【文章內(nèi)容簡介】 ? Vor為 20mV。 輸入整流回路的電路設(shè)計 輸入整流回路的 結(jié)構(gòu) 輸入整流回路的結(jié)構(gòu) 圖（ 32） 輸入整流回路的器件的計算選型 輸入整流濾波電路 ， 主要有兩部分組成 : ⑴ 整流橋 ； ⑵ 輸入濾波電路。 整流橋 輸入為 50Hz 交流電，電壓為 220V 1. 整流橋的耐壓 : 整流二極管的峰值電壓 可用公式（ 31）計算 : U=220 (1+25%) = 公式 （ 31） 取 裕 量 ， 整流橋的耐壓 選 為 1000V. 2. 整流橋的額定電流 : 因為電源的輸入功率隨效率變化，所以應(yīng)取 電源效率最差時的值。 在此，我們按一般開關(guān)電源的效率取值，取 η min= 電源的輸入功率 可用公式（ 32）計算 : Pin=min0P? = = （ W） 公式 （ 32） 最大輸入線電流 可用公式（ 33）計算 : Imax= ）（ %301220 Pin?? P= = 公式 （ 33） 考慮瞬間沖擊電 流， 留 裕 量 取整流橋的額定電流為 8A。最后選擇整流橋 RS808 圖 31 圖 32 6 輸入濾波電容 輸入電容器 Cin決定于輸出保持時間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計算流入電容器的紋波電流是否完全達到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進行設(shè)計。通過直流輸入電路的平均電流 可用公式（ 34）計算 ： Idc=EPin =?= (A) 公式 （ 34 ） E為輸入電壓最低時輸入整流電路的輸出平均電壓。計算單 相全波整流電路濾波電容的經(jīng)驗公式 （ 35）計算 : Cin=（ 400~600） Idc 公式 （ 35） =（ 400~600） =~ （ uF） 實際用兩個 470uF/250V 的電解電容串聯(lián)， 放電電阻為兩個 R1=100K/1W 電阻 并聯(lián)在電容上 。 DCAC 逆變回路的設(shè)計 半橋電路的結(jié)構(gòu)與工作過程 在半橋式逆變電路中，變壓器一次側(cè)的兩端分別連接在電容 C1,C2 的中點和開關(guān) S1, S2 中點。電容 C1,C2 的中點電壓為 2Ui 。 S1 與 S2 交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為 2Ui 的交流電壓，改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓 Ud的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo。 半橋式電路的結(jié)構(gòu)如圖 33: V D 1V D 2S1S2LC1C3C2UiW1W2W3 具體的工作過程敘述如 圖（ 34） 所 示 : 圖 33 7 V D 1V D 2S2LC1C3C2UiW1W2W3S1→→ →→→→→→→→→→ →→→→→→ V D 1V D 2S1S2LC1C3C2UiW1W2W3→→→ →→→→→→ →→→→ V D 1V D 2S1LC1C3C2UiW1W2W3S2→→→ →→→ →→→→→→→→→→→→ V D 1V D 2S1S2LC1C3C2UiW1W2W3→→→ →→→→→→ →→→→ （ a） (b) (c) (d) 8 文字分析如下 ： S1 導(dǎo)通 時，二極管 VD1 處于通態(tài) 如圖（ 34）（ a）示； S2 導(dǎo)通時，二極管VD2 處于通態(tài) 如圖（ 34）（ c）示 ，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷 時，變壓器繞組 W1 中的電流為零，根據(jù)變壓器的磁勢平衡方程，繞組 W2和 W3中的電流大小相等，方向相反，所以 VD1 和 VD2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流 如圖（ 34）（ b）（ d）示 。 S1或 S2 導(dǎo)通是電感 L 的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷 時，電感 L的電流逐漸下降。 