【文章內(nèi)容簡介】 狀態(tài)的時候，兩個開關(guān)器件會同時出現(xiàn)一個半導通區(qū)，即兩個控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài)；這是因為開關(guān)器件在開始導通的時候，相當于對電容充電，它從截止狀態(tài)到完全導通狀態(tài)需要一個過渡過程；而開關(guān)器件從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止狀態(tài)的時候，相當于對電容放電，它從導通狀態(tài)到完全截止狀態(tài)也需要一個過渡過程；當兩個開關(guān)器件分別處于導通和截止的過渡期間，就會同時出現(xiàn)半導通狀態(tài)，此時，相當于兩個控制開關(guān)同時接通，會對電源電壓產(chǎn)生短路，在兩個控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負載。因此，在兩個控制開關(guān)VT1和VT2分別處于導通和截止的過渡期間，兩個開關(guān)器件將會產(chǎn)生很大的功率損耗。而推挽電路則不會存在這種損耗。因為，當控制開關(guān)VT1將要關(guān)斷的時候，開關(guān)變壓器的兩個初級線圈N1繞組和N2繞組都會產(chǎn)生反電動勢，而N2繞組產(chǎn)生的反電動勢正好與輸入電流的方向相反；此時，即使是VT2開關(guān)器件處于半導通或全導通狀態(tài)，在短時間內(nèi)，在VT2組成的電路中都不會出現(xiàn)很大的工作電流，并且在電路中，兩個控制開關(guān)也不存在直接串通的回路；因此不會像半橋式，以及全橋式開關(guān)電源那樣出現(xiàn)兩個控制開關(guān)同時串通的可能性，這也是推挽式開關(guān)電源的一個優(yōu)點。對于推挽電路，也有它的缺點：它的兩個開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍，因此在高電壓交流供電設(shè)備中很少使用。另外，直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍比反激式開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍小很多，并且需要一個儲能濾波電感；因此不宜用于要求負載電壓變化范圍太大的場合，特別是負載很輕或經(jīng)常開路的場合。它的變壓器有兩組初級線圈，對于小功率輸出是個缺點，對于大功率輸出是個優(yōu)點。因為大功率變壓器的線圈繞組一般都用多股線來繞制，因此兩組初級線圈與用雙股線繞制沒有根本區(qū)別，并且兩個線圈與單個線圈相比可以降低一半電流密度。 變壓器的選擇變壓器是隔離型變換器的主要元件之一，其性能指標的好與壞將直接影響整個電路的性能，因此，在設(shè)計變壓器時應(yīng)該細心設(shè)計為好。在變壓器制作中需要在確保變壓器的絕緣電壓的基礎(chǔ)上盡可能的減小變壓器漏感。 變壓器的結(jié)構(gòu)對變壓器性能的影響變壓器的最主要作用是隔離，電器隔離性能應(yīng)符合電氣安全規(guī)則的要求。為了滿足電器安全規(guī)則的要求，通常要在變壓器的初、次級之間留有不低于3mm的絕緣邊距（爬電距離），如圖32所示的邊沿空隙的方法。邊沿空隙方法（Margin Wound）是在骨架邊沿留有繞線余留，以提供所需的絕緣邊距要求。這種方法一直得到比較普遍的應(yīng)用，其主要原因是繞變壓器的漆包線的絕緣強度不能滿足電氣安全規(guī)則的要求，特別是漆包線漆皮的針孔。這種方 圖32 變壓器的邊沿空隙繞制方式的結(jié)構(gòu)示意法的最大缺點是變壓器的繞線空間的浪費和變壓器漏感的增加，尤其是小變壓器尤為嚴重，如EE16磁芯繞線框架僅有約8mm的繞線寬度，如果扣除3mm的邊沿空隙，則有效的繞線寬度僅剩下5mm，變壓器的繞線窗口的利用率大大下降，同時變壓器的漏感也隨之增加。