【正文】 roVoltageSwitching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖23所示。圖22硬開關(guān)式全橋變換器結(jié)構(gòu) 諧振式全橋變換器硬開關(guān)式電路在頻率不高時其缺點(diǎn)還不是很突出，隨著頻率的提高，開關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個十分嚴(yán)重的問題，為了解決這一問題，有人提出了諧振式軟開關(guān)的概念。并且頻率越高，開關(guān)損耗越大，使系統(tǒng)效率大大降低。 硬開關(guān)式全橋變換器硬開關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡單、控制方便得到廣泛應(yīng)用，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，因此，在開關(guān)瞬間必然有大量損耗。DCDC 變換器的輸入電壓為三相整流電壓，電壓較大，對開關(guān)器件因此選用全橋式電路較為合適，可使變壓器磁芯和繞組得到最優(yōu)利用，使效率、功率密度等得到優(yōu)化；另一方面，功率開關(guān)在較安全的情況下運(yùn)行，最大的反向電壓不會超過輸入整流濾波電路的輸出電壓?？刂齐娐肥钦麄€電源的大腦，它控制整個裝置工作并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。開關(guān)電源的主回路可以分為:輸入整流濾波回路、功率開關(guān)橋、輸出整流濾波三部分。開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖可如圖21所示。 系統(tǒng)整體概述按照各部分的功能劃分，從大的方面講，開關(guān)電源可分成:機(jī)箱(或機(jī)殼)、電源主電路、電源控制電路三部分。%,模塊化組合的高頻開關(guān)電源，電信行業(yè)成套電源技術(shù)提高到了一個嶄新的水平。直到上世紀(jì)90年代初，我國大多數(shù)通信設(shè)備所用的一次電源仍然是可控硅整流器。但后來，我國的通信電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。在高頻化方面，為提高開關(guān)頻率并克服一般的PWM和準(zhǔn)諧振、多諧振變換器的缺點(diǎn)，又開發(fā)了相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)諧振變換器，這種電路克服了PWM方式硬開關(guān)造成的較大的開關(guān)損耗的缺點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了恒頻工作，克服了準(zhǔn)諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點(diǎn)。到80年代中后期，絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)已研制出來并投入了市場，各種通信設(shè)備所需的一次電源大多采取PWM 集成控制芯片、雙極型晶體管、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管。經(jīng)過幾年的努力，從開關(guān)電源的電路拓?fù)湫褪降较嗯涮椎脑骷妊芯慷既〉昧讼喈?dāng)大的進(jìn)展。Jen Sen)又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。雖然可控硅整流器工作穩(wěn)定，能滿足通信設(shè)備的要求，但它是相控電源，工作于工頻，有龐大笨重的電源變壓器、電感線圈、濾波電容，噪聲大，效率低，功率因數(shù)低，穩(wěn)壓精度也較低。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源而將直流直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。同時，開關(guān)電源也在各種電子信息設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、充電電源等得到了廣泛的應(yīng)用。因此，自1947年肖克萊發(fā)明晶體管，并在隨后的幾年內(nèi)對晶體管的質(zhì)量和性能不斷完善提高后，人們就著力研究利用晶體管進(jìn)行高頻變換的方案。在此基礎(chǔ)上，1964年，美國科學(xué)家提出了取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，并在NEC雜志上發(fā)表了“脈寬調(diào)制應(yīng)用于電源小型化”等文章，為使電源實(shí)現(xiàn)體積和重量的大幅下降提供了一條根本途徑。在電路拓?fù)湫褪缴祥_發(fā)出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路，以適應(yīng)不同應(yīng)用場合、不同功率檔次的需要；在元器件方面，功率晶體管和整流二極管的性能也有了較大的提高。隨著微電子學(xué)的發(fā)展和元器件生產(chǎn)技術(shù)的提高，相繼開發(fā)出了耐壓高的功率場效應(yīng)管(VMOS管)和高電壓、大電流的絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)，具有軟恢復(fù)特性的大功率高頻整流管，各種用途的集成脈寬調(diào)制控制器和高性能的鐵氧體磁芯，高頻用的電解電容器，低功耗的聚丙烯電容等。