【正文】 4 電路拓撲綜述 ....................................................... 4 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的分類 [6] ...................................... 4 高頻開關(guān)電源的調(diào)制方式 ........................................ 4 電路拓撲類型選擇 .............................................. 5 單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理 ............................... 6 單端反激式變換器的特點 ........................................ 6 單端反激式變換電路的基本工作原理 .............................. 8 單端反激式變換器的三種工作狀態(tài) .............................. 10 單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計原則 ...................................... 13 單端反激式開關(guān)電源設(shè)計概述 ................................... 13 單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計原則 ................................. 14 單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計步驟 ...................................... 16 變壓器的設(shè)計 ...................................................... 17 集膚效應(yīng) ..................................................... 18 鄰近效應(yīng) ..................................................... 19 變壓器線圈的漏感 ............................................. 20 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 iv 變壓器的設(shè)計步驟 ............................................. 20 第三章 光伏并網(wǎng)逆變器中輔助 電源的實現(xiàn)方案 ................................ 22 采用 TOPSwitch 實現(xiàn)單端反激式輔助電源 .............................. 22 已有 TOPSwitch 拓撲電源的分析 ................................. 23 計算變壓器及 TOPSwitch 參數(shù) ................................... 23 分析 TOPSwitch 的外圍電路 ..................................... 27 分析反饋控制回路 ............................................. 29 對已有 TOPSwitch 拓撲電源的修改 .............................. 35 使用 3844 芯片實現(xiàn)單端反激式輔助電源 ............................... 36 .............................................. 37 UC3844 的外圍電路設(shè)計 ........................................ 40 設(shè)計反饋補償回路 ............................................. 41 用 UC3844 實現(xiàn)寬輸入穩(wěn)壓輔助電源 ................................... 43 第四章 光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中輔助電源的實驗測試 .............................. 45 用逐級加載的方式測量各路輸出電壓值 ................................ 45 測試電源的效率 .................................................... 48 在確定輸入電壓下的典型波形圖觀察 .................................. 49 第五章 總結(jié)與展望 ........................................................ 51 參 考 文 獻 .............................................................. 52 致 謝 ................................................................ 54 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 1 第一章 緒論 引言 能源是經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)，沒有能源工業(yè)的發(fā)展就沒有現(xiàn)代文明。 光伏 技術(shù)的發(fā)展 太陽能的光伏利用是太陽能利用的主要形式，主要分為五類：獨立系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電、光電光熱結(jié)合系統(tǒng)、風光互補和專用系統(tǒng)。電流型的特征是直流測采用電感進行直流儲能，從而使直流側(cè)呈現(xiàn)高阻抗的電流源特性。并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的核心 ，輔助電源則是并網(wǎng)逆變器中的重要組成部分。 本課題就 是在上述背景下展開的，本文第二章將分析電源的工作原理，重點研究反激式 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 3 開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法。按驅(qū)動激勵方式的不同，有他激式和自激式兩種； 此外，還應(yīng)具有軟啟動功能及過流、過壓等保護功能。由于主功 率晶體管工作在 開關(guān)狀態(tài)，其損耗很小，使電源變換器和整機的效率大為提高。 PWM 脈寬調(diào)制方式，也就是占空比控制方式，通常是在固定開關(guān)頻率的條件下，直接改變主動率開關(guān)管的導通時間寬度。