【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 近似計(jì)算整流管的額定電流Id：(32)Il為負(fù)載電流，Il=P/U0=6A。Ds為副邊占空比。根據(jù)上式可計(jì)算出Id=。此外，基于本變換器的開關(guān)工作頻率為20K赫茲，輸出整流二極管應(yīng)該選擇外延性快恢復(fù)二極管。綜上，選擇DESI 6012A。　輸出濾波電感的選取由經(jīng)驗(yàn)算法可知，電路中一般選擇輸出濾波電感電流的脈動(dòng)為最大輸出電流的20％。，輸出濾波電感的電流仍然應(yīng)該保持連續(xù)狀態(tài)。綜上。所以，輸出濾波電感Lf大小計(jì)算為：(33)輸出濾波電感因?yàn)檩斎腚妷嚎赡艽嬖诓▌?dòng)，當(dāng)輸入電壓為450V時(shí)，Lf取得最大值73UH。綜上所述，在實(shí)際中，輸出濾波電感選擇PC40EE100UH?！≥敵鰹V波電容的選取在變壓器副邊輸出的直流電壓中，含有一定的高頻紋波分量。選取相應(yīng)的濾波電容就是為了滿足輸出紋波的要求。如果要求ΔV≤，則輸出電容的計(jì)算公式：(34)輸出濾波電容　輔助電路拓?fù)湓O(shè)計(jì)　鉗位電容的選取由上文分析可知，本變換器的新穎之處在于其變壓器副邊加有一輔助網(wǎng)絡(luò)。其中，輔助鉗位定容起到了重要作用。如果在電流續(xù)流期間，電容電壓VCc下降為零，負(fù)載電流就會(huì)通過(guò)整流二極管進(jìn)行續(xù)流，這樣在下一個(gè)工作周期開始時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整流二極管因?yàn)榉聪蚧謴?fù)引起了極大的電流沖擊，為了避免該情況的出現(xiàn)，電容應(yīng)滿足(35)由上式可確定電容Cc的最小值，Cc越大，Vc的電壓脈動(dòng)越小，整流二極管的電壓應(yīng)力減小，Cc越大，會(huì)使得電流ip多的下降速率變小，電路的最大占空比也會(huì)變小。因此，應(yīng)該選擇一個(gè)合適的電容數(shù)值，在實(shí)際實(shí)踐中，一般選用最小值的2~4倍。輔助鉗位電容CC=；輸出功率P=U2R=144W，負(fù)載R=4惟。　二極管DcDh選擇與輸出整流橋二極管工作情況類似，輔助電路中的二極管的額定電壓與額定電流數(shù)值基本不變，因此，二極管Dc Dh的型號(hào)與輸出整流橋二極管一樣，均為DESI 6012A。該二極管是大電流快恢復(fù)二極管，有著很強(qiáng)的工業(yè)使用價(jià)值。在該變換器中，合理分析選擇該型號(hào)的二極管對(duì)電路工作起著重要的作用。　控制電路分析該變換器的控制電路采用控制芯片UC3875，通過(guò)輸出電壓的反饋進(jìn)行對(duì)功率管占空比的調(diào)節(jié)，進(jìn)而改變輸出電壓的大小。為了保證變換器的穩(wěn)定性與抗干擾性，該論文采用了電壓環(huán)控制模式。電壓調(diào)節(jié)器利用UC3875內(nèi)部的誤差放大器。輸入電壓經(jīng)過(guò)分壓電阻R1進(jìn)行分壓后經(jīng)過(guò)傳遞電阻R2送至誤差放大器的反相端，5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)R4與R5分壓后，得到3V電壓送達(dá)放大器的同相端，作為電壓給定信號(hào)。R8和C1跨接在反相端與輸出端作為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，為了提高調(diào)節(jié)器的性能，在R8和C2上并聯(lián)了R9。調(diào)節(jié)Rv1可以調(diào)節(jié)輸出電壓反饋系數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓大小?！C3875的簡(jiǎn)單介紹美國(guó)Unitrode公司針對(duì)全橋移相控制方案開發(fā)了移相控制芯片UC3875，它有4個(gè)獨(dú)立的輸出驅(qū)動(dòng)端可以直接驅(qū)動(dòng)四只功率開關(guān)管，見下圖，其中OUTA與OUTB信號(hào)相反，OUTC和OUTD信號(hào)相反，而OUTC和OUTD相對(duì)于OUTA和OUTB存在的信號(hào)差θ是可調(diào)的，也就是通過(guò)調(diào)節(jié)θ的大小來(lái)控制PWM輸出。圖31　UC3875芯片，；能輸出01的占空比；可以通過(guò)外圍電路的電阻電容來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間；UC3875的工作頻率可高達(dá)1M赫茲；可以輸出四個(gè)驅(qū)動(dòng)能力到2安培的圖騰柱式驅(qū)動(dòng)波形；自帶有軟啟動(dòng)功能；內(nèi)部有10MHZ的誤差放大器，且該芯片配有5Ｖ的基準(zhǔn)電壓。