【正文】 ........................................................................................................4 開(kāi)關(guān)電源的效率分析 ...........................................................................................................143 電路設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................16 軟開(kāi)關(guān)電路的種類(lèi)、特點(diǎn) .................................................................................................16 軟開(kāi)關(guān)電路的選用原則 ......................................................................................................194 準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................22 主電路的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................22 軟開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) .........................................................................................................................24 控制電路的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................27 交流濾波整流輸入的設(shè)計(jì) .................................................................................................345 結(jié)論 .....................................................................................................................................................37參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................................38致 謝 ..................................................................................................................................................39長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1附錄一 控制電路圖 ..........................................................................................................................40附錄二 原理圖總圖 ..........................................................................................................................411 緒論 引言 隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入 90 年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備控制設(shè)備等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，正是由于開(kāi)關(guān)電源的廣泛應(yīng)用和普及，使開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到迅速發(fā)展。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我們掌握了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)，提高我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)能力，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)經(jīng)開(kāi)關(guān)頻率提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。本文以UC3867為核心芯片設(shè)計(jì)了一款零電流準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源。例如，電動(dòng)摩托車(chē)速度控制器以及燈光亮度控制器等，都是屬于串聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用。uoUpUaTonToffTbUi0 t圖 23 a 是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的最簡(jiǎn)單工作原理圖 b 是并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的波形在 Ton 期間，控制開(kāi)關(guān) K 接通，儲(chǔ)能濾波電感 L 兩端的電壓 eL 正好與輸入電壓 Ui 相等，即：—— K 接通期間 （4）UidtieL?/對(duì)上式進(jìn)行積分，可求得流過(guò)儲(chǔ)能電感 L 的電流為：—— K 接通期間 （5）)0(0ititiL??式中 iL 為流過(guò)儲(chǔ)能電感 L 電流的瞬時(shí)值，t 為時(shí)間變量，i （0）為流過(guò)儲(chǔ)能電感的初始電流，即：開(kāi)關(guān) K 接通前瞬間流過(guò)儲(chǔ)能電感的電流。因此，在圖 2 4 中，為了防止在控制開(kāi)關(guān) K 關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)擊穿開(kāi)關(guān)器件，在開(kāi)關(guān)電源變壓器中增加一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)能量吸收反饋線圈 N3 繞組，以及增加了一個(gè)削反峰二極管 D3。（1）推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源在雙激式變壓器開(kāi)關(guān)電源中，推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源是最常用的開(kāi)關(guān)電源。因此，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數(shù) Sv 和電流脈動(dòng)系數(shù) Si 都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達(dá)到非常小。它同時(shí)具有推挽式變壓器開(kāi)關(guān)電源電壓利用率高，又具有半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源耐壓高的特點(diǎn)。 第三類(lèi)是零轉(zhuǎn)換電路。a 零電壓開(kāi)關(guān) PWM 電路基本開(kāi)關(guān)單元　b 零電流開(kāi)關(guān) PWM 電路基本開(kāi)關(guān)單元圖 32 零電壓開(kāi)關(guān)和零電流開(kāi)關(guān) PWM 電路基本開(kāi)關(guān)單元Vgs1Vgs2Vg1Vg2Ig1Ig2(b)a ZCS—PWM 的電路　b ZCS—PWM 的波形圖圖 33 ZCS—PWM 電路及波形圖長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 33 所示為 ZCS—PWM 電路及波形圖，為了使主開(kāi)關(guān) S1 零電流關(guān)斷，又引入了輔助開(kāi)關(guān) S2。 輸出電流的選擇 因開(kāi)關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到 80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為： Is=KIf 式中：Is—開(kāi)關(guān)電源的額定輸出電流； If—用電設(shè)備的最大吸收電流； K—裕量系數(shù)，一般取 ~； 接地 開(kāi)關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按 ICE1000．EN61000．FCC 等 EMC 限制，形狀開(kāi)關(guān)電源均采取 EMC 電磁兼容措施，因此開(kāi)關(guān)電源一般應(yīng)帶有 EMC 電磁兼容濾波器。