【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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+)/ = 因此，根據(jù)公式:=其中，= 380(120%)=410V得到副邊繞組匝數(shù)為:=因此，變壓器副邊繞組的匝數(shù)應(yīng)取整數(shù)79T。原邊繞組必須重新修正，為所以，變壓器原邊繞組的匝數(shù)還應(yīng)取整數(shù)65T。(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(guò)輸出電感的電流平均值為5120% =，流過(guò)副邊繞組的電流幅值即為流過(guò)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，，因而選用24根絞合而成。原邊繞組流過(guò)的電流為雙向電流，其寬度為，其幅度由折算負(fù)載電流，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=/= 79設(shè)勵(lì)磁電流幅值為折算副邊電流幅值的8%，即:= = = 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。的平均值為=/2= 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，因此原邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:=副邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:=占空系統(tǒng)為:= (+)/= (195+140)/2826= 可見窗口面積綽綽有余。(7) 校核繞組壓降及功耗1206020磁環(huán)的高度為2cm，徑向厚度為3cm，設(shè)副邊繞組平均匝長(zhǎng)為15cm， mm，所以其截面積為: = 23= mm單個(gè)繞組的電阻為==(15)79/=純銅在25℃ mm/m式中(15)是把厘米換算成公式需要的米度量單位.副邊繞組的功耗為: == =設(shè)原邊繞組的平均匝長(zhǎng)約為12cm， mm，所以其截面積為:= 20= 其中，電阻為；==1265/=原邊繞組的功耗為: == =變壓器得到繞組的總損耗: = += += 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(duì)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:===此時(shí)，= 輸入整流濾波電路的最小輸出電流值:===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。 隔直電容的選擇在第二章中，我們對(duì)主電路的工作模式進(jìn)行了分析，對(duì)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:△T = 4 * * /DT其中: △T為初級(jí)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?cè)O(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(jí)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(guò)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(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。下面對(duì)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。(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:==380(1+20%)=(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(guò)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RURU3O12O作為輸出二極管。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。 輸出濾波電感根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的公式可以得到:L﹥選為額定負(fù)載電流的5%，即= 55% =T=1/=1/3010==(*T)/2== 此時(shí)的電感電流增量不得大于2，所以L===10H10H 輸出濾波電容(1) 根據(jù)輸出紋波電壓來(lái)計(jì)算濾波電容的大小:C===10F(2) 根據(jù)輸出電壓動(dòng)態(tài)幅度來(lái)求出濾波電容的大小C=其中，為輸出電流的最大值取5A，Vp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22lV因此，輸出濾波電容為:C==334uF取以上兩者最大值，并考慮一定裕量，最后取C= 5OOuF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(guò)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3OOHz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(tái)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):圖41脈寬調(diào)制集成控制器的框圖及其波形圖常用的脈寬調(diào)制(PWM)型集成控制器如圖41所示的幾個(gè)部分組成?；鶞?zhǔn)電壓和采樣反饋信號(hào)通過(guò)誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號(hào)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(lái)將單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(lái)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，此時(shí)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率就等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器的頻率。 高速脈寬調(diào)制器UC3825根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的要求，我們選用的PWM集成控制器為UC3825。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(hào)放大器；具有較高的頻率精度并可對(duì)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(guò)流比較器；啟動(dòng)電流很小(典型值為10OmA):欠壓鎖定16V∕1OV(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(chǔ)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)部電路工作原理該芯片內(nèi)部電路如圖42所示。它由振蕩器、PWM比較器、限流比較器、過(guò)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。圖42 UC3825內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖(1) 振蕩器圖43振蕩電路振蕩電路如圖43所示。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: ==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2OOKHZ。(2) 上升沿封鎖圖44上升沿封鎖工作波形上升沿封鎖工作波形如圖44所示，UC3823A、B和UC3825A、B采用固定頻率脈寬調(diào)制。UC3823A、B的兩個(gè)輸出端可同時(shí)輸出脈沖，輸出脈沖的頻率與振蕩器頻率相等，脈沖占空比可在O%～100%內(nèi)調(diào)整。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O%～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(duì)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(guò)流比較器聯(lián)合控制。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測(cè)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(guò)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1Ok電阻確定的放電時(shí)間來(lái)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式中，外接電阻R不能小于2k。上升沿封鎖也適用于限流比較器。上升沿封鎖之后，如果限流(I LIM)腳的電壓超過(guò)1V，輸出脈沖就終止。但是，過(guò)流比較器不能采用前沿封鎖。這樣，才不會(huì)因?yàn)榍把胤怄i而延長(zhǎng)保護(hù)時(shí)間，從而可以及時(shí)捕捉過(guò)流故障。在任何時(shí)間，只要限流(I LIM)，故障封鎖就起作用，從而使輸出端變?yōu)榈碗娖?。為此，在限?I LIM)腳需接入噪音濾波電容器。(3) 欠壓鎖定、軟啟動(dòng)以及故障處理圖45軟啟動(dòng)和故障處理波形 軟啟動(dòng)和故障處理波形如圖45所示。軟啟動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng)(SOFT,START)腳的外