【正文】 范圍內，待輸入電容充滿電后 (一般充電時間為 26 秒 )，再將該電阻短接。 選擇線性光耦合器能很好地完成隔離和比例傳輸的功能，此器件的選用和外圍參數的選擇都很成功，實驗效果滿意。該信號可用來調節(jié) LED 的驅動電流，這種技術可用來補償 LED的時間和溫度特性的非線性。從表中的數據可以看出，端口 2 的數值范圍為 ： ～ ，而 PWM 脈沖信號的占空比在 0%～ 40%之間變化，與上述的結論是吻合的。該輸出電流在 20ns 內可使 1000pF 電容兩端的電壓上升 15V。 一旦限流 (I LIM)腳的電平超過 ，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?；同時，軟啟動腳外接電容以 250uA 的電流放電。這樣，開關電源的固有噪聲就能被有效的抑制。 計算 公式為 : )1)(10( 3 m a xDmA VRT ?? （ 41） FR DC TT ??? m （ 42） TR 的最佳阻值應為 1～ 10k? 之間， maxD 應大于 70%。我們將詳細介紹各部分的情況，以理解芯片的工作原理。 本科生畢業(yè)設計（論文） 21 UC3825 是一款針對開關電源的高頻率高效率 PWM 控制芯片，它使用電壓控制模式，其最高工作頻率可達 1MHz，帶有基準電壓輸出、軟啟動和過流保護模塊。 引腳 5 和引腳 6 (CT 和 RT)：這兩腳設置芯片的工作時鐘，通過接 不同的電容和電阻，形成不同的鋸齒波信號。當然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅動單端變換器或串聯(lián)調整型開關穩(wěn)壓電源中的功率開關管 。 根據以上分析，同時考慮一定的裕量，選取 IN5398 作為輸出二極管。 在第二章中，我們對主電路的工作模式進行了分析，對電路的重要參數之間的關系進行了推導，得出了如下關系式 : TbLT DCL /4 ???? (36) 式中 : T? 為初級電流下降的時間； L 為變壓器的漏感； TD 為占空比； 變壓器的漏感與繞線工藝及磁芯形狀等有關，繞制好的變壓器漏感基本不變。 因 此 需用 ，因而選用 40 根 線徑為 。 磁芯規(guī)格 :Ddh= 1206020 mm D 為環(huán)形磁芯的外直徑 ， d 為環(huán)形磁芯的內直徑 ， h為環(huán)形磁芯的厚度 。 理論上輸入濾波電感越大，電流脈動越小，輸入功率因素越高，但受體積重量和價格的限制，并根據繞制廠家的現有工藝水平，選用 C1532l05硅 鋼片鐵心，線徑為 毫米，電感量為 18mH 的工頻電感。工作頻率為 50Hz，輸入為三相交流電壓 380V，采用三相整流橋。 輸入整流濾波電路 三相交流電經電源內部 EMI 濾波后，加到整流濾波模塊。輸出濾波電路的作用是濾除二次側整流電路輸出的脈動直流中的交流成分，得到平滑的直流輸出。開關 電源中分別存在輸入和輸出整流濾波回路。 保護電路是控制電路的一個重要組成部分，為了提高電源的可靠性必須不斷完善保護電路的功能。 圖 電源控制電路框圖 電壓反饋控制電路通過檢測電壓的大小，對輸出電壓進行采樣，然后將采樣電壓和參考電壓相比較得出誤差信號，反饋控制電路將誤差信號進行 PI 處理后得到一控制電壓。對全橋變換器來說，只有對角線上兩只開關管同時導通時，變換器才輸出功率，所以可通過調節(jié)對角線上的兩只開關管導通重合角的寬度來實現穩(wěn)壓控制，而在功率器件環(huán)流期間，它又利用變壓器的漏感、功率半導體器件的結電容或外加的附加電感電容的諧振來實現零電壓或零電流的開關換流。開關電源的主回路可以分為 :輸入整流濾波回路、功率開關橋、輸出整流濾波三部分。最后對開關電源整流濾波電路進行了簡單介紹。只是作為通信設備的二次電源使用(二次電源對元器件的耐壓及電流要求較低 )。 隨著通信用開關電源技術的廣泛應用和不斷深入，實際工作中人們對開關電源提出了更高的要求，提出了應用技術的高頻化、硬件結構的模塊化、軟件控制的數字化、產品性能的綠色化、新一代電源的技術含量大大提 高，使之更加可靠、 本科生畢業(yè)設計（論文） 3 穩(wěn)定、高效、小型、安全。電源界把開關電源的頻率提高到20kHz 以上稱為電源技術的 “20kHz 革命 ”。在隨后的 本科生畢業(yè)設計（論文） 2 20 年內，由于半導體工藝的進步，可控硅的電壓、電流額定值及其它特性參數得到了不斷提高和改進，滿足了通信設備不斷發(fā)展的需要，因此，直到 70 年代，發(fā)達國家還一直將可控硅整流器作為大多數通信設備的一次電源使用。