【文章內(nèi)容簡介】 )分別表示控制開關(guān)K2接通時，開關(guān)變壓器初級線圈N2繞組兩端的電壓u2的波形，以及流過變壓器初級線圈N2繞組兩端的電流i2的波形。K2導(dǎo)通，K1截止時，K1承受的斷態(tài)電壓亦為2倍輸入電壓即2Ui。 圖e)和圖f)分別表示控制開關(guān)K1和K2輪流接通時，開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端輸出電壓Uo的波形，以及流過開關(guān)變壓器次級線圈N3繞組兩端的電流波形。 推挽電路電壓比為： 在推挽型電路中，其占空比定義為： 其中，Ton為周期內(nèi)的導(dǎo)通時間，Ts為信號周期，即1/fs. 圖3 橋式整流輸出推挽電路主要工作點波形由于推挽式變壓器開關(guān)電源中的兩個控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性很好。推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源，它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中。此外變壓器雙向勵磁，變壓器一次電流回路中只有一個開關(guān)，通態(tài)損耗較小，驅(qū)動簡單，且輸出紋波電壓小，適用于功率在幾百瓦到幾千瓦低輸入電壓的開關(guān)電源。因此本電路采用推挽型電路是合適的。本電路實際采用的推挽電路如下圖4所示，其中開關(guān)管采用MOSFET。 圖4 實際采用的推挽電路簡圖 推挽式變換器由于使用兩只MOSFET管，有時也會出現(xiàn)偏磁現(xiàn)象，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是由兩只開關(guān)管的存儲時間和開關(guān)時間的差異所致。加在變壓器上的正、負(fù)電壓持續(xù)的時間不同，經(jīng)過幾個周期的積累，就會出現(xiàn)單繞組勵磁飽和現(xiàn)象和偏磁現(xiàn)象。因此，在選用MOSFET管時，盡量使兩只管子的技術(shù)參數(shù)保持一致。其次，在設(shè)計時它的工作頻率應(yīng)小于100kHz。 SG3525控制電路設(shè)計控制電路以SG3525為控制芯片，外圍電路簡單。SG3525是SGSThomson公司生產(chǎn)的采用電壓模式控制的通用集成PWM控制器。它簡單可靠及使用方便靈活，輸出驅(qū)動為推挽結(jié)構(gòu)的跟隨電路，增加了驅(qū)動能力；內(nèi)部含有欠壓鎖定電路、軟啟動控制電路、PWM鎖存器；有過流保護(hù)功能，頻率可調(diào)，同時能限制最大占空比。在本次畢設(shè)中作為重要的控制電路，下面對其做簡要介紹。 SG3525管腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖5 SG3525引腳功能 圖6 SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（引腳1）：誤差放大器反向輸入端；Noninv input（引腳2）：誤差放大器同向輸入端；Sync（引腳3）：振蕩器外接同步信號輸入端；OSC Output（引腳4）：振蕩器輸出端；CT（引腳5）：振蕩器定時電容接入端Ct；RT（引腳6）：振蕩器定式電阻接入端Rt；Discharge（引腳7）：振蕩器放電端；該端與引腳5之間外接一只100Ω放電電阻，構(gòu)成放電回路；SoftStart（引腳8）：軟啟動電容接入端，該端到地所連接的電容可以決定該芯片的軟啟動時間，一般為1~10 μF，現(xiàn)取1μF；Compensation（引腳9）：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。在該端與引腳2 之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器；Shutdown（引腳10）：外部關(guān)斷信號輸入端，端接高電平時控制器輸出禁止；在本電路中接地；Output A（引腳11）：輸出端A，引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端；Ground（引腳12）：信號地；Vc（引腳13）：輸出機(jī)偏置電壓接入端；Output B（引腳14）：輸出端B；Vcc（引腳15）：偏置電源接入端；Vref（引腳16）：基準(zhǔn)電源輸出端，該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好地基準(zhǔn)電源； SG3525工作原理1)直流電源Us從腳15接入后分兩路，一路加到或非門，另一路送到基準(zhǔn)電源穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V基準(zhǔn)電壓。+5V再送到內(nèi)部（或外部）電路的其他元器件作為電源。2）振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門，雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器觸發(fā)，形成PWM信號的上升沿；3）另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器（EA）的輸出；誤差放大器（EA）的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，當(dāng)三角波的瞬時值高于EA的輸出時，PWM比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，形成PWM信號的下降沿；4）或非門的另兩個輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補(bǔ)，交替輸出高低電平，將PWM脈沖送至三極管VT1及VT2基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證VT1及VT2不同時導(dǎo)通。