【正文】 ............22 軟開關(guān)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................24 控制電路的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................27 交流濾波整流輸入的設(shè)計(jì) .................................................................................................345 結(jié)論 .....................................................................................................................................................37參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................................38致 謝 ..................................................................................................................................................39長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1附錄一 控制電路圖 ..........................................................................................................................40附錄二 原理圖總圖 ..........................................................................................................................411 緒論 引言 隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，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)備控制設(shè)備等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，正是由于開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用和普及，使開關(guān)電源技術(shù)得到迅速發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，科學(xué)研究和工程應(yīng)用實(shí)踐對(duì)電源的需求逐年增多，對(duì)其精度、性能、規(guī)格、品種、類型、體積、智能化操作等方面都提出了許多新的要求，現(xiàn)有的直流電源已經(jīng)不能滿足各領(lǐng)域中的許多要求，研究和開發(fā)適合要求的多種新型直流電源已經(jīng)成為一種客觀需求，而且其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益都比較顯著。 選題的目的和意義 選題目的準(zhǔn)諧振開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于電子、IT 等產(chǎn)業(yè)。高頻化使電源體積大幅度的減小，輕巧便攜，實(shí)用性和使用方便性明顯得到改善。這樣不僅會(huì)長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3影響周圍電子設(shè)備，而且還會(huì)大大降低電源裝置本身的可靠性。這種電路拓?fù)淇梢耘c PWM 控制方式兼容。2 開關(guān)電源 開關(guān)電源的種類及特點(diǎn) 顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅閘流管等） ，通過(guò)控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷” ，使電子開關(guān)器件對(duì)輸入電壓進(jìn)長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4行脈沖調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn) DC/AC、 DC/DC 電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動(dòng)穩(wěn)壓。當(dāng)控制開關(guān) K 接通的時(shí)候，開關(guān)電源就向負(fù)載 R 輸出一個(gè)脈沖寬度為 Ton，幅度為 Ui 的脈沖電壓 Up；當(dāng)控制開關(guān) K 關(guān)斷的時(shí)候，又相當(dāng)于開關(guān)電源向負(fù)載 R 輸出一個(gè)脈沖寬度為 Toff，幅度為 0 的脈沖電壓。如果串聯(lián)式開關(guān)電源只單純用于功率輸出控制，電壓輸出可以不用接整流濾波電路，而直接給負(fù)載提供功率輸出；但如果用于穩(wěn)壓輸出，則必須要經(jīng)過(guò)整流濾波。控制開關(guān) K 不斷地反復(fù)接通和關(guān)斷過(guò)程，在負(fù)載 R 上就可以得到一個(gè)負(fù)極性的電壓輸出。一般當(dāng)占空比 D 小于或等于 時(shí)， i（0）= 0，由此可以求得流過(guò)儲(chǔ)能電感 L 的最大電流 ILm 為：—— K 接通期間（D = ） （6）oniLmTUI?式中 Ton 為控制開關(guān) K 接通的時(shí)間。在圖 2 4 中，需要特別注意的是開關(guān)變壓器初、次級(jí)線圈的同名端。