【正文】 電統(tǒng)。趨膚效應(yīng)導(dǎo)線流過(guò)高頻電流時(shí)，只在導(dǎo)線表皮流過(guò)，稱為趨膚效應(yīng)(Skineffect)。如果功率管有獨(dú)立的、快速反應(yīng)的限流裝置，那么觸發(fā)脈沖能在過(guò)電流造成危害之前消失，電源裝置就可避免損壞。輸出功率為:PO=220*S=1100W效率按90%計(jì)算，則輸入功率:Pi=1100/=1200w又知工作頻率為looKHZ，所以由鐵芯選擇圖可以選擇EE55/55/21磁心選擇最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度變壓器設(shè)計(jì)為求有最佳效率，均從銅耗等于鐵耗出發(fā)的。二、變壓器的設(shè)計(jì)步驟橋式變壓器的設(shè)計(jì)相對(duì)比較容易，兩個(gè)半周期都用同一個(gè)原邊繞組，磁芯和繞組使用率都比較高。理想的變壓隔離器有如下的特征:(1)從輸入到輸出能夠通過(guò)所有的信號(hào)的頻率，即從理想的直流到不理想的直流都能變換。圖316中，氣、表示驅(qū)動(dòng)波形，其占空比小于50%，VO1表示未加快恢復(fù)電路的輸出波形，VO2表示加了快恢復(fù)電路的輸出波形，tdl表示VO1對(duì)應(yīng)的截止延遲時(shí)間，td2表示VO2對(duì)應(yīng)的截止延遲時(shí)間，由圖可以看出，td1明顯地大于td2，實(shí)驗(yàn)證明，MOSFET管的截止時(shí)間較長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)電路需要加合適的快恢復(fù)電路，以防止兩路同時(shí)導(dǎo)通造成電路短路的情況的發(fā)生。圖中的隔離變壓器要求頻率響應(yīng)要好，能量的傳輸效率要高，磁芯一般采用鐵氧體，使得變壓器不容易出現(xiàn)磁飽和。或者在靠近柵極處串聯(lián)一個(gè)小電阻以便抑制寄生振蕩。漏極電流為負(fù)的溫度系數(shù)有良好的熱穩(wěn)定性。以上，因而它的輸入阻抗極高，是一種理想的電壓控制器件。一般低壓器件開(kāi)關(guān)時(shí)間為10ns數(shù)量級(jí)，高壓器件為100ns數(shù)量級(jí)。曲線的斜率表示管子的放大能力。定義為： 輸入電容：Ciss=CGS+CGD 輸出電容：Coss=CDS+CGD 反饋電容：Crss=CGD圖313MOSFET的極間電容示意圖:輸出特性以柵源電壓VGS為參變量，漏極電流ID與漏源電壓VDS的關(guān)系稱為輸出特性。關(guān)斷時(shí)間toff定義為:從輸入信號(hào)波形下降至幅值的90%到輸出信號(hào)上升至幅值的10%所需時(shí)間:開(kāi)關(guān)時(shí)間幾乎與溫度變化無(wú)關(guān)，但與柵極驅(qū)動(dòng)電源以及漏極所接的負(fù)載性質(zhì)、大小有關(guān)。導(dǎo)通時(shí)間ton。最高工作頻率fm，在漏源電壓VDS的作用下，電子從源區(qū)通過(guò)溝道到漏區(qū)是需要一定時(shí)間的。導(dǎo)通電阻RON，導(dǎo)通電阻是指在確定的柵源電壓VGS下，功率MOSFET處于恒流區(qū)的直流電阻，它與輸出特性密切相關(guān)，在開(kāi)關(guān)電源中， RON決定了輸出電壓和自身的損耗。最大漏極電流IDmax，在特性曲線飽和區(qū)中，漏極電流達(dá)到的飽和值。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，4只MOSFET功率管選用功率管SSH11N90，可替換元件為IRFPE50、IRFPE52SK682SK1032。當(dāng)Sl信號(hào)來(lái)時(shí)，Pl和P4導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)Pl進(jìn)入變壓器原邊，再經(jīng)P4形成回路。二、變換器工作原理在圖3l1中，PI、P4和PP3分別構(gòu)成全橋的兩臂，我們?cè)O(shè)定PI、P4由驅(qū)動(dòng)信號(hào)S1驅(qū)動(dòng)，其中，Pl是驅(qū)動(dòng)信號(hào)Sl通過(guò)變壓器隔離后驅(qū)動(dòng)的。但是，這種缺點(diǎn)我們將采取一定的措施進(jìn)行避免。在導(dǎo)通回路上，至少有兩個(gè)管壓降，因此功率損耗也比雙晶體管推挽式變換器大一倍。功率開(kāi)關(guān)在非常安全的情況下運(yùn)作。從總體上說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源的控制電路還包括過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)、均流控制等。脈寬調(diào)制器:輸入為誤差放大器輸出。圖231是脈寬調(diào)制器的基本原理圖。它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法來(lái)達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求，我們選用PWM，即脈寬調(diào)制型變換器。DCDC可分為PWM式、諧振式和它們的結(jié)合式。兩對(duì)開(kāi)關(guān)管是輪流導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)繞組電壓近似等于Vi。如圖223所示: 推挽式開(kāi)關(guān)電源主回路 半橋式開(kāi)關(guān)電源主回路 全橋開(kāi)關(guān)電源主回路 圖223（）三種多端式變換器這里以全橋變換器說(shuō)明它的功率變換原理:全橋式開(kāi)關(guān)電源變換器的原理圖如圖223(3)所示，VTVT4與VTVT3由基極激勵(lì)驅(qū)動(dòng)而輪流通斷，從而將直流電壓Vi變換成高頻矩形波交流電壓，然后通過(guò)Dl、D2整流，L、C2濾波后給負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。當(dāng)功率晶體管T導(dǎo)通時(shí)，整流二極管Dl也同時(shí)導(dǎo)通。充電。與之對(duì)應(yīng)的高頻變壓器副邊電壓為上負(fù)下正，此時(shí)整流二極管D承受的是反向偏置電壓，故不導(dǎo)通。轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱開(kāi)關(guān)電源(SwitchingPowerSuPply)。輔助電源可以是獨(dú)立的，也可以由開(kāi)關(guān)電源本身產(chǎn)生。一般控制電路還包括啟動(dòng)及禁止電路。 (4)、輸出整流濾波:將變換器輸出的高頻交流電壓濾波得到需要的直流電壓。一個(gè)典型的三相輸入電網(wǎng)濾波器如圖213所示: 圖213三相電網(wǎng)濾波器示意圖(2)、輸入整流濾波器:將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流濾波，為變換器提供波紋較小的直流電壓。其基本原理是:交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一直流電壓，通過(guò)高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。3%輸出標(biāo)稱電壓:220VDC輸出額定電流:5A輸出過(guò)壓保護(hù):325V177。5V輸出電壓:浮沖:198~290V均沖:230~320V穩(wěn)壓精度:≤177。本系統(tǒng)要到的技術(shù)指標(biāo)如下:輸入電壓：380V177。除元器件及生產(chǎn)工藝等因素外，開(kāi)關(guān)電源的可靠性主要取決于其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法。在目前的電力系統(tǒng)中，大部分用的都是相控電源，但是，相控電源用的是工頻變壓器，體積大，而且輸出電壓的紋波系數(shù)大，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，采用主從備份方式，用戶使用不方便，對(duì)電力系統(tǒng)新的要求也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，另外，由于充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大，會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電，影響蓄電池的使用壽命。相控電源即相位控制型穩(wěn)壓電源，它的主要原理就是將市電直接經(jīng)過(guò)整流濾波提供直流，由改變晶閘管的導(dǎo)通相位角來(lái)控制整流器的輸出電壓，所以如果采用適當(dāng)?shù)目刂齐娐肥咕чl管的導(dǎo)通相位根據(jù)輸入電壓或負(fù)載電流變化自動(dòng)調(diào)整，整流器的輸出電壓就能穩(wěn)定不變。動(dòng)力負(fù)荷和直流事故照明專用的電壓采用220V。另外，因?yàn)樗鼪](méi)有采用有源功率因數(shù)校正，功率因數(shù)較低，如果采用有效的功率因數(shù)校正。另一方面，會(huì)造成電路故障，使用電設(shè)備損壞。體積設(shè)備、重量越來(lái)越顯著下降。在21世紀(jì)，分布式電源系統(tǒng)的組成將強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)集成’，、“電力電子封裝技術(shù)”等。現(xiàn)在，又進(jìn)一步發(fā)展成單級(jí)有功率因數(shù)校正的開(kāi)關(guān)電源，(成本只增加5%)。(簡(jiǎn)稱五挑戰(zhàn))把挑戰(zhàn)看成開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的動(dòng)力和機(jī)遇，一向是電源科技工作者的態(tài)度。究其原因，是新的電子元器件、新電磁材料、新變換技術(shù)、新控制理論及新的軟件(簡(jiǎn)稱五新)不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源的緣故。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟一閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用RC或LC緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。當(dāng)前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHZ電源，雖己實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。國(guó)外先進(jìn)變壓器上都采用了國(guó)際上先進(jìn)的鐵芯材料、導(dǎo)線材料。在產(chǎn)品量產(chǎn)化后，最終可以使其成本低于常規(guī)電源。這些特點(diǎn)都決定了高頻開(kāi)關(guān)電源是供電的理想方式，在除塵、凈化煙氣等方面都有應(yīng)用前景，是一項(xiàng)具有廣闊發(fā)展前途的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于開(kāi)關(guān)集成電源的“電流脈沖”頻率是常規(guī)電源的幾百倍，電壓波動(dòng)對(duì)它來(lái)說(shuō)很小，即電壓的算術(shù)平均值與電壓的峰值、谷值相差無(wú)幾。在一臺(tái)新的電除塵器中安裝開(kāi)關(guān)集成電源，不需要對(duì)除塵設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)，而且其安裝成本低于常規(guī)的變壓整流器。這些缺點(diǎn)使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的發(fā)展要求。(2)變壓器和濾波器體積大，重量重，耗費(fèi)大量的銅和鐵。(6)電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范電源設(shè)備要進(jìn)入市場(chǎng)，今天的市場(chǎng)意識(shí)超越區(qū)域融貫全球的一體化市場(chǎng)，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準(zhǔn)則，電源設(shè)備生產(chǎn)廠家必須接受安全、EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等種種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證?？