【正文】 (3)裝置的散熱風(fēng)路有待重新設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)散熱效果加強(qiáng)，延長(zhǎng)裝置使用壽命。本文提出了大功率直流開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)主電路、控制電路以及監(jiān)控系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。然后，改為恒電壓完成剩余的充電。充電時(shí)，充電電壓為一固定值，充電電流隨著蓄電池電壓的升高而減小，充電電壓適當(dāng)，可避免過(guò)度充電。 蓄電池充電理論基礎(chǔ)上世紀(jì)60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電電流曲線，如圖51所示。設(shè)正常情況下，各模塊分配的電流是均衡的，如果某個(gè)模塊電流突然增大，成為n個(gè)模塊中最大的一個(gè)，于是，上升，該模塊自動(dòng)成為主模塊，其它模塊為從模塊，這時(shí)=，而各從模塊的與=比較，通過(guò)調(diào)整放大器調(diào)整基準(zhǔn)電壓，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)均流。通過(guò)電阻R上的電壓差，由均流控制器產(chǎn)生均流控制電壓,與基準(zhǔn)電壓綜合后再與反饋電壓進(jìn)行比較放大后，產(chǎn)生電壓誤差，控制PWM及驅(qū)動(dòng)器。其缺點(diǎn)是:電壓調(diào)整率下降，為達(dá)到均流，每個(gè)模塊個(gè)別調(diào)整；對(duì)于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn)均流。由于大功率負(fù)載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)技術(shù)的重要性日益增加。圖414輔助電源電路圖(控制部分)第一部分電源是從三相電源中取線電壓經(jīng)過(guò)工頻變壓器變壓后全波整流，然后由摩托羅拉公司的專用DCtoDC變換器控制電路芯片MC33063A提供+12V的直流工作電源供給控制電路。電流檢測(cè)電路如圖412所示。限流式保護(hù)的原理框圖如圖411所示。圖49輸入電壓軟啟動(dòng)原理圖圖49中，為一觸發(fā)器，為一光耦合器，表示觸發(fā)器的控制端，它將控制觸發(fā)器的開(kāi)關(guān)是打向Jl還是打向J2，在啟動(dòng)時(shí)，為一低電平，控制觸發(fā)器的開(kāi)關(guān)在原始位J1，啟動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)限壓穩(wěn)流，光耦合器由于兩端的壓降而工作，使為低電平；同時(shí)，電容C2充電，使變?yōu)楦唠娖?，通過(guò)D觸發(fā)器控制變?yōu)楦唠娖剑刂朴|發(fā)器的開(kāi)關(guān)打向J2，電路將繞過(guò)軟啟動(dòng)電阻直接輸出到后級(jí)電路。由運(yùn)放的性質(zhì)知: =，中幾乎無(wú)電流，所以:==可得如下的式子: ==由上兩式得:==整理化簡(jiǎn)可得:=()() 假設(shè)滿足: =則上式可表示為:=（）其中:（）比例部分；積分部分由前面的論述可知，由此我們可以在實(shí)驗(yàn)調(diào)試中調(diào)節(jié)各參數(shù)以使當(dāng)為適當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，我們選擇的參數(shù)為: ==，==1O k，=12V。同理，我們得到:=/表示正向增益，則我們定義此電路的傳輸增益為，應(yīng)滿足如下的關(guān)系:=/可見(jiàn)，輸入與輸出滿足如下的關(guān)系:=(/)在實(shí)際應(yīng)用中，LED應(yīng)工作在11OmA左右，在此范圍內(nèi)，～，它的線性誤差為177。其中隔離部分的具體電路如圖48所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們測(cè)得端口2的數(shù)值范圍為:～，根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，最大占空比我們?cè)O(shè)計(jì)為=40%，因?yàn)楣β蔒OSFET的截止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況。UC3825推拉式輸出電路的每個(gè)輸出端都可輸出峰值為2A的電流。當(dāng)9uA的內(nèi)部電流源給軟啟動(dòng)腳外接電容充電時(shí)，誤差放大器輸出電壓逐漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。上升沿封鎖之后，如果限流(I LIM)腳的電壓超過(guò)1V，輸出脈沖就終止。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測(cè)出斜坡電壓與控制電壓(誤差放大器輸出電壓)的交點(diǎn)，并且在該交點(diǎn)處，終止輸出脈沖。計(jì)算公式為: ==的最佳阻值應(yīng)為1～10k之間，應(yīng)大于70%。 主要特點(diǎn):適用于電壓型或電流型開(kāi)關(guān)電源電路；實(shí)際開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)1MHz；輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50ns；具有兩路大電流推拉式輸出(峰值電流為2A)；內(nèi)有寬頻帶誤差信號(hào)放大器；具有較高的頻率精度并可對(duì)死區(qū)進(jìn)行控制，同時(shí)振蕩器放電電流也可調(diào)；帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯；具有軟啟動(dòng)控制；內(nèi)有逐脈沖限流比較器；具有全周期再啟動(dòng)的封鎖式過(guò)流比較器；啟動(dòng)電流很小(典型值為10OmA):欠壓鎖定16V∕1OV(B型)在欠壓鎖定期間，輸出低電平；可調(diào)整的帶隙基準(zhǔn)電壓；可調(diào)的上升沿封鎖閥值，可調(diào)低上升沿噪音。