【文章內(nèi)容簡介】 保護電路 開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。 開關(guān)電源技術(shù) 的發(fā)展動向 。 開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（ Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。 SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的 PWM開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn) ZVS、 ZCS的軟開 關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對于高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。 模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成 N＋ 1 冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技 術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。 第五 章 、建設(shè)規(guī)模與產(chǎn)品方案 一、 建設(shè)規(guī)模 本項目建設(shè)內(nèi)容包括兩方面：一是建設(shè)占地 60 畝的生產(chǎn)基地，即 40000 平方米；二是建設(shè)年產(chǎn) 4000 萬臺開關(guān)電源。 擬建規(guī)模為：總建筑面積 54000 平方米，項目建筑密度為 38％，容積率為 ，綠地面積 8000 平方米，綠地率為 20％。廠周圍的道路按 12 米寬設(shè)置，建筑物四周通過綠化帶環(huán)繞分隔，道路采用城市型路面設(shè)計，滿足消防疏散要求。 二、 產(chǎn)品方案 人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動 著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類， DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 DC/DC變換 DC/DC 變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式 Ts 不變，改變 ton(通用 )，二是頻率調(diào)制方式， ton 不變，改變 Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （ 1） Buck電路 —— 降壓斬波器，其輸出平均電壓 U0小于輸入電壓 Ui，極性相同。 （ 2） Boost電路 —— 升壓斬波器，其輸出平均電壓 U0大于輸入電壓 Ui，極性相同。 （ 3） Buck－ Boost 電路 —— 降壓或升壓斬波器，其 輸出平均電壓 U0 大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電感傳輸。 （ 4） Cuk電路 —— 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電 壓 U0大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電容傳輸。 還有 Sepic、 Zeta 電路。 上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。 當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得 DC/DC 發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國 VICOR公司設(shè)計制造的多種 ECI 軟開關(guān) DC/DC 變換器，其最大輸出功率有 300W、 600W、 800W 等，相應(yīng)的功率密度為 (、 17)W/cm3，效率為（ 80～ 90）％。日本 NemicLambda 公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊 RM系列，其開關(guān)頻率為（ 200～ 300)kHz，功率密度已達到 27W/cm3，采用同步整流器（ 代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到 90％。 AC/DC變換 AC/DC 變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為 “ 整流 ” ，功率流由負(fù)載返回電源的稱為 “ 有源逆變 ” 。 AC/DC 變換器輸入為 50/60Hz 的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如 UL、 CCEE 等）及EMC指令的限制（如 IEC、 FCC、 CSA），交流輸入側(cè)必須加 EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制 AC/DC 電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作， 使得解決 EMC 電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了 AC/DC 變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。 AC/DC 變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。 第六章 場址選擇 一 、 概況 地理位置 XX市地處福建省西南部，屬于低緯度亞熱帶。