【正文】 壓送給脈沖產(chǎn)生電路，進而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。本文根據(jù)實際技術(shù)要求開發(fā)的開關(guān)電源的主電路，應(yīng)該采用移相式全橋變換器的拓撲結(jié)構(gòu)。圖23(b)為零電壓(ZeroVoltageSwitching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的并聯(lián)實現(xiàn)的。圖22硬開關(guān)式全橋變換器結(jié)構(gòu) 諧振式全橋變換器硬開關(guān)式電路在頻率不高時其缺點還不是很突出，隨著頻率的提高，開關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個十分嚴重的問題，為了解決這一問題，有人提出了諧振式軟開關(guān)的概念。 硬開關(guān)式全橋變換器硬開關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡單、控制方便得到廣泛應(yīng)用，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)器件在高電壓下導通，大電流下關(guān)斷，因此，在開關(guān)瞬間必然有大量損耗。控制電路是整個電源的大腦，它控制整個裝置工作并實現(xiàn)相應(yīng)的保護功能。開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖可如圖21所示。%,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)提高到了一個嶄新的水平。但后來，我國的通信電源發(fā)展相當緩慢。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(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、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管。Jen Sen)又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源而將直流直流(DC/DC)變換器稱為二次電源。因此，自1947年肖克萊發(fā)明晶體管，并在隨后的幾年內(nèi)對晶體管的質(zhì)量和性能不斷完善提高后，人們就著力研究利用晶體管進行高頻變換的方案。在電路拓撲型式上開發(fā)出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路，以適應(yīng)不同應(yīng)用場合、不同功率檔次的需要；在元器件方面，功率晶體管和整流二極管的性能也有了較大的提高。采用這種工作原理，大大減小了開關(guān)管的損耗，不但提高了效率也提高了工作頻率，減小了體積，更重要的是降低了變換電路對分布參數(shù)的敏感性，拓寬了開關(guān)器件的安全工作區(qū)，在一定程度上降低了對器件的要求，從而顯著提高了開關(guān)電源的可靠性。這種電源工作于工頻50Hz，有龐大的工頻變壓器、電感線圈、電解電容等，笨重龐大、效率低、噪聲大、性能指標低，不易實現(xiàn)集中監(jiān)控。機箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。輸入整流濾波回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動成分的直流電，然后通過輸入濾波電容使得脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。但是需要的功率元件較多，在開關(guān)導通的回路上，至少有兩個管的壓降，因此功率損耗也較大。另外，開關(guān)器件在高頻下運行時，器件本身的極間電容將成為個重要參數(shù)。(a) 零電流開關(guān)(b) 零電壓開關(guān)圖23諧振電路的基本結(jié)構(gòu)圖圖23(a)為零電流(ZeroCurrentSwitching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的串聯(lián)實現(xiàn)的。所以，80 年代后期，許多專家進一步研究開發(fā)能實現(xiàn)恒頻控制的軟開關(guān)技術(shù)，兼有諧振變換器和PWM變換器的特點，形成了ZCS或ZVS PWM變換技術(shù)。從圖24可以看出，脈沖產(chǎn)生電路是控制電路的核心。輸出電壓在合閘時容易出現(xiàn)過沖，這種過沖，合閘時可能發(fā)生，在關(guān)閉電源時也可能產(chǎn)生，只要達到足夠的幅度將會給負載造成損害，而且，反復的大電流沖擊對電容器本身也不利，同時還會引起干擾，因此，開關(guān)電源必須具備輸出電源軟啟動的功能。選取輔助電源電路形式時，只要該電源能滿足控制電路的要求即可。橋式整流電路適用于輸出電壓較高的場合，還可以使變壓器結(jié)構(gòu)簡單，降低整流管的電壓定額，所以我們采用橋式整流電路作為輸出整流電路。 