【正文】 路設(shè)計 MOSFET 管的基本工作原理 因為本次設(shè)計主功率管采用 MOSFET，下面對 MOSFET 進(jìn)行簡要介紹。 MOSFET 管的符號圖如下： N溝道型 MOSFET 管（相當(dāng)于 N 型雙極晶體管）通常由正電源供電。它還可以進(jìn)一步分為兩種截然不同的類型，即增強(qiáng)型和耗盡型。它需要一個負(fù)的柵源極間電壓來關(guān)斷漏源間電流。 13 功率 MOSFET 柵極驅(qū)動電路有兩種形式，一種是直接驅(qū)動式，其中直接驅(qū)動式又分為用 TTL 驅(qū)動 MOSFET、加有負(fù)偏壓互補(bǔ)驅(qū)動 MOSFET 電路和用線性互補(bǔ)電路驅(qū)動三種。 IR2110 內(nèi)部框圖如下 IR2110 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點 IR2110 內(nèi)部框圖由三個部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護(hù)。 （ 4）邏輯電源的輸入范圍（腳 9） 5— 15V，可方便 的與 TTL， CMOS 電平相匹配，而且邏輯電源地和功率電源地之間允許有 V的便移量。 IR2110 封裝圖如下 14 半橋驅(qū)動電路分析圖如下 圖 a 15 圖 b IR2110 用于驅(qū)動半橋的電路如上圖所示。當(dāng) HIN 為高電平時 VM1 開通， VM2 關(guān)斷， VC1 加到 S1 的門極和發(fā)射極之間， C1 通過 VM1， Rg1 和 S1門極柵極電容 Cgc1 放電， Cgc1 被充電。如此循環(huán)反復(fù)。為了減少電荷損失，應(yīng)選擇反向漏電流小的快恢復(fù)二極管。此外還必須要有脈沖寬度調(diào)制電路，也就是說，檢測比較放大電路將誤差電壓信號放大后，必須將該電壓信號變換成脈沖寬度信號，完 17 成這種功能的電路稱為“電壓 — 脈寬轉(zhuǎn)換”電路（用 V/W 電路 表示）。 本次 PWM控制器設(shè)計采用的 IC 是 SG3525 芯片。由于它的高效、高精度、高經(jīng)濟(jì)性和高可靠性，因此備受人們的重視。 SPICE 和 PSPICE仿真程序介紹 SPICE 是一種通用集成電路計算機(jī)分析程序，可以對電路進(jìn)行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)時域分析和交流小信號時域和頻域分析等。 SPICE 在小型機(jī)、工作站上運行，而 PSPICE 則是可以在微型計算機(jī)上運行的 SPICE 程序，它兼容 SPICE 的功能。 本次設(shè)計仿真使用 PSPICE 軟件。雖然說花了三個多星期完成了這次課程設(shè)計，可是還是有很多沒有搞清楚的地方，比如取樣反饋電路部分等等 。電力電子是本學(xué)期的課程，學(xué)習(xí)的時間正是新知識，可是在做設(shè)計時總是對很多基礎(chǔ)的知識點不確定，好需要翻閱書籍資料才能肯定，這為我今后的學(xué)習(xí)生活敲響了警鐘，在今后的學(xué)習(xí)中一定要踏踏實實，不能浮躁。這對今后的學(xué)習(xí)工作都是大有裨益的。剛拿到題目時完全不知該從何下手，自己到圖書館一口氣借了 9本關(guān)于開關(guān)電源方面的書籍，同時在網(wǎng)上查資料，可以說光是熟悉這個課題進(jìn)行入門就花了一個多星期的時間，本次設(shè)計前后歷時三個多星期，可見開關(guān)電源的設(shè)計入門還是很難的。 PSPICE 求解方程的方法是以梯形法和 GEAR 積分法相結(jié)合，以適應(yīng)病態(tài)系統(tǒng)的特點，并采用截斷誤差控制時間步長，即可較快得到穩(wěn)定解，又可保證解的精度。 PSPICE 則是 SPICE 程序的派生軟件。由此而提出了各種仿真技術(shù)、程序和軟件包。 SG3525 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 SG3525 參數(shù)計算 SG3525 的震蕩頻率為 ? ?RRCf dOS 1 0 ?? 式中CO和R分別是與腳 腳 6 相連的震蕩器的電容和電阻，Rd是與腳7相連的放電端電阻值。比如，由于某種原因（負(fù)載電流減小或電網(wǎng)電壓上升）使高頻變壓器副邊輸出電壓的平均值增大，電源輸出電壓也將隨之升高，反饋檢測電路將這一電壓變化量由電壓 脈沖轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成脈沖寬度的變化，使脈沖寬度變窄，亦即使脈沖的占空比減小，高頻變壓器輸出電壓的平均值下降，從而使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定；反之，若電源輸出電壓由于某種原因下降時，控制回路的輸出脈寬將增大，高頻變壓器輸出電壓的平均值提高，使電源輸出電壓又回升到原來的數(shù)值。 PWM 控制電路設(shè)計 本次設(shè)計的控制電路采用 PWM 控制方式。