。 變壓器參數(shù)則變壓器變比為：N=220/=9：5變壓器二次側(cè)電流有效值變壓器的容量為如果考慮變壓器的效率η=80%則 電容參數(shù)計(jì)算整流電路負(fù)載RL=U0/I0=100V/ = 在工程中，一般取由于 則選用、耐壓為150V的極性電解電容。第三章 DC/DC變換器的設(shè)計(jì) DC/DC變換器進(jìn)行功率變換，是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓，將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波，它是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，開(kāi)關(guān)電源DC/DC變換器有多種電路方式，常有的有工作波形為方波的脈寬調(diào)制（PWM）變換器以及工作波形為正弦波的諧振變換器。基本工作原理如圖31所示。圖31 DC/DC變換器的基本原理圖它是一種控制開(kāi)關(guān)S通/斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器蓄積能量的元件。對(duì)續(xù)流的波形進(jìn)行平滑處理，從而更有效地調(diào)整功率流的電路。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式TS不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變TS（易產(chǎn)生干擾）。DC/DC變換器按輸入輸出的隔離方式分有隔離方式與非隔離方式；按開(kāi)關(guān)的控制方式分有自勵(lì)式和它勵(lì)式，以及脈寬調(diào)制、脈頻調(diào)制與幅度調(diào)制等多種方式。對(duì)于TRC變換器，有兩種工作方式：一種是保持開(kāi)關(guān)工作周期Ｔ不變，控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間的脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式，二是保持導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)工作周期的脈沖頻率調(diào)制方式（PFM）。脈沖寬度調(diào)制（PWM）變換器就是通過(guò)重復(fù)通斷開(kāi)關(guān)方式把一種直流電壓（電流）變換為高頻方波電壓（電流），再經(jīng)過(guò)整流平滑后變?yōu)榱硪环N直流電壓輸出。PWM變換器由功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管及濾波電路等元件組成。對(duì)PWM變換器，加在開(kāi)關(guān)管S兩端的電壓及通過(guò)S的電流的波型近似為方波，如圖33所示圖32 PWM變換器的工作波形占空比D定義為： 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇PWM型穩(wěn)壓電源功率轉(zhuǎn)換電路有挽推、全橋、半橋以及單端反激、單端正激等。 推挽式功率轉(zhuǎn)換電路控制開(kāi)關(guān)晶體管VT1和VT2的基極，VT1和VT2以PWM方式激勵(lì)而交替通晰，將輸入直流電壓變換成高頻方波交流電壓。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，輸入電源電壓VI通過(guò)VT1加到高頻變壓器T1的初級(jí)繞組Nl，由于T1具有兩個(gè)匝數(shù)相等主繞組N1故在VT1導(dǎo)通時(shí)，在截止晶體管VT2上將加有兩倍的電源電壓2VI。當(dāng)基極激勵(lì)信號(hào)消失時(shí)，一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管均截止，其集電極施加電壓均均為2 VI。當(dāng)下半個(gè)周期，VT2激勵(lì)導(dǎo)通，VT1截止，基極激勵(lì)信號(hào)消失，一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管又都均截止，VCE1和VCE2均為VI。下一個(gè)周期五復(fù)上述過(guò)程。