【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輸出負(fù) 載降到電感臨界電流以下，這線路的輸出電壓將上升。最后，在負(fù)載為零時(shí)它將等于變壓器副邊峰值電壓。 由于正激變換器負(fù)載電流低于臨界電流時(shí)輸出電壓升高，因此，應(yīng)使最小負(fù)載電流仍在電感臨界電流值之上。這是設(shè)計(jì)時(shí)要注意的。若有負(fù)載為 0 的情況時(shí)，則只能加固定電阻作為假負(fù)載，以求得電壓的穩(wěn)定。多路輸出時(shí)也可以用電感耦合的方法來(lái)解決，或者充分利用一個(gè)有抽頭的副邊繞組，正半波時(shí)接到一組濾波器得到正輸出電壓；負(fù)半波則接向另一組濾波器得到負(fù)輸出電壓。這時(shí)，正、負(fù)輸出電壓是共地的。 三、 能量再生線圈 P2 的工作原理 在 Tr導(dǎo)通時(shí)，變 壓器接受的能量除磁化電流外都傳遞到輸出端。在 Tr關(guān)斷，反激作用期間，輸出二極管 D1反偏而不可能有鉗位作用或能量泄放的回路。磁化能量將引起較大反壓加在 Tr的集－射極之間。為防止高反壓的出現(xiàn)，設(shè)置“能量再生線圈” P2，經(jīng)二極管 D3，使儲(chǔ)存的能量返送回電源 VS中。只要有 N P1＝ NP2的關(guān)系， D3流過(guò)電流時(shí)， VP2＝ VS， Tr上承受的集－射極電壓為 2VS。 為了避免在 P1 和 P2 間存在的漏電感過(guò)大和因此產(chǎn)生的晶體管集電極的電壓過(guò)高，一般采用原邊繞組 P1與能量再生線圈 P2雙線并繞的方法。在這種配置中，二極管 D3接在能 量再生線圈（圖示位置）是非常重要的。理由是，雙線并繞引起的內(nèi)部雜散電容 CC是 Tr集電極與 P D3連結(jié)點(diǎn)之間的寄生電容。按圖 2－ 2 按法，在 Tr導(dǎo)通時(shí)因二極管 D3反向，而隔開(kāi)了集電極，沒(méi)有任何電流在 Tr瞬時(shí)導(dǎo)通時(shí)流進(jìn) CC中。（注意，線圈 P1和 P2的非同銘端同時(shí)變負(fù)，而且 CC的兩端電壓不會(huì)改變）。另外，在反激期間， CC提供晶體管 Tr的鉗位作用，任何過(guò)電壓的趨勢(shì)將引起 CC流過(guò)電流，而且經(jīng) D3反饋到電源線上。如果寄生電容不夠大，只靠磁耦合鉗位電壓超值時(shí)，?？稍?CC位置外接∨電容補(bǔ)充，以改善其鉗位作用。然而，如果電容 值太大。會(huì)使得輸出電壓線上有 VS電壓紋波頻率調(diào)制的電壓分量，所以要小心地選用附加電容 CC。 由于存在高電壓 VS時(shí)雙線并繞之間電壓應(yīng)力較高的情況，常要求有較高絕緣處理。然而，如果確實(shí)采用鉗位電容時(shí)，能量再生繞組也可以不用雙線并繞，而繞在另一絕緣層。這在沒(méi)有削弱鉗位作用的情況下減少了電壓應(yīng)力。 另一方法，可以使用低耗能量緩沖器線路。 四、 正激變換器的優(yōu)缺點(diǎn) 主要是與同容量的反激變換器相比較。 1. 優(yōu)點(diǎn) （ 1） 正激變換器的銅損較低。因?yàn)槭褂脽o(wú)氣隙的鐵芯，電感值較高，原邊與副邊的峰值電流較小。因此，銅損較小。在多數(shù)情 況下，減小 程度不足以允許使用小一級(jí)尺寸的鐵芯，但會(huì)使變壓器的溫度稍為降低一些。 （ 2） 副邊紋波電流明顯衰減。因?yàn)?，在一定輸出?fù)載時(shí)，輸出電感器和續(xù)流二極管的存在使得儲(chǔ)能電容電流保持在較的數(shù)值上。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 12 正激變換器的能量?jī)?chǔ)存于輸出電感器是有利于負(fù)載的，儲(chǔ)能電容可以取得很小，因它只用和來(lái)協(xié)助降低輸出紋波電壓。而且相對(duì) 反激變換器而言，電容上通過(guò)紋波電流定額值要求小一些。 （ 3）開(kāi)關(guān)管 Tr的峰值電流較低。理由同（ 1）。 （ 4）因?yàn)榧y波電流小，波電壓小。 （ 1）因?yàn)榫€路復(fù)雜，元件成本增加，工時(shí)增加，成本上升 。 （ 2）因?yàn)?L 進(jìn)入不連續(xù)狀態(tài)時(shí)，在輔助輸出 繞組上產(chǎn)生過(guò)電壓。如果加假負(fù)載，則效率會(huì)有所下降。所以有可能出現(xiàn)輸出電壓升高的現(xiàn)象。 在同等功率輸出下，正激變換器集電極峰值 電流小得多。相反，反激變換器雖然不需要電感，但有開(kāi)關(guān)管（包括原邊和副邊繞組）和濾波電容紋波電流大的不足。一般認(rèn)為，正激變換器適合應(yīng)用在低壓、大電流、功率較大的場(chǎng)合。反激變換器適用在功率較小的場(chǎng)合。它的單臺(tái)容量雖小，但它有并聯(lián)工作容易、可以自動(dòng)均衡的特點(diǎn)。正激并聯(lián)卻需要均衡電路。所以多臺(tái)并聯(lián)時(shí)采用反激為多。在高電壓應(yīng)用，例如 1000V以上時(shí)，也采用反激。 變壓器設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)方法有多種，可根據(jù)情況選擇。一般從計(jì)算原邊圈數(shù)開(kāi)始，除了按最大占空比和正常的直流 電壓 VS來(lái)計(jì)算原邊線圈之外，正激變換器與反激變換器設(shè)計(jì)思路非常相似，一般前者原邊匝數(shù)多近 1 倍。 按上述方法設(shè)計(jì)的理由是，副邊繞組都有一個(gè)電感器，當(dāng)有突變負(fù)載時(shí)，輸出電流的變化率受到限制。為了補(bǔ)償這個(gè)缺陷，控制線路就能把占空比調(diào)到最大。在這種瞬變條件下，高的原邊電壓和最大導(dǎo)通脈寬同時(shí)加上，盡管時(shí)間很短，如果變壓器設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮這種情況，也會(huì)引起磁飽和。 控制電路設(shè)計(jì)為：在最大輸入電壓時(shí)，限制控制電路的脈寬和變化的速率，這樣可防止兩個(gè)參數(shù)同時(shí)在最大值。 上面說(shuō)過(guò)能量再生繞組的必要性，說(shuō)明正激變換器的鐵芯有殘存能量 是不好的。為了確保磁通在反激期間恢復(fù)到低的剩磁水平，并考慮偶而出現(xiàn)的較大磁密不致出現(xiàn)磁芯飽和，加一很小氣隙是必要的。 下面舉例說(shuō)明變壓器設(shè)計(jì)方法，一般有兩種方法。在這里只介紹一種方法。 以下面的要求為例：設(shè)計(jì)電壓在 110/220V，工作頻率 32k?z 工，輸出 40V?5A的正激變換器的變壓器并計(jì)算晶體管等的額定值。 （ 1）根據(jù)輸出功率選擇磁芯 P0=40?5=200(W) 考慮 6%的余量。 200?=212 瓦，選擇一個(gè) 傳遞功率為 212 瓦的鐵芯，鐵芯有效截面積Ae=181(mm2)。 （ 2）選擇最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度 為避免鐵芯飽和，總損失最小 (鐵損與銅損相等 )選擇工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值。 在傳遞功率為 212 瓦頻率 32k?z 時(shí)，最佳 (有最小損耗 )磁感應(yīng)強(qiáng)度單向擺幅值 Bopt≈150(mT)。說(shuō)明推挽工作時(shí)， 2?150=300(mT)有最小損耗。為了有最大效率，單端正激變換器磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值變化也應(yīng)選 300(mT)。但是考慮到單端正激河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)論文 13 變換器只使用到 BH 特性的第一象限，如圖 24(b)，為了避免飽和，為剩磁的存在、高溫效應(yīng)，瞬變情況等留一些安全裕量是必要的。