【正文】 這階段，如考慮電流方向性： 0 1 C1 /I C dV dt?? (317) 故： C1 C1( t2) 0 2 1( ) /V V I t t C? ? ? (318) 因此，這個(gè)階段的 C1V 是時(shí)間的線性函數(shù)，電壓從 C1(t2)V 逐步下降到零。如為半波開(kāi)關(guān)，則開(kāi)關(guān)自行關(guān)斷；如果是全波開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，將通過(guò) VD1 進(jìn)行阻尼振蕩 ，將電容能量饋送回電源，到時(shí)刻 bt 電流第二次為 0。此時(shí) VD2 C1 0VV??。下面，我們對(duì)這個(gè)過(guò)程做一些分析，以了解諧振開(kāi)關(guān)的工作原理。 開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 26 圖 315 電流諧振式開(kāi)關(guān)電路和電壓諧振式開(kāi)關(guān)電路 ZCS 電流諧振開(kāi)關(guān)中， Lr、 Cr 構(gòu)成的諧振電路通過(guò) Lr 的諧振電流通過(guò) S，我們可以控制開(kāi)關(guān)在電流過(guò)零時(shí)進(jìn)行切換。 普通傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)在 ，諧振式電源結(jié)合功率因數(shù)校正技術(shù)，功率因數(shù)可以達(dá)到 以上，甚至接近于 1。 ④ 由于并聯(lián)諧振時(shí)， L、 C 電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。 而此時(shí) Uc、 UL 是輸入電壓 U 的 Q 倍。 ② ZVS—— 零電壓開(kāi)關(guān)。當(dāng)一側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感電動(dòng)勢(shì)和 Ui 疊加在一起，對(duì)另一側(cè)放電。在 S 導(dǎo)通期間， C12 的反壓將使 VD 關(guān)斷，并通過(guò) L C2 濾波后，對(duì)負(fù)載放電。 C1 C2 L2 R Uo VD L1 S Ui S2 S1 L C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T 開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 22 圖 39 半橋式變換電路 ③ 全橋型變換器 圖 310 全橋式變換電路 當(dāng) S S3 和 S S4 兩 兩輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過(guò)電源 S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng) L、 C 濾波，送給負(fù)載。再當(dāng) S 閉合時(shí)， VD 關(guān)斷 ， C1 通過(guò) L C2 濾波對(duì)負(fù)載放電， L1 繼續(xù)充電。在 S 通時(shí)，電流通過(guò) L 平波，電源對(duì) L 充電。當(dāng) 1Vm??? 確定后，通過(guò)調(diào)制 VCO 的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓 V0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓 V0 下降時(shí)，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到 PWM 比較器，加寬了脈沖寬度。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。隨著電流通過(guò)發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動(dòng)成功，功耗降低。剛啟動(dòng)時(shí)，溫度低，電阻值高，相當(dāng)于開(kāi)路。關(guān)斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點(diǎn)幾伏開(kāi)始上升。自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)可在家用電器、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備以及開(kāi)關(guān)電源上用作過(guò)流保護(hù)。超快速恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間在 20～ 50ns 之間；整流電流 Id 為最大輸出電流 IOM 的 3 倍以上，即 Id3IOM；最高反向工作電壓 VRM 為最大反向峰值電壓 V(BR)S的 2 倍以上，即 VRM2V(BR)S。 (1) 超快速恢復(fù)二極管的性能特點(diǎn) ① 反向恢復(fù)時(shí)間 trr：通過(guò)二極管的電流由零點(diǎn)正向轉(zhuǎn)反向后，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時(shí)間。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途 穩(wěn)壓二極管具有以下幾個(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開(kāi)關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器 TVS 對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。它在電子電路中用作過(guò)壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來(lái)提供基準(zhǔn)電壓。它的反向恢復(fù)時(shí)間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。若 CTR＞ 200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開(kāi)關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。這是其重要特性。 電流傳輸比 CTR 是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開(kāi)關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。它的光 — 電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。其缺點(diǎn)是所占空間大，放置困難。