反饋線圈 N3 繞組和削反峰二極管 D3 對(duì)于正激式變壓器開關(guān)電源是十分必要的，一方面，反饋線圈 N3 繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)二極管 D3 可以對(duì)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行限幅，并把限幅能量返回給電源，對(duì)電源進(jìn)行充電；另一方面，流過(guò)反饋線圈 N3 繞組中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場(chǎng)強(qiáng)度恢復(fù)到初始狀態(tài)。不過(guò) ，因?yàn)閳D 25b 的波形對(duì)應(yīng)的是純電阻負(fù)載，而圖 25b 的負(fù)載是一個(gè)儲(chǔ)能濾波電容和一個(gè)電阻并聯(lián)。由于推挽式變壓器開關(guān)電源中的兩個(gè)控制開關(guān) K1 和 K2 輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對(duì)稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性也很好。但由于電容器 C1 和 C2 的參數(shù)或電壓基本上沒有跟隨控制開關(guān) K1 和 K2 的導(dǎo)通和截止同步變動(dòng)，并且在實(shí)際應(yīng)用中為了節(jié)省成本，經(jīng)常只使用一個(gè)電容器 C1 或 C2，因此，我們把圖 26 的電路稱為半橋式開關(guān)電源電路，或半橋式變壓器開關(guān)電源。半橋式變壓器開關(guān)電源最大的優(yōu)點(diǎn)是，對(duì)兩個(gè)開關(guān)器件的耐壓要求比推挽式變壓器開關(guān)電源對(duì)兩個(gè)開關(guān)器件的耐壓要求可以降低一半。這是因?yàn)殚_關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時(shí)候，相當(dāng)于對(duì)電容充電，它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程；而開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，相當(dāng)于對(duì)電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個(gè)過(guò)渡過(guò)程。因此，全橋式變壓器開關(guān)電源經(jīng)常用于工作電壓高，輸出大功率大的場(chǎng)合。還有就是選用諧振模式或者準(zhǔn)諧振模式的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一樣可以減少開關(guān)損耗。第二類和第三類一般采用脈沖寬度控制(PWM )。從圖 31b 可以看出諧振的引入使得電路的開關(guān)損耗和開關(guān)躁聲都大大下降, 但也帶來(lái)一些負(fù)面問題。主開關(guān) S1 首先開通 , 通過(guò)開關(guān) S1 的電流逐漸增加至輸入電流值, 此時(shí)二極管VDVD2 關(guān)斷, 電容 Cr 反向充電至 Vo；輔助開關(guān) S2 開通后, 電容 Cr 與 Lr2 諧振, 當(dāng)電容 Cr 兩端電壓降至零時(shí)，二極管 VD1 導(dǎo)通, 電容 C r 與電感 LrLr2 諧振至二極管VDVD4 開通, 兩開關(guān) SS2 實(shí)現(xiàn) ZCS 關(guān)斷。主開關(guān) S1 關(guān)斷后, 其寄生電容 Cr1 被恒流充電至輸出電壓 VO, 為輔助開關(guān) S2 提供 ZVZCS 關(guān)斷 , 此時(shí)二極管 VD0 及 VD4 導(dǎo)通。如利德華福技術(shù)的 HA 系列開關(guān)電源，將其FG 端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。針對(duì)開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。 Sl 或 S21N導(dǎo)通時(shí)電感 L 的電流逐漸上升，兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，電感 L 的電流逐漸下降。 圖 43 反饋和調(diào)節(jié)電路 輸出電路輸出電路如圖 44 所示。而且, 開關(guān)頻率越高, 開關(guān)損耗越大,變換器效率大為降低。這部分能量是白白消耗掉的, 稱之為開關(guān)損耗, 而且會(huì)使閘刀發(fā)熱 , 燒蝕, 因此頻繁開關(guān)會(huì)導(dǎo)致閘刀損壞。軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理, 使開關(guān)變換器的開關(guān)器件中電流或電壓按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化, 當(dāng)開關(guān)管電流自然過(guò)零時(shí), 使開關(guān)管關(guān)斷。假定各元件都是理想的 》 ,則濾波環(huán)節(jié)及負(fù)載可看成恒流源 。上述階段是開關(guān)Sl和電感 工作，當(dāng)S2是導(dǎo)通時(shí)進(jìn)入下一個(gè)工作周期，周期中 工作。 功率變換主電路 功率輸出UC3867 電流 檢測(cè)電壓反饋圖 48 控制電路結(jié)構(gòu)框圖在選擇控制芯片時(shí)，有 UC386UC3525 系列和 494 系列芯片可供選擇，其中 UC1525 為軍用芯片，UC2525 為工業(yè)用芯片，UC3525 為民用芯片，這三款適合驅(qū)動(dòng)功率 MOS 管，而 494系列適合驅(qū)動(dòng)雙極性晶體管。它的最高、最低頻率由 Range，Rmin 和 Cvco 決定，輸出脈沖的最寬和最窄脈寬由 RC 管腳的電阻電容決定。當(dāng)故障信號(hào)出現(xiàn)時(shí)．