對于50Hz變壓器，漏感增加一點似乎不會出現(xiàn)多大問題，但是高頻開關(guān)電源變壓器的漏感增加一點所付出的代價將是開關(guān)管的損耗明顯增加甚至是變壓器的漏感所產(chǎn)生的電壓尖峰將開關(guān)管擊穿，要么就是緩沖電路的損耗增加。怎樣才能取消變壓器中的邊沿空隙和初、次級間的絕緣？問題的關(guān)鍵就是改進漆包線的質(zhì)量，單層絕緣的漆包線的最主要的缺陷是針孔（當然也不可否認絕緣電壓可能還不夠），那么在制造漆包線時可以在漆包線上多涂幾次絕緣漆，這樣不僅提高了絕緣電壓，最主要的是徹底的消除了漆包線的漆皮上的針孔，這就是三重絕緣的漆包線。三重絕緣漆包線繞制法（Triple Insulated）次級繞組的導線采用三重絕緣漆包線以便任意兩層結(jié)合都滿足電氣強度要求。圖33給出三重絕緣法結(jié)構(gòu)?？梢钥闯龀跫壋錆M整個骨架寬度，和輔助繞組之間僅有一層膠帶，在輔助繞組上纏一層膠帶以防止損壞次級繞組圖33 三重絕緣漆包線繞制變壓器的結(jié)構(gòu)導線的三重絕緣層。次級繞組纏在其上，最后包一層膠帶進行保護。注意繞線和焊接時絕緣層不被損壞。實際上用三重絕緣漆包線繞制變壓器時，初、次級之間可以不附加任何絕緣（如絕緣膠帶）同樣可以保證絕緣強度。這樣，變壓器的繞線窗口將得到有效的利用，同時變壓器的漏感也可以減小到最小。C型繞線方式：即折返繞制方式，這是最常用的繞線方式。圖34（1）示出有2層初級繞組的C型繞線。C型繞線容易實現(xiàn)且成本低，但是導致初級繞組間電容增加?？梢钥闯龀跫壚@組從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊，這是一個簡單的繞線方法。Z型繞線如圖34（2）所示，有2層初級繞組的Z型繞線方式。可以看出這種方法比C型繞線復雜，但是減少了繞組的寄生電容。圖34（1）變壓器初級的C型繞法 圖34（2） 變壓器初級的Z型繞法初、次級內(nèi)外繞制方法：圖34（1）、圖34（2）均為變壓器的初級繞在內(nèi)側(cè)，次級繞在外側(cè)的繞制方式，這種繞制方式的優(yōu)點是簡單，而且通常變壓器的初級繞組的線徑細、次級線徑粗，細線繞在里邊繞制起來比較容易。但是，這種繞法的最大缺點是變壓器的漏感大，變壓器漏感在開關(guān)過程中需要將漏感中的儲能完全釋放，通常會產(chǎn)生比較高的尖峰電壓，對開關(guān)管的沖擊比較大。這個沖擊在反激式開關(guān)電源中尤為明顯。這個變壓器漏感的儲能必然消耗在緩沖電路或箝位電路，漏感越大，需要的緩沖電路越大，所產(chǎn)生的損耗越大，降低了開關(guān)電源的效率。因此，應(yīng)該選擇 變壓器漏感比較小的繞制方法。最常見的是初級分成兩段，分別繞在次級的內(nèi)測和外側(cè)，如圖35所示。另一方面把初級繞組分開繞制的方法也可以減少漏電感。分開的初級繞組是最里邊第一層繞組，第二層初級繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓初級繞組的中心點連接其上，這對改善耦合有意義。 圖35 初級分開繞制示意圖如果變壓器的初、次級間要求的絕緣電壓不高或采用絕緣電壓高的漆包線，則可以采用變壓器漏感最小的繞法，即初次級繞組絞在一起繞。這樣初次級繞組所約束的磁力線大致重合，使變壓器漏感達到最小。本文采用推挽式逆變器，則僅僅需要變壓器的兩個初級之間的漏感達到最小即可。第四章 保護電路設(shè)計保護電路用于當電源出現(xiàn)異常情況時保護設(shè)備以及電源本身。當主回路中發(fā)生過載，過壓等異常狀況時，停止電路元件的工作。保護電路能有效的保護逆變器件和負載不被損壞。 限壓保護電路輸出限壓保護電路的作用是：當輸出電壓超過設(shè)計值時，把輸出電壓限定在一定的安全值的范圍內(nèi)。當開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當引起輸出過壓現(xiàn)象時，過壓保護電路進行保護以防止損壞后級用電設(shè)備。