其次還要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場(chǎng)作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（ Gs）表示。但是，我們不能十分有把握地掌握磁性材料的特性，以及這種特性與溫度、頻率、氣隙等的依賴性和不易測(cè)量性。 ③ 低導(dǎo)通電阻。盡管 MOSFET 的輸入阻抗很高，但仍會(huì)產(chǎn)生充電電流。 MOSFET 從驅(qū)動(dòng)模式上來(lái)分，屬于電壓控 制器件，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率甚微，在啟動(dòng)或穩(wěn)定工作條件下的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。增強(qiáng)型 MOSFET 具有應(yīng)用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí)，輸出電流等于零）。這就是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。 (4) 軟件問(wèn)題。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說(shuō)是十分完美。每一類有 6 種拓?fù)?，即降壓式?Buck）、升壓式（ Boost）、升壓 — 降壓式（ BuckBoost）、串聯(lián)式（ Cuk）、并聯(lián)式（ Sepic）以及賽達(dá)式（ Zata）。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩倒零時(shí)，電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（ Zero Voltage Switching）。顯然，開(kāi)關(guān)是接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式 是有損耗的。 (2) 體積小，重量輕。很明顯，接通占空比（ D）越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開(kāi)關(guān)接通時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說(shuō)開(kāi)關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。 220V 交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓 Vi，此電壓送到第二部分進(jìn)行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。 按照電子理論，所謂 AC/DC 就是交流轉(zhuǎn)換為直流； AC/AC 稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率； DC/AC 稱為逆變； DC/DC 為直流變交流后再變直流。 開(kāi)關(guān)電源的概念 電是工業(yè)的動(dòng)力，是 人類生活的源泉。 開(kāi)關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開(kāi)關(guān)變換器（ Offline Switching Cpnwerter），常用的 AC/DC 變換器就是離線式變換器。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。 。綠色電源是開(kāi)關(guān)電源中用 途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達(dá)到85%，質(zhì)量好的可以達(dá)到 95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有 70%或者更低。 (5) 根據(jù)人們的要求，可設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“開(kāi)”和零電流“關(guān)”，我們常采用諧振的方法。調(diào)頻開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開(kāi)關(guān)所受到的應(yīng)力大，目前還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。凡是以脈沖寬度來(lái)調(diào)制的電子開(kāi)關(guān)變換器都叫 PWM變換器。 (3) 能源變換問(wèn)題。往往在試驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)上會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問(wèn)題。 (1) MOSFET 的主要特點(diǎn) MOSFET 是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場(chǎng)控制器件。 開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 7 TRD W1D W2V TGDS 圖 21 加速 TR關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路 在圖 21 中， NS為脈沖變壓器次級(jí)驅(qū)動(dòng)繞組， R 是 MOSFET 的柵極限流電阻。它的耐壓能力為 600～ 1800V，電流容量為 100～ 400A，開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 8 關(guān)斷時(shí)間低至 ，在開(kāi)關(guān)電源中作功率開(kāi)關(guān)用，具有 MOSFET 與 之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 上述這些特征克服了 MOSFET 的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時(shí)導(dǎo)通電阻大、器件發(fā)熱嚴(yán)重、輸出功率下降、電源效率低下 的弊病。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏 蔽是否合適，散熱處理是否得當(dāng)?shù)鹊取? (3) 初始導(dǎo)磁率 μi。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號(hào)。它的優(yōu) 點(diǎn)是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少 EMI；它的缺點(diǎn)是散熱效果極差，溫升很高，只能用開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 10 在小功率開(kāi)關(guān)電源上。一般來(lái)說(shuō)，磁芯面積越大，輸出功率也越大。