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉點日益向低輸出電力端移動，這為開關電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 本 次設計 的 10kW 直流開關電源具有輸出電壓可調、輸出電流大、紋波小等特點。 本設計的題目為 10kW 直流開關電源的設計 ， 直流開關電源的工作原理 ： 電網輸送來的交流電 經 整流濾波電路變?yōu)橹绷鳎涍^高頻逆變電路變?yōu)楦哳l交流，通過 高頻變壓器將高頻交流電變 壓，然后高頻交流電經單相橋式整流濾波電路變?yōu)橹绷?。電力電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，進入 80 年代計算機電源全面實現了開關電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90 年代開關電源相繼進入各種電子、電器設備領域，程控交換機、通訊、電子檢測設備電源、控制設備電源等都已廣泛 地使用了開關電源，更促進了開關電源技術的迅速發(fā)展。因此直流開關電源的分類是依賴 DC/DC 轉換器分類的。Jen Sen)又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。到 80 年代中后期，絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)已研制出來并投入了市場，各種通信設備所需的一次電源大多采取 PWM 集成控制芯片、雙極型晶體管、場效應管、絕緣柵雙極晶體管。 但后來，我國的 開關 電源發(fā)展相當緩慢。穩(wěn)壓精度優(yōu)于 %,模塊化組合的高頻開關電源，電信行業(yè)成套電源技術提高到了一個嶄新的水平。 圖 開關電源的結構框圖 從圖中可以看出，這幾 部分是相輔相成的統(tǒng)一整體。一般控制電路應具有以下功能 :控制脈沖產生電路、驅動電路、電壓反饋控制電路、各種保護電路、輔助電源電路。 根據電路功能的分工可將控制電路分為幾大部分 :脈沖產生電路、觸發(fā)電路、 本科生畢業(yè)設計（論文） 7 電壓反饋控制電路、軟啟動電路、保護電路、輔助電源電路等，具體控制電路如圖 所示。若為了避免由此引起的誤動作而 將保護電路搞得非常遲鈍，這將會增加過流保護的不安全性。輔助電源也可以通過高頻變壓器獲得輸出后反饋提供，輔助電源本身作為開關電源的一組負載。因為本文實驗要求輸出電壓為 220V。 主電路組成框圖 根據需要設計大功率開關電源的技術要求，本文進行了方案的驗證與比較，設計如圖 所示的軟開關直流開關電源的主電路框圖。如圖 即為輸入整流濾波電路。 輸入電容器 mC 決定于輸出保持時間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計算流入電容器的紋波 電流是否完全達到電容器的容許值的基礎上進行設計。 考慮到開關管的參數、控制電路及主電路的特性等因素，選取開關橋的工作頻率為 30kHz。 (4) 計算實際占空比 在輸入電壓最低，輸出電壓最高時有最大占空比 maxD min1V = 380(120%)=410V min2V = min12 VN ? / 1N = 79410/65= 498V maxD = 4 9 8 2 5m i n2m a x ?????V VVV o rLODo = 在輸入電壓最高，輸出電壓最低的時候有最小占空比 minD max2V = 2N max1V / 1N = 79640/65= 777V 設此時 orLOD IV ? = 1V minD = 7 7 7 11 9 5m a x2m in ????V IVV orLODo = 相應的導通脈寬 : ?maxONt maxD T/2=?minONt minD T/2= (5) 選擇繞組導 線線徑 取負載電流為額定負載電流的 105%，則流過輸出電感的電流平均值為 50120% =， 流過副邊繞組的電流幅值即為流過電感的電流幅值，即為 mI2 =其平均值 aveI2 = 其有效值 2I = 考慮到存在集膚效應，根據相關文獻， 30kHz時的穿透深度為 ，因此，選用的導線線徑不得大于 。 