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。輸入整流濾波電路的最大輸出電流平均值:===此時(shí)，= 輸入整流濾波電路的最小輸出電流值:===此時(shí)，=所以，根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果分析，我們選取三菱電機(jī)公司第三代IGBT單管CM60HSA24作為高壓開(kāi)關(guān)管，其耐壓為1200V，電流容許值為60A。(4) 計(jì)算實(shí)際占空比在輸入電壓最低，輸出電壓最高時(shí)有最大占空比= 380(120%)=410V=/= 79410/65= 498V=在輸入電壓最高，輸出電壓最低的時(shí)候有最小占空比=/= 79640/65= 777V設(shè)此時(shí)+= 1V=相應(yīng)的導(dǎo)通脈寬:T/2=T/2=(5) 選擇繞組導(dǎo)線線徑取負(fù)載電流為額定負(fù)載電流的105%，則流過(guò)輸出電感的電流平均值為5120% =，流過(guò)副邊繞組的電流幅值即為流過(guò)電感的電流幅值，即為=其平均值 = 其有效值 = 考慮到存在集膚效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，因此。 逆變電路的設(shè)計(jì) 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇根據(jù)第二章的分析可知，該電源屬于大功率電源，采用全橋式功率轉(zhuǎn)換電路. 確定電路工作頻率f考慮到開(kāi)關(guān)管的參數(shù)、控制電路及主電路的特性等因素，選取開(kāi)關(guān)橋的工作頻率為30KHz。 整流橋工作頻率為50Hz，輸入為三相交流電壓380V，采用三相整流橋。濾波電路采用LC 濾波，電感的作用是拓開(kāi)電流導(dǎo)通時(shí)間，限制電流峰值，可以提高電源的輸入功率因數(shù)。本章將根據(jù)大功率直流開(kāi)關(guān)電源的要求對(duì)主電路各部分進(jìn)行性能分析并計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)，根據(jù)計(jì)算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果選擇各元器件，設(shè)計(jì)出各個(gè)獨(dú)立模塊，最后組裝成開(kāi)關(guān)電源的主電路。因此，本文試驗(yàn)用電源電路采用三相橋式整流，電感和電容組成輸入整流濾波回路。輔助電源電路的功能是為控制電路供電。驅(qū)動(dòng)電路是將控制電路輸出PWM脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)電隔離后進(jìn)行功率放大和電壓調(diào)整再去驅(qū)動(dòng)大功率開(kāi)關(guān)管，由于所提供的脈沖幅度以及波形關(guān)系到開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)程，直接影響到損耗，所以，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)管的最佳開(kāi)通與關(guān)斷。DCDC變換器需要控制電路提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖，才能有效的工作。只要將圖中22中的硬開(kāi)關(guān)換成諧振式軟開(kāi)關(guān)，即為諧振式全橋變換器。利用諧振電感和諧振電容的諧振作用，使開(kāi)關(guān)器件在正弦波的零電壓或零電流處開(kāi)通或關(guān)斷。它可以限制開(kāi)通時(shí)的du/dt和關(guān)斷時(shí)的di/dt，使功率器件安全正常運(yùn)行。為了使開(kāi)關(guān)電源設(shè)備正常的工作，使電源的各個(gè)組成部分都能發(fā)揮其最大的效能，就必須讓電源的各個(gè)組成部分相互協(xié)調(diào)、相互協(xié)作、在電源的研制與設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)這方面的問(wèn)題給予足夠的重視。在電源的研制和開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須對(duì)每一部分都進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究，才能使所研制的開(kāi)關(guān)電源滿足設(shè)計(jì)要求。第2章 系統(tǒng)的整體分析和選擇本章從整體上對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各種功能模塊進(jìn)行了介紹，主要闡述了各模塊的結(jié)構(gòu)、功能以及相互之間的關(guān)系，其中重點(diǎn)介紹了主變換器和控制電路，對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)電源常用的變換器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍等進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本文的實(shí)際情況，選擇了合適的變換器結(jié)構(gòu)；在控制電路部分，介紹了開(kāi)關(guān)電源控制電路各控制單元的功能以及實(shí)現(xiàn)方法。一直到80年代才開(kāi)始生產(chǎn)20KHz DC/DC變換器，但由于受元器件性能的影響，質(zhì)量很不穩(wěn)定，無(wú)法作為通信設(shè)備的一次電源使用。主要元器件技術(shù)性能的提高，為高頻開(kāi)關(guān)電源向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。隨著大功率硅晶體管的耐壓提高和二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件性能的改善，1969年終于做成了25KHz的開(kāi)關(guān)電源。自1957年第一只可控硅(SCR)問(wèn)世后，可控硅取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亞銅整流器件，可控硅整流器就作為通信設(shè)備的一次電源使用。