【正文】 壓送給脈沖產(chǎn)生電路，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。本文根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求開(kāi)發(fā)的開(kāi)關(guān)電源的主電路，應(yīng)該采用移相式全橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖23(b)為零電壓(ZeroVoltageSwitching)開(kāi)關(guān)，它是通過(guò)電感Lr和開(kāi)關(guān)S的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。圖22硬開(kāi)關(guān)式全橋變換器結(jié)構(gòu) 諧振式全橋變換器硬開(kāi)關(guān)式電路在頻率不高時(shí)其缺點(diǎn)還不是很突出，隨著頻率的提高，開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個(gè)十分嚴(yán)重的問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，有人提出了諧振式軟開(kāi)關(guān)的概念。 硬開(kāi)關(guān)式全橋變換器硬開(kāi)關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便得到廣泛應(yīng)用，開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，因此，在開(kāi)關(guān)瞬間必然有大量損耗?？刂齐娐肥钦麄€(gè)電源的大腦，它控制整個(gè)裝置工作并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。開(kāi)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(kāi)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。但后來(lái)，我國(guó)的通信電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。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。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(chēng)為一次電源而將直流直流(DC/DC)變換器稱(chēng)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(duì)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(jìn)行高頻變換的方案。在電路拓?fù)湫褪缴祥_(kāi)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(chǎng)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(kāi)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(duì)分布參數(shù)的敏感性，拓寬了開(kāi)關(guān)器件的安全工作區(qū)，在一定程度上降低了對(duì)器件的要求，從而顯著提高了開(kāi)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(xiàn)圈、電解電容等，笨重龐大、效率低、噪聲大、性能指標(biāo)低，不易實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。機(jī)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(guò)整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過(guò)輸入濾波電容使得脈動(dòng)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(kāi)關(guān)導(dǎo)通的回路上，至少有兩個(gè)管的壓降，因此功率損耗也較大。另外，開(kāi)關(guān)器件在高頻下運(yùn)行時(shí)，器件本身的極間電容將成為個(gè)重要參數(shù)。(a) 零電流開(kāi)關(guān)(b) 零電壓開(kāi)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(kāi)關(guān)，它是通過(guò)電感Lr和開(kāi)關(guān)S的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。所以，80 年代后期，許多專(zhuān)家進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)能實(shí)現(xiàn)恒頻控制的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，兼有諧振變換器和PWM變換器的特點(diǎn)，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(shí)容易出現(xiàn)過(guò)沖，這種過(guò)沖，合閘時(shí)可能發(fā)生，在關(guān)閉電源時(shí)也可能產(chǎn)生，只要達(dá)到足夠的幅度將會(huì)給負(fù)載造成損害，而且，反復(fù)的大電流沖擊對(duì)電容器本身也不利，同時(shí)還會(huì)引起干擾，因此，開(kāi)關(guān)電源必須具備輸出電源軟啟動(dòng)的功能。選取輔助電源電路形式時(shí)，只要該電源能滿(mǎn)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(chǎng)合，還可以使變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jì)大功率開(kāi)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31所示的軟開(kāi)關(guān)直流開(kāi)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(mǎn)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(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)。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(jì)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(guò)的電流為雙向電流，其寬度為，其幅度由折算負(fù)載電流，折算到輸出電感電流增量以及勵(lì)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(lì)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?yàn)檩敵鲭妷罕容^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(zhǔn)電壓和采樣反饋信號(hào)通過(guò)誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號(hào)和鋸齒波(或三角波)比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。它由振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過(guò)流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。UC3823A、B的兩個(gè)輸出端可同時(shí)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(shí)，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(guò)濾波。在任何時(shí)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(shí)，故障鎖存器復(fù)位，芯片開(kāi)始軟啟動(dòng)過(guò)程。每個(gè)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(hào)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(hào)。