S1 和 S2 斷態(tài)時承受的峰值電壓均為 Ui。 由于電容的隔直作用，半橋型電路對由于兩個開關(guān)管導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次電壓的直流分量具有自動平衡作用，因此該電路不容易發(fā)生變壓器偏磁和直流磁飽和的 問題，無須另加隔直電容。值得注意的是，在半橋電路中，占空比定義 如 公式（ 36） D= Tston2 公式（ 36） S S2開通關(guān)斷時間及其電壓電流波形何對應(yīng)的 VD VD2波形如圖（ 35） ，其 中（ a）（ b） 分別 為 S1 和 S2 波形，（ c）（ d）分別為Us1 和 Us2 波形，（ e）（ f）分別為 Is1 和 Is2的波形，（ g）（ h）分別為 Id1 和 Id2 波形。 t0到 t1 時段 ： S1 導(dǎo)通 S2 截止， t1 到 t2 時間S1和 S2 截止， t2 到 t3 時段 S1 截止， S2 導(dǎo)通。 主要功率器件的選型 幾種功率器件的比較 圖（ 34） 圖（ 35） 9 幾種功率器件的優(yōu)缺點如表 (31) 器件 優(yōu)點 缺點 GTR 耐壓高，電流大，開關(guān)特性好，通流能力強，飽和壓降低 開關(guān)速度低，為電流驅(qū)動，所需驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，存在二次擊穿問題 GTO 電壓、電流容量大，適用于大功率場合，具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，其通流能力很強 電流關(guān)斷增益很小，關(guān)斷時門極負脈沖電流大，開關(guān)速度低，驅(qū)動功率大，驅(qū)動電路復(fù)雜，開關(guān)頻率低 MOSFET 開關(guān)速度快，輸入阻抗高，熱穩(wěn)定性好，所需驅(qū)動功率小且驅(qū)動電路簡單 ，工作頻率高，不存在二次擊穿問題 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW 的電力電子裝置 IGBT 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小，具有耐脈沖電流沖擊的能力，通態(tài)壓降較低，輸入阻抗高，為電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小 開關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓，電流容量不及 GTO 功率器件的選擇 在高頻的開關(guān)電源設(shè)計中用的功率器件種類有 IGBT 和 MOSFET，但是考慮到工作在高頻的 IGBT 成本較高，在本次設(shè)計選用 MOSFET 器件 。 MOSFET 參數(shù)的確定 （ 1） MOSFET 額定電流 Ice的選擇 MOSFET 額定電流 Ice的選擇，要根據(jù)實際電路中最大額定電流 Ie、負載類型、允許過載的程度等因數(shù)。在一般性電阻性負載的電壓變換裝置中，若實際電路中電流最大有效值為 Ie，則要選 MOSFET 的 Ice≈ e。本電路中 Ice的選擇為 8A。 （ 2）電壓 Vcer的選擇 考慮電網(wǎng)電壓瞬間尖峰，電壓波動，開關(guān)電源引起電壓尖峰等，一般如果穩(wěn)態(tài)時候，加在 MOSFET 之間的電壓最高為 Vm，則可選擇的耐壓值 Vcer≈ m。本電路中選擇 Vcer=500V。所以選擇 IR公司的 IFRP840 IRFP840 主要參數(shù) IRFP840 主要參數(shù) 如 表（ 32） ： TYPE Vdss Rds Id Qg IRF840 500V ＜ 8A 75nC MOSFET 的開關(guān)特性 表（ 31） 表（ 32） 10 MOSFET 在感性負載下的開通過程 。 ㈠ 階段主要是 Cos的充電過程，使 VGS電壓達到門檻電壓 ； ㈡ 階段主要是 CGS的充電過程，當(dāng) VGS電壓超過門檻電壓后，漏極電流開 迅 上升 ； ㈢ 階段主要是 CGD的充電過程， CGD又稱為密勒電容，由于 VGD的電壓很高，本階段需要很大的驅(qū)動電流，才能降 VGD電壓拉下來 ； ㈣ 階段主要是 CGS的充電過程，使 VGS上升到最后的驅(qū)動電壓，上升的 VGS使漏源電阻 Rds(on)減小， MOSFET 進入導(dǎo)通狀態(tài)。 