【文章內容簡介】 3所示,該系統(tǒng)采用電流電壓雙閉環(huán)串級控制結構,內環(huán)是電流環(huán),外環(huán)是電壓環(huán),控制原理是:給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進行比較,得到的電壓誤差經電壓調節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue,該信號與經電阻采樣反映電流變化的信號Us進行比較,輸出一個占空比可調節(jié)的PWM脈沖信號,從而使得信號Vo保持不變。電壓控制器的輸出信號作為電流環(huán)的參考信號，給這一信號設置限幅，就可以限制電路的最大電流，達到短路和過載保護的目地，還可以實現恒流控制，解決了單一的只有電壓模型控制的出現的缺點。電流型PWM控制的優(yōu)點如下: 1 電壓調整率好。輸入電壓的變化立即引起電感電流的變化,電感電流的變化立即反映到電流控制回路而被抑制,不像電壓控制要經過輸出電壓反饋到誤差放大器,然后再調節(jié)的復雜過程,所以響應快。如果輸入電壓的變化是持續(xù)的,電壓反饋環(huán)也起作用,因而可以達到較高的線形調整率。 2 負載調整率好。由于電壓誤差放大器可專門用于控制占空比,以適應負載變化造成的輸出電壓的變化,因而可大大改善負載調整率。3 系統(tǒng)穩(wěn)定性好。從控制理論的角度講,電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。而電流控制雙閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的一階穩(wěn)定系統(tǒng),系統(tǒng)穩(wěn)定性好。 整流電路設計電力電子技術主要是一門研究電力電子器件制造技術和變流技術的學科，其中變流技術包括很多方面，有直流直流，直流交流，交流交流和交流直流的變流技術，這些變流技術是電力電子的核心。其中整流技術是一種交流直流變流技術，交流直流變流技術一般可以采用多種方案實現。下圖為一個典型的單相半波可控整流電路： 整流電路圖這是一個帶電阻負載的整流電路，其中的變壓器起變換電壓和隔離的作用，IGBT是一個典型的全控型電力電子器件，是整流電路的核心器件，變壓原邊輸入的是交流電，當晶閘管處于關斷狀態(tài)時，負載電路中無電流通過，電壓U2全部加在晶閘管兩端，如果在U2正半周晶閘管承受正向陽極電壓期間時給晶閘管的門極加上觸發(fā)脈沖晶閘管導通，可以忽略晶閘管的管壓降，此時U2的電壓全部加在負載電阻上。當U1輸入翻轉到達負半周時，經過變壓器的變壓的U2加在晶閘管上的電壓為反向電壓，晶閘管的關斷，負載無電流輸出，等U1的再次翻轉到正半周時晶閘管再次導通負載有正向電流流過，這樣重復，負載上的電壓電流總是正向的，因此輸出的是直流電，整流電路就是把交流電變換為直流電，這就是整流電路的基本原理。本課題中，經過PWM控制MOSFET管導通和關斷反激變換器的變壓器副邊相當于是交流輸出，課題需要的是穩(wěn)定的直流輸出，所以可以運用整流的變流技術對其進行整流。和上面的單相半波全控整流電路具有很多共同點，在本課題中我們采用快恢復二極管對期進行整流，電路圖如下：圖 整流電路 根據反激式變換器工作原理，當加到原邊主功率開關管的激勵脈沖為高電平使MOSFET、開關管導通時，整流后的直流電壓加在原邊繞組兩端，此時因副邊繞組相位是上負下正，使整流二極管反向偏置而截止，負載端就沒有電流流過，磁能就儲存在高頻變壓器的原邊電感線圈中；當驅動脈沖為低電平使MOSFET開關管截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，使副邊繞組相位變?yōu)樯险仑?，則整流二極管正向偏置而導通，此后儲存在變壓器中的磁能向負載傳遞釋放，此時負載有正向的電流流過，所以通過整流二極管的整流可以得到直流輸出，但是這樣輸出的電壓電流還是不符合要求的，還需要進一步的對整流后的輸出進行濾波和穩(wěn)壓，這樣才能得到能供給負載正常使用的直流穩(wěn)恒電源。 濾波穩(wěn)壓電路的設計在輸入電壓、負載、環(huán)境溫度、電路參數等發(fā)生變化時仍能保持輸出電壓恒定的電路。這種電路能提供穩(wěn)定的直流電源，廣為各種電子設備所采用。穩(wěn)壓電路主要由調整元件、基準電壓電路、取樣電路、比較放大電路構成。特別在整流電路中，電網的交流電經過電力電子器件的整流后得到波動的直流電。這種波動的直流電是不能直接接上負載工作，不然會嚴重損害電氣設備甚至造成電氣設備損毀。下面介紹一個用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的簡單穩(wěn)壓電路。 簡單的穩(wěn)壓電路圖圖中所示的是用齊納二極管設計的穩(wěn)壓電路，當齊納二極管的反向電壓加到某一定值時，反向電流急增，二極管產生方向擊穿，此時的反向電壓為二極管的反向擊穿電壓，即為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。