在品體管導(dǎo)通過(guò)程中，集電極電流除負(fù)載電流成分外，還包含有輸出電容器的充電電流和高頻變壓器的勵(lì)磁電流，它們均隨導(dǎo)通脈沖寬度的增加而線性上升。在開(kāi)關(guān)的暫態(tài)過(guò)程中，由于高頻變壓器次級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)整流二極管反向恢復(fù)時(shí)間內(nèi)所造成的短路以及為了抑制集電極電壓尖峰而設(shè)置的RC吸收網(wǎng)絡(luò)的作用，當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，將會(huì)有尖峰沖擊電流；在關(guān)斷瞬間，由于高頻變壓器漏感的作用，在集電極會(huì)產(chǎn)生電壓尖峰。 推挽式轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓V0＝2NDVI，式中，N為變壓器的匝比，D為晶體管的占空比，其優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)換效率高；經(jīng)濟(jì)實(shí)用；變壓器的利用率高；輸入輸出間隔離；晶體管加相同電壓，控制電路直接對(duì)其激勵(lì)，不需要驅(qū)動(dòng)變壓器。不足之處是：需要一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管；晶體管的耐壓需要是輸入電壓的2倍；直流分量加到變壓器上，使其磁心易飽和。 全橋式功率轉(zhuǎn)換電路 工作原理是：當(dāng)一組開(kāi)關(guān)晶體管（例如VTVT4）)尋通時(shí)，截止晶體管(VTVT3)上加的電壓即為輸入電壓VI。當(dāng)所有的晶體管截止時(shí)，同臂上的兩只開(kāi)關(guān)晶體管共同承受輸入電壓即VI/2。由高頻變壓器漏感引起的電壓尖峰，當(dāng)其超過(guò)輸入電壓時(shí)，反向并接在開(kāi)關(guān)晶體管的集射之間的告訴續(xù)流二極管便導(dǎo)通，集電極電壓被鉗位在輸入電壓上。 由此可見(jiàn)，全橋式電路開(kāi)關(guān)晶體管穩(wěn)態(tài)時(shí)其最高加的電壓即為輸入電壓，暫態(tài)過(guò)程的尖峰電壓亦被鉗位在VI，比推挽式電路低一半，晶體管可選用耐壓低的元件；而且，鉗位二極管將漏感儲(chǔ)能量饋送給輸入電源，有利于提高效率，并可獲得大功率輸出，可大于750W。缺點(diǎn)是：使用4只開(kāi)關(guān)晶體管，需要4組彼此隔離的基極驅(qū)動(dòng)電路，電路復(fù)雜，元器件多。 半橋式功率轉(zhuǎn)換電路工作原理簡(jiǎn)介如下：當(dāng)一對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管管截止時(shí)，若電容C01和C02的容量相等而且電路對(duì)稱，則電容中點(diǎn)A的電壓為輸入電壓的—半，即為VC01=VC02=VI/2。當(dāng)VT1被激勵(lì)導(dǎo)通時(shí)，電容C01將通過(guò)VT1，和變壓器T1的初級(jí)繞組N1放電，同時(shí)，電容C02則通過(guò)輸入電源、VT1和VI的初級(jí)繞組Nl充電、中點(diǎn)A的電位在充放電過(guò)程中將按指數(shù)規(guī)律下降。在VTl導(dǎo)通終了時(shí)，VA將下降至VI/2—VI；接著是一對(duì)晶體管都截止的期間，此時(shí)，VCE1=VC01，VCE2=VC02都接近輸入電源電壓的一半；當(dāng)VT2激勵(lì)導(dǎo)通時(shí)，電容C01將被充電，電容C02將放電，中點(diǎn)A電位在VT2導(dǎo)通終了時(shí)將增至VI/2+VI，即中點(diǎn)A的電位在開(kāi)關(guān)過(guò)程中將在VI/2的電位上以177。VI的幅度作指數(shù)變化。當(dāng)一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，截止晶體管上加的電壓約為等于輸入電壓，晶體管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止的過(guò)程中，漏感引起的尖峰電壓被二極管鉗位，因此，開(kāi)關(guān)管上承受的最高電壓不超過(guò)電源電壓。