應(yīng)用最為普遍的過壓保護電路有如下幾種： 可控硅觸發(fā)保護電路： 圖41 可控硅觸發(fā)保護電路 圖42 光電耦合保護電路如圖41所示，當UO1輸出升高，穩(wěn)壓管(Z3)擊穿導通，可控硅(SCR1)的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導通。UO2電壓對地短路，過流保護電路或短路保護電路就會工作，停止整個電源電路的工作。當輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過R對地泄放，可控硅恢復斷開狀態(tài)。光電耦合保護電路：如圖42所示，當UO有過壓現(xiàn)象時，穩(wěn)壓管擊穿導通，經(jīng)光耦(OT2)R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導通。Q1基極得電導通， UC3524的10腳導電接入電壓，使IC關(guān)閉，停止整個電源的工作，UO為零，周而復始。輸出限壓保護電路：輸出限壓保護電路如圖43所示，當輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導通光耦導通，VT1基極有驅(qū)動電壓而道通， UC3524芯片的10腳通電，電壓升高，芯片停止工作。周而復始，輸出電壓將穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)(取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值)。圖43 輸出限壓保護電路 圖44 過電壓保護電路以上介紹了三種過電壓保護電路，通過將第一種與第二種過電壓保護方法融合，形成了更加可靠、簡單的過電壓保護電路，如圖44所示。將24V采樣壓加在壓敏二極管上，當逆變電路輸出電壓過高時，采樣電路的采樣電壓將超過24V，此時壓敏二極管將被擊穿，電容將被充電，晶閘管門極被加上正向電壓而導通，12V的附加電源給UC3524的10腳供電，10腳獲得高電平，芯片停止工作，逆變電路停止工作，輸出為零。 限流保護電路過電流保護是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保護方式。當電源輸出超過額定負載或短路或控制電路失去控制能力時，會造成電子設(shè)備不能正常工作，或?qū)﹄娮釉O(shè)備造成損壞。過流保護電路有斷法和振蕩器調(diào)頻法。斷路法過電流保護是用在電路中串保險絲，這是防范過電流最簡單、最經(jīng)濟的方法。當負載電流發(fā)生意外，其電流值超過保險絲的熔斷值（~）時，保險絲熔斷，電路斷開，達到過電流保護的目的。但是在開機的瞬間，由于大電容的充電，會產(chǎn)生很大的浪涌電流，這個電流的大小經(jīng)常是正常工作電流的數(shù)倍，容易使保險絲熔斷。易發(fā)生錯誤判斷，這是此種保護方法的主要缺陷。振蕩器調(diào)頻法過電流保護就是通過檢測比較放大電路產(chǎn)生一個控制信號是振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，使負載電壓降低，從而達到減小負載電流的目的，～,能自動恢復。在輸出端有過載或短路情況發(fā)生時，此時輸出電流就會增大，檢測電阻RS上的電壓VRS會增大，在圖45（A）中，當VRS的值超過V2的BE導通電壓，圖45 過電流保護電路（1）V2導通，由于V2的集電極接的是振蕩電路的控制端，使振蕩電路的振蕩減緩或停止振蕩電路工作。在圖45（B）中，VRS經(jīng)電壓比較器后輸出一個控制信號 到振蕩電路，通過減小振蕩電路的振蕩頻率，減小輸出電壓，從而減小輸出電流達到保護的目的。圖45（B）的精度要比圖45（A）的精度高，因為45（B）設(shè)計了誤差比較和誤差放大電路。 圖46 過電流保護電路（2）如圖46所示，此電路圖為恒流保護電路，電路中R1與R2對VR進行分壓，電阻R2上分得的電壓為：VR2=VR［R2/（R1+R2）］。