關(guān)斷過程與開通過程的順序相反，過程類似。 高頻變壓器設(shè)計 （ 1)設(shè)定開關(guān)頻率 。 開關(guān)頻率對電源的體積、重量等影響很大。開關(guān)頻率越高 ,變壓器磁芯就會選得更小 ,輸出濾波電感和電容體積也會減小 ,但開關(guān)損耗增加 ,效率下降 ,散熱器體積加大。綜合考慮兩方面 ,設(shè)定其工作頻率為 f s=45kHz。 （ 2)選磁芯 磁芯規(guī)格的選取通常先估算變壓器的效率，然后又輸出功率和估算效率計算出變壓器的輸入 功率，再根據(jù)生產(chǎn)廠家給出的磁芯規(guī)格和傳送功功率的關(guān)系數(shù)據(jù)來選擇。 磁芯選用 R2KB 軟磁鐵氧體材料 ,其飽和磁感應(yīng)強度 Bs=4700 Gs,考慮到高溫時 Bs 會下降 ,同時為防止合閘瞬間變壓器飽和 ,設(shè)定最大工作磁密 Bm= 3Bs = 1500 G s。 對半橋變換器 ,當(dāng)脈沖波形近似為方波時 ,可按式 （ 37） 來確定磁芯的大小。 Ap =Ae Aw=fsBmJKcKu2 1000000P? ? 公式 （ 37） 式中 :Ap 為磁芯的面積乘積 ,cm4。Ae 為磁芯的截面積 ,cm2。Aw 為磁芯的窗口面積 ,cm 2。Po 為輸出功率 ,W。 η為變壓器效率 ,一般可取 80%。fs 為變換器工作頻率 ,Hz。Bm為磁芯最大工作磁密 ,Gs。J 為導(dǎo)線的電流密度 ,一般取 2～ 3A /mm2。Kc為磁芯的填充系數(shù) ,對鐵氧體 ,取 Kc=1。Ku為窗口的銅填充系數(shù) ,一般 Ku=～ 。則 由 公式（ 37） 得 ： Ap = %802 100000015 ????? ? =（ cm4） 。 假設(shè) 本設(shè)計選用 EI40 型鐵氧體磁芯 ,由手冊知其參數(shù) 如表 （ 33） ： 型號 磁芯截面積 Ae（ cm2） Le(cm) Ve（ cm3） 窗口面積 Aw (cm2) EI40 EI40 的 磁芯的面積乘積 有公式（ 38）： 表（ 33） 11 APEI= Ae Aw= = （ cm4） 公式（ 38） APEI＞ Ap 證明 選 EI40 能滿足設(shè)計要求 。 （ 3)計算原邊匝數(shù) 按最低輸入電壓和滿載輸出的極端情況來計算。已知最小輸入交流電壓為180V,減去 20V 的直流紋波電壓和整流器的 壓降 ,最小直流電壓可由公式（ 39）求的： V 1min=180 =232 V 公式 （ 39） 半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓等于輸入電壓的一半 可由公式（ 310）求得： , U 1min=2min1V=116 (V) 公式（ 310） 則原邊繞組匝數(shù) 可由公式（ 311）求得： N 1= fsBmAe4 min1U 公式（ 311） 式中 :U 1為變壓器原邊電壓。由 公 式 （ 312） 計算得 ： N 1= 116 ???? =30(匝 ) 公式（ 312） 實際取值為 35匝。 （ 4)核算最大輸入交流電壓時的最大磁密 B 。 利用計算出來的變壓器初級匝數(shù) ,核 算變壓器在最大輸入交流電壓 V inmax時的B m,看磁芯是否飽和。 最大輸入交流電壓 V inmax可由公式（ 313）求得： V inmax=260 114=364 (V) 公式（ 313） 半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓 可由公式（ 314）求得： U 1max= 2Vinmax =182 (V) 公式（ 314） 則 B m由 公 式 (311)變形可得 公式（ 315） B m = 4fsN1Ae1U 公式 （ 315） = 182 ???? =(T) 計算可知 ,在輸入交流電壓最大時 B m= 2Bm = =(T) 公式（ 316） 公式（ 316）可知， 原邊繞組匝數(shù) N 1=35 匝的選擇是合適的。 （ 5)計算副邊匝數(shù) 。 副邊電路采用帶有中間抽頭的全波整流濾波電路 ,設(shè)輸出方波脈沖占空比 η=,輸出回