【正文】 端，電感上的電流以固定斜率線性上升。 直流輸出的負(fù)載電流在最大值和最小值之間波動(dòng)。全橋拓?fù)淇捎糜跇?gòu)成接 440V 電網(wǎng)的離線變換器。 圖 中的全橋變換器有兩個(gè)輸出，即主輸出 Vom 和輔助輸出 Vol。每個(gè)電荷俘獲電路 (110， 210)還包括二極管 (D1， D2)，它阻止在被驅(qū)動(dòng)的晶體管 (T1， T2)的柵極上電荷的非故意損失，以及包括齊納二極管 (Z1， Z2)，它把柵極電 壓箝位在安全電平。 輸出電壓的紋波峰峰值比升壓式變換器低，同時(shí)可以輸出比較高的功率，正激式變換器可以提供數(shù)千瓦的功率。因此半橋電路只在 500W 或更低輸出功率場合下使用。電路的效率就相對較高。用脈寬調(diào)制（ PWM）方式改變變壓器傳輸能量和電壓大小，是一種外加控制方法 。磁致伸縮大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。整流濾波電路的 Uo=（ 1～ ） U1，本設(shè)計(jì)取 。 104 2m ，鐵心截面積— 窗口面積的積為 179。 106m2 = 根據(jù)電壓比可以推算出一次繞組導(dǎo)體的截面積為： Ac1= 輸出濾波電路的設(shè)計(jì) 首先根據(jù)應(yīng)用場合選定主要工作條件 ， 選擇合 適的開關(guān)頻率 fs：開關(guān)頻率的選取主要應(yīng)考慮 4 個(gè)因素：即整機(jī)體積、功率損耗、主開關(guān)的承受能力和電磁干擾的影響。計(jì)算得鐵心磁 路截面積與窗口的乘積 ewAA 應(yīng)滿足： 10ewA A m??? 按照鐵氧體鐵心生產(chǎn)廠家提供的手冊，可以選擇鐵心型號(hào)為 E55B，查表 得其鐵心截面積為 179。值得注意的是，開關(guān)器件在實(shí)際電路中承受的電壓和電流都是脈沖波，因此脈沖安全工作區(qū)是最有指導(dǎo)意義的?？梢杂?jì)算出允許的散熱熱阻的上限為： JM A Mth J th CD o n D STTR c R A PP?? ? ? ? ? （ ） 式中， thJRc? 為二極管的結(jié)殼熱阻； thCRA? 為散 熱器的熱阻； JMT 為二極管允許的最高結(jié)溫； AMT 為技術(shù) 要求中環(huán)境溫度的上限。 30 85 300 35 DSEI2179。 按式 （ ）可以計(jì)算出允許的散熱熱阻的上限，其中器件的結(jié)溫最大值 JMT區(qū) 120℃ ， 環(huán)境溫度上限為 40℃ ， 得： thJ C thC ARR??? ? ℃ /W 開關(guān)器件的結(jié)殼熱阻 加散熱熱阻不能超過 ℃ /W，是選取開關(guān)器件及其散熱的依據(jù)。因此控制 電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量對電源的性能至關(guān)重要，應(yīng)作為設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。該產(chǎn)品目前在我國大規(guī)模生產(chǎn)仍是空白，軍事和民用需求量極大，市場前景廣闊。 MOSFET 的動(dòng)態(tài)特性 + U ER Li Di D 信 號(hào)R Fu G SR Gu PR s( a )u P0t00ttt ft d ( o f f)t rt d ( o n )i Du G Su G S Pu T( b )圖 電 力 MOSFET 的開關(guān)全過程 電力 MOSFET 的開關(guān)過程如圖 （ ） ， 在開通過程中由于 輸入電容的映像，柵 極 電壓 GSu 呈指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng) GSu 上升到開啟電壓 rU 是， MOSFET 開始導(dǎo)通，漏極電流 Di 隨著 GSu 的上升而增加。 MOSFET 只靠多子導(dǎo)電，不存在少子存儲(chǔ)效應(yīng)，因而關(guān)斷過程非常迅速，開關(guān)時(shí)間在 10— 100ns 之間，工作頻率可達(dá) 100kHz 以上，是常用電力電子器件中最高的。 cu 是控制量，在電壓模式控制中，控制兩用來直接控制占空比；自愛電流模式控制中，電壓調(diào)節(jié)器邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 的控制量作為電流環(huán)的給定信號(hào)，用來輸出電流。設(shè)計(jì)其控制電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)如圖 ： 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 圖 （ a） 所示電路的狀態(tài)空間平均等效電路如圖 （ b） 所示，可以發(fā)現(xiàn)，該電路與減壓型電路的狀態(tài)空間平均等效電路結(jié)構(gòu)相同，差別僅在于輸入電壓包含變壓器電壓比 Tk .因此該電路輸出電壓 0u 與占空比 d 間的傳遞函數(shù)式： ? ?? ?02 1iSucLLC sRusds?? ? ?? 得到， 02 1()()iTSukcLLC sRusds?? ? ?? 7 2 52 7 1 . 43 . 2 1 0 3 . 2 1 0 1ss??? ? ? ? ? ? ? 設(shè) PWM 環(huán)節(jié)中鋸齒波的幅值為 1V,頻率為 50kHz，則根據(jù)公式計(jì)算為 1TDuk? ， 即， 1Du? 。 （ 1） 過流保護(hù)電路 現(xiàn)代的 PWM 集成控制器內(nèi)都設(shè)有每個(gè)開關(guān)周期逐個(gè)脈沖的 OCP 電路，并用與開關(guān)元件串聯(lián)的低阻值電阻檢測電流。