【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(yīng)等因素，這些都會產(chǎn)生損耗。 圖 單相橋式整流電路波形圖 結(jié)合本設(shè)計的參數(shù)要求最終選擇 RS2021M 整流橋作為整流器，經(jīng)過整流后的 最大電壓約為 310V ，實際運用中當(dāng)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(guān)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(guān)斷時 dudt 很大，并且出現(xiàn)很高的過電壓，這都會給開關(guān)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(jīng)濟性能較好，因此是高頻變壓器首選條件。其主要是由導(dǎo)線的直徑和繞組數(shù)決定的，一般情況下 wK =～ ，導(dǎo)線直徑小于 毫米或者多股并繞及繞組數(shù)較大時取較小的值，本設(shè)計中 取 其典型值 。 （ 3）實現(xiàn)主電路與控制電 路之間的電氣隔離。 START：表示 啟動轉(zhuǎn)換控制信號的輸入線，其上升沿清除內(nèi)部寄存器，下降沿則啟動控制電路并開始 A/D 轉(zhuǎn)換。自然采樣法能準(zhǔn)確地反映脈沖通斷時刻，產(chǎn)生的波形是最接近正弦波的。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 （ a）主程序 流程圖 初始設(shè)置 電壓檢測 開始 測量與設(shè)定值是否一致 開采樣中斷 使 PWM 輸出 是否結(jié)束輸出 結(jié)束 是 否 否 是 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(shè)置 了一個 PWM 波占空比，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓經(jīng)過采樣反饋回單片機與設(shè)定值進行比較?；谠摲椒ǖ膽?yīng)用，出現(xiàn)許多能發(fā)生 PWM 波的控制芯片，如 TL49 UC3842，后又出現(xiàn)數(shù)字集成式芯片如 HEF475 MA818。 D0～ D7： 表示 8 位三態(tài)數(shù)據(jù)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(qū)動電路設(shè)計 開關(guān)管 的柵源之間的絕緣層是絕緣的二氧化硅結(jié)構(gòu)，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(qū)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(jié)構(gòu)常數(shù) 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(jié)構(gòu)關(guān)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(shè)計中假 設(shè)用肖特基二極管整流，其正向壓降 DFU =，那么： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)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(shè)計的最為關(guān)鍵數(shù) 據(jù)，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(guān)參數(shù)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(shè)計中假設(shè)當(dāng)市電為最小線電壓輸入時， (min)iU = ，假定開關(guān)管的效率為75%，則輸入功率為： iP = oP? = =1300W 在導(dǎo)通占空比最大 uD （ min） = 時， iP 應(yīng)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(yīng)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(nèi)，對稱電流產(chǎn)生的磁性是相互抵消的，因而對差模電流和電源電流呈現(xiàn)低阻抗，不會有衰減的效果。根據(jù)分析結(jié)果最終確定使用單管正激式轉(zhuǎn)換器作為本設(shè)計的主電路并對其工作原理進行了分析。正激式 PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器變壓器的磁芯復(fù) 位的方法有：增加復(fù)位繞組法、 RCD 復(fù)位法、 LCD 復(fù)位法和有源鉗位等磁復(fù)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(qū)動同步整流技術(shù)相匹配的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只有兩種，一是有源鉗位正激變換器，二是互補驅(qū)動半橋電路。（ 4）諧波電流對產(chǎn)生諧波電流的設(shè)備及同一系統(tǒng)中的其他電子設(shè)備產(chǎn)生極大的影響。制造半導(dǎo)體的材料從硅材料到砷化鎵、半導(dǎo)體金剛石、碳化硅， SiC 功率 MOSFET的導(dǎo)通壓降已經(jīng)降到了 1V 以下，關(guān)斷時間小于 10ns 。 直流 DC/DC 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，其二是非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。 十九世紀(jì)六十年代年， NEC 發(fā)表了兩篇具有指導(dǎo)性的文章：一篇為 “用高頻技術(shù)使AC 變 DC 電源小型化 ”，另一篇為 “脈沖調(diào)制用于電源小型化 ”。四管的則是全橋式（ FullBridge Converter） DC/DC 轉(zhuǎn)換器。軟開關(guān)技術(shù)是在不斷認(rèn)識與提高中得到發(fā)展的，在以高頻的促使下，以諧振技術(shù)和 PWM 技術(shù)為基礎(chǔ)的發(fā)展條件下提出來的，是使常規(guī) PWM 技術(shù)與諧振技術(shù)相結(jié)合，并吸收兩者的優(yōu)點，由此產(chǎn)生了軟開關(guān) PWM 技術(shù)，目前此類技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外多種 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器中得到廣泛 應(yīng)用。 低壓大電流 DC/DC 變換技術(shù)的發(fā)展動態(tài) 低壓大電流高功率 DC/DC 變換技術(shù)，已從前些年的 降至現(xiàn)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(biāo)，如紋波、精度、效率、欠沖、等技術(shù)指標(biāo)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(zhuǎn)換器作為主電路，用單片機軟件算法的方式實現(xiàn) PWM 波形的控制以調(diào)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(jié)合本論文設(shè)計的參數(shù)要求最終選用方案一，即選用正激式為主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用單片機通過軟件算法的方式產(chǎn)生設(shè)定頻率的PWM 波形，通過脈寬調(diào)制技術(shù)對占空比進行調(diào)節(jié)以達到輸出電壓在設(shè)定范圍內(nèi)可調(diào)的目的。 錯誤 !未指定書簽。 對于功率開關(guān)管， PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器常用的開關(guān)管包括：功率場效應(yīng)管 MOSFET、絕緣柵雙極晶體管 IGBT。漏極 d 相當(dāng)于集電極 c，源極 s 相當(dāng)于發(fā)射極 e，柵極 g 相當(dāng)于基極 b。 變壓器的設(shè)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(dǎo)磁作用，磁心的較高的導(dǎo)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(zhuǎn)換為磁場能的形態(tài)。本設(shè)計根據(jù)電源的工作頻率選擇鎳鋅鐵氧體材質(zhì)的鐵心，允許溫升為 50攝氏度，各磁心的結(jié)構(gòu)參數(shù)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(yīng)選擇導(dǎo)線直徑 (kHz)sf 10 20 50 100 200 (mm)d 輸出級的設(shè)計 輸出濾波電感的設(shè)計 （ 1）電感值的確定 正激式開關(guān)電源中的輸出濾波電感的作用是減小負(fù)載電流波動，本設(shè)計中正激式轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)動中設(shè)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(guān)管的關(guān)斷與導(dǎo)通時間。 PID 算法的實現(xiàn) （ 1）控制技術(shù)概述 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 PID 算法具有結(jié)構(gòu)較為簡單、穩(wěn)定性與可靠性較高、調(diào)試方便等優(yōu)點，因此在各 圖 面積等效原理 種應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，特別是結(jié)合微處理器， PID 控制算法能夠得到很好的實現(xiàn)。 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(cè)輸出電流平均值應(yīng)當(dāng)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(dǎo)線直徑的選擇： 考慮到集膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)線的直徑應(yīng)當(dāng)做到小于 2? ， ? 為滲透深度（ Peration depth）（ cm ）。 （ 2） 當(dāng)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(yán)重。高頻變壓器是轉(zhuǎn)換器中的核心元件，變壓器使得轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出之間電氣隔離，可以湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 實現(xiàn)升壓和降壓，也可以方便的實現(xiàn)多路輸出。