【文章內容簡介】 電流按正弦規(guī)律變化，當電流諧振到零時，令開關管關斷，使諧振停止。 由圖 23(b)可知為 ZVS開關，是通過諧振元件和開關管的并聯(lián)實現(xiàn)的。當洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 開關管關斷時，諧振元件串聯(lián)并產(chǎn)生諧振，此時電壓按正弦規(guī)律變化，當電壓諧振過零時，將開關管 S導通。 采用諧振式全橋變換電 路，可以大大提高開關電源工作的安全性。因為負載對諧振變換電路的影響較大，所以為了保證輸出直流電壓穩(wěn)壓的方式，采用了脈沖頻率調制 (PFM)。 移相式全橋變換器 由于移相控制全橋變換電路具有移相控制實現(xiàn)方便、開關損耗小、可靠性高等優(yōu)點，已經(jīng)普遍的應用在大功率應用場合中。其功能是指保持每個開關管的導通時間不變，每個橋臂的功率管互補導通成 180176。，兩個橋臂的導通角相差一個相位。因此它是通過調節(jié)移相角的大小來調節(jié)輸出電壓的。除此之外，它還利用諧作用振來實現(xiàn)零電壓或零電流的開關換流。 由以上分析可知，采用 移相式全橋變換電路較好。 控制電路的設計 由于 DC/DC 變換器的正常工作運行是需要控制電路提供適當?shù)尿寗用}沖的，所以控制電路在開關電源系統(tǒng)中是不可或缺的。如果控制電路輸出的觸發(fā)信號不穩(wěn)定，或者誤觸發(fā)，則會導致短路，損壞開關器件。 由各電路的功能，我們可以將控制電路部分分為脈沖觸發(fā)電路、反饋控制電路、保護電路等部分（如圖 24） 。我們從圖 24 中 可以看出，脈沖產(chǎn)生電路是由保護電路和軟啟動電路控制產(chǎn)生脈沖信號，然后經(jīng)過觸發(fā)電路作用于電源的主電路。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 電 源 主 電 路觸 發(fā) 電 路脈 沖 產(chǎn) 生 電 路軟 啟 動 電 路保 護 電 路電 壓 反 饋 控 制 電路輔 助 電 路 圖 24 開關電源控制電路框圖 電壓反饋控制通過 檢測電壓的大小，對輸出電壓進行采樣，然后將采樣電壓與參考電壓進行比較得到一個電壓誤差，再將電壓誤差進行處理后送給脈沖產(chǎn)生電路，從而調節(jié)輸出脈沖的脈寬，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)壓的目的。 驅動電路作為執(zhí)行部分，其工作原理是將控制電路輸出的 PWM 脈沖信號驅動大功率開關管。由于所提供的脈沖幅度以及波形會影響開關管的開關過程，所以，應該選擇適當?shù)尿寗与娐贰? 因為電源的輸出濾波電容較大，開始時會產(chǎn)生非常大的充電電流。它不僅使開關管有可能損壞，而且也會引起過流保護裝置誤動作。若為了避過流保護的誤動作而將保護電路的動作時間延長，這 將會降低過流保護的安全可靠性。輸出電壓在合閘時容易出現(xiàn)過沖，這種過沖，合閘時可能發(fā)生，在關閉電源時也可能產(chǎn)生。因此，軟啟動電路可以消除這種沖擊，在啟動時提供一個逐漸上升的電壓信號給脈沖產(chǎn)生電路，使其得到緩沖而慢慢建立起電壓。 為了提高安全可靠性，開關電源保護電路的功能為過流保護、過壓保護、欠壓保護、溫度保護。其中，過流保護和過壓保護是為了保護負載和電源兩者而設置的；欠壓保護和溫度保護是為了電源本身而設置的。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 12 整流濾波電路的設計 整流濾波包括輸入和輸出整流濾波，可以提高電壓或者電流的穩(wěn)定度。 輸入整流濾波回路 本文設計的是 1000W 大功率電源。為了減小電源的輸入濾波電容，本文使用的輸入整流濾波是通過三相橋式整流和諧振元件組成。 輸出整流濾波回路 在大功率電源的設計中，常用的輸出整流濾波分為橋式整流和全波整流。橋式整流電路相比較于全波整流除了適合輸出電壓比較高的電路之外，還具有使變壓器結構簡單和降低整流管電壓的作用，所以橋式整流電路在輸出濾波上更好。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 第 3 章 開關電源主電路的設計 開關電源的設計要求 本文 設計的大功率開關電源主要應用于電力系統(tǒng)的高頻開關電源 ，確定 技術指標如下 : :380V? 20%； :50Hz? 10%； : 以上； :437V? 5V； :320V? 5V； :220V； 7. 