而且，晶體管的數(shù)量只是全橋式的一半，這是其優(yōu)點(diǎn)。但要得全橋和推挽式電路相同的輸出功率，開(kāi)關(guān)晶體管必須流經(jīng)兩倍的電流，因此，一般適宜獲得中等功率輸出。然而半橋式電路具有抗不平衡能力。為此，獲得其廣泛應(yīng)用。 正向激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換電路 加在變壓器上電壓是振幅等于輸入電壓VI，寬度為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間TON的脈沖波形。變壓器次級(jí)側(cè)電壓經(jīng)過(guò)極管整流變?yōu)橹绷?。正激變換器的優(yōu)點(diǎn)：(1)正激變換器的銅損較低。因?yàn)槭褂脽o(wú)氣隙的鐵芯，電感值較高，原邊與副邊的峰值電流較小。因此，銅損較小。在多數(shù)情況下，減小程度不足以允許使用小一級(jí)尺寸的鐵芯，但會(huì)使變壓器的溫度稍為降低一些。 (2)副邊紋波電流明顯衰減。因?yàn)?，在一定輸出?fù)載時(shí)，輸出電感器和續(xù)流二極管的存在使得儲(chǔ)能電容電流保持在較小的數(shù)值上。正激變換器的能量?jī)?chǔ)存于輸出電感器是有利于負(fù)載的，儲(chǔ)能電容可以取得很小，因它只用來(lái)協(xié)助降低輸出紋波電壓。而且相對(duì)反激變換器而言，電容上通過(guò)紋波電流定額值要求小一些。(3) 如果加假負(fù)載，則效率會(huì)在同等功率輸出下，正激變換器集電極峰值電流小得多，開(kāi)關(guān)管Tr的峰值電流較低。理由同(1)。(4)因?yàn)榧y被電流小，紋被電壓小。 反向激勵(lì)功率轉(zhuǎn)換電路工作原理簡(jiǎn)介如下：在晶體管VT1導(dǎo)通期間，變壓器T1的初級(jí)繞組N1中電流線性增長(zhǎng)(VI=Ldi/dt )，繞組電感中存儲(chǔ)能量(1／2Li2)，此時(shí)，T1的次級(jí)側(cè)的二極管VD1阻斷電流流通；在晶體管VT1截止期間，電感中存儲(chǔ)的能量通過(guò)二極管VD1釋放給負(fù)載：反激變換器雖然不需要電感，但有開(kāi)關(guān)管(包括原邊和副邊繞組)和濾波電容紋波電流大的不足；缺點(diǎn)是晶體管的尖峰電流較大，需要較大的濾波電容等。此電路適用于輸出功率為200W的電源。單端正激變換器主回路如圖34所示。它是在Buck電路的開(kāi)關(guān)S與續(xù)流二極管D之間加入單端變壓隔離器而得到的。圖33 單端正激變換電路原理圖由于正激式變換器的隔離元件T1純粹是個(gè)變壓器，因此在輸出端需附加一個(gè)電感器L作為能量的儲(chǔ)藏及傳送元件。電路中必有一個(gè)續(xù)流二極管，同時(shí)也要注意到變壓器原邊和副邊線圈具有相同的同銘端。由于是正激工作方式，副邊有電感器，折算至原邊電感量較大。一般電感量越大越好，使得IP較小。變壓器T1的另一個(gè)繞組P2與二極管Dl串聯(lián)后接至Vs。這個(gè)繞組主要起去磁復(fù)位的作用。在Tr導(dǎo)通時(shí)，在原邊繞組接向電源Vs，同一時(shí)間內(nèi)，副邊繞組把能量傳遞到輸出端。當(dāng)Tr關(guān)斷時(shí)，續(xù)流二極管D3和儲(chǔ)能元件L構(gòu)成放能的回路，繼續(xù)對(duì)負(fù)載電阻R0供能。 當(dāng)晶體管TT導(dǎo)通時(shí)，設(shè)副邊電壓為Vs’，則電感L內(nèi)的電流將直線增加，如下式所示： 當(dāng)晶體管Tr關(guān)斷時(shí)，由于反激作用，電感上電壓反向，D3導(dǎo)通，構(gòu)成續(xù)流回路，而電感上的電壓等于輸出電壓Vo(忽略二極管壓降)，L上電流iL的衰減由下式定義： 由上式可知，電感L的大小，只是影響diL/dt, 或者說(shuō)，影響電流的峰—峰值。電流平均值應(yīng)與輸出電流I0相等。 正激變換器輸出電壓的大小取決于變壓器的匝比和晶體管Tr的導(dǎo)通占空比——導(dǎo)通時(shí)間與周期的比，即導(dǎo)通占空比：式中 ——副邊與原邊的匝比——導(dǎo)通時(shí)間與周期的比，即導(dǎo)通占空比——原邊繞組施加的電源電壓（