【正文】 當(dāng)輸入電信號 加到輸入端發(fā)光器件 LED上， LED發(fā)光，光接受器件接受光信號并轉(zhuǎn)換成電信號，然后將電信號直接輸出，或者將電信號放大處理成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電平輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了 “電－光－電 ”的轉(zhuǎn)換及傳輸，光是傳輸?shù)拿浇?，因而輸入端與輸出端在電氣上是絕緣的，也稱為電隔離。 D9LED2R30680R2551KR2610KBG17C8050R46270R271K1 2 3 45678IC3LM358R24100R2310KR451KR22R19C12C11D64148IC2P817 圖 312 保護(hù) 電路原理圖 東北石油大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 下面對 LM358 和 PC817 進(jìn)行具體的分析。電阻 R2 和 R3 是限流電阻，是為了防止注入 VT1 和 VT2 的正向基極電流超出控制器所允許的輸出電流。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動電容將開始放電。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。 SG3525內(nèi)置了 ，微調(diào)至 %，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。 3）振蕩器工作頻率范圍寬： 100Hz400KHz。 13） Vc(引腳 13)：輸出級偏置電壓接入端。 9） Compensation(引腳 9)： PWM 比較器補(bǔ)償信號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率 、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器 ， SG3525 的原理 框圖 和 引腳功能 如圖 （ 36） ， （ 37） 所示 。 3） 通態(tài)平均電流 TI ：在環(huán)境溫度為 40?C 和規(guī)定的冷卻狀態(tài)下，穩(wěn)定結(jié)溫不超過額定結(jié)溫時(shí)所允許流過的最大工頻正弦半波電流的平均值。整流、逆變、變頻常常是結(jié)合在一起 ,或者聯(lián)合遠(yuǎn)用的。如果晶閘管陽極和陰極之間外加的是交流電壓或脈動直流電壓，那么，在電壓過零時(shí)，晶閘管會自行關(guān)斷 ?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)。為避免磁芯飽和，還必須按下式計(jì)算： em inAA*Bad mB ??? (33) 由等式（ 32） 、 （ 33）所得到的最小磁感應(yīng)偏移值，即為可允許的變壓器工作磁通密度值。圖 1示出變壓器可傳輸功率 Pth 與頻率 f的關(guān)系。為了最大程度地利用磁芯，對于較大功率運(yùn)行條件下的軟磁鐵氧體材料，在高溫工作范圍 （ 如 80～ 100℃ ），應(yīng)是有以下最主要的磁特性：高的飽和磁通密度或高的原振幅磁導(dǎo)率。 開關(guān)管 BG5 BG16的選取，主要考慮的因素是管子承受的反向應(yīng)力 (電壓 )、最大允許通過的電流以及管子的導(dǎo)通損耗。 因?yàn)?場效應(yīng)管是電壓控制型 器件 ， 需要電壓驅(qū)動，而原理圖中最右邊接出來的兩條線接到了變壓器的原邊，通過其來提供工作電壓。 為了更加的保險(xiǎn)起見， 在 電路 PCB板 上另外添加了兩個(gè)散熱片保證整個(gè)器件 不會 因?yàn)?任何 散熱問題 出現(xiàn) 故障。主電路中的電壓和電流一般都較大，而控制電路的元器件只能承受較小的電壓和電流，因此在主電路和控制電路連接的路徑上，如驅(qū)動電路與主電路的連接處，或者驅(qū)動電路與控制信號的連接處，以及主電路與檢測電路的連接處，一般需要進(jìn)行電氣隔離，而通過其他手段如光、磁等來傳遞信號。 車載逆變電源的詳細(xì)指標(biāo)及要求如以下各表所示。車載逆變電源將轎車蓄電池的直流 12V(卡車為 24V)轉(zhuǎn)換為 220V交流電。