【正文】 ，氣、表示驅(qū)動(dòng)波形，其占空比小于50%，VO1表示未加快恢復(fù)電路的輸出波形，VO2表示加了快恢復(fù)電路的輸出波形，tdl表示VO1對(duì)應(yīng)的截止延遲時(shí)間，td2表示VO2對(duì)應(yīng)的截止延遲時(shí)間，由圖可以看出，td1明顯地大于td2，實(shí)驗(yàn)證明，MOSFET管的截止時(shí)間較長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)電路需要加合適的快恢復(fù)電路，以防止兩路同時(shí)導(dǎo)通造成電路短路的情況的發(fā)生?；蛘咴诳拷鼥艠O處串聯(lián)一個(gè)小電阻以便抑制寄生振蕩。以上，因而它的輸入阻抗極高，是一種理想的電壓控制器件。曲線的斜率表示管子的放大能力。關(guān)斷時(shí)間toff定義為:從輸入信號(hào)波形下降至幅值的90%到輸出信號(hào)上升至幅值的10%所需時(shí)間:開(kāi)關(guān)時(shí)間幾乎與溫度變化無(wú)關(guān)，但與柵極驅(qū)動(dòng)電源以及漏極所接的負(fù)載性質(zhì)、大小有關(guān)。最高工作頻率fm，在漏源電壓VDS的作用下，電子從源區(qū)通過(guò)溝道到漏區(qū)是需要一定時(shí)間的。最大漏極電流IDmax，在特性曲線飽和區(qū)中，漏極電流達(dá)到的飽和值。當(dāng)Sl信號(hào)來(lái)時(shí)，Pl和P4導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)Pl進(jìn)入變壓器原邊，再經(jīng)P4形成回路。但是，這種缺點(diǎn)我們將采取一定的措施進(jìn)行避免。功率開(kāi)關(guān)在非常安全的情況下運(yùn)作。脈寬調(diào)制器:輸入為誤差放大器輸出。它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法來(lái)達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。DCDC可分為PWM式、諧振式和它們的結(jié)合式。如圖223所示: 推挽式開(kāi)關(guān)電源主回路 半橋式開(kāi)關(guān)電源主回路 全橋開(kāi)關(guān)電源主回路 圖223（）三種多端式變換器這里以全橋變換器說(shuō)明它的功率變換原理:全橋式開(kāi)關(guān)電源變換器的原理圖如圖223(3)所示，VTVT4與VTVT3由基極激勵(lì)驅(qū)動(dòng)而輪流通斷，從而將直流電壓Vi變換成高頻矩形波交流電壓，然后通過(guò)Dl、D2整流，L、C2濾波后給負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。充電。轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱開(kāi)關(guān)電源(SwitchingPowerSuPply)。一般控制電路還包括啟動(dòng)及禁止電路。一個(gè)典型的三相輸入電網(wǎng)濾波器如圖213所示: 圖213三相電網(wǎng)濾波器示意圖(2)、輸入整流濾波器:將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流濾波，為變換器提供波紋較小的直流電壓。3%輸出標(biāo)稱電壓:220VDC輸出額定電流:5A輸出過(guò)壓保護(hù):325V177。本系統(tǒng)要到的技術(shù)指標(biāo)如下:輸入電壓：380V177。在目前的電力系統(tǒng)中，大部分用的都是相控電源，但是，相控電源用的是工頻變壓器，體積大，而且輸出電壓的紋波系數(shù)大，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，采用主從備份方式，用戶使用不方便，對(duì)電力系統(tǒng)新的要求也達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，另外，由于充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運(yùn)行，紋波系數(shù)較大，會(huì)出現(xiàn)蓄電池脈動(dòng)充電放電，影響蓄電池的使用壽命。動(dòng)力負(fù)荷和直流事故照明專用的電壓采用220V。另一方面，會(huì)造成電路故障，使用電設(shè)備損壞。在21世紀(jì)，分布式電源系統(tǒng)的組成將強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)集成’，、“電力電子封裝技術(shù)”等。(簡(jiǎn)稱五挑戰(zhàn))把挑戰(zhàn)看成開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的動(dòng)力和機(jī)遇，一向是電源科技工作者的態(tài)度。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。當(dāng)前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHZ電源，雖己實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。在產(chǎn)品量產(chǎn)化后，最終可以使其成本低于常規(guī)電源。