【文章內(nèi)容簡介】 磁芯截面積:=600=6cm所以，計(jì)算所得高頻變壓器副邊繞組匝數(shù)為:取整數(shù)為65T。(3) 計(jì)算原邊繞組匝數(shù)按設(shè)計(jì)要求，輸出電壓最大值為286V，考慮從電源輸出端到負(fù)載之間傳輸線的壓降(取壓降)，因此，該電源的最高輸出電壓為:=325+=輸出整流二極管的壓降取2V；；我們暫取開關(guān)橋的最大占空比=；因此，最高輸出電壓、額定負(fù)載時(shí)高頻變壓器副邊繞組最低電壓幅值為:= (+2+)/ = 因?yàn)? (35)其中= 380(120%)=410V得到原邊繞組匝數(shù):==因此，變壓器原邊繞組的匝數(shù)應(yīng)取整數(shù)79T。(4) 計(jì)算實(shí)際占空比在輸入電壓最低，輸出電壓最高時(shí)有最大占空比= 380(120%)=410V=/= 79410/65= 498V==在輸入電壓最高，輸出電壓最低的時(shí)候有最小占空比=/= 79640/65= 777V設(shè)此時(shí)= 1V==相應(yīng)的導(dǎo)通脈寬:T/2=T/2= (5) 選擇繞組導(dǎo)線線徑取負(fù)載電流為額定負(fù)載電流的105%，則流過輸出電感的電流平均值為50120% =，流過副邊繞組的電流幅值即為流過電感的電流幅值，即為=其平均值= 其有效值 = 考慮到存在集膚效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，因此。為繞制方便。取電流密度J=3A/mm。原邊繞組流過的電流為雙向電流，其寬度為，折算到輸出電感電流增量以及勵(lì)磁電流等三部分組成，前兩者也如副邊平均幅值電流那樣取平均折算電流幅值，即：A設(shè)勵(lì)磁電流幅值為折算副邊電流幅值的8%，即:A它是鋸齒形電流，我們將其轉(zhuǎn)換成平均值在疊加到副邊電流上。的平均值：A因此，原邊繞組等效矩形波電流幅值為：= += 其有效值為:==，電流密度J=3A/mm。(6) 校核窗口面積1206020磁芯窗口面積為:= =2826mm副邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:=原邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:=占空系統(tǒng)為:= (+)/= (1149+1187)/2826= 可見窗口面積綽綽有余。選用高壓開關(guān)管：(1) 耐壓根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以查到，全橋功率轉(zhuǎn)換電路高壓開關(guān)管上施加的最高電壓為=E，對應(yīng)于最高輸入電網(wǎng)電壓的輸入整流電路的直流輸出電壓:==640V考慮各種因素的影響取50%的裕量640(l+50%)=960V(2) 開關(guān)電流在一些參數(shù)尚不知道的情況下，我們需要估算開關(guān)管的電流，以便選擇開關(guān)管和計(jì)算輸出濾波電路。在高頻變壓器的計(jì)算中。輸入整流濾波電路的最大輸出電流平均值:A此時(shí)，= ，峰值電流為33/= 輸入整流濾波電路的最小輸出電流值:=A此時(shí)，=所以，根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果分析，我們選取三菱電機(jī)公司第三代IGBT單管CM60HSA24作為高壓開關(guān)管，其耐壓為1200V，電流容許值為60A。在第二章中，我們對主電路的工作模式進(jìn)行了分析，對電路的重要參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)，得出了如下關(guān)系式: (36)式中: 為初級電流下降的時(shí)間；為變壓器的漏感；為占空比；變壓器的漏感與繞線工藝及磁芯形狀等有關(guān)，繞制好的變壓器漏感基本不變。在前面，我們設(shè)定電路的工作頻率為30kHz，計(jì)算得到的最大占空比=，并且我們假設(shè)初級電流下降的時(shí)間為4uS，所以：== 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻變壓器輸出的高頻交變電壓或電流編程要求的輸出電壓或電流。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高(220V)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。采用全橋整流滿足高壓的要求，高頻濾波電感，電解電容(、)，高頻電容(，)濾除高頻諧波分量，共模電感()，電容(、)，抑制共模分量，電流采樣電阻、輸出二極管，防止電流反灌。下面對輸出整流電路的各部分進(jìn)行一下分析與計(jì)算。輸出整流二極管:因?yàn)檩敵龆O管工作于高頻狀態(tài)(30kHz)，所以應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。 輸出整流電路(1) 輸出整流二極管的耐壓高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值為:V。(2) 輸出整流二極管的電流輸出整流二極管流出的電流即為流過輸出濾波電感的電流。根據(jù)以上分析，同時(shí)考慮一定的裕量，選取IN5398作為輸出二極管。該二極管的耐壓為800V，額定電流為50A。