UC3875的管腳功能如下：管腳1可提供一個(gè)精確的5V基準(zhǔn)電壓Vref，為外部電路可以提供其達(dá)到60mA左右的電流。當(dāng)Vin較小時(shí)，芯片進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)，Vref消失。管腳2為電壓反饋增益控制端，作為誤差放大器的輸出端，該誤差放大器實(shí)際上是一個(gè)運(yùn)算放大器，當(dāng)放大器的輸出電壓小于1V時(shí)可以實(shí)現(xiàn)180176。相移，使電路模塊輸出電壓為零。管腳3 E/A（）為誤差放大器的反相輸入端，在平均電流模式中，分壓電阻可以檢測(cè)到輸出電源電壓，即該管腳接接測(cè)到的平均電流反饋信號(hào)。管腳4 E/A(+) 為誤差放大器的同相輸入端，該腳接電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器的輸出誤差電壓。管腳5 C/S(+) 為電流檢測(cè)端，內(nèi)部是一個(gè)電流誤差放大器，承擔(dān)比較器的作用。該腳為比較器的同相輸入端，（由Vref分壓實(shí)現(xiàn)）。，關(guān)閉輸出，復(fù)位軟起動(dòng)。實(shí)際上，也可以把該端口用作為一個(gè)故障保護(hù)電路，例如輸出過(guò)電壓、輸出欠電壓、輸入過(guò)電壓、輸入欠電壓等。當(dāng)這些故障發(fā)生時(shí)，接到C/S端，就能夠?qū)﹄娐穼?shí)現(xiàn)保護(hù)了。管腳6 為軟起動(dòng)端，軟啟動(dòng)端在芯片內(nèi)部和誤差放大器的輸出連接。當(dāng)輸入電壓（Vin）等于或小于欠壓鎖定值（）時(shí)，該腳保持低電平；當(dāng)Vin正常時(shí)，，改變電容容值，就可以改變軟啟動(dòng)的時(shí)間，此腳可實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。管腳15為輸出延時(shí)控制端，通過(guò)改變?cè)撃_到地之間并聯(lián)的電容和電阻來(lái)設(shè)置死區(qū)時(shí)間，加于同一橋臂兩管驅(qū)動(dòng)脈沖之間，以實(shí)現(xiàn)兩管零電壓開通時(shí)的瞬態(tài)時(shí)間，兩個(gè)半橋死區(qū)可單獨(dú)提供以滿足不同的瞬態(tài)時(shí)間。其中管腳15用來(lái)設(shè)置AB延時(shí)，管腳7用來(lái)設(shè)置CD延時(shí)。管腳118為OUTA～OUTD四個(gè)輸出端，用于驅(qū)動(dòng)全橋變換器的四個(gè)開關(guān)管。該腳可以實(shí)現(xiàn)2A的圖騰柱輸出，其中 A B接滯后橋臂，C D接超前橋臂。每個(gè)端口的輸出波形的占空比都是50％，可以直接驅(qū)動(dòng)開關(guān)管獲經(jīng)過(guò)隔離變壓器來(lái)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管。管腳10Vc為電源電壓端，該腳給輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)和輔助偏置電路提供電源，Vcc高于3V就可以正常工作，最佳為超過(guò)12V。此腳必須接一旁路電容（由一個(gè)低的等效串聯(lián)電阻ESR和等效串聯(lián)電感ESL組成）到電源地。管腳11為芯片供電電源端，該腳給芯片內(nèi)部數(shù)字、模擬電路部分提供電源，接于12V穩(wěn)壓電源。為使芯片正常的工作，當(dāng)該腳電壓低于欠壓鎖定值（）時(shí)就會(huì)停止工作。此腳必須接一旁路電容到信號(hào)地，當(dāng)電源輸入電壓超過(guò)欠壓鎖定值時(shí)，電源電流（Iin）會(huì)從100μA激增到20mA。但是如果接一旁路電容，它就可以很快脫離欠壓鎖定狀態(tài)。管腳12為電源地端。與其它相關(guān)的電阻電容網(wǎng)絡(luò)相并聯(lián)，電源地和信號(hào)地的其中一點(diǎn)接地來(lái)降低噪聲和直流降落。管腳16為頻率設(shè)置端，該腳與地GND之間可以通過(guò)一個(gè)電阻和電容形成一個(gè)高速振蕩器，通過(guò)該變電阻和電容設(shè)置振蕩頻率即開關(guān)管的開關(guān)頻率，具體計(jì)算公式為：f=4/RFCf。管腳17為時(shí)鐘/同步端，作為輸出，它可以提供時(shí)鐘信號(hào)；作為輸入，該腳又可以提供一個(gè)同步點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的用法就是：當(dāng)多個(gè)具有不同振蕩頻率的UC3875可通過(guò)連接其同步端，使它們同步工作于其中的最高頻率。