由于開(kāi)關(guān)集成電源的“電流脈沖”頻率是常規(guī)電源的幾百倍，電壓波動(dòng)對(duì)它來(lái)說(shuō)很小，即電壓的算術(shù)平均值與電壓的峰值、谷值相差無(wú)幾。這些缺點(diǎn)使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的發(fā)展要求。(6)電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范電源設(shè)備要進(jìn)入市場(chǎng)，今天的市場(chǎng)意識(shí)超越區(qū)域融貫全球的一體化市場(chǎng)，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準(zhǔn)則，電源設(shè)備生產(chǎn)廠家必須接受安全、EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等種種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證。指導(dǎo)了現(xiàn)代電源技術(shù)的發(fā)展。模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成N+1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展[v]。雖然國(guó)內(nèi)已有少數(shù)廠家生產(chǎn)高頻高壓開(kāi)關(guān)電源，但價(jià)格昂貴，因此設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)價(jià)格低廉的高頻高壓開(kāi)關(guān)電壓是大勢(shì)所趨，具有良好的市場(chǎng)。開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。國(guó)際上，從20世紀(jì)20年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的常規(guī)電除塵器，其輸出的高壓電源是采用工頻22ov(或38ov)通過(guò)鐵芯變壓器把電壓升高至幾萬(wàn)伏，在經(jīng)過(guò)整流器變成脈動(dòng)直流。常見(jiàn)的除塵設(shè)備有沉降除塵、慣性除塵、旋風(fēng)除塵、水膜除塵、布袋除塵及電除塵。.. . . ..畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）題 目： 高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) （英文）：High Frequency Switching Power Supply 院 別： 自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 摘要本文分析了國(guó)內(nèi)外高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和現(xiàn)狀，研究了高頻開(kāi)關(guān)電源的基本原理以及高頻開(kāi)關(guān)電源在電力直流操作電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種實(shí)用于電力系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)電源，以替代傳統(tǒng)的相控電源。[Keywords]:HF Switch power Supply，BuckConvertor，PWM，MOSFET第一章緒論1 概述 .1開(kāi)關(guān)電源概述隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)粉塵治理成為急于解決的問(wèn)題。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新一代功率電子器件，如MOSFET、IGBT等應(yīng)用，高頻逆變技術(shù)越來(lái)越成熟，各種不同類型和特點(diǎn)的電路，廣泛地應(yīng)用于直流直流變換，直流交流逆變等場(chǎng)合，并使用戶系統(tǒng)總體的體積減小，重量減輕，系統(tǒng)的效率也將得到一定程度的提高。隨著許多電器尺寸不斷減小，供電電源所占尺寸變得大得多，人們?cè)诮档烷_(kāi)關(guān)電源的體積、重量等方面做了不少工作。目前市場(chǎng)上的高壓開(kāi)關(guān)電源大多采用晶閘管驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度低、損耗大、噪聲也大，并且使高壓開(kāi)關(guān)電源的頻率受到限制，從而縮小了它的使用范圍。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。功率因數(shù)校正、有源箱位、并聯(lián)均流、同步整流、高頻磁放大器、高速編程、遙感遙控、微機(jī)監(jiān)控等新技術(shù)。已經(jīng)在通訊、電力獲得廣泛的應(yīng)用，并且派生出新的供電體制一分布式供電，是集中供電單一體制走向多元化。(5)輸出紋波大，致使電暈電壓低下，波形又是單一的工頻波，使得無(wú)法適應(yīng)高比電阻的工況，達(dá)不到環(huán)保新要求。