【正文】 電壓、電流檢測(cè)電路：與主回路電位隔離檢測(cè)電壓、電流等。也可用兩組晶體管變流器構(gòu)成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進(jìn)行再生運(yùn)轉(zhuǎn)。 新型變頻器其中可以設(shè)置多種應(yīng)用類軟件，甚至有的品牌可提供多達(dá) 100 余種的應(yīng)用軟件，隨時(shí)滿足各種現(xiàn)場(chǎng)需要。自第一代變頻器以來，變頻器已經(jīng)經(jīng)歷好幾個(gè)發(fā)展階段：即模擬式、數(shù)字式、智能式、多功能型和現(xiàn)在的新型通用變頻器。 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)變頻器的多路輸出的反激式開關(guān)電源，電源取高壓直流（ DC 350V700V）。 PC817 .................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 3 月 16 日 4 月 22 日 主要完成系統(tǒng)軟硬件構(gòu)建的 初步 設(shè)計(jì)。 作者簽名： 日期： 年 月 日 湖南工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 姓名 系別 電氣信息學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師 職稱 助教 教研室主任 謝衛(wèi)才 一、 本任務(wù)及要求： 隨著工農(nóng)業(yè)中電機(jī)應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的變頻器應(yīng)用范圍廣、需求量大，這就為研究變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： a) 設(shè)計(jì)完善的硬件電路 b) 元器件有關(guān)參數(shù)計(jì)算及選型 c) 完成樣機(jī)制作并進(jìn) 行調(diào)試 d) 完成設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫 二、 進(jìn)度安排及完成時(shí)間： 1 月 12 日 1 月 18 日 查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報(bào)告。 6 月 02 日 6 月 06 日 修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書、指導(dǎo)教師評(píng)閱。 UC3844 是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。 15V/200mA； 5V/1A) to isolate the output power. Design of the system should ply with the regulations of the industry. Keywords: UC3844， Switching Power Supply， The flyback converter 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 變頻器的發(fā)展 變頻器經(jīng)過逐年的飛速發(fā)展，如今已應(yīng)用于多種設(shè)備和多種行業(yè) ,并且逐漸作為當(dāng)今電能節(jié)省、改善工藝流程、改良傳統(tǒng)型工業(yè)、提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平、提高工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和改善環(huán)境的主要技術(shù)之一。 富士、三菱、西門子、日立、 VACON 等品牌的變頻器，均可通過不同的選件支持不同類型的現(xiàn)場(chǎng)總線。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。以電壓型 pwm 逆變器為例示出開關(guān)時(shí)間和電壓波形。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 3 變頻器輸出電壓調(diào)制和 PWM 技術(shù) 整流是變頻器的重要組成部分，它可以通過整流器把工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電。電壓型 PWM 整流器（ Voltage Source Rectifier,簡(jiǎn)稱 VSR）最顯著的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征就是直流側(cè)采用電容進(jìn)行直流儲(chǔ)能，從而使直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。由于電壓誤差放大器可專門用于控制占空比 ,可以很快適應(yīng)負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化 ,因此可以顯著改善負(fù)載調(diào)整率。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化 的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（ Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。另外，開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)： 開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)與線性電源相比有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： (1)功耗小，效率高。