采用這種工作原理，大大減小了開關(guān)管的損耗，不但提高了效率也提高了工作頻率，減小了體積，更重要的是降低了變換電路對分布參數(shù)的敏感性，拓寬了開關(guān)器件的安全工作區(qū)，在一定程度上降低了對器件的要求，從而顯著提高了開關(guān)電源的可靠性。1963年開始研制和采用可控硅(SC R)整流器,1965年著手研制逆變器和晶體管直流—直流(DC/DC)變換器，研制工作一直停滯不前，除了可控硅整流器于1967年在武漢通信電源廠開始形成系列化生產(chǎn)，供通信設(shè)備作一次電源使用，并不斷得到改進(jìn)，性能和質(zhì)量逐步提高外，其它方面進(jìn)展十分緩慢。這種電源工作于工頻50Hz，有龐大的工頻變壓器、電感線圈、電解電容等，笨重龐大、效率低、噪聲大、性能指標(biāo)低，不易實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。總的說來，開關(guān)電源的發(fā)展趨勢為:繼續(xù)向高頻、高效、高可靠、高密度化、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發(fā)展。機(jī)箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。EMI濾波器整流濾波高頻變換器高頻變壓器高頻整流濾波輸出輔助電源PWM調(diào)節(jié)器誤差比較放大器電壓電流取樣電路基準(zhǔn)電壓保護(hù)電路控制電路ACDC圖21開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖從圖中可以看出，這幾部分是相輔相成的統(tǒng)一整體。輸入整流濾波回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動成分的直流電，然后通過輸入濾波電容使得脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。一般控制電路應(yīng)具有以下功能:控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路。但是需要的功率元件較多，在開關(guān)導(dǎo)通的回路上，至少有兩個管的壓降，因此功率損耗也較大。因此，常常加入緩沖電路，如Rc吸收網(wǎng)絡(luò)。另外，開關(guān)器件在高頻下運(yùn)行時，器件本身的極間電容將成為個重要參數(shù)。諧振式軟開關(guān)和硬開關(guān)相比，主要是增加了兩個附加元件諧振電感和諧振電容。(a) 零電流開關(guān)(b) 零電壓開關(guān)圖23諧振電路的基本結(jié)構(gòu)圖圖23(a)為零電流(ZeroCurrentSwitching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。Lr和Cr之間的諧振是靠S的關(guān)斷來激勵的，利用Lr和Cr諧振形成開關(guān)器件關(guān)斷期間的正弦波電流波形，電壓過零點(diǎn)時即將開關(guān)S導(dǎo)通。所以，80 年代后期，許多專家進(jìn)一步研究開發(fā)能實(shí)現(xiàn)恒頻控制的軟開關(guān)技術(shù)，兼有諧振變換器和PWM變換器的特點(diǎn)，形成了ZCS或ZVS PWM變換技術(shù)。 控制電路的實(shí)現(xiàn)控制電路是開關(guān)電源系統(tǒng)的另一重要部分。從圖24可以看出，脈沖產(chǎn)生電路是控制電路的核心。控制電路輸出的PWM信號，電平幅值和功率能力均不足以驅(qū)動大功率開關(guān)元件，因此選擇合適的驅(qū)動電路是必須的。輸出電壓在合閘時容易出現(xiàn)過沖，這種過沖，合閘時可能發(fā)生，在關(guān)閉電源時也可能產(chǎn)生，只要達(dá)到足夠的幅度將會給負(fù)載造成損害，而且，反復(fù)的大電流沖擊對電容器本身也不利，同時還會引起干擾，因此，開關(guān)電源必須具備輸出電源軟啟動的功能。過流保護(hù)和過壓保護(hù)是為了保護(hù)負(fù)載和電源兩者而設(shè)置的，而欠壓保護(hù)和溫度保護(hù)是為了電源本身而設(shè)置的。選取輔助電源電路形式時，只要該電源能滿足控制電路的要求即可。為了保持三相交流電源的對稱性和減小電源的輸入濾波電容等原因，大功率電源一般采用三相電源作為供電電源。橋式整流電路適用于輸出電壓較高的場合，還可以使變壓器結(jié)構(gòu)簡單，降低整流管的電壓定額，所以我們采用橋式整流電路作為輸出整流電路。第3章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)開關(guān)電源最重要的兩部分就是主電路和控制電路。 主電路組成框圖根據(jù)需要設(shè)計(jì)大功率開關(guān)電源的技術(shù)要求，本文進(jìn)行了方案的驗(yàn)證與比較，設(shè)計(jì)如圖31所示的軟開關(guān)直流開關(guān)電源的主電路框圖。EMI濾波器的作用是濾除功率管開關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小電源內(nèi)部對電網(wǎng)的干擾，同時又能減小其他用電設(shè)備通過電網(wǎng)傳向電源的干擾。圖32 電源主電路結(jié)構(gòu) 單相逆變橋單相逆變橋采用IGBT，以滿足高壓、高功率的要求。主要包括兩部分組成:整流橋和輸入濾波電路。 