主電路組成框圖根據(jù)需要設(shè)計大功率開關(guān)電源的技術(shù)要求，本文進行了方案的驗證與比較，設(shè)計如圖31所示的軟開關(guān)直流開關(guān)電源的主電路框圖。圖32 電源主電路結(jié)構(gòu) 單相逆變橋單相逆變橋采用IGBT，以滿足高壓、高功率的要求。 輸入整流電容輸入電容器Cm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(chǔ)上進行設(shè)計。磁芯規(guī)格:Ddh= 1206020 mmD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)形磁芯的厚度根據(jù)設(shè)計高頻變壓器的總結(jié)公式:= 100在公式中，應(yīng)取最大值。原邊繞組流過的電流為雙向電流，其寬度為，其幅度由折算負載電流，折算到輸出電感電流增量以及勵磁電流等三部分組成，前兩者也如副邊平均幅值電流那樣取平均折算電流幅值，即=/= 79設(shè)勵磁電流幅值為折算副邊電流幅值的8%，即:= = = 它是鋸齒形電流，我們將其轉(zhuǎn)換成平均值在疊加到副邊電流上。因為輸出電壓比較高(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。基準電壓和采樣反饋信號通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號和鋸齒波(或三角波)比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實現(xiàn)穩(wěn)壓。它由振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過流比較器、基準電壓源、故障鎖存器、軟啟動電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動器等組成。UC3823A、B的兩個輸出端可同時輸出脈沖，輸出脈沖的頻率與振蕩器頻率相等，脈沖占空比可在O%～100%內(nèi)調(diào)整。同時，由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜坡輸入就不需要再經(jīng)過濾波。在任何時間，只要限流(I LIM)，故障封鎖就起作用，從而使輸出端變?yōu)榈碗娖?。這時，故障鎖存器復位，芯片開始軟啟動過程。每個輸出端(OUT)到和PGND之間，都應(yīng)加入一只3A的肖特基二極管(IN5120, USD245或相同性能的器件)，如圖46所示。我們定義UC3825的2腳輸入為，輸出的PWM信號占空比為D。反饋光二極管吸收LED光通量的一部分而產(chǎn)生控制信號。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，實驗效果滿意。軟啟動電路分為兩部分內(nèi)容，其一是輸入電網(wǎng)分段啟動，在合閘時先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，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。下面將詳細介紹。③ 限流—切斷式保護。圖412中的電容C是噪音濾波電容器，用來濾掉干擾，以防止過流保護電路的誤動作。有如下的特點:..低備用電流.電流限制..輸出電壓可調(diào).1 OOKHZ工作頻率.基準精度2%第二部分的電源是由UC3825的CLK端經(jīng)過觸發(fā)以后，通過高頻變壓器隔離變壓后整流輸出。對若干個開關(guān)變換器模塊并聯(lián)的電源系統(tǒng)，基本要求是:(1)各模塊承受的電流能自動平衡，實現(xiàn)均流；(2)為提高系統(tǒng)的可靠性，盡可能不增加外部均流控制的措施，并使均流與冗余技術(shù)結(jié)合。它是在并聯(lián)的n個變換器模塊中，人為指定其中一個為“主模塊”(Master Module)，而其余各模塊跟從主模塊分配分配電流，稱為從模塊(Slave Modules)。最大電流法自動均流圖416最大電流法自動均流法電路原理圖這是一種自動設(shè)定主模塊和從模塊的方法，即在個并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動成為主模塊，而其余的模塊則成為從模塊，它們的電壓誤差依次被整定，以校正負載電流分配的不平衡。UC3907根據(jù)對模塊電流的監(jiān)控，由均流母線電壓確定哪個模塊的輸出電流最大，指定它為主模塊，主模塊狀態(tài)指示器工作，而其余均為從模塊，它們的電流跟隨主模塊的輸出電流，%之內(nèi)。對鉛酸蓄電池而言，該理論提供了最好的充電方法:用最大速度而又不出氣的在一定溫度下充入放電容量的90%以上，而后充電速度按蓄電池最大接受力特性曲線下降。它是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，來保持充電電流不變的充電方法。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進行設(shè)計的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進最佳充電曲線。