這種布置與電源可以在何種環(huán)境下安全工作以及可以給負(fù)載提供的最大 功率密切相關(guān)。 考慮到實(shí)際要求，我設(shè)計(jì)的電路采用二重逆變，電路的 前級采用場管專用脈寬調(diào)制集成 芯片 SG3525,驅(qū)動 12只場效應(yīng)管 ,配合 EE55高頻變壓器 ,功率余量大 ,后級采用單硅輸出 ,頻率可調(diào) 。 輸出電壓有效值 UVu 為 d20 UVUV ?? ? ? ?? tu 2 （ 26） 其中基波幅值 UV1mU 和基波有效值 UV1U 分別為： ddUV 1 m . 1 U1U32U ?? ? （ 27） ddU V 1 mUV1 ??? ? （ 28） 下面 再來對負(fù)載相電壓 UNu 進(jìn)行分析。在 NN39。 U d U d 2 U d 3 U d 6 2 U d 3 東北石油大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 （ 24f） 給出了利用式（ 23）和式（ 24）繪出的 UNu 的波形， VNu 、 WNu的波形形狀和 UNu 相同，僅相位依次相差 120176。N N 39。WNN N `V N 39。 VN`u 、 WN`u 、 UN`u 的波形如圖 （ 24） 的 a、 b、 c所示 。為簡化分析過程，在以下的分析中將這段死區(qū)時(shí)間 忽略 。關(guān)斷時(shí)間也是 180176。 下面對于常用的 三相電壓型逆變電路 進(jìn)行電路和波形的分析。當(dāng)負(fù)載為阻感性負(fù)載時(shí)，由于電感的作用， 0i 相位滯后于 0u ，其相位關(guān)系和 0i 的波形如圖 （ 22b） 所示。電流型逆變器在直流側(cè)接有儲能電感，用以穩(wěn)定直流電流。同時(shí)它也推動了高頻逆變技術(shù)的發(fā)展，使電力電子技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。而在實(shí)際逆變電路中，因?yàn)槟孀兤鞯拿}動數(shù)等有限，因而逆變功率是脈動的。實(shí)現(xiàn)了 汽車電池產(chǎn)生的 12V直流電轉(zhuǎn)換成能使這些電器設(shè)備運(yùn)行的 220V/50Hz的交流電 功能。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好，由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。這對于逆變電源大量非線性電子負(fù)載的狀況，可以針對非線性負(fù)載動態(tài)變化產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動態(tài)的補(bǔ)償，從而使得輸出諧波達(dá)到可接受的水平。同時(shí)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對逆變電源的網(wǎng)絡(luò)功能也提出了更高的要求。電壓諧振技術(shù)和電流諧振技術(shù)是人們常用的兩種諧振技術(shù)，這兩項(xiàng)技術(shù)都是用 LC與開關(guān)器件 共同組 成一個(gè)串聯(lián)或并聯(lián) 諧振 回路，利用回路在一個(gè)開關(guān)周期的全諧振使器件工 作在 零電壓轉(zhuǎn)換 （串聯(lián)諧振） 或零電流轉(zhuǎn)換 (并聯(lián)諧振 )的軟 開 關(guān)狀態(tài)，從而把 開關(guān)損耗減小到零 。此后，各種不同 PWM技術(shù)相繼出現(xiàn)，例如空間相量調(diào)制 (SVM )、隨機(jī) PWM、電流滯環(huán) PWM等，成為高速器件的主導(dǎo)控制方式。 1961年， SCR強(qiáng)迫換向逆變器，為 SCR逆變器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。這個(gè)階段的特點(diǎn)是，開關(guān)器件以低速器件為主，逆變器的開關(guān)頻率較低，波形改善以多重疊加為主，體積重量較大，逆變效率低，正弦波逆變器開始出現(xiàn) 1980年到現(xiàn)在 為高頻化新技術(shù)階段。這個(gè)裝置就是車載逆變電源，又叫車載逆變器。