【正文】 范圍內(nèi)，待輸入電容充滿電后 (一般充電時(shí)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?shù)墓δ?，此器件的選用和外圍參數(shù)的選擇都很成功，實(shí)驗(yàn)效果滿意。該信號(hào)可用來(lái)調(diào)節(jié) LED 的驅(qū)動(dòng)電流，這種技術(shù)可用來(lái)補(bǔ)償 LED的時(shí)間和溫度特性的非線性。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，端口 2 的數(shù)值范圍為 ： ～ ，而 PWM 脈沖信號(hào)的占空比在 0%～ 40%之間變化，與上述的結(jié)論是吻合的。該輸出電流在 20ns 內(nèi)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(guò) ，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?；同時(shí)，軟啟動(dòng)腳外接電容以 250uA 的電流放電。這樣，開關(guān)電源的固有噪聲就能被有效的抑制。 計(jì)算 公式為 : )1)(10( 3 m a xDmA VRT ?? （ 41） FR DC TT ??? m （ 42） TR 的最佳阻值應(yīng)為 1～ 10k? 之間， maxD 應(yīng)大于 70%。我們將詳細(xì)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(shè)計(jì)（論文） 21 UC3825 是一款針對(duì)開關(guān)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(dá) 1MHz，帶有基準(zhǔn)電壓輸出、軟啟動(dòng)和過(guò)流保護(hù)模塊。 引腳 5 和引腳 6 (CT 和 RT)：這兩腳設(shè)置芯片的工作時(shí)鐘，通過(guò)接 不同的電容和電阻，形成不同的鋸齒波信號(hào)。當(dāng)然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來(lái)去驅(qū)動(dòng)單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管 。 根據(jù)以上分析，同時(shí)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(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 : TbLT DCL /4 ???? (36) 式中 : T? 為初級(jí)電流下降的時(shí)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(guān)，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(nèi)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(dòng)越小，輸入功率因素越高，但受體積重量和價(jià)格的限制，并根據(jù)繞制廠家的現(xiàn)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(jīng)電源內(nèi)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(cè)整流電路輸出的脈動(dòng)直流中的交流成分，得到平滑的直流輸出。開關(guān) 電源中分別存在輸入和輸出整流濾波回路。 保護(hù)電路是控制電路的一個(gè)重要組成部分，為了提高電源的可靠性必須不斷完善保護(hù)電路的功能。 圖 電源控制電路框圖 電壓反饋控制電路通過(guò)檢測(cè)電壓的大小，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，然后將采樣電壓和參考電壓相比較得出誤差信號(hào)，反饋控制電路將誤差信號(hào)進(jìn)行 PI 處理后得到一控制電壓。對(duì)全橋變換器來(lái)說(shuō)，只有對(duì)角線上兩只開關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，變換器才輸出功率，所以可通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)角線上的兩只開關(guān)管導(dǎo)通重合角的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)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(dǎo)體器件的結(jié)電容或外加的附加電感電容的諧振來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流的開關(guān)換流。開關(guān)電源的主回路可以分為 :輸入整流濾波回路、功率開關(guān)橋、輸出整流濾波三部分。最后對(duì)開關(guān)電源整流濾波電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。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 )。 隨著通信用開關(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、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 穩(wěn)定、高效、小型、安全。電源界把開關(guān)電源的頻率提高到20kHz 以上稱為電源技術(shù)的 “20kHz 革命 ”。在隨后的 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 本 次設(shè)計(jì) 的 10kW 直流開關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)的題目為 10kW 直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì) ， 直流開關(guān)電源的工作原理 ： 電網(wǎng)輸送來(lái)的交流電 經(jīng) 整流濾波電路變?yōu)橹绷?，?jīng)過(guò)高頻逆變電路變?yōu)楦哳l交流，通過(guò) 高頻變壓器將高頻交流電變 壓，然后高頻交流電經(jīng)單相橋式整流濾波電路變?yōu)橹绷?。電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入 90 年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛 地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。因此直流開關(guān)電源的分類是依賴 DC/DC 轉(zhuǎn)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(lái)并投入了市場(chǎng)，各種通信設(shè)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(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管。 但后來(lái)，我國(guó)的 開關(guān) 電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。穩(wěn)壓精度優(yōu)于 %,模塊化組合的高頻開關(guān)電源，電信行業(yè)成套電源技術(shù)提高到了一個(gè)嶄新的水平。 圖 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)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(yīng)具有以下功能 :控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路。 根據(jù)電路功能的分工可將控制電路分為幾大部分 :脈沖產(chǎn)生電路、觸發(fā)電路、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 電壓反饋控制電路、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)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(dòng)作而 將保護(hù)電路搞得非常遲鈍，這將會(huì)增加過(guò)流保護(hù)的不安全性。