在隨后的20年內(nèi)，由于半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步，可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數(shù)得到了不斷提高和改進(jìn)，滿足了通信設(shè)備不斷發(fā)展的需要，因此，直到70年代，發(fā)達(dá)國(guó)家還一直將可控硅整流器作為大多數(shù)通信設(shè)備的一次電源使用。電源界把開(kāi)關(guān)電源的頻率提高到20KHz以上稱為電源技術(shù)的“20KHz革命”。隨著通信用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷深入，實(shí)際工作中人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了更高的要求，提出了應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控制的數(shù)字化、產(chǎn)品性能的綠色化、新一代電源的技術(shù)含量大大提高，使之更加可靠、穩(wěn)定、高效、小型、安全。只是作為通信設(shè)備的二次電源使用(二次電源對(duì)元器件的耐壓及電流要求較低)。最后對(duì)開(kāi)關(guān)電源整流濾波電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。電源主電路通過(guò)輸入整流濾波、DCDC變換、輸出整流濾波將市電轉(zhuǎn)為所需要的直流電壓。 DCDC變換器的選擇DCDC 變換器是開(kāi)關(guān)電源中實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的部分。但是需要注意的是，吸收電路是通過(guò)把器件本身的開(kāi)關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中而使器件得到保護(hù)的，因此這部分能量最終還是被消耗了，系統(tǒng)總的損耗沒(méi)有減少。諧振變換電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但其基本組成部分還是通過(guò)開(kāi)關(guān)器件和諧振元件L、C之間串聯(lián)或并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，再配以適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠?lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)器件的零電壓或零電流動(dòng)作。采用諧振全橋變換器，電源工作的安全性大為提高。如果控制電路不完善，主電路設(shè)計(jì)得再好也無(wú)法發(fā)揮其自身的功能，例如:如果控制電路輸出的觸發(fā)信號(hào)不穩(wěn)定，或者出現(xiàn)誤觸發(fā)，有可能引起開(kāi)關(guān)橋的直通，導(dǎo)致短路，從而損壞開(kāi)關(guān)元件。電源的輸出濾波電容較大，輸出電壓的突然建立將會(huì)形成非常大的電容充電電流，疊加在負(fù)載電流上，它不僅使開(kāi)關(guān)管的負(fù)擔(dān)過(guò)重而可能損壞，而且，由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，往往會(huì)引起過(guò)流保護(hù)電路發(fā)生誤動(dòng)作。輔助電源的類型有很多種，既可以采用串聯(lián)線性調(diào)整型電源，也可以采用開(kāi)關(guān)電源。 輸出整流濾波回路在大功率電源中，常用的輸出整流電路有橋式整流電路和全波整流電路。 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求本文設(shè)計(jì)的大功率直流開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)電源，確定技術(shù)指標(biāo)如下:1. 輸入電壓: 380V20%2. 電網(wǎng)頻率: 50Hz10%3. 功率因數(shù): 4. 輸入過(guò)壓告警: 437V5V5. 輸入欠壓告警: 320V5V6. 輸出標(biāo)稱電壓: 220VDC7. 輸出電壓范圍: 176286VDC8. 輸出紋波電壓: 10mV9. 輸出額定電流: 5A10. 輸出過(guò)壓保護(hù): 325V5V11. 輸出欠壓保護(hù): 195V5V12. 便于生產(chǎn)和維護(hù)在本課題研究的過(guò)程中，主要對(duì)大功率開(kāi)關(guān)直流電源的工作原理、電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式進(jìn)行了深入研究，并結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)主電路的拓?fù)洌O(shè)計(jì)出主電路，即分別設(shè)計(jì)出濾波、整流、DCDC變換器、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制等部分。濾波電容采用四個(gè)電解電容，兩個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)使用，滿足三相整流后的高壓要求。(1) 整流橋的耐壓:考慮最大輸入電壓==380=456V整流二極管的峰值電壓為=380(1＋20%)=640V取50%的裕量 640(1+50%)=960V根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓等級(jí)，我們選擇整流橋的耐壓為1200V(2) 整流橋的額定電流因?yàn)殡娫吹妮斎牍β孰S效率變化，所以應(yīng)取電源效率最差時(shí)的數(shù)值。 高頻變壓器的計(jì)算(1) 選擇工作磁通密度B磁芯選用MX0200鐵氧體材料。為繞制方便。 隔直電容的選擇在第二章中，我們對(duì)主電路的工作模式進(jìn)行了分析，對(duì)電路的重要參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)，得出了如下關(guān)系式:△T = 4 * * /DT其中: △T為初級(jí)電流下降的時(shí)間；為變壓器的漏感；為占空比；變壓器的漏感與繞線工藝及磁芯形狀等有關(guān)，繞制好的變壓器漏感基本不變。