該腳也可使芯片同步工作于外部時(shí)鐘頻率，但是外部時(shí)鐘頻率應(yīng)該大于芯片內(nèi)部的時(shí)鐘頻率。管腳18為斜率設(shè)置腳Slope，該腳與Vx（工作電源Vin或者5V基準(zhǔn)電壓）之間接一個(gè)電阻Rslope，將產(chǎn)生一個(gè)恒定電流Vx/Rslope以形成鋸齒波，如果連接這個(gè)電阻到輸入電壓則會(huì)提供電壓反饋。管腳19為鋸齒波端Ramp，該腳是PWM比較器的一個(gè)輸入端，PWM比較器的另一個(gè)輸入端與誤差放大器的輸出端相連接Ramp端可通過(guò)一個(gè)電容Cramp連接到地，這就決定了鋸齒波的斜率：dvdt=VS/RSCr。選定了Rs與Cr，就決定了鋸齒波的幅值，蛇黨的選擇它們的值，就可以使誤差放大器的輸出電壓不超過(guò)鋸齒波的幅值。如果Vx接整流后直流電壓的采樣電壓，就可以實(shí)現(xiàn)電路的輸入電壓前饋。管腳20為信號(hào)地端，GND是所有電壓的參考基準(zhǔn)。頻率設(shè)置端的振蕩電容(Cf)，基準(zhǔn)電壓（Vref）端的旁路電容和Vin的旁路電容以及Ramp端斜波電容(Cr)都應(yīng)就近可靠地接于信號(hào)地端。由上述UC3875的各個(gè)引腳功能分析，可以知道，該芯片它主要包括以下九個(gè)方面的功能：工作電源、基準(zhǔn)電源、振蕩器、鋸齒波、誤差放大器和軟啟動(dòng)、移相控制信號(hào)發(fā)生電路、死區(qū)時(shí)間設(shè)置、信號(hào)輸出級(jí)?！⌒酒鈬娐返脑O(shè)置頻率設(shè)置本變換器的開關(guān)頻率設(shè)定為20KHZ，周期為50us，Cc=，R=22K鋸齒波幅值和斜率設(shè)置較高的鋸齒波幅值有利于對(duì)干擾信號(hào)的抑制，但是，幅值過(guò)高又會(huì)限制最大占空比。因此應(yīng)該設(shè)置具有合理幅值與頻率的鋸齒波。死區(qū)時(shí)間設(shè)置為了防止同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)管同時(shí)開通，由于短路燒壞開關(guān)管，保證逆變橋的正常工作，同一橋臂的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要設(shè)置死區(qū)時(shí)間。死區(qū)設(shè)定電阻R7和R8決定死區(qū)時(shí)間。由計(jì)算公式得：?！z測(cè)電路　電流檢測(cè)電路檢測(cè)電流的方法有很多種，最簡(jiǎn)單的是采用電阻檢測(cè)方法，即在需要電流檢測(cè)的回路中串聯(lián)一個(gè)較小的電阻，檢測(cè)電阻上的電壓降就可以計(jì)算出所需檢測(cè)的電流。但是這種方法的不足是電阻上有一定的損耗而且沒有電的隔離。比較精確且兼有電隔離的檢測(cè)方法是使用霍爾元件，霍爾元件其實(shí)就是磁傳感器，電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，通過(guò)檢測(cè)磁場(chǎng)的強(qiáng)度就可以計(jì)算出被測(cè)導(dǎo)體的電流或電壓大小。測(cè)量電流時(shí)，只需將載流導(dǎo)體穿過(guò)中間的孔即可，操作簡(jiǎn)單，原理清楚?！‰妷簷z測(cè)電路同電流檢測(cè)電路一樣，本論文使用的檢測(cè)方法也是使用霍爾元件進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)得到的電壓電流信號(hào)經(jīng)過(guò)反饋至功率管驅(qū)動(dòng)端，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比的大小進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，構(gòu)成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)?！”Ｗo(hù)電路為了防止輸出電流超過(guò)額定電流，系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)置輸出限流電路。此外，電路還應(yīng)該設(shè)置輸入欠電壓保護(hù)。電流與電壓兩個(gè)誤差信號(hào)可以通過(guò)邏輯門進(jìn)行輸出調(diào)整，最后與電流端C/S(+)連接，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。原理如圖所示：32　保護(hù)電路當(dāng)輸入欠電壓時(shí)，比較器輸出高電平。