R1為限流電阻，穩(wěn)壓管的流過電流不能過高，否則會燒毀穩(wěn)壓管，穩(wěn)壓管工作時，Vo為穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，當電源電壓有大幅度波動時流過穩(wěn)壓管的電流會發(fā)生變化，Vo的電壓會產生微弱的變化，總體的輸出電壓還是很穩(wěn)定的,從而達到穩(wěn)壓的效果。開關型穩(wěn)壓電路具有體積小、效率高的特點。線性電源的效率為30%～55%；而開關穩(wěn)壓器可達60%～85%，而且可以省去工頻變壓器和巨大的散熱器，體積和重量都大為減小。這種電路已在各種電子設備中獲得廣泛的應用。常用的實現開關控制的方法；有自激式開關穩(wěn)壓器、脈寬調制式開關穩(wěn)壓器和直流變換式開關穩(wěn)壓器等。濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器C，或與負載串聯電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。當流過電感的電流變化時，電感線圈中產生的感生電動勢將阻止電流的變化。當通過電感線圈的電流增大時，電感線圈產生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增加，同時將一部分電能轉化成磁場能存儲于電感之中；當通過電感線圈的電流減小時，自感電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出存儲的能量，以補償電流的減小。因此經電感濾波后，不但負載電流及電壓的脈動減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導通角增大。在電感線圈不變的情況下，負載電阻愈小，輸出電壓的交流分量愈小。只有在RLωL時才能獲得較好的濾波效果。L愈大，濾波效果愈好。另外，由于濾波電感電動勢的作用，可以使二極管的導通角接近π，減小了二極管的沖擊電流，平滑了流過二極管的電流，從而延長了整流二極管的壽命。無源濾波器：這種電路主要有無源元件R、L和C組成有源濾波器：集成運放和R、C組成，具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點。集成運放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗均很高，輸出電阻小，構成有源濾波電路后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。但集成運放帶寬有限，所以目前的有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。整流電路是將交流電變?yōu)橹绷麟娨怨┴撦d使用。直流穩(wěn)壓電源先通過整流電路把交流電變?yōu)槊}動的直流電,再經各種濾波電路、穩(wěn)壓電路，濾波電路作用是盡可能減小脈動的直流電壓中的交流成分，保留其直流成分，使輸出電壓紋波系數降低，波形變得比較平滑。有源濾波電路的負載不影響濾波特性，因此常用于信號處理要求高的場合。有源濾波電路一般由RC網絡和集成運放組成，因而必須在合適的直流電源供電的情況下才能使用，同時還可以進行放大。但電路的組成和設計也較復雜。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場合，只適用于信號處理。 濾波穩(wěn)壓限流電路圖根據濾波器的特點可知，它的電壓放大倍數的幅頻特性可以準確地描述該電路屬于低通、高通、帶通還是帶阻濾波器，因而如果能定性分析出通帶和阻帶在哪一個頻段，就可以確定濾波器的類型。識別濾波器的方法是：若信號頻率趨于零時有確定的電壓放大倍數，且信號頻率趨于無窮大時電壓放大倍數趨于零，則為低通濾波器；反之，若信號頻率趨于無窮大時有確定的電壓放大倍數，且信號頻率趨于零時電壓放大倍數趨于零，則為高通濾波器；若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數均趨于零，則為帶通濾波器；反之，若信號頻率趨于零和無窮大時電壓放大倍數具有相同的確定值，且在某一頻率范圍內電壓放大倍數趨于零，則為帶阻濾波器。進過整流之后，得到的是不穩(wěn)定的直流輸出，只有通過濾波穩(wěn)壓之后輸出的穩(wěn)恒直流電源才能用于正常的生產實踐，在本課題中整流二極管流出的直流電波紋很大，需要在一布的進行濾波穩(wěn)壓，本課題中對直流輸出的電流也有嚴格的要求，在輸出波紋在+/5%的范圍內我們通過并聯一個適當的穩(wěn)壓電容和限流電阻使得輸出的電壓和電流都符合課題內容要求。根據反激變換器的變壓器的原邊和副邊的匝數比，PWM控制的控制信號頻率可以得到整流二極管的整流輸出電壓電流。根據控制信號的頻率和輸出的要求波紋來求的濾波穩(wěn)壓電容的時間參數進而求得電容的大小。最后在根據要求的電流大小設計適當的限流電阻值。 第三章 器件介紹 UC3844芯片的簡介UC3844是美國UNITRODE公司生產的高性能電流型脈寬調制器(PWM)控制器。