【正文】 。但實際上電感和電容都有寄生電阻的存在，高頻情況下要考慮渦流、集膚效應等因素，這些都會產生損耗。 圖 單相橋式整流電路波形圖 結合本設計的參數要求最終選擇 RS2021M 整流橋作為整流器，經過整流后的 最大電壓約為 310V ，實際運用中當考慮留有一定的裕量，所以濾波電容耐壓值選擇 400V以上的電解電容。 V D iV D sRsRiLiD SGVCs 圖 開關管的緩沖電路 在無緩沖電路的情 況下， MOSFET 管 V 開通時電流會迅速上升，即 didt 很大；在關斷時 dudt 很大，并且出現很高的過電壓，這都會給開關管造成很大的壓力。 磁 心 選擇 功率鐵氧體，因在高頻條件下具有很高的電阻率，而渦流損耗又低加上經濟性能較好，因此是高頻變壓器首選條件。其主要是由導線的直徑和繞組數決定的，一般情況下 wK =～ ，導線直徑小于 毫米或者多股并繞及繞組數較大時取較小的值，本設計中 取 其典型值 。 （ 3）實現主電路與控制電 路之間的電氣隔離。 START：表示 啟動轉換控制信號的輸入線，其上升沿清除內部寄存器，下降沿則啟動控制電路并開始 A/D 轉換。自然采樣法能準確地反映脈沖通斷時刻，產生的波形是最接近正弦波的。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 25 （ a）主程序 流程圖 初始設置 電壓檢測 開始 測量與設定值是否一致 開采樣中斷 使 PWM 輸出 是否結束輸出 結束 是 否 否 是 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 26 （ b）中斷程序流程圖 圖 軟件程序流程圖 系統(tǒng)的初始設置 了一個 PWM 波占空比，轉換器的輸出電壓經過采樣反饋回單片機與設定值進行比較。基于該方法的應用，出現許多能發(fā)生 PWM 波的控制芯片，如 TL49 UC3842，后又出現數字集成式芯片如 HEF475 MA818。 D0～ D7： 表示 8 位三態(tài)數據輸出線。 因此， 60V輸出電容值為： ( m a x ) m in( m in ) (1 )outoutrippleIC fV ??? = 31 3 (1 0 .5 ) 6301 0 1 0 1 uF?? ??? 隔離驅動電路設計 開關管 的柵源之間的絕緣層是絕緣的二氧化硅結構，在柵源之間形成了一個柵極電容 gsC ，有隔斷直流的作用，因此在低頻靜態(tài)的驅動功率約為零。 對于如圖 （ a）圖所示的電路，在狀態(tài)下 2T i o iP P P P? ? ? 實際上變壓器是有損耗的（即 ? 小于 1），oToPPP??? 表 各磁心的結構常數 磁心種類 損耗 Kj X Ks Kwt Kv 罐形磁 心 銅損＞ 鐵損 632 48 鐵粉磁心 銅損 =鐵損 590 疊片磁心 銅損 =鐵損 534 C型鐵心 銅損 =鐵損 468 單線圈 銅損 ＞鐵損 569 帶繞鐵心 銅損 = 鐵損 365 25 對于如圖 （ b）所示的電路，考慮變壓器損耗的情況下， 1 2ToPP????????? RRPoPiPi （ a） （ b） R （ c） 圖 視在功率與主電路的結構關系 在本 對于如圖 （ c）所示電路，考慮變壓器有損耗情況下， 1 22ToPP????????? 設計中假 設用肖特基二極管整流，其正向壓降 DFU =，那么： 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 1 22ToPP?????????=(60+) ? 13? 1 ???????=3000W 計算 CWAA? 的值 鐵心的有效截面積 CA 與窗口面積 WA 之積是 AP 法設計的最為關鍵數 據，其計算公式為： 14 110 XTwc W f s W jPAAK K f B K????? ????………………………………………… （ ） 由上式算出 wcAA后，可以查相關參數表得出所用磁心的型號。因為變壓器的繞組越厚、漏感就越大。 