長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）23S1 導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD1 處于通態(tài)，S2 導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD2 處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 中的電流為零， VD1 和 VD2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始得到發(fā)展和應(yīng)用的“硬開(kāi)關(guān)”功率變換技術(shù),功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí), 開(kāi)關(guān)上的電壓和電流不等于零, 因此, 功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷都會(huì)有較大的功率損耗。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在這種要求下應(yīng)運(yùn)而生, 使開(kāi)關(guān)電源能夠在高頻下高效率地運(yùn)行。此階段的諧振rC電壓狀態(tài)方程為：長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）27 (16))()()202tCItVtrCrr ??(4)續(xù)流階段(t3，t4)此階段電路通過(guò)續(xù)流二級(jí)管續(xù)流。其主要特點(diǎn)是過(guò)零終止單穩(wěn)脈沖，具有故障軟起動(dòng)的電路，可編程的故障后重新啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間，設(shè)定 VCO 的最低／最高諧振頻率，頻率范圍可達(dá) 10kHz1MHz，具有 1A 的驅(qū)動(dòng)電流，欠壓封鎖等功能。(6)根據(jù)欠壓鏇定門(mén)限的不同，芯片分為 2 種。3)當(dāng)Zero端輸入信號(hào)脈寬定時(shí)最大脈寬 時(shí)，只有當(dāng)Rc端充電超過(guò)vtn的3．2V電)(MINPWT平，sR觸發(fā)器才被觸發(fā)置0，輸出One Shot的脈寬由定時(shí)最大脈寬 決定：)(MAXPWT (23)CRMAXPW??)( 欠壓鎖定與軟啟動(dòng)部分電路欠壓鎖定電路包括2部分：電源Vcc檢測(cè)電路和5v基準(zhǔn)發(fā)生器，見(jiàn)圖412所示。EMI 濾波器在設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)共模干擾與差模干擾不同的截止頻率，分別設(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的元件的參數(shù)。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的電源進(jìn)行調(diào)試分析論證是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。共模電容因?yàn)橐M(jìn)行接地，所以在 C2上會(huì)產(chǎn)生漏電流，其計(jì)算公式： （26）fcUIid?2?式中，f 為電網(wǎng)頻率(50 Hz)；C 為共模濾波電容，取值 2 C2；U 為 C2 承受的電壓，取值 110 V。當(dāng)Clock為0時(shí)，三極管截止，電容充電。(2)輸出為一對(duì)可驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的反相蹋騰柱結(jié)構(gòu)，輸出峰值電流達(dá) 1A。控制電路由 UC3867 為控制芯片組成，完成輸出值設(shè)定、并將電源的輸出值轉(zhuǎn)換為電路所需的控制信號(hào)形式，輸出各開(kāi)關(guān)管所需的 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成系統(tǒng)的軟啟動(dòng)控制，過(guò)流保護(hù)控制等功能，半橋逆變管為了避免上下管直通，占空比應(yīng)小于 45%（此數(shù)值與功率 MOSFET 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，如果功率 MOSFET 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度較慢，開(kāi)關(guān)頻率高，占空比應(yīng)更?。?。(a)電感充電階段(t0，t1) (b)諧振階段(t1，t2)(c)電容放電階段(t3,t4) (d)續(xù)流階段(t3，t4)圖46 零電流準(zhǔn)諧振變換器工作時(shí)的等效電路圖(1)電感充電階段(t0，t1)在這一階段內(nèi)續(xù)流二極管導(dǎo)通，諧振電感L。這樣, 開(kāi)關(guān)損耗為零 , 閘刀也就不會(huì)發(fā)熱燒蝕, 工作很安全, 這就是軟開(kāi)關(guān)的最原始概念。C 6與 R7組成吸收電路，以吸收輸出整理二極管通斷和所接次級(jí)線圈產(chǎn)生的浪涌電流。保護(hù)電路 檢測(cè)整流濾波功率主回路DC/DC 變 換輸出整流濾波隔離驅(qū)動(dòng)控制電路 反饋及零檢測(cè)輔助電源AC DC圖41 準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)框圖由圖41可看出準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的組成與傳統(tǒng)PWM開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，有所不同的是準(zhǔn)諧振電源的功率環(huán)節(jié)是準(zhǔn)諧振變換器，控制電路采用頻率調(diào)制而不是脈寬調(diào)制。 此電路使開(kāi)關(guān) S S 2 實(shí)現(xiàn) ZV ZCS 開(kāi)通, S1 實(shí)現(xiàn)了 ZV S 關(guān)斷, 二極管的反向恢復(fù)得到抑制, 開(kāi)關(guān)電壓電流應(yīng)力較小電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而變化。對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)，提高線徑，可以減少 DCR,進(jìn)而減小導(dǎo)通損耗。為了降低控制開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生的損耗，一般在半橋式開(kāi)關(guān)電源電路中，都有意讓兩個(gè)控制長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14開(kāi)關(guān)的接通和截止時(shí)間錯(cuò)開(kāi)一小段時(shí)間。當(dāng)控制開(kāi)關(guān) K1 由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，控制開(kāi)關(guān) K2 則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通，電容器 C2 兩端的電壓被加到變壓器初級(jí)線圈 N1 繞組的 b、a 兩端，電容器 C2 也將通過(guò)變壓器初級(jí)線圈 N1 繞組進(jìn)行放電；同理，由于電磁感應(yīng)的作用在變壓器次級(jí)線圈 N2 繞組的兩端也會(huì)輸出一個(gè)與N1 繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載 R 的兩端，使開(kāi)關(guān)電源輸出一個(gè)負(fù)半周電壓。與單激式變壓器開(kāi)關(guān)電源不同，雙端式變壓器開(kāi)關(guān)電源一般在整個(gè)工作周期之內(nèi)，都向負(fù)載提供功率輸出。因此，正激式變壓器開(kāi)關(guān)電源用于穩(wěn)壓電源，只能采用電壓平均值輸出方式。并聯(lián)式開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)是輸入與輸出共用一個(gè)地，因此，容易產(chǎn)生 EMI 干擾。改變控制開(kāi)關(guān) K 接通時(shí)間 Ton 與關(guān)斷時(shí)間 Toff 的比例，就可以改變輸出電壓 uo 的平均值 Ua 。用原有的改善效率的解決方案無(wú)法達(dá)到目的，需要重新以電子器件的最新發(fā)展為基礎(chǔ)，研究高效率功率變換的基本思想和實(shí)現(xiàn)方式。開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)便顯示出來(lái)，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的支撐。采用脈寬調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓穩(wěn)壓和輸出電流的限流功能。于是，開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源替代了線性電源，并使微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了微型化。以上兩種變換器均稱(chēng)為準(zhǔn)諧振變換器，譜振僅在開(kāi)關(guān)管