負載電流為I0，測電阻上的電壓VRS=I0RS，電壓VS和VR2進行比較，如果VS〉VR2，A輸出控制信號，使脈沖的頻率發(fā)生變化，使輸出電壓發(fā)生變化，從而減小負載電流。如圖47所示，此圖是光電耦合驅(qū)動電流保護電路，其工作原理為：當輸出電流過大時，RS兩端的電壓升高，IC2的2腳電壓高于3腳基準電壓，IC2輸出高電壓，V1導通，光電耦合器IC1發(fā)生光電效應(yīng)，使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化，從而控制開關(guān)管脈沖信號寬度或頻率發(fā)生變化，從而使輸出電壓降低， 達到減小電流的目的。這些電路也存在著不足，即檢測電路中總串聯(lián)著RS，若檢測電阻RS的值不大，則電路保護的反應(yīng)速度不快，精度也不太高，若電阻RS過大，則電路消耗的功率就會明顯增大，檢測電阻存在著無功功率使開關(guān)電源的效率降低，為減小電阻RS無功功率的影響，應(yīng)采用檢測信號放大電路，提高保護電路的反應(yīng)速度，精度。本文所用的過電流保護電路為近似以上所示圖215，與圖215相比，無采樣線圈，而是直接將驅(qū)動放大電路的射極電流通過電阻轉(zhuǎn)換為電壓送給比較器，芯片通過檢測比較器輸出電壓來改變脈沖寬度，從而改變輸出電壓與輸出電流。 圖47 過電流保護電路（3）開關(guān)電源采樣電路按采樣的不同方式分為直接采樣電路和間接采樣電路。下面通過圖解說明兩種采樣電路的工作原理。直接從開關(guān)電源輸出端取樣的方式稱為直接取樣，如圖48所示。VTVTVT3和RR5和R6以及VZD都被集成于電路內(nèi)部。實用過程中根據(jù)VZD的穩(wěn)壓值，再確定額定輸出電壓時RR6的比值。此類集成電路可在外電路中，例如圖48中RR6的兩端，通過并聯(lián)外接電阻，在小范圍內(nèi)改變輸出電壓。由于電壓穩(wěn)壓管VZD的限流電路無法改 變，若大范圍改變R5或R6后，則輸出電壓的大圖48 直接取樣電路 幅度變動將使VZD脫離齊納曲線最陡的部位使穩(wěn)壓效果變差。一般在R3上并聯(lián)電阻使輸出電壓降低還是在R6兩端并聯(lián)電阻使輸出電壓升高，其變化幅度均以10%為限。 間接取樣從正比于開關(guān)管導通期的其他部分取樣，如圖49所示。變壓器T二次側(cè)的輸出電壓為矩形波，采樣繞組輸出電流經(jīng)二極管整流后變?yōu)橹绷鞲鶕?jù)繞組比，采樣電路輸出電壓與一次側(cè)電壓成正比關(guān)系，根據(jù)采樣電路電壓或者電流的變化將信號反饋給控制芯片UC3524，控制脈沖的輸圖49 間接取樣電路出，使電路工作穩(wěn)定。本設(shè)計所采用的取樣電路為間接取樣電路，它的優(yōu)點是可以減小主電路的復雜程度，排除采樣電路對主電路的干擾，又可靈敏地對主電路的變化做出快速的反應(yīng)，可根據(jù)電路的實際需要改變采樣繞組的匝數(shù)來改變?nèi)与妷狠敵鲋?。當然，它也有一定的缺點，增加采樣繞組要增大變壓器的體積與重量，增加設(shè)備的造價。第5章 電路主要參數(shù)計算按照設(shè)計要求，輸出電壓為220V，50HZ的方波。由UC3524的引腳功能可知，6腳的RT和7腳CT共同決定電路的輸出頻率。振蕩器的輸出頻率的計算公式為： （31）當UC3524為兩路輸出脈沖時，每路輸出最大脈寬為45%。驅(qū)動推挽電路時，次級電路得到兩組正向脈沖分別使內(nèi)部兩組放大管輪流導通，其最大脈寬為90%。因為兩組驅(qū)動輸出極性相同，只是在時間軸上出現(xiàn)的序列不同，所以可以將兩驅(qū)動輸出脈寬并聯(lián)，將輸出最大脈寬90%的單端驅(qū)動脈沖，用于單端變換器。分成兩路輸出，振蕩頻率為開關(guān)頻率的兩倍。即晶閘管的開關(guān)頻率為： （32）由周期與頻率之間的關(guān)系得，晶閘管的導通時間為：。系統(tǒng)輸出的頻率為50HZ，則