輸出濾波電感：根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的公式可以得到: (37)選為額定負(fù)載電流的5%，即：= 505% =T=1/=1/3010=uS= 此時(shí)的電感電流增量不得大于2，所以H10H輸出濾波電容：(1) 根據(jù)輸出紋波電壓來計(jì)算濾波電容的大小:C==(2) 根據(jù)輸出電壓動(dòng)態(tài)幅度來求出濾波電容的大小 (38)其中， 為輸出電流的最大值取50A，為電源從滿載突變到空載時(shí)輸出電壓的上沖幅度，取該值為221V。因此，輸出濾波電容為:33400uF取以上兩者最大值，并考慮一定裕量，最后取C= 。第4章 控制電路的設(shè)計(jì) PWM集成控制器的基本原理PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點(diǎn):1. 當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；2. 自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端300Hz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；3. 多臺開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力；4. 具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)；常用的脈寬調(diào)制(PWM)。基準(zhǔn)電壓和采樣反饋信號通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號和鋸齒波(或三角波)比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。有些控制器僅有一個(gè)輸出端，而多數(shù)控制器都設(shè)有用觸發(fā)器和“與”門電路組成的相位分離器，用它來將單一 脈寬調(diào)制集成控制器脈沖變換成交替變化的二路脈沖輸出，用于供驅(qū)動(dòng)推挽和橋式變換器中的功率開關(guān)管，此時(shí)變換器的工作頻率等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器振蕩頻率的一半。當(dāng)然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅(qū)動(dòng)單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管。 高速脈寬調(diào)制器UC3825根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，我們選用的PWM集成控制器為UC3825。，下面介紹各引腳的功能： UC3825的封裝與引腳圖引腳1（INV）：閉環(huán)系統(tǒng)中接反饋信號，為誤差放大器反相輸入端，用于形成電壓比較電路。引腳2 (NV)：此腳為與INV端行比較的誤差放大器同相輸入端。通常是設(shè)置的基準(zhǔn)電壓。引腳（3E/A Out）：與INV端構(gòu)成比例積分反饋電路的誤差放大器的輸出端。引腳4（Clock）：兩片PWM芯片鏈接運(yùn)行時(shí)，提供給芯片同步時(shí)鐘信號的時(shí)鐘輸出端。輸出與震蕩頻率一致的時(shí)鐘信號。引腳5和引腳6 (CT和RT)：這兩腳設(shè)置芯片的工作時(shí)鐘，通過接不同的電容和電阻，形成不同的鋸齒波信號。引腳7（Ramp）：此腳為斜坡補(bǔ)償端。引腳8 (Soft Start)：此引腳接一個(gè)電容，在整個(gè)電路上電時(shí)可以抑制電路的沖擊電流，為軟啟動(dòng)端，有保護(hù)功率元件的作用。引腳9 (ILIM/SD)：此引腳具有過流保護(hù)的功能，只要將輸出電流反饋至此端，當(dāng)電源輸出短路情況或者輸出電流過大出時(shí)，即一旦超過內(nèi)部設(shè)定值，芯片可以迅速封鎖輸出，讓整個(gè)電路處于關(guān)閉狀態(tài)。引腳10，引腳13和引腳15（Gnd，Pwr Gnd和Vcc）：這些腳分別接信號地，功率地，和電源電壓。引腳11和引腳14（Out A和Out B）：這兩腳輸出互補(bǔ)的高低驅(qū)動(dòng)脈沖信號。引腳13和引腳16 (Vc和Vref)：引腳13是為了能夠獲得足夠的驅(qū)動(dòng)能力或者配合不同的驅(qū)動(dòng)電壓等級設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路的電壓輸入端，設(shè)計(jì)者可以隨意調(diào)整。UC3825是一款針對開關(guān)電源的高頻率高效率PWM控制芯片，它使用電壓控制模式，其最高工作頻率可達(dá)1MHz，帶有基準(zhǔn)電壓輸出、軟啟動(dòng)和過流保護(hù)模塊。其脈寬比較器的輸入端可以用負(fù)載輸出的電壓信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。使用UC3825的開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都較高。因此UC3825是比較理想的PWM控制芯片。下面將詳細(xì)介紹此芯片的主要特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用及調(diào)試。 