前者輸出電壓低次諧波含量少，輸出濾波器體積小，但是控制復(fù)雜，整機(jī)效率較低；后者輸出電壓低次諧波含量高，輸出濾波器體積較大，控制簡單可靠，效率較高。車載逆變電源 作為各種電子產(chǎn)品的供電設(shè)備，其質(zhì)量的好壞極大地影響著電子設(shè)備的可靠性，其轉(zhuǎn)換效率的高低和帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系著它的應(yīng)用范圍。 Vehicle Power。基于這樣的背景，我們開發(fā)一種體積小、重量輕、效率高、可靠性好的車載逆變電源。 1947年，第一只晶體管誕生，固態(tài)電力電子學(xué)隨之而誕生。這就使電力電子技術(shù)由傳統(tǒng)發(fā)展時(shí)期進(jìn)入高頻化時(shí)代。此外，導(dǎo)體的集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)，電容的等效串聯(lián)電阻 ESR以及磁元件的寄生參數(shù)等問題都需要解決。 PWM軟開關(guān)技術(shù)是當(dāng)今電力電子學(xué)領(lǐng)域最活躍的研究內(nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)電力電子高頻化的最佳途徑，也是一項(xiàng)理論性最強(qiáng)的研究工作。數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為信息社會的主流。 (3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對不同的系統(tǒng) (或不同型號的產(chǎn)品 )，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對 控制軟件做一些調(diào)整即可。在閉環(huán)控制下，給定信號與反饋信號的時(shí)間差就體現(xiàn)為明顯的相位差，這種相位差與負(fù)載是相關(guān)的，這就給控制器的設(shè)計(jì)帶來了困難 ； ②逆變電源的輸出濾波器對系統(tǒng)的模型影響很大，輸入電壓的波動幅度和負(fù)載的性質(zhì)、大小的變化范圍往往比較大，這些都增加了控制對象的復(fù)雜性，使得控制對象模型的高階性、不確定性、非線性顯著增加 ； ③對于數(shù)字式 PWM，都存在一個(gè)開關(guān)周期的失控區(qū)間 :一般是在每個(gè)開關(guān)周期的開始或上個(gè)周期之末來確定本次脈沖的寬度，即使這時(shí)系統(tǒng)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)開關(guān)周期對脈沖寬度做出調(diào)整。逆變電路的另一主要應(yīng)用就是變頻，在這種應(yīng)用中，變頻器多采用間接變頻方式，負(fù)載可以是感應(yīng)加熱設(shè)備、調(diào)速電動機(jī)或其他形式的用電設(shè)備。 此外，控制逆變器輸出量（電壓或電流）有兩種方法，一種是脈沖幅度調(diào)制（ PulseAmplitude Modulation，簡稱 PAM )，其特點(diǎn)保持脈沖寬度不變而改變脈沖幅值；另一種是脈沖寬度調(diào)制 PWM，其特點(diǎn)是保持脈沖幅值不變而改變脈沖寬度。逆變電路的直流側(cè)是電壓源的，屬于電壓 型逆變器。當(dāng)開關(guān) 1S 、 4S 閉合， 2S 、 3S 斷開時(shí)，負(fù) 載電壓 0u 為正 ； 當(dāng)開關(guān) 1S 、 4S 斷開， 2S 、 3S 閉合時(shí)， 0u 為負(fù)，如此交替進(jìn)行下去，就在負(fù)載上得到了由直流電變換的交流電， 0u 的波形如圖 （ ）所示。實(shí)質(zhì)是將負(fù)載電感中儲存的能量向直流電源反饋，負(fù)載電流因得不到能量補(bǔ)充而逐漸減小，到 2t 時(shí)刻電感中的能量全部釋放完畢、電流下降為零，之后在電源電壓的作用下 0i 反向并逐漸增大。和單相半橋、全橋逆變電路相同，電壓型三相橋式逆變電路的基本工作方式也是 180176。即先關(guān)斷一個(gè)開關(guān)，隔一段小的延時(shí)后再開通另一個(gè)開關(guān)。