在電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，或者負(fù)載有較大的變化時(shí)，它仍然可以保證穩(wěn)定的輸出電壓，因此它的穩(wěn)壓范圍較寬、穩(wěn)壓效果比其他電源 好。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 7 圖 開關(guān)電源的基本構(gòu)成 變頻器的整流慮波電路和逆變電路，可分為晶閘管三相橋半控式整流和三相逆變電路、二極管單相橋式整流和三相逆變電路、晶閘管三相橋全控式整流和三相逆變電路、二極管三相橋式整流和三相逆變電路等 4 類。它的原理是利用微處理器的數(shù)字輸出控制模擬 電路。其工作原理如上圖 。通過升壓降壓變換和整流平滑濾波，最后變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏?。從以上電路分析可以看出?S 導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)繞 組無電流； S 截止時(shí)，次級(jí)繞組有電流，這就是 “ 反激 ” 的含義。因此，反激變換器是對(duì)開關(guān)電源來說非常重要 ,電力電 子技術(shù)研究人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。因此，反激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較低，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較小，且成本也要降低。功率主回路主要用來給用戶負(fù)載供電，開關(guān)電源中的輔助電源主要用于給控制電路、驅(qū)動(dòng)電路或電源系統(tǒng)的監(jiān)控電路供電。主要用于大功率或中功率電源系統(tǒng)，比如在通訊電源、 ATX 電源中，需要電源正?；蚴⌒盘?hào)或電源遠(yuǎn)程控制的功能時(shí)，在功率主回路即使不工作時(shí)，輔助電源也要正常供電。通過集成穩(wěn)壓器 7815提供所需的電壓。如果主電路不工作，輔助電 路將關(guān)閉，輔助電源不供電，主變換器也隨之不工作。 UC3844 芯片介紹 UC3844是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有外圍電路簡(jiǎn)單、具有過流限制、穩(wěn)定幅度大、頻響特性好、電壓調(diào)整率好、過壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。這段時(shí)間的長短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。異步電動(dòng)機(jī)由于轉(zhuǎn)子側(cè)的電流由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，不需要從外部進(jìn)入，故而具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，剛剛發(fā)明就被人們廣泛使用并被不斷改進(jìn)，在工農(nóng)業(yè)中一直占有龍頭老大的地位。 15V/200mA； 5V/1A）隔離輸出電源。 PC817 改變了以往普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)的弱點(diǎn)。由圖可看出， VI 是內(nèi)部的 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。 開關(guān)功率管的選擇 開關(guān)功率管可選用 MOS 功率管或雙極型功率管。100V ，那么 U Imax + e +Ul187。 計(jì)算一次繞組參數(shù) 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)的要求，輸入功率約為 ，則原邊峰值電流為 : Ipk=2Po/(Vin(max)Dmax)= () 式中： Po 為輸出功率， ； Vin(max)為交流電壓的最大值 (經(jīng)過整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取 700V； Dmax 為最大占空比，取 。 傳輸變壓器有效體積 v 的計(jì)算公式如下： 0 e m a x2m a xLILV B??? ? ?? () ILamx 最大負(fù)載電流 L：變壓器次級(jí)繞組的電感量 0? ：空氣的導(dǎo)磁率，其值為 15 e? ：所選磁芯的磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率 Bmax：磁芯的最大磁通密度 相對(duì)導(dǎo) 磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。 Uo=15V 時(shí)， 匝）（）（ 4 ?? ???? () 實(shí)際取 4 匝。 減小漏電感主要靠生產(chǎn)和制造工藝的手法；耗散過電壓則 依靠和電感線圈并聯(lián)的RC 緩沖電路，或與開關(guān)并聯(lián)的 RC 緩沖電路。 UC3844 的外部由驅(qū)動(dòng)電路和控制電路所包圍，用于對(duì)基于 UC3844 的電路進(jìn)行控制和驅(qū)動(dòng)。由于高頻變壓器存在漏感而形成的尖峰電壓，它對(duì)電路造成極大沖擊，因?yàn)楹苋菀讚p壞功率開關(guān)管。 計(jì)算空氣氣隙 ? 為防止高頻變壓器發(fā)生磁飽和現(xiàn)象而損壞開關(guān)功率管，需要在 EER28型磁心的兩個(gè) 側(cè)面各留出一定的空氣氣隙 d 。 