本設計中假設當市電為最小線電壓輸入時， (min)iU = ，假定開關管的效率為75%，則輸入功率為： iP = oP? = =1300W 在導通占空比最大 uD （ min） = 時， iP 應該為平均功率 iP = uD （ max） (min)iU CI ……………………………………………… （ 34） CI =(max) (min)iuiPDU? = ? =12A 考慮到磁化電流和紋波電流的斜率， CI 應該留有 10%的裕量。濾波器 cL 是用來抑制共模電流噪聲的電感，由于電感線圈對稱地繞在同一個螺旋管上，因此在正常工作電流范圍內，對稱電流產生的磁性是相互抵消的，因而對差模電流和電源電流呈現低阻抗，不會有衰減的效果。根據分析結果最終確定使用單管正激式轉換器作為本設計的主電路并對其工作原理進行了分析。正激式 PWM DC/DC轉換器變壓器的磁芯復 位的方法有：增加復位繞組法、 RCD 復位法、 LCD 復位法和有源鉗位等磁復位方法。變壓器 T 的初級繞組接于兩橋臂的中點，全橋逆變器的控制方式有：雙極性控制方式、有限雙極性控制方式以及移相控制方式。目前 與 自驅動同步整流技術相匹配的拓撲結構只有兩種，一是有源鉗位正激變換器，二是互補驅動半橋電路。（ 4）諧波電流對產生諧波電流的設備及同一系統(tǒng)中的其他電子設備產生極大的影響。制造半導體的材料從硅材料到砷化鎵、半導體金剛石、碳化硅， SiC 功率 MOSFET的導通壓降已經降到了 1V 以下，關斷時間小于 10ns 。 直流 DC/DC 轉換器按輸入與輸出之間是否有電隔離可為兩類：其一是隔離式DC/DC 轉換器，其二是非隔離式 DC/DC 轉換器。 十九世紀六十年代年， NEC 發(fā)表了兩篇具有指導性的文章：一篇為 “用高頻技術使AC 變 DC 電源小型化 ”，另一篇為 “脈沖調制用于電源小型化 ”。四管的則是全橋式（ FullBridge Converter） DC/DC 轉換器。軟開關技術是在不斷認識與提高中得到發(fā)展的，在以高頻的促使下，以諧振技術和 PWM 技術為基礎的發(fā)展條件下提出來的，是使常規(guī) PWM 技術與諧振技術相結合，并吸收兩者的優(yōu)點，由此產生了軟開關 PWM 技術，目前此類技術已經在國內外多種 PWM DC/DC 轉換器中得到廣泛 應用。 低壓大電流 DC/DC 變換技術的發(fā)展動態(tài) 低壓大電流高功率 DC/DC 變換技術，已從前些年的 降至現在的 左右，電流目前已可達到幾十安到幾百安等，同時電源的輸出指標，如紋波、精度、效率、欠沖、等技術指標也得到進一步的提高 [3] 。 方案一： 圖 正激式 本方案采用單管正激式轉換器作為主電路，用單片機軟件算法的方式實現 PWM 波形的控制以調節(jié)輸出電壓的大小，其系統(tǒng) 方框圖如圖 所示。 方案的確定 各方案的分析比較如 下 表 所示，結合本論文設計的參數要求最終選用方案一，即選用正激式為主電路的拓撲結構，用單片機通過軟件算法的方式產生設定頻率的PWM 波形，通過脈寬調制技術對占空比進行調節(jié)以達到輸出電壓在設定范圍內可調的目的。 錯誤 !未指定書簽。 對于功率開關管， PWM DC/DC 轉換器常用的開關管包括：功率場效應管 MOSFET、絕緣柵雙極晶體管 IGBT。漏極 d 相當于集電極 c，源極 s 相當于發(fā)射極 e，柵極 g 相當于基極 b。 變壓器的設計 變壓器是一種利用互 感耦合的電感器件，它由磁 心 和繞組組成，磁 心 起導磁作用，磁心的較高的導磁率提高了變壓器的電性能，變壓器的初級繞組接輸入端的，初級繞組起到激磁和從輸入端獲取電能的作用，并通過它將輸入的電能轉換為磁場能的形態(tài)。本設計根據電源的工作頻率選擇鎳鋅鐵氧體材質的鐵心，允許溫升為 50攝氏度，各磁心的結構參數如表 ，其次，在選擇磁心時也要考慮磁通密度Bm 。 