主要特點(diǎn)適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路；實(shí)際開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50ns；具有兩路大電流推拉式輸出(峰值電流為2A)；內(nèi)有寬頻帶誤差信號放大器；具有較高的頻率精度并可對死區(qū)進(jìn)行控制，同時(shí)振蕩器放電電流也可調(diào)；帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯；具有軟啟動(dòng)控制；內(nèi)有逐脈沖限流比較器；具有全周期再啟動(dòng)的封鎖式過流比較器；啟動(dòng)電流很小(典型值為100mA):欠壓鎖定16V∕10V(B型)在欠壓鎖定期間，輸出低電平；可調(diào)整的帶隙基準(zhǔn)電壓；可調(diào)的上升沿封鎖閥值，可調(diào)低上升沿噪音。 極限參數(shù)電源電壓(15，B腳) 22V輸出腳電流(流出或流入) (11，14腳)直流 脈沖() 地線(12腳) 模擬輸入(l，2，7腳) ～7V(9，8腳) ～6V時(shí)鐘輸出電流(4腳) 5mA誤差放大器輸出電流(3腳) 5mA軟啟動(dòng)電流(8腳) 20mA震蕩器充電電流(5腳) 5mA功耗(溫度60℃) 1W儲存溫度范圍 65～150℃焊接溫度(焊接時(shí)間為10s) 300℃(注:所有電壓均以地線電壓為基準(zhǔn)；流入管腳的電流為正值。) 內(nèi)部電路工作原理UC3825由振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。我們將詳細(xì)介紹各部分的情況，以理解芯片的工作原理。(1) 振蕩器：引腳5接芯片內(nèi)部3V的穩(wěn)定電壓，引腳6接芯片內(nèi)部的一個(gè)恒流源。如果引腳5和對地端接上一個(gè)電阻，電阻上就會流過電流Ir，芯片內(nèi)部經(jīng)過檢測引腳5上的電流而產(chǎn)生一個(gè)與之一樣的恒定充電電流Ic=Ir。如果在引腳6和對地端接一個(gè)電容，這個(gè)充電電流Ic就對電容C進(jìn)行恒流充電，CT端電壓就會呈線性的斜坡增加。由此可得：比較器輸出的高低電平時(shí)間是由誤差放大器的輸出電壓與鋸齒波電壓相比較決定的。若誤差放大電壓越小，比較器輸出的高電平時(shí)間越長，反之越短。 UC3823A、B和UC3825A、B內(nèi)部都有一個(gè)鋸齒波振蕩器。鋸齒波上升沿的斜率由、決定，確定、的方法是：首先根據(jù)要求的最大占空比、選擇，再根據(jù)要求的頻率以及和選擇。計(jì)算公式為: （41） （42）的最佳阻值應(yīng)為1～10k之間，應(yīng)大于70%。在實(shí)際的應(yīng)用中，選為2nf，工作頻率為200kHz。(2) 上升沿封鎖：UC3825A、B采用固定頻率脈寬調(diào)制，UC3825A、B的兩個(gè)輸出端交替輸出脈沖，因此，每個(gè)輸出端輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的1/2，振蕩器的頻率為200kHz，所以輸出PWM脈沖的頻率為10OkHz，輸出脈沖占空比在0%～50%以內(nèi)調(diào)整，實(shí)際橋式變換器的應(yīng)用中一般達(dá)不到50%，因?yàn)闃蚴阶儞Q器在PWM脈沖的占空比為50%時(shí)，由于功率管截止時(shí)間的問題，使得橋臂容易短路，這在以后的部分將詳細(xì)介紹。為了限制最大占空比，在振蕩電容放電期間，內(nèi)部時(shí)鐘脈沖對兩路輸出進(jìn)行封鎖。在時(shí)鐘的下降沿，輸出端為高電平。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器、限流比較器和過流比較器聯(lián)合控制。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測出斜坡電壓與控制電壓(誤差放大器輸出電壓)的交點(diǎn)，并且在該交點(diǎn)處，終止輸出脈沖。因?yàn)椴捎昧松仙胤怄i，在脈沖前沿的一定時(shí)間內(nèi)，脈寬調(diào)制比較器不起作用。這樣，開關(guān)電源的固有噪聲就能被有效的抑制。同時(shí)，由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜坡輸入就不需要再經(jīng)過濾波。為了調(diào)整上升沿封鎖時(shí)間，CLK/LEB腳應(yīng)接入電容C，這樣，輸出脈沖前沿封鎖時(shí)間就由電容C和內(nèi)部10k電阻確定的放電時(shí)間來決定。為了更準(zhǔn)確控制前沿封鎖時(shí)間，可在外部并聯(lián)一個(gè)2k(2%)電阻R。前沿封鎖時(shí)間可由下式計(jì)算:=(R//10k)C （43）式中，外接電阻R不能小于2k。(3) 欠壓鎖定、軟啟動(dòng)以及故障處理：軟啟動(dòng)是通過軟啟動(dòng)(SOFT,START)腳的外接電容實(shí)現(xiàn)的。接通電源后，軟啟動(dòng)腳外接電容放電，該腳處于低電平，誤差放大器輸出低電平，開關(guān)電源無輸出電壓。當(dāng)9uA的內(nèi)部電流源給軟啟動(dòng)腳外接電容充電時(shí)，誤差放大器輸出電壓逐漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開始工作，開關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。一旦限流(I LIM)，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?；同時(shí)，軟啟動(dòng)腳外接電容以250uA的電流放電。在軟啟動(dòng)電容放完電后，故障鎖存器就不輸出脈沖。這時(shí)，故障鎖存器復(fù)位，芯片開始軟啟動(dòng)過程。在軟啟動(dòng)期間，萬一故障鎖存器置位，輸出會立即中止。但是軟啟動(dòng)腳外接電容在充足電之前不會放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