【正文】 分別建立了正弦脈寬調(diào)制、空間矢量脈寬調(diào)制、斷續(xù)脈寬調(diào)制單元干擾的數(shù)學(xué)模型，確定了不同 PWM 調(diào)制方式對傳導(dǎo)干擾的影響規(guī)律。針對回路之間通 28 過空間磁場形成的感性耦合，基于互聯(lián)導(dǎo)線的部分互感得到了回路耦合的數(shù)學(xué)模型。指出了現(xiàn)有開關(guān)暫態(tài)建模方法的缺陷，導(dǎo)出了一個重要的判據(jù)公式，對電力電子器件開關(guān)暫態(tài)模型的有效頻率范圍進行了界定?；谒⒌母蓴_模型，定量分析了濾波措施對混合模態(tài)干擾的抑制效果。特別是隨著電磁兼容法規(guī)的強制執(zhí)行，電力電子系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾的嚴重性逐漸被人們所認識，對其進行準確地建模和預(yù)測已經(jīng)成為電磁兼容領(lǐng)域的一個重點研究內(nèi)容。 設(shè)計的特點在于精密的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 KRA R 71 0 Ω ＋ 1 2 v－N 4N 3 C 1 0 0 . 4 7 u f R 8 3 . 9 ΩC 1 1 1 0 0 0 u f / 2 5 vC 1 2 0 . 0 1 u fC 1 3 1 0 0 0 u f / 2 5 vL 21 5 0 u fP C 8 1 7R 94 7 0 ΩR 1 14 7 0 ΩR 1 01 kR 1 67 . 5 k R 1 5 1 0 kC 1 41 u fT L 4 3 1 R 1 7 4 . 7 k 圖 4－ 4 直流輸出與反饋電路 反饋電路采用精密穩(wěn)壓器 TL431 和線性光耦 PC81。同時反饋線圈向 UC3842 供電。由于變壓器中的磁場能量可通過 N3 泄放，而不像一般的 RCD 磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，達到減少發(fā)熱，提高效率的目的。 取輸出電感的電流變化量 △ IL＝ ＝ ，則輸出電感為： ONL ODF TIUUUL ? ??? 2 (48) 式中： U2―― 副邊線圈最小電壓。原邊線圈電感 L＝ AN12＝ (mH)。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，而且頻率越高，對磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計的要求會越苛刻。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V 自動切換電路。 圖 35 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖 35 中，升壓電路由 UC3842 為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。由于 L2 在磁 電的存儲／釋放過程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容 C12 為 6只 100μ F 的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感 ，使其高次諧波的濾波性能更好。電流呈線性增長。 該電路的同步整流器由 VT VT2 和 VT3 組成。在圖 412中，由電流互感器 T1 對開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通電流取樣，經(jīng) V1 整流， R R6 分壓后，送入集成電路⑵腳作為開關(guān)管過流保護。 圖 3－ 4 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842 采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下： ○ 1 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤 差檢測輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。 圖 33 UC3842 組成的反激式電源 15 UC3842 控制的同步整流電路 圖 3－ 4 為使用它激式驅(qū)動電路 UC3842 組成的 5V／ 10A 開關(guān)穩(wěn)壓電源。由單管驅(qū)動隔離變壓器 TC 主繞組 N1 電流， C R3 可以提供變壓器原邊泄放的通路。因此，電路的抗干擾性極強，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，提高了可靠性。 (4) 輸出電流為 200 mA，峰值為 1 A，既可驅(qū)動雙極型三極管也可驅(qū)動 MOSFET 管。在開關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋電路”。具有滯回特性。 lA； ○ 7 腳為啟動 /工作電壓輸入端 腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為 15mW。 UC3842 是美國Unitrode 公司 [14]生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。如果輸出電壓 UO 升高，集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即 UC3842⑴ 腳對地的分流變大， UC3842 的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓 UO 減小。電流互感器的輸出分為 電流瞬時值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反映電流瞬時值。電力 MOSFET 的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 光耦 PC817 PC817[12]是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響 . 當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受 光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了 “電 光 電 ”的轉(zhuǎn)換。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達到很 6 高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上。 器件 TL431. TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準電壓源。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè) 置各種形式的保護電路，因此當(dāng)電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠 ； (5) 功耗小。 DC/DC 變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM 變換器以及工作波形為準正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。若保持 n0T 不變，利用改變開關(guān)頻率 f=1/T實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓 Uo 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展 。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。由于器件設(shè)計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計中 “ 簡潔至上 ” 的原則。 