【正文】 如為半波開關(guān)，則諧振階段結(jié)束。按照 Buck電路的 拓撲 結(jié)果，可以得到如下電路： 圖 318 Buck 型準諧振 ZCS 變換器（ L 型） 圖 319 Buck 型準諧振 ZCS 變換器（ M 型） 這里，我們分析一下 L 型電路的工作過程。 ② ZVS—— 零電壓開關(guān)。 (2) 并聯(lián)電路的諧振 一個 R、 L、 C 并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)導(dǎo)納： 1 / (1 / )Y R j L C??? ? ? (38) 一定條件下，使得 LCYY? ，即 1/ LC??? ， Y=1/R，此時電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。 利用一定的控制技術(shù)，可以實現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時切換，這樣對縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。 VD1 用于整流， VD2 用于 S 斷開期間續(xù)流。所以，這里的 L 是用于傳輸能量的器件 。假設(shè)由于某種原因而使 V0上升或負載阻抗下降，控制電路立即進行下述閉環(huán)調(diào)整： V0↑→ Vr↑→ f↓→ V0↓。在電路設(shè)計上要用固定頻率發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓、頻率轉(zhuǎn)換器（例如壓控振蕩器 VCO）改變頻率 。 (2) T? ：零功率電阻系數(shù)，表示零功率下溫度每變化 1℃ 所引起電阻值的相對變化率（ %/℃ ）。 (1) 工作原理 自動恢復(fù)開關(guān)是由高分子晶狀聚合物和導(dǎo)電鏈構(gòu)成的，它將聚合物緊密束縛在導(dǎo)電鏈上，在常態(tài)下它的電阻值非常低，只有 ? ，工作電流通過開關(guān)時功耗也很小，它所產(chǎn)生的熱量很少，不改變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。 ③ 溫度系數(shù) t? 。 (3) 最大工作電流 Id：大于 150mA。 其次，必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數(shù)。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨立，消除地電位不同所產(chǎn) 生的影響。在儀器儀表、通信設(shè)備及各種電路接口中都應(yīng)用到了光電耦合器。 (1) POT 是罐形磁芯，銅線繞在磁芯內(nèi)面，此貼包圍線圈。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當超過 130℃時，初始導(dǎo)磁率為零。耐壓為 1kV 的 IGBT 的關(guān)斷時間為 ， 600V的產(chǎn)品的關(guān)斷時間僅為 。 (2) MOSFET 的驅(qū)動 電路 MOSFET 的驅(qū)動電路如圖 21 和圖 22 所示。往往設(shè)計的開關(guān)電源在試驗室中式成功的，一到生產(chǎn)線上進行規(guī)模生產(chǎn)時，就會出現(xiàn)各種問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是開關(guān)電源畢業(yè)論文 5 耗能的主要根源。準諧振變換器開關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負載的變化而變化，這種開關(guān)電源的主變換器依靠開關(guān)頻率來穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開關(guān)電源。 (4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。）， TtD o f f?39。在轉(zhuǎn)換時，以自動控制穩(wěn)定輸出并有各種保護環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源（ Switching Power Supply） [1]。為了達到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。 高頻電子開關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。據(jù)統(tǒng)計， 100W 的鐵芯變壓器的重量為 1200g 左右，體積達 350cm3，而 100W 的開關(guān)電源的重量只有 250g，而且敞開式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的 1/4。同樣，流過電子開關(guān)的電流振蕩到零時，電子開關(guān)關(guān)斷，稱之為開關(guān)電源畢業(yè)論文 4 零電流關(guān)斷（ Zero Current Switching）。目前要解決的問題有： (1) 器件問題。所謂高標準就是對未來開關(guān)電源的挑戰(zhàn)：第一，能不能全面通容電磁兼容性的各項技術(shù)標準；第二，在企業(yè)里能不能大規(guī)模地、穩(wěn)定地生產(chǎn)，或快捷地進行單項生產(chǎn)；第三，按照人們的需要，能不能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；第四，能否使新的開關(guān)電源具有比 運行中的電氣額定值更高的功率因數(shù)、更低的輸出電壓（ 1~3V）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；第五，能不能實現(xiàn)更小的電源模塊 [2]。 