VT1及VT2分別輸出相位差為180度的PWM波。 SG3525外圍電路設(shè)計及參數(shù)計算由于人耳可聽到的音頻范圍大致為20Hz20kHz，因此逆變器的開關(guān)頻率大多選在20kHz以上，本電路選用25kHz，以避免噪聲污染。因而振蕩器輸出頻率為約50kHz，振蕩器頻率由外接電阻Rt和電容Ct決定，外接電容同時還決定死去時間的長短。其公式為： 其中Rd為引腳7間跨接的電阻值；本電路取Ct=1nF，Rt=27kΩ，Rd=100Ω。計算得振蕩器實際輸出頻率約為52kHz，PWM輸出頻率約為26kHz。由于電容及電阻的誤差實測約為25KHz。當(dāng)SG3525調(diào)頻電阻Rt、調(diào)頻電容Ct一定時，改變脈沖寬度，就會得到輸出脈沖寬度不同的一系列脈沖，得到引腳114輸出調(diào)寬電壓與占空比的關(guān)系，當(dāng)脈寬為周期的1／2時，輸出電壓幅度值最大。因此選擇占空比約50%，考慮到預(yù)留死區(qū)時間，實際選用占空比48%，死區(qū)時間2%。軟起動電容接入端接一個1μF的軟起動電容，只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。系統(tǒng)中的基準(zhǔn)比較調(diào)節(jié)電路則由基準(zhǔn)引腳Uref，同相輸入端及外圍電路構(gòu)成。由于本電路對輸出電壓穩(wěn)定性要求不高，且高輸出電壓的反饋穩(wěn)壓調(diào)節(jié)復(fù)雜，故而沒有反饋調(diào)節(jié)電路。但考慮到某些特殊要求，9腳外接可調(diào)變阻器，與SG3525的2引腳一起構(gòu)成一個可手動調(diào)節(jié)的PI調(diào)節(jié)器。其輸出與5腳鋸齒波和軟啟動電容一起可控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級114腳輸出兩路互補(bǔ)的PWM波。另外實際測試中，輸出的PWM方波下降沿有抖動，在9腳與地端接入RC濾波電路，消除影響。SG3525控制電路設(shè)計如下圖：圖7 SG3525控制電路 整流濾波設(shè)計 整流電路設(shè)計 全橋整流電路及全波整流電路均能將交流脈沖轉(zhuǎn)換為直流電壓，即單一方向的脈沖電壓。全波電路二極管承受的反向點電壓是全橋電路的2倍，因而適用于輸出電壓為5100V的低壓電路，因此本電路選用全橋整流電路。 輸出電路要求輸出功率3000W，輸出電壓2000V。由于輸出高壓，對元器件要求較高，故本電路采用兩相同變換電路串聯(lián)方式分壓，則每個整流電路電壓1000V，功率1500W。由于耐壓要求較高，本電路采用雙二極管串聯(lián)視為一個VD，可以較好地降壓。本電路中全橋整流電路由8個二極管以及RC濾波元件構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖8所示： 圖8 全橋整流電路全橋整流工作原理：為分析方便，如圖8，將兩個執(zhí)行相同功能的二極管視為一個VD，分別為VDVDVDVD4。當(dāng)次級方波脈沖為正時，電流由A點流出，經(jīng)VD1，RC，VD3流入B點，負(fù)載電壓Uo=1000V，VD2和VD4承受的反向電壓為Uo，即1000V；當(dāng)次級方波脈沖為負(fù)時，電流由B點流出，經(jīng)VD4，RC，VD2流入A點，負(fù)載電壓Uo=1000V，VD1，VD3承受方向電壓Uo=1000V。這樣，由于VD1，VD3和VD2，VD4兩對二極管交替導(dǎo)通，使得負(fù)載在整個方波脈沖周期內(nèi)都有電流通過，且方向不變，輸出電壓Uo=1000V。 濾波電路設(shè)計 整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是仍然含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，在整流后，還需利用濾波電路將脈沖的直流電流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。本電路采用RC電容濾波電路，電容濾波電路是最常見也是最簡單的濾波電路，在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻R兩端）并聯(lián)一個電容C即構(gòu)成電容濾波電路，如圖9所示：圖9 濾波電路濾波電容容量較大，因而一般均采用電解電容，利用電容的充放電作用以及電容電壓的連續(xù)性，是輸出電壓趨于平滑。經(jīng)電容濾波后波形如圖10所示：圖10 濾波后波形工作原理： 當(dāng)變壓器次級側(cè)方波脈沖電壓U2處于正半周并且數(shù)值大于電容電壓Uc時，二極管VD1,VD3導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對電容C充電。當(dāng)脈沖電壓U2上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載電阻RL放電，其電容Uc也開始下降，趨勢與U2基本相同，但是由于電容按指數(shù)規(guī)律放電，所以當(dāng)U2下降到一定數(shù)值后，Uc的下降速度小于U2的下降速度，使得Uc大于U2從而導(dǎo)致VD1，VD3反向偏置而變?yōu)榻刂?。此后，電容C繼續(xù)通過RL放電，Uc按指數(shù)規(guī)律緩慢下降；當(dāng)U2的負(fù)半周幅值變化到恰好大于Uc時，VD2，VD4正向?qū)?，U2再次對C充電，Uc上升到U2的峰值后又開始下降，下降到一定數(shù)值時VD2，VD4變?yōu)榻刂?，C對RL放電，Uc按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)值時VD1，VD3變?yōu)閷?dǎo)通，重復(fù)上述過程。電容充電的時間常數(shù)通常較放電常數(shù)小，因此濾波效果常取決于放電時間，即電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大。其平均值應(yīng)為，當(dāng)RLC=（3~5)Ts/2時