刂剖侄斡梦⑻幚砥骱蛦纹瑱C(jī)組成的軟件控制方式，達(dá)到了較高的智能化程度，并且進(jìn)一步提高了電源設(shè)備的可靠性。指導(dǎo)了現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展。為高頻變換提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，促進(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展[v]。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體(Mn一Zn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度(BS)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[6]。雖然國(guó)內(nèi)已有少數(shù)廠家生產(chǎn)高頻高壓開(kāi)關(guān)電源，但價(jià)格昂貴，因此設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉的高頻高壓開(kāi)關(guān)電壓是大勢(shì)所趨，具有良好的市場(chǎng)。第二個(gè)階段自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，高頻化和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源[3]。國(guó)際上，從20世紀(jì)20年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的常規(guī)電除塵器，其輸出的高壓電源是采用工頻22ov(或38ov)通過(guò)鐵芯變壓器把電壓升高至幾萬(wàn)伏，在經(jīng)過(guò)整流器變成脈動(dòng)直流。電源裝置的容量、供電方式和供電特性將直接影響到靜電除塵器的除塵效率。常見(jiàn)的除塵設(shè)備有沉降除塵、慣性除塵、旋風(fēng)除塵、水膜除塵、布袋除塵及電除塵。The buek full_brige converter is made of four MOSFET， and the theory of PWM is used。.. . . ..畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目： 高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) （英文）：High Frequency Switching Power Supply 院 別： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 摘要本文分析了國(guó)內(nèi)外高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和現(xiàn)狀，研究了高頻開(kāi)關(guān)電源的基本原理以及高頻開(kāi)關(guān)電源在電力直流操作電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種實(shí)用于電力系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)電源，以替代傳統(tǒng)的相控電源?！娟P(guān)鍵詞】:高頻開(kāi)關(guān)電源，Buck變換器，PWM，MOSFETAbstraCtThe PaPer analyze the Present situation and development of h1gh_frequeney Switehing power supply(HF SPS) domestieally and overseas，study and researeh the basal prineiple of HF SPS and its applieation in electric power system，then design HF SPS applied in e1eetric power system in order to replace the old supply controlled by phase angle。[Keywords]:HF Switch power Supply，BuckConvertor，PWM，MOSFET第一章緒論1 概述 .1開(kāi)關(guān)電源概述隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)粉塵治理成為急于解決的問(wèn)題。為了形成電場(chǎng)和電暈電流，必須設(shè)置配套的高壓電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新一代功率電子器件，如MOSFET、IGBT等應(yīng)用，高頻逆變技術(shù)越來(lái)越成熟，各種不同類型和特點(diǎn)的電路，廣泛地應(yīng)用于直流直流變換，直流交流逆變等場(chǎng)合，并使用戶系統(tǒng)總體的體積減小，重量減輕，系統(tǒng)的效率也將得到一定程度的提高。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅諫發(fā)展。隨著許多電器尺寸不斷減小，供電電源所占尺寸變得大得多，人們?cè)诮档烷_(kāi)關(guān)電源的體積、重量等方面做了不少工作。第一個(gè)階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GTO)發(fā)展為MOS型器件(功率MOSFET、IGBT、IGCT等)，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡(jiǎn)單。目前市場(chǎng)上的高壓開(kāi)關(guān)電源大多采用晶閘管驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度低、損耗大、噪聲也大，并且使高壓開(kāi)關(guān)電源的頻率受到限制，從而縮小了它