電壓比較與電流比較的輸出經(jīng)過(guò)4011的運(yùn)算后，成為“或”的關(guān)系，即只要有一種故障發(fā)生，得到的故障信號(hào)(R131和R132的連接點(diǎn))就為4V電壓，通過(guò)二極管接到UC3875的電流檢測(cè)端C/S+，這樣就會(huì)使UC3875的全部輸出關(guān)閉?！◎?qū)動(dòng)電路IR2110是一種高壓高速功率功率管驅(qū)動(dòng)器，它有獨(dú)立的高端和低端輸出驅(qū)動(dòng)通道，本變換器中使用兩片IR2110來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋的四個(gè)開關(guān)管。它兼有光耦隔離(體積小)和電磁隔離(速度快)的優(yōu)點(diǎn)，是中小功率變換裝置中驅(qū)動(dòng)器件的首選品種。33　IR2110基本框圖第4章　電路仿真及分析第4章　電路仿真及分析對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真是研究的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目的在于：在進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)之前，先搭建一個(gè)模擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，對(duì)所需的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一個(gè)模擬發(fā)生，從而減小設(shè)計(jì)研發(fā)的盲目性，提高科研效率。，來(lái)驗(yàn)證第二章的工作原理及對(duì)變換器的輸出結(jié)果進(jìn)行分析?！SIM是一款專門為電力電子和電動(dòng)機(jī)控制設(shè)計(jì)的仿真軟件，功能很實(shí)用，也很強(qiáng)大。與其他仿真軟件相比，PSIM的最大優(yōu)點(diǎn)就是界面簡(jiǎn)潔，操作方便。用戶可以直接從其元件庫(kù)里選取自己所需要的元器件，修改參數(shù)后使用，也可以自己搭建具有一定功能的電路模塊投入實(shí)驗(yàn)?！》抡婺Ｐ偷慕⒃诨谥麟娐放c控制電路的工作原理上，構(gòu)建了模擬仿真系統(tǒng)。用來(lái)減少試驗(yàn)設(shè)計(jì)中的盲目性。根據(jù)各個(gè)電路模塊的工作原理，可以在仿真軟件上搭建出設(shè)計(jì)好的電路系統(tǒng)，再運(yùn)行仿真，即可得到系統(tǒng)的模擬輸出與測(cè)試點(diǎn)的電壓或電流信號(hào)波形。　主電路模型建立41　主電路模型移相全橋PWM變換器是在中大功率DC/DC變換電路中使用最為廣泛的電路拓?fù)湫问街?。移相PWM控制方案利用功率管的結(jié)電容以及高頻變壓器的漏電感作為諧振元件，使開關(guān)管可以做到零電壓開通和關(guān)斷。從而大大地降低了電路的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲，減少了器件在開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾，為變換器提高開關(guān)頻率、提升效率、減少尺寸及重量提供了良好的條件。同時(shí)該變換器還保持了電路拓?fù)浜?jiǎn)潔、控制方式簡(jiǎn)單、開關(guān)頻率固定、元器件的電壓和電流應(yīng)力小等一系列優(yōu)點(diǎn)。由上圖可以知道，該變換器的主電路主要由全橋逆變電路、隔離變壓器降壓、輸出整流濾波三大環(huán)節(jié)構(gòu)。其中。逆變?nèi)珮蜷_關(guān)管的控制方式是由PWM移相脈沖進(jìn)行控制；隔離變壓原邊接有輸入濾波電感；變壓器的副邊輸出方波電壓經(jīng)過(guò)全橋整流電路加之濾波環(huán)節(jié)，最終生成穩(wěn)定直流電壓輸出。　移相PWM脈沖的生成本論文所研究的變換器使用的控制芯片是移相控制芯片UC3875。但是PSIM中沒有現(xiàn)成的3875芯片的模塊，所以需要自己利用PSIM中的一些器件來(lái)構(gòu)成移相生成電路，模擬移相脈沖的生成。如圖，時(shí)鐘電源產(chǎn)生40KHZ的方波信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)D觸發(fā)器2分頻后，生成兩路20KHZ且互補(bǔ)的方波PWM脈沖，這兩路脈沖用來(lái)控制滯后橋臂的兩個(gè)開關(guān)管。Ramp端口產(chǎn)生40KHZ的鋸齒波。輸出信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較后生成誤差信號(hào)。此誤差信號(hào)輸入后分成兩