輸出電壓范圍 :176286V； : Vo? 為 10mV； :5A； :325V? 5V； :195V? 5V； 在該 課題 的設計 過程中，主要對大功率開關電源的工作原理、電路結構作了分析 ，并結合 開關電源 的 相關 參數(shù)，確定 并設計出了開關電源的電路結構。 電路結構框圖 通過對 大功率開關電源 設計的任務 要求， 我們對選取的方案作了一些驗證和比較 。 通過圖 31 可以看出 主電路 和控制電路的基本組成。其中，主電路包括輸入整流濾波、高頻逆變 和輸出整流濾波三個部分。控制電路洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 14 包括監(jiān)控單元、控制和保護單元、輔助電源和反饋四個部分。 E N I全 橋 整 流 濾 波 高 頻 逆 變 整 流 濾 波交 流 輸 入輔 助 電 源控 制 和 保 護 單 元反 饋直 流 輸 出監(jiān) 控 單 元集 中 監(jiān) 控 單 元 圖 31 開關電源的電路結構框圖 經(jīng)過分析比較和電路元器件的選擇后作具體的電路設計，如圖 32 所示。該電路分為 輸入整流濾波 電路、 單相逆變橋 和 輸出整流濾波電路 。 三相 交流 輸入 電 首先要 經(jīng) 過 EMI 整流 濾波 ，其 作用 主要是 是 濾除功率管開關產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小對系統(tǒng)的干擾。然后再將信號送到全橋整流濾波電路，它采用了 LC 濾波， 其主要 作用是 延長了電流導通時間，限制了電流峰值，從而達到提高電源的輸入功率因數(shù)的目的。除此之外，電 阻 1R和 2存在的目的 是 為了 平 衡串聯(lián)電容上的電壓，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。而高頻電容與電解電容的并聯(lián)是為了濾除高頻諧波，同時也彌補了電解電容在高頻特性方面的不足。 C 9L 1C 1C 2C 3C 4R 1R 2C 5C 6C 7T 1T 2R 3L 2D 1D 2Q 1Q 2Q 3Q 4C 8C 1 0C 1 1C 1 2C 1 3L 3C 1 4 C 1 5L 4D 3D 4D 5D 6D 7C 1 6C 1 7C 1 8電 流 采 樣 圖 32 開關電源的電路結構圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 15 為了滿足高壓、高功率的要求，在 單相逆變橋電路中選擇使用絕緣柵雙極晶體管（ IGBT）。其中，電容 C7 和 C8 并聯(lián)在兩個橋臂之間，起到了降低兩個橋臂之間的尖峰的干擾的作用 。電感 L2 和電容 C1 C1 C18起到了 防止變壓器 T2 的直流偏磁的作用。為了檢測原邊電流是否滿足要求，變壓器的原邊需要添加交流互感器。 在輸出整流濾波電路中，選擇全橋整流濾波電路，以滿足高壓的要求。其中，高頻濾波電感 L4，電解電容（ C C1 C15）和高頻電容（ CC14）是為了濾除高頻諧波分量。共模電感 L3， Y 電容（ C1 C13）是為了抑制共模分量。電流采樣電阻和輸出二極管 D3 是為了防止電池電流反灌。 輸入整流濾波電路 該電源的輸入整流濾波電路為整流橋電路和輸入濾波電路兩部分。 整流橋電路 工作頻率為 50Hz，輸入電壓為 380V 三相交流電壓，采用三相整流橋。 （ 1） 耐壓 整流橋輸入電壓的最大值 VUU inin a x. ????? （ 31） 整流二極管的電壓峰值為 VU in 4 4%)201(3 8 022 m a x. ????? （ 32） 選取的裕量為 50%時 6 7%)501( 4 4 ??? 根據(jù)整流橋的實際電壓參數(shù)，我們選擇耐壓為 1200V 的 整流橋 。 （ 2） 額定電流 因為電源的效率會隨著輸入功率的變化而變化，所以我們應選擇電源的效率的最小值。因此，選擇的電源效率為 80%。 輸入功率為 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 16 WP p n ???? （ 33） 因為最大輸入電流選取的是交流輸入電壓的下限，所以 VU in 3 0 4%803 8 0m a x. ??? （ 34） 最大輸入線電流 AUPIinmin m a x.???? （ 35） 取整流橋的額定電流為 10A。 