MOSFET 中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒有內(nèi)裝阻尼二極管。 IGBT 的導(dǎo)通電阻只有 MOSFET 的 10%。溫度越高，磁感應(yīng)強度越低。在設(shè)計時，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。這就實現(xiàn)了“電 — 光 — 電” 功能轉(zhuǎn)換，也就是隔離信號傳遞。光電耦合器是電流驅(qū)動型，需要一定的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號太小，發(fā)光二極管不會導(dǎo)通，其輸出信號將失真。 (3) 線性光耦合器的產(chǎn)品及選取原則 使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計電路時，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國內(nèi)和國際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標準；由英國埃索柯姆 (Iso)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的 4N 系列 (如 4N24N2 4N35)光耦合器，目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。在開關(guān)電源的過壓保護、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如 1N414 1N4448。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： ① 穩(wěn)定電壓 VZ。 自動恢復(fù)開關(guān) 自動恢復(fù)開關(guān)（ Resettable Swithing， RS）又叫自動恢復(fù)保險絲，它是一種過流保護器件。觀察電流表，如果一段時間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時間就是自動恢復(fù)開關(guān)的自動恢復(fù)時間。這就是熱敏電阻對軟啟動的作用。寬脈沖經(jīng)開關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動高頻變壓器，使變壓器初級電壓升高，然后耦合到次級，經(jīng)過二極管 VD 整流和電容 C2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。當 S 斷時， L 向負載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓 iLUU? ，因而有升壓作用。 這個電路也相當于降壓式 拓撲 結(jié)構(gòu)。因此，L 有升壓作用。 Q 值越大，振蕩越強。從而大大抑制了對電網(wǎng)的污染。 (1) 零電流開關(guān) 實際的零電流開關(guān)諧振部分拓補又分 L 型和 M 型。本階段結(jié)束，這時的時刻為 t2。 ③ 恢復(fù)階段（ 23tt? ）： 由于 VC1 滯后 1/4 個諧振周期，因而在 t2 后，因 L2 的作用還將繼續(xù)向負載放電，直至 1CV =0。諧振角頻率： 0 r r1/ LC? ? (39) S L1 C1 S L1 C1 VD1 S L1 C1 VD1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 i1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 開關(guān)電源畢業(yè)論文 28 特性阻抗： 0 r r/Z L C? (310) 動態(tài)過程如下： ① 線性階段（ 01tt? ）： 在 S 導(dǎo)通前， VD2 處于續(xù)流階段。下面是這兩種開關(guān)的簡單原理圖。 ③ 諧振頻率： 0 1/ LC? ? 。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。附邊感應(yīng)出脈動直流信號，通過 VD 對 C12反向充電。當 S 斷開時， Ui+EL1 通過 VD 對 C1 進行充電。假設(shè)電源效率為 η，脈沖寬度為 m，脈沖頻率為 f，則有 V0= 1Vfm ???? 。混合調(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。過溫保護時將熱敏電阻并接在輸入電路中。這種可持續(xù)性的轉(zhuǎn)換器件能反復(fù)使用而不損壞。這兩種二極管具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大 、體積小等優(yōu)點，在電子鎮(zhèn)流器、不間斷電源、變頻電源、高頻微波爐等設(shè)備中常用在整流、續(xù)流、限流等電路中。當反向電壓達到并超過穩(wěn)定電壓時，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。這是因為當 CTR＜ 50%時，光耦中的 LED 就需要較大的工作電流 (IF＞ )，才能正常控制單片開關(guān)電源 IC的占空比，這會增大光耦的功耗。