本例選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值的 75%，即 ΔB=225(mT)。這種小于最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度值的設(shè)計(jì)法，叫“飽和限制法”。用此法設(shè)計(jì)的變壓器參數(shù)，鐵損略低于銅損。 （ 3）計(jì)算原邊繞組匝數(shù) 周期時(shí)間 TS= sf ? 11 3 ???， 最大導(dǎo)通占空比： sTt Son ?(m ax) ??。 當(dāng)市電 110（ V）時(shí)，倍壓整流電路所得電壓 Vs 為 ）（＝＝ V2 7 1 0Vs ?? 最小原邊繞組匝數(shù)為： eonSp AB tVN ?? ??(m in) （ 2－ 11） 匝）＝ ( (m i n) ???Np （ 4）計(jì)算副邊繞組匝數(shù) 利用式 (3－ 9)，需考慮市電 110V下波動(dòng)的情況，設(shè)向下波動(dòng)為 20%，則： 2 1 7 . 4 ( V )1 . 91 . 30 . 81 1 0m i n )Va ?????（ 輸出電壓 V0需考慮整流二極管和繞組的壓降，設(shè)在 5A 時(shí)為 +10%，則 40V 的繞組直流電壓為 VV ??? 。 匝）( s (m i n)t onV on pT sns (40 ) ?????? (5)功率晶體管的選擇 ① 電流額定值 通常在最大原邊電流條件下，選擇有較大電流增益和較好飽和特性的管子作為功率開(kāi)關(guān)晶體管。 當(dāng)最小線電壓輸入時(shí)： VS(min)=(V)效率稍低，設(shè)為則 η=75%則輸入功率 ?0PPi ? ＝ 130（ W） 在導(dǎo)通占空比最大為 Dmax= 時(shí)， Pi就為平均功率： csi IVDP (min)max? （ 2－ 12） )( 130(m i n)m a x AVsD PiIc ???? 考慮磁化電流和紋波電流的斜率， IC應(yīng)有 10%的裕度 IC= =(A) 為了可靠并考慮調(diào)整電感量大小時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選定管子電流容量至少是兩倍于此值。 ② 電壓額 定值 設(shè)市電電壓向上波動(dòng) 18%， 110V 倍壓整流上限值為： )( VVs ????? 由于能量再生繞組工作時(shí)晶體管承受兩倍 VS值。同時(shí)，由于漏電感的緣故，一般會(huì)在電壓最高值上出現(xiàn)一個(gè)尖峰值，此值隨工藝水平差而增加，一般按電源電壓 VS的 10%考慮。故： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 14 Vce=2VS+= （ 2－ 13） )( VV ce ??? 尚須設(shè)計(jì)正確的基極驅(qū)動(dòng)小型以及緩沖器網(wǎng)絡(luò) ，使集電極電流在高電壓Vce出現(xiàn)之前， IC已降到零，否則有二次擊穿 (雙極型晶體管 )的可能。 （ 6） 輸出端電容的選擇 正激變換器輸出電容，比反激變換器的相對(duì)小一些。因?yàn)樗倪x擇主要是按它可提供輸出紋波電壓而非紋波電流。然而，若系統(tǒng)的電感 (快速反應(yīng)系統(tǒng)即此 )則紋波電流的要求仍是選擇電容的主要考慮。 在電容選定后，尚就考慮負(fù)載突然轉(zhuǎn)變?yōu)榱銜r(shí)電感器中儲(chǔ)能使電容電壓上沖，交校驗(yàn)引起的過(guò)電壓是否在允許值之內(nèi)。過(guò)電壓值的計(jì)算可用下面簡(jiǎn)單的方法。 CDSLR RoV s 39。VoI LV cpVcVot0 T1 T2 圖 2－ 8 正激變換器副邊回路及電壓響應(yīng)曲線 圖 28 示出正激變換器副 邊電路及電壓響應(yīng)曲線。設(shè)有載時(shí)電壓為 V0，電感L 流過(guò)電流為 IL，儲(chǔ)有 221LLI的能量；電容電壓為 V0，儲(chǔ)有 2021CV的能量。若 R187。