這個(gè)直流電流輸給系統(tǒng)的核心是諧振變換器，它的輸出接到升壓高壓變壓器，然后經(jīng)整流供給電除塵器的放電極。與工頻電源相比，高頻開(kāi)關(guān)電源體積小，重量輕，電損耗小。同時(shí)國(guó)際上這種技術(shù)也處于非普及的研究試用階段，還沒(méi)有全面的進(jìn)行推廣與應(yīng)用，這個(gè)時(shí)候應(yīng)該是我國(guó)進(jìn)行這個(gè)領(lǐng)域研究最佳的時(shí)期，學(xué)習(xí)在國(guó)際上的先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)努力迎頭趕上。目前對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。這些問(wèn)題和要求可歸納為以下五個(gè)方面: (l)能否全面貫徹電磁兼容各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)?(2)能否大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)或快捷單件特殊生產(chǎn)?(3)能否組建大容量電源?(4)電氣額定值能否更高(如功率因數(shù))或更低(如輸出電壓)?(5)能否使外形更加小型化、外形適應(yīng)使用場(chǎng)所要求?這五個(gè)問(wèn)題是開(kāi)關(guān)電源能否在更廣泛領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵，是五個(gè)挑戰(zhàn)。開(kāi)關(guān)電源干擾技術(shù)及防止電網(wǎng)污染技術(shù)以引起國(guó)內(nèi)外專家注意。九十年代以來(lái)，美國(guó)、德國(guó)等西方國(guó)家新建電廠和變電站已全部采用高頻開(kāi)關(guān)電源，近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，理論、研究、生產(chǎn)、應(yīng)用等已有相當(dāng)?shù)某晒蛞?guī)模，采用了有效的均流技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，如大家所熟悉的朝陽(yáng)電源就是一種較為完善的開(kāi)關(guān)電源，但是，現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)電源都是為郵電通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低電壓的模塊，象電力系統(tǒng)的操作電源所用的22OV/11OV的電源則研究較少，深圳華為公司的電源模塊有用于電力系統(tǒng)的智能型高頻開(kāi)關(guān)電源，質(zhì)量不錯(cuò)，但是，它的三次和五次諧波較大，我們知道諧波對(duì)電網(wǎng)有危害作用，大量的諧波分量倒流入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波“污染”，一方面產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即電流流過(guò)線路阻抗造成諧波電壓降，反過(guò)來(lái)使電網(wǎng)電壓也發(fā)生畸變。根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，蓄電池直流系統(tǒng)的電壓等級(jí)為: 控制負(fù)荷專用的蓄電池組的電壓采用11Ov。開(kāi)關(guān)電源的功率調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率高，由于開(kāi)關(guān)工作頻率高，變壓器的體積大大減小，濾波電感、電容數(shù)值較小。本課題所要研究的就是一種用于電力系統(tǒng)的智能高頻開(kāi)關(guān)電源。%均流不平衡度:≤177。同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散而污染電網(wǎng)。(5)、控制電路:檢測(cè)輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行隔離放大，調(diào)制振蕩器輸出的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。所以，廣義地說(shuō)，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種形態(tài)的主電路叫作開(kāi)關(guān)變換器電路。整流二極管D(和反相型開(kāi)關(guān)電源中的續(xù)流二極管相對(duì)應(yīng))由反偏變?yōu)檎珜?dǎo)通，高頻變壓器就將原先儲(chǔ)存的磁能變?yōu)殡娔?，通過(guò)整流二極管向負(fù)載供電和向輸出電容C。 圖222單端正激型開(kāi)關(guān)電源主回路多端式變換器多端式變換器的主要回路最基本的有以下三種:推挽、半橋、全橋。開(kāi)關(guān)管可用低耐壓(如400V)、大電流的功率管輸出功率大。這種方式又大致分為三大類:l、脈沖寬度調(diào)制(Pulsewidthmodulation簡(jiǎn)稱PWM)方式。誤差放大器:將取樣電壓和基準(zhǔn)電壓比較放大，送至脈寬調(diào)制電路輸入端。因此，變壓器鐵芯和繞組最佳利用，使效率、功率密度得到提高。