早期的PWM控制器是電壓控制型的,常用的電壓型PWM控制器有TL49TL49SG352SG3525等。電壓型PWM是指控制器按反饋電壓來調節(jié)輸出脈寬,電流型PWM是指控制器按反饋電流來調節(jié)輸出脈寬。電流型PWM是在脈寬比較器的輸入端,直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進行比較,從而調節(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。由于結構上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng),因此,無論開關電源的電壓調整率、負載調整率和瞬態(tài)響應特性都有提高,是目前比較理想的新型PWM控制器。UC3844是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，由該集成電路構成的開關穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調制開關穩(wěn)壓電源相比具有外圍電路簡單、電壓調整率好、頻響特性好、穩(wěn)定幅度大、具有過流限制、過壓保護和欠壓鎖定等優(yōu)點。 UC3844內部結構圖ＵＣ3844的工作原理是:,經誤差放大器Ｅ/Ａ放大后作為門限電壓,與反饋電流經采樣后的電壓,一起送到電流感應比較器。當電流取樣電壓超過門限電壓后,比較器輸出高電平觸發(fā)ＲＳ觸發(fā)器,然后經或非門輸出低電平,關斷功率管,并保持這種狀態(tài)直至振蕩器輸出脈沖到觸發(fā)器和或非門為止。這段時間的長短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。ＰＷＭ信號的上升沿由振蕩器決定,下降沿由功率開關管電流和輸出電壓共同決定。反轉觸發(fā)器限制ＰＷＭ的占空比調節(jié)范圍在0～50%之內。引腳2是電壓反饋端,將取樣電壓加至Ｅ/Ａ誤差放大器的反相輸入端,產生誤差電壓。利用內部Ｅ/Ａ誤差放大器可以構成電壓環(huán)。引腳3是電流反饋端,電流取樣電壓由引腳3輸入到電流比較器。當引腳3電壓大于1Ｖ時,輸出關閉。利用引腳3和電流比較器可以構成電流環(huán)。引腳1是補償端,外接阻容元件以補償誤差放大器的頻率特性。引腳8為5Ｖ基準電壓,帶載能力50ｍＡ。引腳6為推挽輸出端。引腳5為公共端。引腳7為集成塊工作電源端,電壓范圍為8～40Ｖ。使驅動信號關斷的方法有兩種：一種是將引腳1的電壓降到1V以下另一種是將引腳3的電壓升到1V以上。這兩種是電流比較器輸出高電平，PWM鎖存器復位，關閉輸出端直到下一個時鐘信號將PWM鎖存器置位為止，可以控制1，3引腳的電壓變化實現各種必要的保護。UC3844芯片是通過對反饋的電壓和電流信號的處理使得引腳6的輸出電壓改變來控制MOSFET管的關斷和導通從而調控反激變換器的輸出。設計UC3844的外圍電路中的震蕩頻率再結合UC3844的內部結構特性來調節(jié)占空比。UC3844的外圍電路通常為： UC3844的典型外圍電路圖圖中的引腳7為UC3844芯片的電源端，芯片的開啟電壓為16V，欠壓鎖定為10V，最高的上限電壓是34V，我們設計為24V供電，用穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓同時并聯一個電容濾波，開始時由原邊電路供電，正常工作后由輸出的副邊供電。為了防止引腳6處輸出的電壓不穩(wěn)定時較高的電壓直接灌入穩(wěn)壓二極管而是其燒毀，所以要在輸出端給供電線路和穩(wěn)壓管之間串聯一個二極管。引腳4接震蕩電路，產生鋸齒波，震蕩電阻和電容分別選取100KΩ,，它們之間接一個15 kΩ的電阻構成比例調節(jié)器，這里采用比例調節(jié)而不用PI調節(jié)的目的是為了保證反饋回路的響應速度。腳6為輸出端，經一個限流電阻限流后驅動功率MOSFET，為保護功率MOSFET，在腳6處并聯一支15V的穩(wěn)壓二極管。 二極管器件的選擇電力二極管（Power Diode）在20世紀50年代初期就獲得應用，在電力電子中它是一種不可控器件，當時也被稱為半導體整流器,并開始逐步取代汞弧整流器。它的基本結構和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的，都以半導體PN結為基礎，實現正向導通、反向截止的功能；電力二極管是不可控器件，其導通和關斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。IOIFUTOUFU 圖33 電力二極管的伏安特性電力二極管實際上是由一個面積較大的PN結和兩端引線以及封裝組成的，從外形上看，主要有螺栓型和平板型兩種封裝。其主要類型有普通二極管、快恢復二極管、肖特基二極管。電力二極管的靜態(tài)特性主要指其伏安特性門檻電壓，正向電流開始明顯增加處于通態(tài)狀態(tài)。與正向電流對應的電力二極管兩端的電壓即為正向電壓降，當電力二極管承受的是反向電壓時，只有少子引起的微小而數