達(dá)到保護(hù)目的。該電路的工作原理為：當(dāng) i 1 1 2()U R R R?高于 34(1 )HU R R? 時(shí)，比較器反轉(zhuǎn)，輸出電壓 0U 變?yōu)殡娫措妷?CCU ,而當(dāng)輸入電壓回落， i 1 1 2()U R R R? 低于 34 ()H CC HU R R U U??時(shí)，輸出電壓 0U 回到零?；诿}寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation）控制的開關(guān)電源系統(tǒng)，功率開關(guān)的動(dòng)作受一個(gè)頻率固定、且脈寬隨負(fù)載及輸入電壓值而變動(dòng)的脈沖波所控制。與 PCM 技術(shù)比， ACM 控制有許多優(yōu)點(diǎn)：它具有高增益的電流放大器，平均電流可以精確的跟蹤電流設(shè)定值；噪聲抑制能力強(qiáng)；無需斜坡補(bǔ)償，在開關(guān)頻率附近限定電流環(huán)路增益即可使系統(tǒng)穩(wěn)定；可用在任意電路拓?fù)渖稀? （ 2） UC3825 的工作原理及性能 在這個(gè)電路中，影響電源控制器 IC 選擇的主要因素是 ：需要有 MOSFET驅(qū)動(dòng)（圖騰柱驅(qū)動(dòng)），單極性輸出，能把占空比限制 50%內(nèi)，電流型控制，器件數(shù)目少，欠電壓封鎖，低成本。 諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲， 并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。此外，它只能補(bǔ)償固定頻率的諧波，補(bǔ)償效果也不甚理想 。 為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問題，基本思路有兩條：一條是裝設(shè)諧波補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償諧波，這對各種諧波源都是適用的；另一條是對電力電子裝置本身進(jìn)行改造，使其不產(chǎn)生諧波，且功率因數(shù)可控制為 1，這當(dāng)然只適用于作為主要諧波源的電力電子裝置。 ) （ 5）內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 UC3825 芯片有振蕩器、 PWM 比較器、限流比較器、過 流 比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟 啟動(dòng)、欠壓鎖定、 PWM 鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)等組成、輸出驅(qū)動(dòng)等組成。 高速脈寬調(diào)制器 UC3825 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文新選用了 PWM 集成控制器 UC3825。 CM控制技術(shù)的 PWM 開關(guān)電源，它具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、增益帶寬大、濾波電感小等優(yōu)點(diǎn)。吸收電路用于使功率器件工作在正向和反向安全工作去（ FASOA 和 RBSOA）活抑制電源的射頻輻射，它 們基本上使有損存儲(chǔ)電路（帶有 R 的 LC 電路）。這種條件下，會(huì)使電源進(jìn)入“閉鎖”模式，即輸出的占空比達(dá)到最大值，無法對輸出進(jìn) 行調(diào)節(jié)。 典型的過電流保護(hù)鎖存電路如圖 所示。 這種方法現(xiàn)在的技術(shù)比較成熟，效果比較 好，是本系統(tǒng)擬采用的方法。 這就是確定零點(diǎn)的原則。根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇比例 — 積分（ PI）調(diào)節(jié)器。 關(guān)斷 時(shí) ，同樣 由于 輸入電容的影響， GSu 呈指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng) GSu 低于 GSPU 時(shí)，漏極電流 Di 開始下降，甚至 GSu 低于開啟電壓 TU , Di 下降到零。 （ 4） 柵源電壓 DSSU （ 5） 跨導(dǎo) fsG ： 在規(guī)定的工作點(diǎn)下， MOSFET 轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率稱為該器件的跨導(dǎo)，即 DfsGSdIG dU? () 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 （ 6） 極間電容 MOSFET 的三個(gè)極之間分別存在機(jī)間電 容 GSC 、 GDC 、 GSC 。驅(qū)動(dòng)電路需要很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并具有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。 至此，主電路參數(shù)設(shè)計(jì)完畢，設(shè)計(jì) 主電路原理圖 如圖 所示。 123 70 1200 35 開關(guān)器件的 選型 開關(guān)器件選取電力 MOSFET，其耐壓為輸入電壓整流后的峰值為 590V，考慮到關(guān)斷時(shí)的過電壓以 及輸入電壓的浪涌，開關(guān)器件的耐壓取 800V 以上。