【正文】 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，整流電壓加在變壓器初級繞組上的電能變成磁能儲存在變壓器中，開關(guān)管截止后，能量通過次級繞組釋放到負載上。大容量、高開關(guān)頻率器件的出現(xiàn)使得電力電子技術(shù)在人類的生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中得到了日益廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有文獻對開關(guān)器件的處理過于簡單，均忽略了對開關(guān)過渡過程的詳細建模，得到的結(jié)果必然丟失開關(guān)暫態(tài)所呈現(xiàn)的高頻信息，這是產(chǎn)生誤差的主要原因，但都沒有從源頭上得到解決。對于這類裝置，由于脈寬調(diào)制策略的多樣性以及開關(guān)器件的數(shù)目眾多，目前沒有通用的解析方法，都是通過時域仿真結(jié)合快速傅立葉變換得到干擾頻譜，計算耗時長且無法獲得系統(tǒng)參數(shù)的作用規(guī)律。以一套鋼板殼體接地系統(tǒng)為對象，分別研究了差模干擾和共模干擾的回路耦合特性，測試結(jié)果驗證了數(shù)學(xué)模型的正確性。 提出了適合于工程應(yīng)用的干擾模型及參數(shù)確定方法 27 擾源和干擾耦合通道模型的實驗測定方法，建立了主導(dǎo)性干擾的基本耦合模型，利用測試結(jié)果對數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性進行了驗證。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比 D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護功能。根據(jù)輸出電感上的電流 IL＝ IO，所需 繞組 導(dǎo)線截面積應(yīng)為 ＝ ，選擇截面積為 導(dǎo)線 ()。在本電 源 中， 選 定 工作頻率為 85kHz.。 UC3842 在該開由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。在 VT 2導(dǎo)通的同時， VT1 導(dǎo)通，其⑺腳和⑴腳將 VT3 柵源極短路，使 VT3 截止。 ○ 4 腳為內(nèi)部振蕩器的外接定時電路端子， 5V基準(zhǔn)電壓通過電阻向電容器 C10 充電。 設(shè)驅(qū)動脈沖在 Tn 期間，變換器開關(guān)管導(dǎo)通，向電感存儲磁能。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過④腳引入外同步。 200mA，峰值可達177。 UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3842 為雙列 8 腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取 樣比較器、 PWM 鎖存電路、5VC 基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路 [ 15]、輸出電路等，見圖32。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護電路 圖 24 所示為輸出過電壓保護電 路。 8 第 2 章 主要開關(guān)變換電路 濾波電路 輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號，同時也防止開關(guān)電源工作時產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號影響交流電網(wǎng)。快速二極管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用 PN 結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進的 PiN 結(jié)構(gòu)。 開關(guān)器件 開關(guān)器件的特征 同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征： (1) 能處理電功率的大小，即 承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠大于處理信息的電子器件。既改變 n0T ，又改變 T，實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。在信息時代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對電影產(chǎn)業(yè)提出個更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。 power source] 向電子設(shè)備提供功率的裝置。由于 3 PWM 式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此 PWM 式開關(guān)電源用得較多。合理設(shè)計開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率 ； （ 4）安全可靠。其反向恢復(fù)時間較長，一般在 5 s 以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要。其中 G 為 柵極， S 為源極， D 為漏極。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器 TL431 和光電耦合器反饋到 UC3842 的 ⑴ 腳，調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達到較高的穩(wěn)壓精度。 ○ 6 腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為 50ns 驅(qū)動能力為177。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。利用①腳和③腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開 /閉，使鎖存器每個周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。芯片輸出部分由 OUT 端驅(qū)動單 MOSFET管， C V3 對開關(guān)管有電壓鉗位作用 [1]。在 1V以下，可以控制輸出驅(qū)動脈沖的脈寬，達到 1V，則瞬間關(guān)斷輸出脈沖。當(dāng) IC1⑹腳輸出驅(qū)動脈沖為高電平時， VT1 內(nèi)部 P 溝道 FET 管截止， N 溝道 FET 管導(dǎo)通， VT2 柵極通過 R VT 1⑺腳和⑴腳得到電壓， VT2 導(dǎo)通，輸入電壓通過 VT2 源一漏極加到 L2 左端，由電源向 L2 存儲磁能，同時向負載供電。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V自動切換電路。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態(tài)響應(yīng)也越好。 20 同樣可選擇原邊 繞組 導(dǎo)線，原邊電流有效值為： ADINNI a x0121 ?＝ (47) 所需 繞組 導(dǎo) 線 截 面 積 為 ＝ ， 選 用 截 面 積 為 的導(dǎo)線 ()。當(dāng) ○ 6 腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時，場效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負的感生電動勢，此時副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。 