假定在器件開通后，自舉電容兩端電壓比器件充分導(dǎo)通所需要的電壓（ 10V，高壓側(cè)鎖定電壓為 ）要高；再假定在自舉電容充電路徑上有 的壓降（包括 VD1的正向壓降）；最后假定有 1/2 的柵電壓（柵極門檻電壓 VTH 通常 3～ 5V）因泄漏電流引起電壓降。當(dāng) HIN為低電平時， VM2 開通， VM1 斷開， S1 柵電荷經(jīng) Rg VM2 迅速釋放， S1 關(guān)斷。圖中 C VD1 分別為自舉電容和快恢復(fù)二極管， C2 為 VCC 的濾波電容。 （ 6）開通、關(guān)斷延遲小，分別為 120ns 和 94ns。 （ 2）懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達(dá) 500V。 本次設(shè)計選取隔離驅(qū)動電路。 功率 MOSFET 作為單極型器件，沒有少數(shù)載流子的存儲效應(yīng)，輸入阻抗高，因而開關(guān)速度高，驅(qū)動電路比較簡單。它需要一個正的柵源極間電壓來建立漏源極間電流。漏極電流由正的柵極電壓控制，從正供電母線流入通過負(fù)載阻抗到漏極，然后從源極返回到負(fù)供電母線。當(dāng)柵極有驅(qū)動電壓時 MOSFET 管完全導(dǎo)通，驅(qū)動電壓需要滿足盡可能減小導(dǎo)通壓降的要求。因此 O可選為 11 ? ?? ?VVRCrrOOdIdI 101010 666 80/8080 ??? ?????? 式中，CO的單位為法拉， dI 的單位為安培，Vr的單位為伏特。而)(1 TTV onO ? 則有 VVT Toon12? 選取Ns，使Vdc及相應(yīng) 1最小時Ton為，于是 VV TT oon122 ??或? 及 10 ? ?? ? ILVVdcoooTdI 22/ ??? 和 IVL dc oo ? 如果最小電流Idc規(guī)定為額定電流Ion的 1/10（通常情況），則 IVLonoo ? 以上 Lo、Vo和 T 的單位分別為亨利、伏特和秒，Idc為最小輸出電流，Ion為額定輸出電流，單位均為安培。? VN SS匝，上浮，取 16 匝。 本次設(shè)計要求輸出功率為 120W，輸出電壓為 24V，輸出電流 5A，開關(guān)頻率100kHz，效率設(shè)為 80%，允許溫升限為 40℃ ，計算本次設(shè)計的半橋變換器參數(shù)： ① 輸入功率WVIPP ooos ???? ?? ② 查閱磁心傳送功率與尺寸（體積）各種形式關(guān)系圖，得知， 150W 應(yīng)選RM14 或 EC41（ FX3730）磁心 ③ 從 FX3730 變壓器在自然通風(fēng)時總損耗與溫升關(guān)系曲線圖可知，允許溫升40℃ ，確定總損耗為 ，因最佳效率，確定鐵損 ? ④ 從 《 FX3730 變壓器在 100℃ 以下，考慮磁滯和渦流損耗與總磁通的函數(shù)關(guān)系圖》可知， 損耗對應(yīng)的磁通在開關(guān) 100kHz 時為 8Wb? ⑤ 因 FX3730 的Ae中心磁極面積為mm2106，得 mTWbmmABeopt 8 2 ??? ?? ⑥ 磁感應(yīng)強(qiáng)度增量BoptB 2?? TmTB ????? ⑦ 原邊最少匝數(shù)Nmpp依式計算。因此，副邊線圈上浮取整較好。除非用特別方法繞制，否則會導(dǎo)致變壓器一邊飽和。 以最小電壓值VS(min)下能提供額定輸出功率為前提，在脈寬最大時計算出最少的原邊線圈匝數(shù)。一般選定ff SR ?，式中 S—— 半橋變換器的開關(guān)頻率（ kHz)。在2T sont ??時，開關(guān)管V2關(guān)斷，工作原理與開關(guān)管V1關(guān)斷時相似。在???????? 2sTTon～期間，電流iLf在電壓Uo的作用下下降，所以ii WW 2122?也相應(yīng)下降。在Tont?時刻開關(guān)管V1關(guān)斷，由于電流iLf繼續(xù)按照原來的方向流動，故次級繞組 21和初級繞組 1中的電流也仍然按照原來的方向流動，電流 ii DRS 11?從W21的“ *”端流出，電流iP則從“ *”端流入，于是二極管D2續(xù)流，因此，電壓uAB的極性反轉(zhuǎn)，使二極管DR2導(dǎo)通。 半橋式 PWM DC/DC 變換器，是由半橋式逆變器、高頻變壓器、輸出整流器和直流濾波器組成，因此屬于直流 交流 直流轉(zhuǎn)換器。 PWM DC/DC 變換器，它是由功率半導(dǎo)體器件（開關(guān)管和二極管）和儲能元件（電感或電容）組成的，通過對其中開關(guān)管的 PWM 通斷控制，講一種數(shù)值的直流電壓，轉(zhuǎn)換成所需要的另一種數(shù)值的直流電壓，并控制輸入直流電源與負(fù)載之間的功率流動，把具有這種功能的轉(zhuǎn)換器叫做 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器。 2 = 二極管最大反向電壓 Urm = U2 = 在考慮安全裕量的情況下，二極管額定電壓 ???