輔助電源也可以通過(guò)高頻變壓器獲得輸出后反饋提供，輔助電源本身作為開關(guān)電源的一組負(fù)載。因?yàn)楸疚膶?shí)驗(yàn)要求輸出電壓為 220V。 主電路組成框圖 根據(jù)需要設(shè)計(jì)大功率開關(guān)電源的技術(shù)要求，本文進(jìn)行了方案的驗(yàn)證與比較，設(shè)計(jì)如圖 所示的軟開關(guān)直流開關(guān)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(shí)間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波 電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。 考慮到開關(guān)管的參數(shù)、控制電路及主電路的特性等因素，選取開關(guān)橋的工作頻率為 30kHz。 (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 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(shí)候有最小占空比 minD max2V = 2N max1V / 1N = 79640/65= 777V 設(shè)此時(shí) orLOD IV ? = 1V minD = 7 7 7 11 9 5m a x2m in ????V IVV orLODo = 相應(yīng)的導(dǎo)通脈寬 : ?maxONt maxD T/2=?minONt minD 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 50120% =， 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 mI2 =其平均值 aveI2 = 其有效值 2I = 考慮到存在集膚效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)， 30kHz時(shí)的穿透深度為 ，因此，選用的導(dǎo)線線徑不得大于 。 選用高壓開關(guān) 管： (1) 耐壓 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以查到，全橋功率轉(zhuǎn)換電路高壓開關(guān)管上施加的最高電壓為CEMV =E，對(duì)應(yīng)于最高輸入電網(wǎng)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(guān)電流 在一些參數(shù)尚不知道的情況下，我們需要估算開關(guān)管的電流，以便選擇開關(guān) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 管和計(jì)算輸出濾波電路。 輸出整流二極管 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 因?yàn)檩敵龆O管工作于高頻狀態(tài) (30kHz)，所以應(yīng)選用快恢復(fù)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(diǎn) : 1. 當(dāng)流過(guò)開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷； 2. 自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)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(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)， PWM 開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力； 4. 具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng) ； 常用的脈寬調(diào)制 (PWM)型集成控制器如圖 所示的幾個(gè)部分組成。 引腳（ 3E/A Out）：與 INV端構(gòu)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(bǔ)的高低驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。 主要特點(diǎn) 適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路； 實(shí)際開關(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 100mA): 欠壓鎖定 16V∕10V(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。若誤差放大電壓越小，比較器輸出的高電平時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器、限流比較器和過(guò)流比較器聯(lián)合控制。 (3) 欠壓鎖定、軟啟動(dòng)以及故障處理： 軟啟 動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng) (SOFT,START)腳的外接電容實(shí)現(xiàn)的。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間斷期。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 maxD =40%。在圖 中， 1U 指的是一個(gè)精密線性光 耦合 ，因?yàn)榉答侂妷菏侵苯訌闹麟娐返妮敵龆瞬蓸樱捎谥麟娐泛涂刂齐娐肥切枰綦x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(yīng)輸入的大小的，我們選用線性光耦合器，即 可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離，又可以實(shí)現(xiàn)比例傳輸，為了實(shí)現(xiàn)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(yīng)滿足如下的關(guān)系： 3K = 2K / 1K (45) 可見，輸入與輸出滿足如下的關(guān)系 : 11230 )/( VRRKV ? (46) 在實(shí)際應(yīng)用中， LED 應(yīng)工作在 110mA 左右，在此范圍內(nèi)，傳輸增益 3K 為～ 之間的一個(gè)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(shí)驗(yàn)調(diào)試中調(diào)節(jié)各參數(shù)以使當(dāng) fV 為適當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，選擇的參數(shù)為 : 2R = 3R =? ， 1R = fR =10 k? ， rV =12V。 輸出軟啟動(dòng)和輸入軟啟動(dòng)應(yīng)結(jié)合起來(lái)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(shù)由電阻分壓構(gòu)成，調(diào)節(jié)分壓電路中的電位器，我們可以改變系數(shù) fK ,使的主電路輸出在一個(gè)范圍之間可調(diào)。 此電路的關(guān)鍵是線性光禍要工作在其線性范圍內(nèi)，需要選擇合適的前置運(yùn)放和計(jì)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(chǎn)生控制信號(hào)。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 所示。 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 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開始工作，開關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。因?yàn)椴捎昧松仙?