西與 龍巖是新羅區(qū) 毗鄰，南與 漳州 市 華安縣、南靖縣 相連，東瀕 泉州 市 永春縣、安溪縣 ， 北接三明永安市、大田縣， 是閩南廈、漳、泉 “ 金三角 ”的 圈沿和 腹地，處于東南沿海與內(nèi)地的過渡地帶。距省會福州市430 公里，距廈門市 170公里 ，距泉州 222公里。 地形地貌 XX地質(zhì)條件復(fù)雜，屬太平洋構(gòu)造帶。地形東西窄，南北長，全市呈典型的南方丘陵地貌。 XX市 區(qū)及附城區(qū) 地處 XX中部，為丘陵河谷盆地，海拔多為 500 米以下，地勢相對 XX 南、北部而言比較平坦開闊。 XX 市境內(nèi)有中山、低山、高丘、低丘、平地五種基本地貌，其中平地僅占全市總面積的 %，中山和低山占 %。 地質(zhì)構(gòu)造 和地震 XX市境內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造為華夏系、新華夏系東西向等構(gòu)造體系。 各地質(zhì)時代的地形均有發(fā)育，出露完整。 XX市屬 地震六度區(qū)。 氣象 XX 市地處中亞熱帶與南亞熱帶接觸地帶， 氣候溫和濕潤，雨量充沛。 各地年平均氣溫 ℃ 之間， 多年平均氣溫為℃ ，極端最高氣溫為 ℃ ，極端最低氣溫為－ 8℃ ，年平均相對濕度 78%， 年均降水量 14502100 毫米， 多年平均降雨量為 1509 毫米，最大年降雨量 毫米，最小年降雨量 毫米。常年主導(dǎo)風(fēng)向為北北東風(fēng)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向為 西 北風(fēng)，夏季主導(dǎo)風(fēng)向為 東 南風(fēng)，靜風(fēng)率平均達到 %，年平均風(fēng)速為 米 /秒 。 二 、 廠址選擇依據(jù) 經(jīng) XX 市有關(guān)部門多廠址、多方案初步比選后， 本項目設(shè) 在XX工業(yè)園 。 三 、 廠址選擇指導(dǎo)思想和原則 廠址選擇要符合 XX市總體發(fā)展規(guī)劃，并與之相協(xié)調(diào)，集全市優(yōu)勢于一體，以取得最佳經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。 充分考慮建廠外部條件，盡量減少建廠費用和廠外運營費用。 盡量少占用或不占用耕地，盡量做到不拆或少拆遷村莊。 所選廠址用地要留有企業(yè)發(fā)展的余地。 第七 章 、技術(shù)方案、設(shè)備方案和工程方案 一、技術(shù)方案 （ 一 ） 、開關(guān)電源原理 開關(guān) 電源 主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。它們的功能是： 1. 輸入電網(wǎng)濾波器：消除來自電網(wǎng)，如電動機的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散。 2. 輸入整流濾波器：將電網(wǎng)輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。 3. 變換器：是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。 4. 輸出整流濾波器：將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。 5. 控 制電路：檢測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 保護電路：當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護電路使開關(guān)電源停止工作以保護負(fù)載和電源本身。 開關(guān)電源原理圖分析 正激電路 電路的工作過程： a 開關(guān) S開通后 ,變壓器繞組 N1兩端的電壓為上正下負(fù) ,與其耦合的 N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù) .因此 VD1處于通態(tài) ,VD2為斷態(tài) ,電感 L 的電流逐漸增長 。 b S 關(guān)斷后 ,電感 L 通過 VD2續(xù)流 ,VD1關(guān)斷 .S 關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng) N3繞組和 VD3流回電源 ,所以 S 關(guān)斷后承受的電壓為 . c 變壓器的磁心復(fù)位 :開關(guān) S 開通后 ,變壓器的激磁電流由零開始 ,隨著時間的增加而線性的增長 ,直到 S 關(guān)斷 .為防止變壓器的激磁電感飽和 ,必須設(shè)法使激磁電流在 S 關(guān)斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)降回零 ,這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位 . 正激電路的理想化波形 : 變壓器的磁心復(fù)位時間為 : Tist=N3*Ton/N1 輸出電壓 :輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下 : Uo/Ui=N2*Ton/N1*T 磁心復(fù)位過程 : 反激電路 反激電路原理圖 反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用 ,可以看作是一對相互耦合的電感 。 工作過程 : S 開通后 ,VD處于斷態(tài) ,N1繞組的電流線性增長 ,電感儲能增加 。 S 關(guān)斷后 ,N1 繞組的電流被切斷 ,變壓器中的磁場能量通過 N2 繞組和 VD向輸出端釋放 .S關(guān)斷后的電壓為 :us=Ui+N1*Uo/N2 反激電路的工作模式 : 電流連續(xù)模式 :當(dāng) S 開通時 ,N2繞組中的電流尚未下降到零 . 輸出電壓關(guān)系 :Uo/Ui