當(dāng)電路啟動運行后， uc3842 的啟動電壓由 R7 分壓 ,再經(jīng)二極管整流后，得到的直流電壓提供，此時第一模塊的啟動電路不再提供啟動電壓。以開關(guān)電源為對象的實驗結(jié)果表 明：共模干擾電流經(jīng)過轉(zhuǎn)化后會增大差模干擾，驗證了混合模態(tài)干擾的物理現(xiàn)象。論文第五章將部分單元等效電路的部分電感理論引入到電力電子系統(tǒng)中來，研究了電磁干擾 的回路耦合及共地耦合的傳播特性。以典型的工業(yè)產(chǎn)品為對象，對 PWM 變頻驅(qū)動系統(tǒng)的傳導(dǎo)干擾進行了詳細的理論分析與實驗研究，對比結(jié)果表明：理論分析的誤差小于 6dB，完全滿足電磁兼容工程設(shè)計的要求。從研究開關(guān)器件的行為特性入手，首次提出了一種基于多段折線逼近開關(guān)暫態(tài)過程的建模方法，突破了傳統(tǒng)的干擾源模型在高頻段預(yù)測精確差的限制。 目前在傳導(dǎo)干擾的定量預(yù)測領(lǐng)域， 主要存在兩大共性問題：一是多數(shù)預(yù)測方法僅針對特定的電力電子裝置，缺乏一般性，導(dǎo)致預(yù)測方法通用性不強；二是多數(shù)研究采用定性或粗劣的定量分析方法，干擾幅值和頻率的精度均不能滿足全頻段精確預(yù)測的要求，導(dǎo)致預(yù)測方法精確性不高。利用 TL431 可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行精確的調(diào)整。 21 圖 4－ 1 單端正激式開關(guān)電源的主電路圖 啟動電路 圖 4－ 2 輸入 220v 交流電，經(jīng)過 C L、 C2 進行低通濾波 濾波后的交流電壓經(jīng) D1～ D4 橋式整流以及電解電容 C C2 濾波后變成 3l0V 的脈動直流電壓，此電壓經(jīng) 通過電阻 R18 分壓給 uc3842 提供啟動電壓，當(dāng)電壓達到 16v時達到芯片的啟動電壓， UC3842 開始工作并提供驅(qū)動脈沖， uc3842 的啟動電壓大于 16 V，啟動電流僅 1 mA 即可進入工作狀態(tài)。 副邊線圈匝數(shù)為： m a x012 )( DU UUUNNILDF ??? (44) 式中： UDF―― 整流二極管 VDl 上的壓降； UL―― 輸出電感 L 上的壓降。 為了使振蕩頻率穩(wěn)定 ， C12 的充電電壓取自 UC3842⑧腳內(nèi)部的 5 V 基準(zhǔn)電壓。 升壓型開關(guān)電源 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。開關(guān)管 VT2 為 P 溝道FET 管 IRF4905，其漏源極導(dǎo)通電阻為 20M?，關(guān)斷時間 80ns。外電路接入 R2 作為負反饋電阻，以穩(wěn)定增益 。輸出經(jīng)整流、濾波送負載。若驅(qū)動雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速 RC 電路，同時將內(nèi)部振蕩器 的頻率限制在 40 kHz 以下。 (7) PWM 鎖存電路：保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。開關(guān)管上的電流 變化 會使UR2 變化 ， UR2 接入 UC3842 的保護輸入端⑶腳， 當(dāng) UR2＝ 1V 時， UC3842芯片 的 輸出脈沖 將 關(guān)斷。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。開關(guān)電源的負載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、 降低輸出濾波器 LC 的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。 2 第 1 章 開關(guān)電源的簡介 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖11 進行說明。設(shè)計思路，并附有詳細的電路圖。由于器件設(shè)計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計中 “ 簡潔至上 ” 的原則。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展 。 DC/DC 變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM 變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。 器件 TL431. TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。 光耦 PC817 PC817[12]是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響 . 當(dāng)輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受 光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了 “電 光 電 ”的轉(zhuǎn)換。電流互感器的輸出分為 電流瞬時值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反映電流瞬時值。 UC3842 是美國Unitrode 公司 [14]生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。具有滯回特性。 (4) 輸出電流為 200 mA，峰值為 1 A，既可驅(qū)動雙極型三極管也可驅(qū)動 MOSFET 管。由單管驅(qū)動隔離變壓器 TC 主繞組 N1 電流， C R3 可以提供變壓器原邊泄放的通路。 圖 3－ 4 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842 采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下： ○ 1 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤 差檢測輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。 該電路的同步整流器由 VT VT2 和 VT3 組成。由于 L2 在磁 電的存儲／釋放過程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容 C12 為 6只 100μ F 的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感 ，使其高次諧波的濾波性能更好。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V 自動切換電路。原邊線圈電感 L＝ AN12＝ (mH)。由于變壓器中的磁場能量可通過 N3 泄放，而不像一般的 RCD 磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，達到減少發(fā)熱，提高效率的目的。 KRA R 71 0 Ω ＋ 1 2 v－N 4N 3 C 1 0 0 . 4 7 u f R 8 3 . 9 ΩC 1 1 1 0 0 0 u f / 2 5 vC 1 2 0 . 0 1 u fC 1 3 1 0 0 0 u f / 2 5 vL 21 5 0 u fP C 8 1 7R 94 7 0 ΩR 1 14 7 0 ΩR 1 01 kR 1 67 . 5 k R 1 5 1 0 kC 1 41 u fT L 4 3 1 R 1 7 4 . 7 k 圖 4－ 4 直流輸出與反饋電路 反饋電路采用精密穩(wěn)壓器 TL431 和線性光耦 PC81。特別是隨著電磁兼容法規(guī)的強制執(zhí)行，電力電子系統(tǒng)傳導(dǎo)干擾的嚴(yán)重性逐漸被人們所認識，對其進行準(zhǔn)確地建模和預(yù)測已經(jīng)成為電磁兼容領(lǐng)域