而一般來說，正激式變換電路用到的功率器件要比反激式多，變壓器 也 多一個消磁線圈，其磁滯損耗必定大于反激式變換電路，尤其是電路工作在 100KHz 以上的高頻，這些損耗就會更加嚴重。按變壓器的副邊開關(guān)整流器二極管的不同接線方式，單端變換器有兩種類型：一是單端反激式變換器（原邊主功率開關(guān)管與副邊整流管的開關(guān)狀態(tài)相反，當前者導通時后者截止，反之當前者截止時后者導通），二是單端正激式變換器（兩 者同時導通或截止）。 LPI02PI1PI 1PI 2PI0LSI tt2SI 1SI 圖 連續(xù)模式下變壓器原邊與副邊電流示意圖 圖 是反激式變換器在連續(xù)模式下的變壓器原邊和副邊的電流波形示意圖。因原邊與副邊電流、繞組 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 10 匝數(shù)關(guān)系式為： 22P P S SI N I N? ，因此可得到關(guān)系式： 22PSPSNIIN?? （ 27） 單端反激式變換器的三種工作狀態(tài) 由于原邊、副邊電感量為常數(shù)，使原邊電流和副邊電流按現(xiàn)行規(guī)律升高或降低。因此空載時必須接上“假負載”，否則會造成輸出電壓過高而損壞晶體管。當Q1 的截止時間小于副邊電流衰減到零所需時間的情況下，那么在 Q1 截止結(jié)束時，副邊電流將大于零。作者認為，其中變壓器和反饋控制回路的設(shè)計是反激式開 關(guān)電源的關(guān)鍵，是最重要的兩個部分。確定單端反激式開關(guān)電源所處的工作模式是開始設(shè)計工作之前的必要環(huán)節(jié)。 在非連續(xù)狀態(tài)和臨界狀態(tài)下，當開關(guān)管導通后，磁通從零值 0? （實際上是磁滯回線對應(yīng)的剩余磁通 rB ）升到 1? ；當開關(guān)管截止后，磁通又從 1? 返回 0? 的原來位置，實現(xiàn)磁通復位。它的輸入功率為： 1101 ( ) [ ]2ONt O N O NIN P PPPE t E tEP E I t d t IT L T L? ? ? ?? （ 220） 式（ 220）即為單端反激式變換器工作在磁化電流連續(xù)狀態(tài)下的基本關(guān)系式。反激式開關(guān)電源的流程圖如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 17 確 定 電 源 的 輸 入 參 數(shù), , , , , ,A C M I N A C M A X L O O OV V f V I P ?確 定 直 流 高 壓 輸 入 值 和 輸 入電 容 ,D C M I N D C M A X I NV V C確 定 反 射 、 箝 位 電 壓 ,O R C LOVV確 定 最 大 占 空 比 M A XD設(shè) 置 電 流 比 例 因 數(shù) RPK確 定 原 邊 電 流 ,A V G R P R M SI I I I確 定 原 邊 電 流 ,A V G R P R M SI I I I選 擇 合 適 的 開 關(guān) 管計 算 開 關(guān) 管 功 耗DP 過 高 ？DP是否確 定 原 邊 電 感 量PL選 擇 磁 芯 和 繞 線 骨 架確 定 變 壓 器 , , ,e e L WA L A B計 算 原 邊 匝 數(shù)PN計 算 最 大 磁 密mB3000mB ?否是計 算 氣 隙gL否是計 算 最 小 導 線 直 徑 D I A 、 漆 包 線最 大 直 徑 O D 、 電 流 容 量 C M A 過 大 或 過 小gL否是計 算 副 邊 繞 組 和 偏 置 繞 組,SBNN選 擇 箝 位 齊 納 管 和 阻 斷 二 極 管選 擇 輸 出 整 流 二 極 管, , , ,S P S R M S R I P P L E S SI I I D I A O D計 算2 0 0 5 0 0CM A??計 算 副 邊 反 向 峰 值 電 壓 ,SBPI V PI V選 擇 輸 出 電 容選 擇 偏 置 二 極 管 和 偏 置 電 容設(shè) 計 I C 的 外 部 控 制 電 路設(shè) 計 選 擇 反 饋 電 路 結(jié) 構(gòu)按 需 要 設(shè) 計 后 續(xù) 輸 出 濾 波 電 路設(shè) 計 完 成 圖 單端反激式開關(guān)電源的逐步設(shè)計方法流程圖 根據(jù)流程圖，將已知的技術(shù)指標帶入計算，可以逐步對開關(guān)電源進行設(shè)計。然而這 樣做的代價是使電路復雜化，可靠性降低。此感應(yīng)電勢在到體內(nèi)整個長度方向產(chǎn)生的渦流（ abca 和 defd）阻止磁通的變化。由于分布電感降壓，表面壓降最大，由表面到中心壓降逐漸減少，電流也愈來愈小，甚至沒有電流，也沒有磁場。在兩導線外側(cè)，兩磁場抵消，磁場強度很弱。由于鄰近效應(yīng)，電流集中在導線之間穿透深度的邊緣上，使導線有效截面積減少，損耗增大。線圈之間的間隔越小，漏感也越小。另一種是通過計算參數(shù)來選擇合適的變壓器，根據(jù)計算公式的不同，可以有面積乘積法和幾何尺寸參數(shù)法兩種，其區(qū)別在于：面積乘積法是把導線的電流密度作為設(shè)計參數(shù)，而幾何 尺寸參數(shù)法則是把繞組線圈的損耗即銅損作為設(shè)計參數(shù)。應(yīng)該指出，變壓器的設(shè)計方法各有不同，計算出來的數(shù)值也不盡相同，必須要經(jīng)過實驗驗證，反復地調(diào)節(jié)變壓器的各種參數(shù)，直到滿足電源的技術(shù)要求。 該電路設(shè)計的變壓器結(jié)構(gòu)如圖 ，其中原邊繞組匝數(shù)為匝， 5V? 副邊繞組的匝數(shù)為 3 匝， 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 24 且該副邊輸出電壓是作為反饋電壓控制來調(diào)節(jié)占空比的，另外的副邊繞組應(yīng)以該副邊為準。因此，有必要在原邊繞組設(shè)置一個箝位電路，它包括一個齊納箝位二極管和一個阻斷反接二極管。綜合考慮所有因素后， TOPSwitch 漏極的最大電壓值計算如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 25 m a x (1 .4 1 .5 ) 2 0 ( )D R A IN in O RV V V V? ? ? ? ? （ 33） 45 0 ( 1. 4 1. 5 18 .3 5 ) 20 66 2. 15D R A I NV V V V V? ? ? ? ? ? ?。有效值 RMSI 計算式為： 2m a x ( 1 )3rpR M S p k rpKI I D K? ? ? （ 35） 20 . 40 . 8 6 0 . 4 5 4 ( 0 . 4 1 ) 0 . 4 6 83R M SI A A? ? ? ? ? ?。由于從產(chǎn)品資料上無法取得 XTC 這一參數(shù)，作者考慮從電容充放 電原理推算如下，由電容的電流電壓關(guān)系 duiCdt? 得到 dtCidu? ，查得TOP243 的上升時間 100Rt ns? ,關(guān)斷時間 50Ft ns? ，而電壓。大于該 LIMITI 數(shù)值的最小功率的 TOPSwitch 應(yīng)當是作為最