fAeB p k2 D m a xU I m inR211N ??? ???????? ?? () 我們查得數(shù)據(jù)可知，高頻變壓器 EER28 磁心有效面積 Ae = 此通報(bào)和密度 B= 帶入數(shù)據(jù)得到 211N 34 ?????? ???????? ?? () 確定自饋繞組 Ns 和二次繞組的匝數(shù) 一旦一次繞組確定之后，利用下式即可計(jì)算 N2， N3 的匝數(shù) ? ?? ?D m a xU I m in D m a x1Uf0U1NN ??? () 式中 oU —— 繞組 N2（或 N3）兩端的電壓； FU —— 輸出整流二極管的正向壓降。 計(jì) 算公式為 : f=1/T=RTCT/= () 這里取 f 為 60 kHz。另外，考慮到 MOS 管的損耗分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗，開關(guān)損耗與開關(guān)頻率有關(guān)，導(dǎo)通損耗與 MOS 管導(dǎo)通電阻 Rds 有關(guān)，因此在選擇開關(guān)管的時(shí)候，為了減少其導(dǎo)通損耗，通常選擇導(dǎo)通電阻小的 MOS 管。應(yīng)有兩種載流子（電子與空穴）流過晶體管，故稱之為雙極型，這與僅利用一種載流子的場(chǎng)效應(yīng)管不同。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 17 +REFVI(ref)ANODECATHODE 圖 TL431 的功能模 塊示意圖 在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，經(jīng)過 TL431 反饋，使得電流輸出并將誤差放大， TL431 的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，這時(shí)反饋電壓由處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到。 在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管， 對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整 ，從而控制 UC3844 的工作。 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 15 第 2 章 開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 主電路拓?fù)? 下圖是所設(shè)計(jì)電源的簡(jiǎn)單圖，其主電路采用單端反激式變換電路， 220 V 交流輸入電壓經(jīng)橋式整流、電容濾波變?yōu)橹绷骱?，供給單端反激式變換電路，并通過電阻 RC2 為 UC3844 提供初始工作電壓。而交流電機(jī)的調(diào)速問題，隨著變頻技術(shù)的出現(xiàn)解決。反轉(zhuǎn)觸發(fā)器限制 PWM 的占空比調(diào)節(jié)范圍在 0～ 50%之內(nèi)。引腳 1為誤差放大器補(bǔ)償端 ,引腳 2接電壓反饋信號(hào) ,引腳 3接電流檢測(cè)信號(hào) ,引腳 4外接時(shí)間電阻 RT 及 CT用來設(shè)置振蕩器的頻率 ,引腳 5為接地端 ,引腳 6為推挽輸出端 ,可提供大電流圖騰柱輸出 ,引腳 7接芯片工作電壓 ,引腳 8提供 5V 的基準(zhǔn)電壓。 啟動(dòng)方法：?jiǎn)?dòng)時(shí)直接由直流輸入端提供起動(dòng)電壓，如圖 111。另外，全波整流需要四只二極管。 第一種方法： 需要用穩(wěn)壓器的傳統(tǒng)的線 性電源作為輔助電源。一個(gè)重要的原因就是隔離問題。 開關(guān)電源的控制電路有電流控制和電壓控制兩種，電流控制是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電感電流不是一個(gè)獨(dú)立變量，從而使開關(guān)變換器成為一個(gè)一階無條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，因而很容易得到大的開環(huán)增益以及小信號(hào)、大信號(hào)特性。這樣才能最大化發(fā)揮芯片的作用。 下圖是反激式變壓器開關(guān)電源的簡(jiǎn)單工作原理圖： 圖 反激式變壓器開關(guān)電源原理圖 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 10 圖中變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組同名端相反， inU 為輸入直流電壓，開關(guān) S 為功率開關(guān)管， C 為輸出濾波電容， R 為負(fù)載， L1i 為初級(jí)繞組電流， L2i為次級(jí)繞組 電流；oU 和 oi為輸出電壓和電流，參考方向如圖 所示。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)，所以某些時(shí)候我們必須以 PWM 進(jìn)行通信。通過 基于 UC3844 變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 8 參數(shù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或柵極的偏置，以此改變晶體管導(dǎo)通的時(shí)間，這種方式能使電源輸出電壓在外部工作條件變化時(shí)，一直保持恒定。這些高次諧波，會(huì)通過與變頻器輸入端連接的電源線，進(jìn)入到電網(wǎng)中，進(jìn)而會(huì)影響到使用這一電網(wǎng)的敏感設(shè)備的正常工作。開關(guān)穩(wěn)壓電源沒有體積較大工頻變壓器，并且省去了很多散熱片，因?yàn)槠湓诠β示w管上的耗散功率大幅降低。這就使得功率晶體管的損耗較小，電源的效率可以達(dá)到 80%以 上。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。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