輸入整流電容輸入電容器Cm決定于輸出保持時間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。電感量的確定較難精確計(jì)算，可通過實(shí)驗(yàn)確定。磁芯規(guī)格:Ddh= 1206020 mmD為環(huán)形磁芯的外直徑d為環(huán)形磁芯的內(nèi)直徑h為環(huán)形磁芯的厚度根據(jù)設(shè)計(jì)高頻變壓器的總結(jié)公式:= 100在公式中，應(yīng)取最大值。原邊繞組必須重新修正，為所以，變壓器原邊繞組的匝數(shù)還應(yīng)取整數(shù)65T。原邊繞組流過的電流為雙向電流，其寬度為，其幅度由折算負(fù)載電流，折算到輸出電感電流增量以及勵磁電流等三部分組成，前兩者也如副邊平均幅值電流那樣取平均折算電流幅值，即=/= 79設(shè)勵磁電流幅值為折算副邊電流幅值的8%，即:= = = 它是鋸齒形電流，我們將其轉(zhuǎn)換成平均值在疊加到副邊電流上。在高頻變壓器的計(jì)算中。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。根據(jù)以上分析，同時考慮一定的裕量，選取RURU3O12O作為輸出二極管?；鶞?zhǔn)電壓和采樣反饋信號通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號和鋸齒波(或三角波)比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。下面將詳細(xì)介紹此芯片的主要特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用及調(diào)試。它由振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動器等組成。鋸齒波上升沿的斜率由、決定，確定、的方法是:首先根據(jù)要求的最大占空比、選擇，再根據(jù)要求的頻率以及和選擇。UC3823A、B的兩個輸出端可同時輸出脈沖，輸出脈沖的頻率與振蕩器頻率相等，脈沖占空比可在O%～100%內(nèi)調(diào)整。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器、限流比較器和過流比較器聯(lián)合控制。同時，由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜坡輸入就不需要再經(jīng)過濾波。上升沿封鎖也適用于限流比較器。在任何時間，只要限流(I LIM)，故障封鎖就起作用，從而使輸出端變?yōu)榈碗娖健＝油娫春?，軟啟動腳外接電容放電，該腳處于低電平，誤差放大器輸出低電平，開關(guān)電源無輸出電壓。這時，故障鎖存器復(fù)位，芯片開始軟啟動過程。(4) 大電流輸出電路圖46功率MOSFET的驅(qū)動電路功率MOSFET驅(qū)動電路如圖46所示。每個輸出端(OUT)到和PGND之間，都應(yīng)加入一只3A的肖特基二極管(IN5120, USD245或相同性能的器件)，如圖46所示。OutA和OutB輸出的兩個PWM信號是相互之間有死區(qū)時間的互補(bǔ)信號。我們定義UC3825的2腳輸入為，輸出的PWM信號占空比為D。反饋電壓從主電路輸出端直接實(shí)時采樣，與整定電壓比較后輸入到比例積分放大器，其輸出值經(jīng)過隔離后輸入到UC3825的第2個管腳，以控制PWM信號的占空比從而控制主電路輸出電壓的變化。反饋光二極管吸收LED光通量的一部分而產(chǎn)生控制信號。光電流的值滿足: =/，此電流與LED的電流成正比，比例系數(shù)為反饋傳輸增量，即=，運(yùn)算放大器向LED提供足夠的電流以保持運(yùn)放的正向和反向輸入端等電壓。選擇線性光耦合器能很好地完成隔離和比例傳輸?shù)墓δ?，此器件的選用和外圍參數(shù)的選擇都很成功，實(shí)驗(yàn)效果滿意。圖48中，表示整定電壓，表示反饋電壓，由主電路輸出直接通過比例系數(shù)K反饋到慣性環(huán)節(jié)中，和C組成的比例積分電路構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器，以減少系統(tǒng)的超調(diào)，降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度。軟啟動電路分為兩部分內(nèi)容，其一是輸入電網(wǎng)分段啟動，在合閘時先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，待輸入電容充滿電后(一般充電時間為26秒)，再將該電阻短接。對于前一種軟啟動電路的設(shè)計(jì)，如圖49所示。下面將詳細(xì)介紹。② 限流式保護(hù)。③ 限流—切斷式保護(hù)。外部電路只需完成電流檢測和I/V轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的電壓信號輸入到UC3825的第9腳。圖412中的電容C是噪音濾波電容器，用來濾掉干擾，以防止過流保護(hù)電路的誤動作。因?yàn)榉答伃h(huán)節(jié)和控制部分是通過線性光禍合器隔離的，所以工作電源也是兩個不共地的電源。有如下的特點(diǎn):..低備用電流.電流限制..輸出電壓可調(diào).1 OOKHZ工作頻率.基準(zhǔn)精度2%第二部分的電源是由UC3825的CLK端經(jīng)過觸發(fā)以后，通過高頻變壓器隔離變壓后整流輸出。圖415輔助電源電路圖(反饋部分) 均流電路設(shè)計(jì)