圖56變電流間歇充電法曲線 變電壓間歇充電法在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法，如圖57所示。(3)此外，直流濾波環(huán)節(jié)參數(shù)的選取也很重要，需要反復試驗才能達到較好的濾波效果。通過對高頻開關(guān)電源基本理論的研究，對開關(guān)變換器各種拓撲結(jié)構(gòu)的分析論證，期望設(shè)計出一種實用于電力系統(tǒng)直流操作電源的高頻開關(guān)電源整流模塊，以替代現(xiàn)在使用的相控整流電源，為電力系統(tǒng)提供一種重量更輕、體積更小、效率更高、安全性更好的一種整流模塊。由于時間的限制，還有以下一些后續(xù)工作有待完成:(1)高頻變壓器的更進一步優(yōu)化設(shè)計，高頻變壓器存在著溫升偏高的問題，開關(guān)噪聲偏大。比較圖56和圖57，可以看出:圖57的充電曲線更加符合最佳充電曲線。脈沖式充電法是用脈沖電流對電池充電，然后讓電池停充一段時間，如此循環(huán)，如圖55所示。此方法充電速度快，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的，到充電后期，沸騰現(xiàn)象強烈，既消耗電能，又損壞極板。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。第5章 鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到了廣泛的使用。這種方法的原理如圖416所示。②如果主模塊失效，則整個電源系統(tǒng)不能工作，因此這種方法不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的均流方法很多，常用的有:(1) 輸出阻抗法調(diào)節(jié)開關(guān)變換器的外特性傾斜度(即調(diào)節(jié)輸出阻抗)，以達到并聯(lián)模塊接近均流的目的。由圖中知，此電源因為有高頻變壓器的隔離，所以和UC3825是隔離的，與第一部分的電源也不共地。圖中表示光耦合器，選用TIL117, 表示一個可編程的精密電壓基準43IL，主電路的輸出電壓過、分壓后加入到精密電壓基準的基準(R)端，的陰極接到光耦合器的3端，從圖413中可以知道，陰極電流突然增大，使得光耦合器工作，變?yōu)榈碗娖?，而連接到UC3825的輸入啟動端(SS)，這樣迫使啟動電容放電，系統(tǒng)重新軟啟動，實現(xiàn)過壓保護的目的，保護負載的安全。這是上述兩種保護方式相結(jié)合的產(chǎn)物。切斷式保護的原理框圖如圖410所示。這兩種軟啟動電路都是非常重要的，前一種可稱為硬控制，后種可稱為軟控制。實質(zhì)上，如果在應(yīng)用中，直接將反饋信號接入到輸入端，則效果并不是很好，所以，我們設(shè)計時，在反饋電路中，加入了一個慣性環(huán)節(jié)，以達到的對輸出的更好控制效果。輸出光二極管產(chǎn)生的輸出信號與LED發(fā)出的伺服光通量成線性比例。表41 UC3825輸入與輸出占空比的關(guān)系 反饋電路的設(shè)計高頻開關(guān)電源是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋控制，外環(huán)是電壓反饋控制。 UC3825的調(diào)試UC3825是控制電路的核心，通過前面的介紹，我們知道，這種PWM集成控制器集成了很多的功能，以前需要用分立單元完成的功能，現(xiàn)在都可以通過UC3825來完成，它的般用法如圖57所示。但是軟啟動腳外接電容在充足電之前不會放電。(3) 欠壓鎖定、軟啟動以及故障處理圖45軟啟動和故障處理波形 軟啟動和故障處理波形如圖45所示。為了更準確控制前沿封鎖時間，可在外部并聯(lián)一個2k(2%)電阻R。為了限制最大占空比，在振蕩電容放電期間，內(nèi)部時鐘脈沖對兩路輸出進行封鎖。圖42 UC3825內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖(1) 振蕩器圖43振蕩電路振蕩電路如圖43所示。當然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅(qū)動單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管，此時開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率就等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器的頻率。 輸出整流二極管因為輸出二極管工作于高頻狀態(tài)(30KHz)，所以應(yīng)選用快恢復二極管。(6) 校核窗口面積1206020磁芯窗口面積為:= =2826mm，因此原邊繞組占有的標稱面積為:=副邊繞組占有的標稱面積為:=占空系統(tǒng)為:= (+)/= (195+140)/2826= 可見窗口面積綽綽有余。為磁芯截面積:=所以，計算所得高頻變