選擇線(xiàn)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(mǎn)意。軟啟動(dòng)電路分為兩部分內(nèi)容，其一是輸入電網(wǎng)分段啟動(dòng)，在合閘時(shí)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(mǎn)電后(一般充電時(shí)間為26秒)，再將該電阻短接。下面將詳細(xì)介紹。③ 限流—切斷式保護(hù)。圖412中的電容C是噪音濾波電容器，用來(lái)濾掉干擾，以防止過(guò)流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。有如下的特點(diǎn):..低備用電流.電流限制..輸出電壓可調(diào).1 OOKHZ工作頻率.基準(zhǔn)精度2%第二部分的電源是由UC3825的CLK端經(jīng)過(guò)觸發(fā)以后，通過(guò)高頻變壓器隔離變壓后整流輸出。對(duì)若干個(gè)開(kāi)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(dòng)平衡，實(shí)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(gè)變換器模塊中，人為指定其中一個(gè)為“主模塊”(Master Module)，而其余各模塊跟從主模塊分配分配電流，稱(chēng)為從模塊(Slave Modules)。最大電流法自動(dòng)均流圖416最大電流法自動(dòng)均流法電路原理圖這是一種自動(dòng)設(shè)定主模塊和從模塊的方法，即在個(gè)并聯(lián)的模塊中，輸出電流最大的模塊，將自動(dòng)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(fù)載電流分配的不平衡。UC3907根據(jù)對(duì)模塊電流的監(jiān)控，由均流母線(xiàn)電壓確定哪個(gè)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(duì)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(xiàn)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(lái)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(xiàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線(xiàn)盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線(xiàn)。圖56變電流間歇充電法曲線(xiàn) 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(fù)試驗(yàn)才能達(dá)到較好的濾波效果。通過(guò)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源基本理論的研究，對(duì)開(kāi)關(guān)變換器各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析論證，期望設(shè)計(jì)出一種實(shí)用于電力系統(tǒng)直流操作電源的高頻開(kāi)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(shí)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(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，高頻變壓器存在著溫升偏高的問(wèn)題，開(kāi)關(guān)噪聲偏大。比較圖56和圖57，可以看出:圖57的充電曲線(xiàn)更加符合最佳充電曲線(xiàn)。脈沖式充電法是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)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(guò)程的進(jìn)行而逐漸下降的，到充電后期，沸騰現(xiàn)象強(qiáng)烈，既消耗電能，又損壞極板。原則上把這條曲線(xiàn)稱(chēng)為最佳充電曲線(xiàn)，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(jià)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(gè)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(kāi)關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法開(kāi)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(kāi)關(guān)變換器的外特性?xún)A斜度(即調(diào)節(jié)輸出阻抗)，以達(dá)到并聯(lián)模塊接近均流的目的。由圖中知，此電源因?yàn)橛懈哳l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(gè)可編程的精密電壓基準(zhǔn)43IL，主電路的輸出電壓過(guò)、分壓后加入到精密電壓基準(zhǔn)的基準(zhǔn)(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(dòng)端(SS)，這樣迫使啟動(dòng)電容放電，系統(tǒng)重新軟啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)的目的，保護(hù)負(fù)載的安全。這是上述兩種保護(hù)方式相結(jié)合的產(chǎn)物。切斷式保護(hù)的原理框圖如圖410所示。這兩種軟啟動(dòng)電路都是非常重要的，前一種可稱(chēng)為硬控制，后種可稱(chēng)為軟控制。實(shí)質(zhì)上，如果在應(yīng)用中，直接將反饋信號(hào)接入到輸入端，則效果并不是很好，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，在反饋電路中，加入了一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，以達(dá)到的對(duì)輸出的更好控制效果。輸出光二極管產(chǎn)生的輸出信號(hào)與LED發(fā)出的伺服光通量成線(xiàn)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(jì)高頻開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)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(guò)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(guò)UC3825來(lái)完成，它的般用法如圖57所示。但是軟啟動(dòng)腳外接電容在充足電之前不會(huì)放電。(3) 欠壓鎖定、軟啟動(dòng)以及故障處理圖45軟啟動(dòng)和故障處理波形 軟啟動(dòng)和故障處理波形如圖45所示。為了更準(zhǔn)確控制前沿封鎖時(shí)間，可在外部并聯(lián)一個(gè)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(shí)鐘脈沖對(duì)兩路輸出進(jìn)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(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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開(kāi)關(guān)管，此時(shí)開(kāi)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?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。(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(biāo)稱(chēng)面積為:=副邊繞組占有的標(biāo)稱(chēng)面積為:=占空系統(tǒng)為:= (+)/= (195+140)/2826= 可見(jiàn)窗口面積綽綽有余。為磁芯截面積:=所以，計(jì)算所得高頻變