對于 U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)， UN`u = 2/dU ； 當(dāng)橋臂 4導(dǎo)通時(shí)， UN`u = 2/dU 。VWVN`UN`UVuuuuuuuuu （ 21） 圖（ 24d）是依照上式畫出的 UVu 波形。 uuuuuuu ?????? （ 23） 設(shè)負(fù)載為三相對稱負(fù)載，則有 UNu + VNu + WNu =0，故可得 )(31 W N 39。 u UN u UV i U i d u VN39。橋臂 1和橋臂 4之間的換流過程和半橋電路相似 。把橋臂 5的電流加起來，就可得到直流側(cè)電流 di 的波形，如圖 （ 24h） 所示，可以看出 di 每隔 60176。死區(qū)時(shí)間的長短要視器件的開關(guān)速度而定，器件的開關(guān)速度越快，所留的死區(qū)時(shí)間就可以越短?？傊?， PWM 和諧振式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)總是先進(jìn)行總體考慮，然后討電源各部分分別進(jìn)行設(shè)一計(jì)，接下來是設(shè)計(jì)控制和輔助功能，最后進(jìn)行測試和設(shè)計(jì)優(yōu)化。 表 21 PWM 開關(guān)電源拓?fù)涞谋容^ 拓 撲 功率范 圍 /W Vin（ dc） 范圍 /V 輸入輸出 隔離 效率 約為（ %） Buck 01000 540 無 70 Boost 0150 540 無 80 Forward 0150 5500 有 78 Flyback 0150 5500 有 80 PushPull 1001000 101000 有 75 Halfbridge 100500 501000 有 75 Bridge 4002021 501000 有 73 如前所述，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)首先要選擇合適的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而合適的主電路 結(jié)構(gòu) 由明確的設(shè)計(jì)指標(biāo)確定。是否選用散熱風(fēng)扇，本人反復(fù)給予考慮，選用散熱風(fēng)扇，整個(gè)電源散熱系統(tǒng)將得到改善，但體積會增加，同時(shí)，隨著使用時(shí)間的增加，車載逆變電源有可能變臟，這不是用戶需要看到的。因此，從宏觀的角度來講，電力電子電路也被稱為電力電子系統(tǒng)。 電源 電路 幾乎大部分車載電源（卡車車載電源 24V）都采用直流 12V 電源，所以首先在電路中要接入 DC 12V電源 。 這個(gè)系統(tǒng)的 核心 部分主要 包括逆變 電路 和高頻 升壓 電路 ， 逆變電路只要是由12 個(gè)場效應(yīng)管 IRF3205 組成，高頻升壓主要對本電路的高頻變壓器進(jìn)行介紹 ， 具體分析如下。 場效應(yīng)管 是近幾年來發(fā)展最快的全控型電力電子器件之一。由于電流較大，為了減小導(dǎo)通損耗，應(yīng)盡可能選擇漏射極導(dǎo)通電阻 DS(on)R 小，導(dǎo)通壓降小的器件，這里選擇型號為 IRF3205的 MOSFET，如圖 (33)所示，其中DSV =55V, DS(on)R =? ， DI =110A， 滿足課題設(shè)計(jì)要求。 這里，我們重點(diǎn)討論（ fBmaxAe ）參數(shù)（暫不討論繞組設(shè)計(jì)參數(shù) Wd ）。根據(jù) 式（ 32），當(dāng)工作磁通 密度提高時(shí)，磁芯損耗將以，從而造成變壓器溫升，因此設(shè)計(jì)的工作磁通密度首先受磁芯溫升值限制，其關(guān)系式為： nthFeVeRCB ????B （ 32） 這里，常數(shù) CB 與指數(shù) n 是與磁芯材料有關(guān)的系數(shù)； Ve 為有效體積； thR 為熱阻。 下面主要介紹下輸出電路中的主要器件可控硅。但是，如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不能導(dǎo)通。晶閘管問世以后 ,靜止的可控整流裝置 ,以它一系列的優(yōu)點(diǎn)代替了機(jī)組 ,并可得到更佳的靜態(tài)及動態(tài)指標(biāo)。 很明顯我設(shè)計(jì)的電路中可控硅的作用是變頻。 下面就 SG3