【正文】 4 電路拓?fù)渚C述 ....................................................... 4 高頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分類 [6] ...................................... 4 高頻開(kāi)關(guān)電源的調(diào)制方式 ........................................ 4 電路拓?fù)漕愋瓦x擇 .............................................. 5 單端反激式開(kāi)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(diǎn) ........................................ 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(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原則 ...................................... 13 單端反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)概述 ................................... 13 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)原則 ................................. 14 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)步驟 ...................................... 16 變壓器的設(shè)計(jì) ...................................................... 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(jì)（論文）報(bào)告紙 iv 變壓器的設(shè)計(jì)步驟 ............................................. 20 第三章 光伏并網(wǎng)逆變器中輔助 電源的實(shí)現(xiàn)方案 ................................ 22 采用 TOPSwitch 實(shí)現(xiàn)單端反激式輔助電源 .............................. 22 已有 TOPSwitch 拓?fù)潆娫吹姆治?................................. 23 計(jì)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(duì)已有 TOPSwitch 拓?fù)潆娫吹男薷? .............................. 35 使用 3844 芯片實(shí)現(xiàn)單端反激式輔助電源 ............................... 36 .............................................. 37 UC3844 的外圍電路設(shè)計(jì) ........................................ 40 設(shè)計(jì)反饋補(bǔ)償回路 ............................................. 41 用 UC3844 實(shí)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(shí)驗(yàn)測(cè)試 .............................. 45 用逐級(jí)加載的方式測(cè)量各路輸出電壓值 ................................ 45 測(cè)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(xiàn) .............................................................. 52 致 謝 ................................................................ 54 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 1 第一章 緒論 引言 能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，沒(méi)有能源工業(yè)的發(fā)展就沒(méi)有現(xiàn)代文明。 光伏 技術(shù)的發(fā)展 太陽(yáng)能的光伏利用是太陽(yáng)能利用的主要形式，主要分為五類：獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)發(fā)電、光電光熱結(jié)合系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)和專用系統(tǒng)。電流型的特征是直流測(cè)采用電感進(jìn)行直流儲(chǔ)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(kāi)的，本文第二章將分析電源的工作原理，重點(diǎn)研究反激式 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 3 開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法。按驅(qū)動(dòng)激勵(lì)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(dòng)功能及過(guò)流、過(guò)壓等保護(hù)功能。由于主功 率晶體管工作在 開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其損耗很小，使電源變換器和整機(jī)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(kāi)關(guān)頻率的條件下，直接改變主動(dòng)率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間寬度。而一般來(lái)說(shuō)，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(gè)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(huì)更加嚴(yán)重。按變壓器的副邊開(kāi)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(kāi)關(guān)管與副邊整流管的開(kāi)關(guān)狀態(tài)相反，當(dāng)前者導(dǎo)通時(shí)后者截止，反之當(dāng)前者截止時(shí)后者導(dǎo)通），二是單端正激式變換器（兩 者同時(shí)導(dǎo)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(jì)（論文）報(bào)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(shí)必須接上“假負(fù)載”，否則會(huì)造成輸出電壓過(guò)高而損壞晶體管。當(dāng)Q1 的截止時(shí)間小于副邊電流衰減到零所需時(shí)間的情況下，那么在 Q1 截止結(jié)束時(shí)，副邊電流將大于零。作者認(rèn)為，其中變壓器和反饋控制回路的設(shè)計(jì)是反激式開(kāi) 關(guān)電源的關(guān)鍵，是最重要的兩個(gè)部分。確定單端反激式開(kāi)關(guān)電源所處的工作模式是開(kāi)始設(shè)計(jì)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(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通后，磁通從零值 0? （實(shí)際上是磁滯回線對(duì)應(yīng)的剩余磁通 rB ）升到 1? ；當(dāng)開(kāi)關(guān)管截止后，磁通又從 1? 返回 0? 的原來(lái)位置，實(shí)現(xiàn)磁通復(fù)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(kāi)關(guān)電源的流程圖如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)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(kāi) 關(guān) 管計(jì) 算 開(kāi) 關(guān) 管 功 耗DP 過(guò) 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(jì) 算 原 邊 匝 數(shù)PN計(jì) 算 最 大 磁 密mB3000mB ?否是計(jì) 算 氣 隙gL否是計(jì) 算 最 小 導(dǎo) 線 直 徑 D I A 、 漆 包 線最 大 直 徑 O D 、 電 流 容 量 C M A 過(guò) 大 或 過(guò) 小gL否是計(jì) 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(jì) 算2 0 0 5 0 0CM A??計(jì) 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(jì) I C 的 外 部 控 制 電 路設(shè) 計(jì) 選 擇 反 饋 電 路 結(jié) 構(gòu)按 需 要 設(shè) 計(jì) 后 續(xù) 輸 出 濾 波 電 路設(shè) 計(jì) 完 成 圖 單端反激式開(kāi)關(guān)電源的逐步設(shè)計(jì)方法流程圖 根據(jù)流程圖，將已知的技術(shù)指標(biāo)帶入計(jì)算，可以逐步對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而這 樣做的代價(jià)是使電路復(fù)雜化，可靠性降低。此感應(yīng)電勢(shì)在到體內(nèi)整個(gè)長(zhǎng)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(lái)愈小，甚至沒(méi)有電流，也沒(méi)有磁場(chǎng)。在兩導(dǎo)線外側(cè)，兩磁場(chǎng)抵消，磁場(chǎng)強(qiáng)度很弱。由于鄰近效應(yīng)，電流集中在導(dǎo)線之間穿透深度的邊緣上，使導(dǎo)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(guò)計(jì)算參數(shù)來(lái)選擇合適的變壓器，根據(jù)計(jì)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(dǎo)線的電流密度作為設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)。應(yīng)該指出，變壓器的設(shè)計(jì)方法各有不同，計(jì)算出來(lái)的數(shù)值也不盡相同，必須要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，反復(fù)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(jì)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(jì)（論文）報(bào)告紙 24 且該副邊輸出電壓是作為反饋電壓控制來(lái)調(diào)節(jié)占空比的，另外的副邊繞組應(yīng)以該副邊為準(zhǔn)。因此，有必要在原邊繞組設(shè)置一個(gè)箝位電路，它包括一個(gè)齊納箝位二極管和一個(gè)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(jì)算如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)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(jì)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(wú)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(shí)間 100Rt ns? ,關(guān)斷時(shí)間 50Ft ns? ，而電壓。大于該 LIMITI 數(shù)值的最小功率的 TOPSwitch 應(yīng)當(dāng)是作為最