表 按集膚效應選擇導線直徑 (kHz)sf 10 20 50 100 200 (mm)d 輸出級的設計 輸出濾波電感的設計 （ 1）電感值的確定 正激式開關電源中的輸出濾波電感的作用是減小負載電流波動，本設計中正激式轉換器工作在電流連續(xù)模 式下，電感電流可以近似為三角波，其平均值為 LfI ，最大值為Lfmi ，最小值為 Lfni ， Lfi? = Lfmi Lfni 。 Nc8VDD9H IN10SD11L IN12V s s13Nc14Ho7Vb6Vs5Nc4V c c3C O M2Lo1IR 2 1 1 0CCVDDV C CRRV 圖 IR2110 原理圖 由于驅動電路與主電路共地，且對于控制電路來說主電路是強電，會影響控制系統(tǒng)的性能，為了防止強電對控制系統(tǒng)的干擾，因此必須在驅動中設置隔離電路。 VREF+： 表示 參考電壓的輸入線，通常情況下 VREF+≤VCC。圖中 Tpi和 Tgi分別為開關管的關斷與導通時間。 PID 算法的實現 （ 1）控制技術概述 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 PID 算法具有結構較為簡單、穩(wěn)定性與可靠性較高、調試方便等優(yōu)點，因此在各 圖 面積等效原理 種應用領域內得到廣泛應用，特別是結合微處理器， PID 控制算法能夠得到很好的實現。 P 1. 01P 1. 23P 1. 12P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0 /R X D10P 3. 1 /T X D11P 3. 2 /IN T 012P 3. 3 /IN T 113P 3. 4 /T 014P 3. 5 /T 115P 3. 616P 3. 717X T A L 218X T A L 119GND20V C C40P 0. 039P 0. 138P 0. 237P 0. 336P 0. 435P 0. 534P 0. 633P 0. 732/E A31A L E30/P S E N29P 2. 728P 2. 627P 2. 526P 2. 425P 2. 324P 2. 223P 2. 122P 2. 021U4 S T C 8 9 C 51 V C CC 1 21 0U FC 1 43 0PC 1 33 0PR 1 01 0KV C CIN 025IN 124IN 2IN 323IN 422IN 521IN 620IN 719V R E F +18V R E F 17C L K1C2B3A4D05D16D27D38D49D510D611S T A R T13A L E14OE15E O C16D712U 2 2A D C 08 0 9R91KSV C CSTE O COESTE O COEP 2. 6P 2. 7Y11 2MP 2. 2P 2. 1P 2. 0P 3. 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7C L KC L K 圖 ADC0809 與單片機的接線圖。高壓側輸出電流平均值應當小于 8mA，因此在 VCC 接 +12V 電壓的情況下， GND 極需要接一個 2k歐的電阻用來限流。 maxuD ∕ minuD = iU max∕ iU min= 220 ?? = 已知 maxuD =，可以得出 uD min=∕= offT =（ 1 uD min） Ts=100us =63us ………………………… （ ） 由 fL 的計算公式（ ofUU? ） offT ／ Lfi? =(60+)63106／ 4= （ 2）導線直徑的選擇： 考慮到集膚效應的影響，導線的直徑應當做到小于 2? ， ? 為滲透深度（ Peration depth）（ cm ）。 （ 2） 當頻率達到一定的范圍以上時，由高頻變化的 Bw 引起的鐵心損耗較大，發(fā)熱也嚴重。高頻變壓器是轉換器中的核心元件，變壓器使得轉換器的輸入與輸出之間電氣隔離，可以湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 15 實現升壓和降壓，也可以方便的實現多路輸出。