選用高壓開關 管： (1) 耐壓 根據相關文獻可以查到，全橋功率轉換電路高壓開關管上施加的最高電壓為CEMV =E，對應于最高輸入電網電壓的輸入整流電路的直流輸出電壓 ME : ME = 2%)201(3802m a x ?????inU =640V 考慮各種因素的影響取 50%的裕量 640(l+50%)=960V (2) 開關電流 在一些參數尚不知道的情況下，我們需要估算開關管的電流，以便選擇開關 本科生畢業(yè)設計（論文） 16 管和計算輸出濾波電路。 輸出整流二極管 : 本科生畢業(yè)設計（論文） 17 因為輸出二極管工作于高頻狀態(tài) (30kHz)，所以應選用快恢復二極管。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除 了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點 : 1. 當流過開關管的電流達到給定值時，開關自動關斷； 2. 自動消除工頻輸入電壓經整流后的紋波電壓，并開關電源輸出端 300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量； 3. 多臺開關電源并聯(lián)工作時， PWM 開關控制器具有內在的均流能力； 4. 具有更快的負載動態(tài)響應 ； 常用的脈寬調制 (PWM)型集成控制器如圖 所示的幾個部分組成。 引腳（ 3E/A Out）：與 INV端構成比例積分反饋電路的誤差放大器的輸出端。 引腳 11 和引腳 14（ Out A 和 Out B）：這兩腳輸出互補的高低驅動脈沖信號。 主要特點 適用于電壓型或電流型開關電源電路； 實際開關頻率可達 1MHz； 輸出脈沖最大傳輸延遲時間為 50ns； 具有兩路大電流推拉式輸出 (峰值電流為 2A)； 內有寬頻帶誤差信號放大器； 具有較高的頻率精度并可對死區(qū)進行控制，同時振蕩器放電電流也可調； 帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯； 具有軟啟 動控制； 內有逐脈沖限流比較器； 具有全周期再啟動的封鎖式過流比較器； 啟動電流很小 (典型值為 100mA): 欠壓鎖定 16V∕10V(B型 ) 在欠壓鎖定期間，輸出低電平； 可調整的帶隙基準電壓； 可調的上升沿封鎖閥值，可調低上升沿噪音。若誤差放大電壓越小，比較器輸出的高電平時間越長，反之越短。輸出脈沖的下降沿由脈寬調制比較器、限流比較器和過流比較器聯(lián)合控制。 (3) 欠壓鎖定、軟啟動以及故障處理： 軟啟 動是通過軟啟動 (SOFT,START)腳的外接電容實現的。這樣，在故障連續(xù)出現的情況下，輸出就會出現一個間斷期。通過實驗我們測得端口 2 的數值范圍為 :～ ，根據系統(tǒng)的具體 情況，最大占空比我們設計為 maxD =40%。在圖 中， 1U 指的是一個精密線性光 耦合 ，因為反饋電壓是直接從主電路的輸出端采樣，由于主電路和控制電路是需要隔離的，所以光耦隔離是必不可少的，但是，一般光禍的輸出是不能反應輸入的大小的，我們選用線性光耦合器，即 可以實現電氣隔離，又可以實現比例傳輸，為了實現精確地控制，我們選用了一種精密線性光禍合器。同理，我們得到： 2K = 2PI / PI (44) 2K 表示正向增益，則我們定義此電路的傳輸增益為 3K ，應滿足如下的關系： 3K = 2K / 1K (45) 可見，輸入與輸出滿足如下的關系 : 11230 )/( VRRKV ? (46) 在實際應用中， LED 應工作在 110mA 左右，在此范圍內，傳輸增益 3K 為～ 之間的一個值，它的線性誤差為 177。 由前面的論述可知， 0V 在 之間變化，由此可以在實驗調試中調節(jié)各參數以使當 fV 為適當的值時，選擇的參數為 : 2R = 3R =? ， 1R = fR =10 k? ， rV =12V。 輸出軟啟動和輸入軟啟動應結合起來考慮，理想的配合是輸入電容充電完畢，限流電阻被短接后，輸出電壓才由零逐漸增大到額定值，以避免限流電阻上承受極大的損耗。反饋比例系數由電阻分壓構成，調節(jié)分壓電路中的電位器，我們可以改變系數 fK ,使的主電路輸出在一個范圍之間可調。 此電路的關鍵是線性光禍要工作在其線性范圍內，需要選擇合適的前置運放和計算電路中的電阻值。反饋光二極管吸收 LED 光通量的一部分而產生控制信號。具體實驗數據如表 所示。 UC3825 推拉式輸出電路的每個輸出端都可輸出峰值為 2A 的電流。當 9uA 的內部電流源給軟啟動腳外接電容充電時，誤差放大器輸出電壓逐 本科生畢業(yè)設計（論文） 24 漸升高，直到閉環(huán)調節(jié)功能開始工作，開關電源輸出電壓逐漸升高到額定值。因為采用了上升