如果 4 個(gè)二極管安裝在同一散熱器上，并邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 使用了絕緣墊，則應(yīng)考慮絕緣墊的熱阻，并且散熱器熱阻應(yīng)按 1 個(gè)二極管計(jì)算值的 1/4 選取。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該計(jì)算 出器件工作時(shí)的電壓和電流峰值，并根據(jù)安全工作區(qū)（ SOA）來初步選擇器件的電壓和電流容量，然后根據(jù)估算的器件發(fā)熱功率、最高環(huán)境溫度和熱阻等參數(shù)來估算工作時(shí)的結(jié)溫，并應(yīng)留有裕量。 106m4可以滿足要求。 濾波電感 首先選定允許的電感電流最大紋波值，然后按如下公式計(jì)算電感值： 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 對全橋、半橋、推挽電路， max ^4iTULk fs I? ? （ ） 式中， L 為濾波電感的值； maxiU 為輸入電壓最大值取 280V； fs 為開關(guān)頻率取 50Khz； ^I? 為允許的電感最大紋波波峰峰值取最大輸出電流的 20%，即 2A。 為保證在任何條件下鐵心不飽和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按最大伏 — 秒面積計(jì)算匝數(shù)。 根據(jù)式（ ）計(jì)算鐵心截面積 — 窗 口面積的積，其中 TP 取 2800W，開關(guān)頻 率 sf 取 50kHz，材料選為鐵氧體，其中 B? 取 ， 導(dǎo)體電流密度 cd 選取4A/mm2， 即 4179。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 3） 原副邊電壓比正比于線圈 匝 數(shù)比，電流比則反比于線圈 匝 數(shù)比。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變匝數(shù)比，就不影響電壓變換。其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度 25℃ 外，還要給出 60℃ ， 80℃ ， 100℃時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 3 主電路設(shè)計(jì) 通過上一章節(jié) 的研究，結(jié)合設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)主電路已確定了選取全橋型電路拓?fù)?，下面主要研究電路?各 元器件的選擇。 半橋電路跟圈錢電路相比，在 要想輸出相同的功率 情況下 ，半橋式電路的輸邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 入電流就要是全橋式電路的 2 倍；換句話說，如果他們的開關(guān)電流一樣，電源輸入電壓也相等，半橋式的輸出功率將是全橋式的一半。 橋式拓?fù)涞牧硪粌?yōu)點(diǎn)是能將變壓器初級(jí)側(cè)的漏感尖峰電壓鉗位于直流母線電壓，并將漏感儲(chǔ)存的能量歸還到輸入母線，而不是消耗于電阻元件。另外，有些拓?fù)渥陨碛腥毕?，需要附加?fù)雜且難以定量分析的電路才能工作。 設(shè)每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通壓降為 1V，主輸肖特基整流管的導(dǎo)通壓降為 ，輔輸出整流管導(dǎo)通壓降也為 1V，則變壓 器輸出電壓為 ： 2[ ( 2 ) 0 .5 ]sm o mo m d cpNtVV NT? ? ? ( ) 2sm omom dcpNtVV NT? ( ) 11 2[ ( 2 ) 1 .0 ]s o mo d cpNtVV NT? ? ? ( ) 1 2sm omo dc pNtVV NT? ( ) 與其他拓?fù)湎嗤?，?dāng)輸入電壓以一定比例上升或下降時(shí)，脈寬調(diào)制器將以同樣的比例減小或增大脈寬保持（ Vdc） (tom)不變來保持輸出電壓恒 定。所以在開關(guān)管承受相同的峰值電流和電壓的條件下，全橋變換器輸 出功率是半橋變換器的兩倍。變壓器初級(jí)電壓為方波， 幅值為177。續(xù)流電流環(huán)包括：二極管電感負(fù)載。 LC 濾波器平均了占空比調(diào)制的脈沖電壓。每種拓?fù)涠加衅渥陨淼奶攸c(diǎn)和應(yīng) 用場合。培養(yǎng)學(xué)生 綜合運(yùn)用本專業(yè)理論知識(shí)的能力，對 與 開關(guān)電源 更好的認(rèn)識(shí)與理解 。日本Nemic Lambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊 RM系列，其開關(guān)頻率為（ 200~300） kHz，功率密度已達(dá)到 27W/cm3，采用同步整流器（ MOSFET 代替肖特基二極管），是整個(gè)電路效率提高到 90%。軟開關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)管，在開通或關(guān)斷過程中，或是加于 其上的電壓為零，即零電壓開關(guān)（ ZeroVoltageSwitching， ZVS） ，或是通過開關(guān)管的電流為零 ，即零電流開關(guān)（ ZeroCurrent Switching， ZCS）。 AC/DC變換器輸入為 50/60Hz 的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)遇到安全標(biāo)準(zhǔn)及 EMC 指令的限制，交流側(cè)必須加E