R0，當(dāng) S開(kāi)關(guān)打開(kāi) (卸載 )時(shí)，電感保持電流不變，即向電容充電，充電經(jīng) t=T1后電壓達(dá) Vcp。此時(shí) Vcp相應(yīng)能量將是開(kāi)關(guān) S打開(kāi)前 L、 C的儲(chǔ)能之和。據(jù)此： 2022 212121 CVLICV LCP ?? 所以，電容上高壓值 202 VICLV Lcp ?? （ 2－ 14） 簡(jiǎn)單估算可認(rèn)為 S 打開(kāi)時(shí) L、 C 諧振，四分之一周期到達(dá)峰值 VCP，然后 C上能量消耗在電阻 R 上， VCP 按 CR 時(shí)間常數(shù)下降，最終恢復(fù)到輸出電壓 V0值 LCT ?2 1412 ?? 使用 MOSFET 管 正激式變換電路 圖 2－ 9是以 MOSFET 功率管制作的正激式變換器電路。輸入經(jīng)整流、濾波加在變壓器初級(jí)線圈和開(kāi)關(guān)管 V1 的兩端。 V1 在脈寬調(diào)制控制電路 SG1525A 的控制之下導(dǎo)通或截止。于是，變壓器次級(jí)感應(yīng)出交變電壓；經(jīng) L、 C 濾波后輸出。輸出電壓經(jīng)光電耦合器隔離后，接控制電路 SG1525A 的第“ 1”腳，并用此信號(hào)調(diào)整SG1525A 第“ 14”腳輸出脈沖的點(diǎn)穴 比和變壓器次級(jí) 的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 圖中 R R1 C9與 SG1525A 配合，形成限流電路，防止電源的輸出電流超過(guò)額定的輸出電流。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 15 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 9 J un 2 0 0 4 S he e t o f F i l e : F : \賈軍輝設(shè)計(jì)電路圖 \ 賈軍輝畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 \ 電路圖 \圖 4 . 4 . D d bD r a w n B y:1234V D 1 4C1 C2C3R1 ...R2C4VD6VD7R3C5光耦4 0 V5AV1SG SP4 7 9R5R4 VD5123456781615SG 1 5 2 5 A14131211109R6R7R1 0R1 1C6輔助電源C7 C8R9C9C1 0R1 2 圖 2－ 9 使用 MOSFET 管的正激式變換器電路 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)論文 16 第三章 開(kāi)關(guān)電源電路 局部 器件 集成控制器 電壓型 PWM 集成控制器 SG1525A SG1525A 系列脈寬調(diào)制器是電壓型 PWM 集成控制器，外接元件少，性能好，具有外同步、軟啟動(dòng)、“死區(qū)”調(diào)節(jié)、欠鎖定、誤差放大以及關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)等功能。 ： ①工作電壓 8V至 35V。 ② ； ③振蕩器頻率范圍 100Hz 至 500KHz。 ④分離的振蕩器同步端； ⑤可調(diào)的死區(qū)時(shí)間控制； ⑥軟啟動(dòng)時(shí)間可由外設(shè)電容值整定； ⑦逐個(gè)脈沖關(guān)閉； ⑧具有滯后電壓的欠壓鎖定電路； ⑨防止多重脈沖的 PWM 鎖存器； ⑩雙源出 /吸入驅(qū)動(dòng)器。 SG1525A 的內(nèi)部原理框圖如圖 圖 51 所示。它內(nèi)部含有基準(zhǔn)電源，欠壓鎖丁電路、振蕩器、誤差放大器、脈寬比較器、鎖存器，并能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和關(guān)閉控制等。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R