在開(kāi)關(guān)電源電路中利用光電耦合器構(gòu)成反饋電路，通過(guò)光電耦合器來(lái)調(diào)整、控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過(guò)光電耦合器進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)換。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對(duì)噪音的敏感度低，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會(huì)因?yàn)殡娐分械母哳l電流的電磁干擾對(duì)控制電路產(chǎn)生干擾。 普通光耦合器的 FCTR I? 特性曲線呈非線性，在 FI 較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。 再次 ，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須考慮合理選擇 CTR 值。以下介紹幾種二極管的 特點(diǎn)及檢測(cè)方法。 (4) 反向恢復(fù)時(shí)間 trr：小于 10ns。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。 (2) 檢測(cè)方法及選用原則 ① 檢測(cè)方法：利用萬(wàn)用表的 電阻檔或數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檢測(cè)檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦?，并測(cè)出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測(cè)出反向擊穿電壓。當(dāng)電路電流超過(guò)最大設(shè)計(jì)值或發(fā)生短路故障時(shí)，電流增加，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量時(shí)聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 15 狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對(duì)電路起到保護(hù)作用。 ② 過(guò)流后自動(dòng)恢復(fù)能力的檢查 在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)的電流容量 IH。 (3) ? ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化 1℃所消耗功率的相對(duì)變化量（ mW/℃ ）。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變，而工作周期變長(zhǎng)，使占空比減小，輸出電壓降低。開(kāi)關(guān)管的基極或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動(dòng)。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓 V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔?，不?huì)超過(guò)輸入電源電壓。 ④ 丘克變換器 Cuk 電路：升 /降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。 ② 半橋型變換器 圖 39 給出了半橋型變換器的電路圖。 ⑤ 隔離型 Cuk 變換器 隔離型 Cuk 變換器電路如下所示 ： T N3 C L R N2 Uo S N1 VD1 VD2 VD3 Ui C Ui S3 S2 L R N1 N2 N2 Uo T S4 S1 C 2Ui S2 S1 L R N1 N2 N2 Uo T C1 C2 開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 23 圖 312 隔離型 Cuk 變換器 當(dāng) S 導(dǎo)通時(shí)， Ui 對(duì) L1 充電。其作用是在S S2 斷開(kāi)期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到 N3 繞組，通過(guò) VD3 回饋到輸入端。所以諧振開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)前開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。 ② 此時(shí)的阻抗最小，電路電流有效值達(dá)到最大。 明顯地，串并諧振的特點(diǎn)是： ① 導(dǎo)納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓 U 和電流 I 同相。同 時(shí)，也使得電源諧波成分大為降低。開(kāi)關(guān)管在零電壓時(shí)關(guān)斷。以上開(kāi)關(guān)電源是半波的，當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成全波 的。 假定這是一個(gè)理想器件組成的電源。 LC1 開(kāi)始串聯(lián)諧振， 1i 因諧振繼續(xù)上升。如為全波開(kāi)關(guān)， C1 經(jīng)半個(gè)周期的阻尼振蕩到電流為 0（ bt ）時(shí)，將放電到一個(gè) 較小值。此時(shí)，我們根據(jù)電路的要求，選擇在適當(dāng)時(shí)間再次開(kāi)通 S，重新開(kāi)始線性階段。 1i 第一次過(guò)零（ at ）時(shí)， S 斷開(kāi)。 ② 諧振階段（ 12tt? ）： 在電流 i1 上升期間，當(dāng) 10iI? 時(shí)，由于 1i 無(wú)法供應(yīng)恒流 0I ，續(xù)流過(guò)程將維持。用零電流開(kāi)關(guān)替代 PWM 電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。這個(gè)諧振電路的電壓是正弦波，而 Is 接近矩形波。開(kāi)關(guān)管在零電流時(shí)關(guān)斷。 諧振式電源的基本原理 諧振式電源是新型開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向。 開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文 25 ⑤ 諧振發(fā)生時(shí)， C、 L 中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復(fù)進(jìn)行充放電過(guò)程，形 成正弦波振蕩。 (1) 串聯(lián)電路的諧振 一個(gè) R、 L、 C 串聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)阻抗： (