I 基于 UC3842 的開關(guān)電源設(shè)計 摘 要 電源是實現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。設(shè)計思路，并附有詳細的電路圖。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能 .發(fā)電機 .電池本身并不帶電 ,它的兩極分別有正負電荷 ,由正負電荷產(chǎn)生電壓 (電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的 ),電荷導(dǎo)體里本來就有 ,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可 ,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時為了產(chǎn)生電流而把正負電荷釋放出去 ,當(dāng)電荷散盡時 ,也就荷盡流 (壓 )消了 .干電池等叫做電源。 2 第 1 章 開關(guān)電源的簡介 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖11 進行說明。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計不易實現(xiàn)最優(yōu)化。開關(guān)電源的負載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、 降低輸出濾波器 LC 的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在 20 kHz 以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性 [2]。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。 (2) 快恢復(fù)二極管 (FRD) 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。 P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過，但柵極的正電壓會將其下面 P 區(qū)中的空穴推開，而將 P 區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P 區(qū)表面。開關(guān)管上的電流 變化 會使UR2 變化 ， UR2 接入 UC3842 的保護輸入端⑶腳， 當(dāng) UR2＝ 1V 時， UC3842芯片 的 輸出脈沖 將 關(guān)斷。同樣如果輸出電壓 UO 減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高 [ 10]。 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。 ○ 8 腳為內(nèi)部 5V 基準電壓輸出端 ，有 50mA 的負載能力。 (7) PWM 鎖存電路：保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 UC3842 的使用特點 (1) 采用 單端圖騰柱式 PWM 脈沖輸出，輸出驅(qū)動電流為177。若驅(qū)動雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速 RC 電路，同時將內(nèi)部振蕩器 的頻率限制在 40 kHz 以下。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由④腳外接電阻與⑧腳外接電容設(shè)定。輸出經(jīng)整流、濾波送負載。其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓 8～ 16V，輸出電壓 5V，最大負載電流 10A，輸出端脈沖紋波峰值 80mV，輸入電壓、負載電流以及環(huán)境溫度在額定范圍內(nèi)變化時輸出電壓變動小于 2 %，環(huán)境溫度 10～ +70℃，變換器頻率 120KHz，在允許的輸入電壓范圍內(nèi)，負載電流最大時開關(guān)電源的平均效率 95％。外電路接入 R2 作為負反饋電阻，以穩(wěn)定增益 。電容器 C11 為高次諧波旁路電容，以避免脈沖尖峰使保護電路誤動作。開關(guān)管 VT2 為 P 溝道FET 管 IRF4905，其漏源極導(dǎo)通電阻為 20M?，關(guān)斷時間 80ns。當(dāng)驅(qū)動脈沖達到截止點時， Cl2 充電電壓最大。 升壓型開關(guān)電源 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。為了提高升壓電路的可靠性， UC3842 采用多路取樣的控制方式形成保護電路。 為了使振蕩頻率穩(wěn)定 ， C12 的充電電壓取自 UC3842⑧腳內(nèi)部的 5 V 基準電壓。另外高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預(yù)料，整個電路的穩(wěn)定性、運行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會比較困難。 副邊線圈匝數(shù)為： m a x012 )( DU UUUNNILDF ??? (44) 式中： UDF―― 整流二極管 VDl 上的壓降； UL―― 輸出電感 L 上的壓降。 計算得： )( VD UUUU LDFO ???? (49) 取 UDF＝ ， UO＝ 3V，代入式 (68)可得 L＝ 140μH。 21 圖 4－ 1 單端正激式開關(guān)電源的主電路圖 啟動電路 圖 4－ 2 輸入 220v 交流電，經(jīng)過 C L、 C2 進行低通濾波 濾波后的交流電壓經(jīng) D1～ D4 橋式整流以及電解電容 C C2 濾波后變成 3l0V 的脈動直流電壓，此電壓經(jīng) 通過電阻 R18 分壓給 uc3842 提供啟動電壓，當(dāng)電壓達到 16v時達到芯片的啟動電壓， UC3842 開始工作并提供驅(qū)動脈沖， uc3842 的啟動電壓大于 16 V，啟動電流僅 1 mA 即可進入工作狀態(tài)。 UC3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別 為 16V 和 10V，電源電壓接通之后，當(dāng) 7 端電壓升至 16V 時 UC3842 開始工作，啟動正常工作后，它的消耗電流約為 15mA。利用 TL431 可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行精確的調(diào)整。 結(jié) 論 UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。 目前在傳導(dǎo)干擾的定量預(yù)測領(lǐng)域， 主要存在兩大共性問題：一是多數(shù)預(yù)測方法僅針對特定的電力電子裝置，缺乏一般性，導(dǎo)致預(yù)測方法通用性不強；二是多數(shù)研究采用定性或粗劣的定量分析方法，干擾幅值和頻率的精度均不能滿足全頻段精確預(yù)測的要求，導(dǎo)致預(yù)測方法精確性不高。該部分工作完善了傳導(dǎo)干擾關(guān)于電路模型和耦合模態(tài)的數(shù)學(xué)描述問題。從研究開關(guān)器件的行為特性入手，首次提出了一種基于多段折線逼近開關(guān)暫態(tài)過程的建模方法，突破了傳統(tǒng)的干擾源模型在高頻段預(yù)測精確差的限制。通過將地阻抗分解為內(nèi)部阻抗和外部電感的組合形式，建立了接地回路在金屬殼體上形成的地阻抗的數(shù)學(xué)模型，正確闡明了地電流的作用機理。以典型的工業(yè)產(chǎn)品為對象，對 PWM 變頻驅(qū)動系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾進行了詳細的理論分析與實驗研究，對比結(jié)果表明：理論分析的誤差小于 6dB，完全滿足電磁兼容工程設(shè)計的要求。論文第六章引入雙