輸入整流電容 輸入整流電容 Cm 取 決于輸出保持時間和輸入紋波電壓的大小。當系統(tǒng)電壓最低時接在三相橋式整流電路兩端的平均輸出電壓 E 為 aEE π 23? （ 36） 其中，aE為交流輸入線電壓。 考慮到本設計的相關參數(shù)得 VE 1 0%)201(3 8 ????? （ 37） 通過直流輸入電路的平均電流為 AEPI mav ??? （ 38） 單相全橋整流濾波電路的濾波電容為： IC avm 600~400? （ 39） 由于三相全橋整流濾波電路的基頻為單相全橋整流濾波電路的 3 倍。因此，三相電路的濾波電容為： IC avm 200~133? （ 310） 代入相關參數(shù)得 uFC m ??? （ 311） 根據(jù)計算結果，我們選擇 4 個 1000μF/400V 的電解電容。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 輸入濾波電感 輸入濾波電感中最大電流為電路電壓處于交流輸入電壓下限時通過輸入電路的電流的平均值Iav?？紤]到濾波電感的作用，則其 電感越大，電流脈沖就越小，輸入功率因素越高。但由于各方面的條件制約，我們只能選用 1053215 ??C硅鋼片鐵芯，線徑為 ㎜，電感為 18mH 的工頻電感。 逆變電路的設計 功率轉換電路 通過第二章的分析可以知到，本文設計的開關電源為功率電源一類，選用全橋式功率轉換電路較好。 確定電路工作頻率 考慮到開關管的相關參數(shù)、主電路及控制電路的特性等一系列因素，選取開關管的工作頻率為 30KHz。 高頻變 壓器的計算 （ 1）選取工作磁通密度 考慮到高頻變壓器的相關參數(shù)，我們應選取的磁芯為 MX0200 鐵氧體材料，那么它的工作磁通密度為 900Gs。 （ 2）考慮磁芯規(guī)格并計算原邊繞組匝數(shù) 根據(jù)開關電源所選用高頻變壓器的設計要求，我們采用環(huán)形磁芯。 那么，選用的環(huán)形磁芯的規(guī)格為： mmhdD 20601 2 0 ????? 式中： D—— 環(huán)形磁芯的外徑； d—— 環(huán)形磁芯的內徑； h—— 環(huán)形磁芯的厚度。 高頻變壓器的原邊總的截面積為： 1002 11 ??? BtVSN onC （ 312） 式中，工作頻率f為 30KHz；ont為導通時間，由計算所得的占空比可洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 18 知，導通時間取 11μs； 1V為原邊繞組上的電壓，其最大值為系統(tǒng)電壓最大時的三相整流濾波輸出電壓。那么max1V應當取值為： VV %)201(380m a x1 ????? （ 313） 磁芯截面積cS為： 2600202 601202 mmhdDS C ??????? （ 314） 那么，高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù) 1N為： ??? ???N （ 315） 高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)應當取整，結果為 66。 （ 3）按照設計要求，輸出電壓的最大值為 286V。 考慮到線路傳輸?shù)膲航?，選取該壓降為 。因此，該開關電源的輸出電壓最大值為： VV o 2 2 5m a x. ??? （ 316） 考慮到相關參數(shù)和結算結果，我們選取輸出整流二極管的壓降為 2V，濾波電感的壓降為 ， 開關橋的最大占空比 maxD 為 。那么，當滿足輸出電壓最大值與額定負載時，高頻變壓器副邊繞組電壓最小值為： VV )(m in2 ???? （ 317） 又因為理想變壓器的原、副邊的電壓比與其繞組的匝數(shù)比相等，所以得高頻變壓器的副邊繞組匝數(shù)的計算公式為： 1min1min22 NVVN ? （ 318） 其中，原邊繞組的電壓最小值為： VV %)201(380m in1 ????? （ 319） 因此，通過計算我們可以得到高頻變壓器的副邊繞組的匝數(shù)為： 10 962 ???N （ 320） 對上式結果取整后可以得到高頻變壓器副邊繞組匝數(shù)為 79。 （ 4）實際占空比的計算 當滿足輸入電壓最低和輸出電壓最高時，有最大脈沖占空比 maxD 。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 19 VV %)201(3