此外，在傳輸數(shù)字信號時還需考慮上升時間、下降時間、延遲時間等參數(shù)。 通常的光電耦合器由于它的非線性，因此在模擬電路中的應(yīng)用只限于對較高頻率開關(guān)電源畢業(yè)論文 11 的小信號的隔離傳送。 (3) RM、 X 形磁芯的磁耦合能力和散熱效果都很好，適合用在 100W 以上的大中功率電源上。 (4) 剩余磁感應(yīng)強度 Br。 G門 極D 漏 極S 源 極 圖 23 MOSFET 的圖形符號 C 集 電 極G柵 極E 發(fā) 射 極G柵 極C ( D )集 電 極 ( 漏 極 ）E ( S )發(fā) 射 極 ( 源 極 ) 圖 24 IGBT 的圖形符號 軟磁鐵氧體磁芯 軟磁鐵氧體材料常用在高頻變壓器、電感整流器、脈沖變壓器以及 PFC 中的升壓電感等電路中，在開關(guān)電源中時一種非常重要的元件。 R 的阻值一般為 60~200Ω。 功率開關(guān) MOSFET MOSFET 分 P 溝道耗盡型、 P 溝道增強型、 N 溝道耗盡型和 N 溝道增強型 4 種類型。實現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。從輸入、輸出有無變壓器隔離來說， DC/DC 變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。 所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號強行對電子開關(guān)進行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過的電流以及兩端施加的電壓無關(guān)。例如：一個開關(guān)電源的工作頻率是 50kHz，它的周期 sT ?202150 1 3 ???（微秒）。 開關(guān)電源畢業(yè)論文 2 低 通濾 波有 源調(diào) 整一 次整 流電 子開 關(guān)高 頻 變壓 器采 樣輸 出平 滑濾 波二 次整 流脈 寬調(diào) 制基 準電 壓誤 差放 大比 較 器脈 沖驅(qū) 動輸 入 電 路 功 率 因 數(shù) 校 正功 率轉(zhuǎn) 換輸 出 電 路直 流 輸 出V0控 制 電 路頻 率 振 蕩 發(fā) 生 器交 流 輸入 電 壓2 2 0 V 圖 11 開關(guān)電源工作原理框圖 第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后于電路的基準電壓進行比較、放大。最近歐盟和美國消費者協(xié)會統(tǒng)計，美國一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機能源消耗指數(shù)大于 92%。 從電子理論可知道 ，諧振就是容抗等于感抗，總的電抗為零，電路中的電流無窮大。 開關(guān)電源設(shè)計中存在的問題與未來發(fā)展 開關(guān)電源中存在的問題 客觀上講，開關(guān)電 源的發(fā)展是非?？斓?，這時因為它具有其他電源所無法比擬的優(yōu)勢。這些問題大多是焊接問題和元器件技術(shù)性能問題， 還有生產(chǎn)工藝上的檢測、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。由于它沒有少數(shù)載流子的存儲效應(yīng)，所以它適用于 100~200MHz 的高頻場合，從而可以采用小型化和超小型化的磁性元件和電容器。 IGBT 的主要特點是： ① 電流密度大，是 MOSFET 的 10 倍以上。 磁性材料的基本特性 (1) 磁場強度（ H）與磁感應(yīng)強度（ B）。如果磁芯的S 矩形曲線在 B 方向上被壓扁，將會嚴重影響變壓器的振蕩波形，導(dǎo)致開關(guān)晶體管溫升加劇。 光電耦合器 光電耦合器（ Optical Coupler， OC）也叫光電隔離器（ Optical Isolationg， OI），簡稱光耦。光電耦合器的隔離電阻很大、隔離電容很?。s幾個 pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線性光耦合器 的 FCTR I? 特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比 ( /CTR IC IF? ? ? ?)很接近于直流電流傳輸比 CTR 值。 開關(guān)二極管 開關(guān)管用在高速運行的電子電路中，起信號傳輸作用，在模擬電路中起作鉗位抑制作用。穩(wěn)壓二極管從材料上分為 N 型和 P 型兩種。一般正向電阻為 6? ，反向電阻為無窮大，可從讀出的負載電壓計算出正向?qū)▔航怠７€(wěn)壓電源 的輸出電壓從零開始逐漸升高，這時注意電流表的電流讀數(shù)也在不斷增加。如果將電阻換為熱敏電阻，就可解決這一問題。脈寬調(diào)制器由基準電壓源、誤差放大器、 PWM 比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖 32 所開關(guān)電源畢業(yè)論文 18 示。 ② 升壓變換器 Boost 電路：升壓斬波器，入出極性相同。 當 S1 和 S2 輪流導(dǎo)通時，一次側(cè)將通過電源 S1TC2電源及電源 C1TS2電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng) L、 C 濾波，送給負載。 下面是升壓型變換器的電路圖： 圖 314 升壓型電流變換器電路 S2 S1 C R N1 N1 N2 N2 Ui Uo T L VD1 VD2 S2 S1 C R N