UC3867 封鎖兩路脈沖起到保護(hù)主電路的作用。門限為 16V／10v，選 UC3865：門限為8V／7V 則選 UC3867。同步脈沖的頻率要求應(yīng)比振蕩器的固有頻率低些。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）335VSig GndPwr Gnd5V 發(fā)生器S故障RS重啟RVthOn/off 5VUVLO 輸出端故障 輸出端4VFault20Ω 穩(wěn)壓 5V軟啟動(dòng)0 或 5μA重啟 20μAVccSoftRef圖412 壓鎖定、故障及軟啟動(dòng)部分電路該UC3867具有欠壓鎖定功能，其內(nèi)部有2個(gè)門限：Vccon門限(sv)和Vcc—off(7V)門限，當(dāng)Vcc電壓商于Vec—on門限，則UVLO信號(hào)置0，5V電壓發(fā)生器工作，有驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生：當(dāng)Vcc電壓低于Vce—off門限，則UVLO信號(hào)置1，5V電壓發(fā)生器關(guān)閉，無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生；同時(shí)鎖定故障鎖存器和延時(shí)鎖存器，啟動(dòng)20uA Restart Delay電流源，給Soft—Ref端放電：若5v電壓發(fā)生器有問題，輸出電壓低于4．9V，則UVLO信號(hào)置1，無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生。要使 EMI 濾波器有良好的工作特性 ，元件在選材時(shí)有很多需要注意的地方。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）36其中 Vs,cm為等效噪聲電壓，V o,cm為噪聲信號(hào)通過(guò)濾波器以后的電平值。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）375 結(jié)論本論文研究以開關(guān)電源為背景，對(duì)大功率、高功率密度電源進(jìn)行了深入的設(shè)計(jì)研究。其次，根據(jù)系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求計(jì)算各元件參數(shù)，同時(shí)與主回路對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的控制電路。濾波器的截止頻率一般要求在開關(guān)電源工作頻率 1／10 附近，通過(guò)確定需要配套使用的開關(guān)電源頻率就可以確定抗共模噪聲的截止頻率 。共模濾波器電容(C 2)選用瓷片電容 ，具有高達(dá) 10MHz 以上的自諧振頻率，所以對(duì)較高頻率的共模干擾信號(hào)有較好的抑制效果，設(shè)計(jì)時(shí)通常選取值為 2200～6800pF。之后再充電，這種連續(xù)型故障的延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間 ： restaT (24))(190???kCTsrresta對(duì)于單次故障而言，故障后延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間 要長(zhǎng)于連續(xù)型，因?yàn)榉烹娛菑?v開始rest而不是從5v開始，因此單次故障的延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）34 (25))(240)(19045?????kCkTsrsrresta若想減短故障延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間可在旁路電容兩端并聯(lián)1個(gè)≥20KQ的電阻，即可將故障延時(shí)再啟動(dòng)時(shí)間限制在近似3倍的 。當(dāng)Clock為l時(shí)，三極管導(dǎo)通，電容放電，輸出One Shot為低電平。 誤差放大及電壓控制振蕩器長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）31單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)E/A OutNIINVRangeRminCvcoZeroRC5V+Imin Irange5V15KVth215KVth112K 3V/2VSRclock圖 410 誤差放大電壓控振蕩器及單穩(wěn)態(tài)部分電路從圖 410 可見，NI 端、INV 端和 E／A OUT 端同內(nèi)部比較器構(gòu)成 1 個(gè)誤差放大器電路：電阻 Range、Rmin 和電容 Cvco 構(gòu)成 1 個(gè) Rc 振蕩器，而誤差放大器 E／A 的輸出端直接控制Rc 振蕩器。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30Pwr GndSoftRef151623467810故障邏輯控制電壓控制單穩(wěn)態(tài)邏輯編程輸出驅(qū)動(dòng)基準(zhǔn)5VUVLO5VSig GndVccB OutA Out91513141211FaultNIINVE/A OutRangeRminCvcoZeroRC圖 49 控制器框圖UC3867 的主要特點(diǎn)是：(1)編程 VCO 振蕩器頻率在 10Khz1Mhz 之間。當(dāng)輸出電壓變大時(shí)。 控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖 48 所示。當(dāng)電路參數(shù)確定后，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間就確定了，因此，零電流準(zhǔn)諧振變換器是恒導(dǎo)通時(shí)間控制的，輸出電壓與開關(guān)頻率成正比。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）26