值得注意的是，全橋變換器易發(fā)生橋臂直流短路及變壓器原邊偏磁飽和，其可靠性難以保證。)它們是一對(duì)互補(bǔ)的、占空比都不超過(guò)50%的信號(hào)，也就是說(shuō)，同一時(shí)間，不可能出現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)同時(shí)為高電平的情況。:漏源擊穿電壓BVDS，表征功率管的耐壓極限?？鐚?dǎo)(互導(dǎo))gm，表征功率MOSFET的放大性能。導(dǎo)通時(shí)間ton定義為:從輸入信號(hào)波形上升至幅值的10%到輸出信號(hào)下降至幅值的90%所需時(shí)間。轉(zhuǎn)移特性是指柵源電壓VGS與漏極電流ID的關(guān)系曲線。直流電阻達(dá)40M。為了防止振蕩，應(yīng)注意兩點(diǎn):盡可能減少功率MOSFET各端點(diǎn)的連線長(zhǎng)度，特別是柵極引線。電路中，D為防止三極管T雪崩擊穿的，T為PNP管，整個(gè)工作波形圖如圖316所示。(4)變換中，無(wú)論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一樣方便有效。瞬時(shí)飽和效應(yīng)假設(shè)有一對(duì)功率管在飽和點(diǎn)附近工作，如果負(fù)載瞬時(shí)增加，控制電路使脈沖寬度快速增加，以補(bǔ)償損耗和增加電流，這樣，鐵芯出現(xiàn)單向飽和，一對(duì)功率管可能流過(guò)突發(fā)性的過(guò)電流。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以用多股導(dǎo)線纏繞在一起來(lái)饒制高頻變壓器，這樣就可以避免趨附效應(yīng)。(4)在變壓器的外圍中部做一短路環(huán)，以抵消變壓器的漏磁通。后級(jí)整流部分，是將高頻變壓器變壓后的高頻交流電進(jìn)行整流，這一部分比較簡(jiǎn)單，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，選用四只DSEI3010A功率二極管組成橋式全波整流即可。在開(kāi)關(guān)電源中，采用電源輸入濾波、工頻濾波、電源輸出濾波與抗輻射干擾等主要措施來(lái)減少噪聲的傳遞與影響。在實(shí)際應(yīng)用中，我們采用圖33l中EMI濾波模塊。自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，在開(kāi)關(guān)電源輸出端，300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量。下面將詳細(xì)介紹此芯片的主要特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用及調(diào)試。具有軟啟動(dòng)控制。)三、內(nèi)部電路工作原理該芯片內(nèi)部電路如圖412所示。圖413振蕩電路上升沿封鎖上升沿封鎖工作波形如圖414所示，UC3823A、B和UC3825A、B采用固定頻率脈寬調(diào)制。這樣，開(kāi)關(guān)電源的固有噪聲就能被有效的抑制。但是，過(guò)流比較器不能采用前沿封鎖。一旦限流(I LIM)，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?。UC3825推拉式輸出電路的每個(gè)輸出端都可輸出峰值為2A的電流。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得端口2的數(shù)值范圍為：~，根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，最大占空比設(shè)置為DMAX=40%，因?yàn)镸OSFET得截止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果DMAX過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況。對(duì)于前一種軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，如圖431所示。切斷式保護(hù)。這是上述兩種保護(hù)方式相結(jié)合的產(chǎn)物。圖中UG表示光禍藕器，選用TILll7，TL表示一個(gè)可編程的精密電壓基準(zhǔn)431L，它的特性曲線如圖436所示。如圖442所示。(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。主從設(shè)置法這一方法適用于有電流型控制的并聯(lián)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中。例如，當(dāng)均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任一個(gè)模塊不能工作時(shí)，母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至到達(dá)其下限，結(jié)果造成故障。為了減少主模塊的這種誤差，根據(jù)最大電流法自動(dòng)均流的原理，Unitrode IC公司開(kāi)發(fā)的“均流控制器集成電路”UC39O7設(shè)計(jì)了一個(gè)單向緩沖器代替二極管。拼一個(gè)春夏秋冬！贏一個(gè)無(wú)悔人生！早安！—————獻(xiàn)給所有努力的人.學(xué)習(xí)好幫手