【導(dǎo)讀】伴隨著這種趨勢(shì)，人們也在期待著開關(guān)電源的大功率化。源的主要結(jié)構(gòu)、輔助技術(shù)以及開關(guān)器件的選擇與驅(qū)動(dòng)等方面。從而掌握了開關(guān)電。源的相關(guān)知識(shí)，理解了人們對(duì)大功率開關(guān)電源的迫切需求。此外，本文最后提到。了蓄電池的充電技術(shù)，這是因?yàn)闀r(shí)代的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得快速充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。因此作為一名電源工作者，應(yīng)當(dāng)有所了解。

　　

【正文】 （ 2%）電阻 R。前沿封鎖時(shí)間 LEDt為： CkRt LED ??? )10/( （ 43） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 （ 3） 軟啟動(dòng)以及故障處理 圖 44 軟啟動(dòng)和故障處理波形 軟啟動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng)腳（ SOFT、 START） 腳的外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)圖 44 的分析可知，當(dāng)接通電源以后，外接電容開始放電，軟啟動(dòng)腳處于低電平，誤差放大器輸出低電壓，開關(guān)電源沒(méi)有輸出電壓。當(dāng)軟啟動(dòng)腳的外接電容開始充電時(shí)，誤差放大器的輸出電壓開始逐漸升高，閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置開始工作，開關(guān)電源輸出電壓逐漸升高，直到達(dá)到輸出電壓額定值，完成充電。 當(dāng)限流腳（ ILIM）的電壓大于 時(shí)，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?，軟啟?dòng)腳的外接電容放電。當(dāng)軟啟動(dòng)腳的外接電容放電結(jié)束后，限流腳電壓降到 以下時(shí)，故障鎖存器復(fù)位，芯片開始軟啟動(dòng)過(guò)程。 在軟啟動(dòng)期間，若故 障鎖存器突然置位，輸出會(huì)立即中止。但是軟啟動(dòng)腳外接電容在充足電之前不會(huì)放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間斷期。 （ 4） 大電流輸出電路 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 U C 3 8 2 5U cO U TP g n dV D 2V D 1RC 1C 2U c 圖 45 功率 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路 功率 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路如圖 45 所示。 UC3825 推拉式輸出電路的每個(gè)輸出端都可輸出峰值為 2A 的電流。該輸出電流在 20ns 內(nèi)可使 1000pF電容兩端的電壓上升 15V。采用獨(dú)立的集電極電源c和功率地線gndP腳，能夠減小大功率門極驅(qū)動(dòng)噪聲對(duì)集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個(gè)輸出端（ OUT）到c和gndP之間都應(yīng)加入一個(gè) 3A 的肖特基二極管（ IN5120，USD245 或相同性能的器件），如圖 45 所示。 該二極管可將輸出電壓的幅值箝位在電源電壓，對(duì)任何感性和容性負(fù)載都是必不可少的。 UC3825 的調(diào)試 UC3825 作為 控制電路的核心，集成了相當(dāng)多的功能。過(guò)去需要用分立單元完成的功能，現(xiàn)在都可以通過(guò) UC3825 來(lái)完成，其一般結(jié)構(gòu)如下圖46 所示。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 圖 46UC3825 的工作結(jié)構(gòu)電路 在 UC3825 的工作結(jié)構(gòu)電路圖 46 中， REFV為參考電壓，為線性光耦合器控制部分提供工作電壓； TR和 TC用來(lái)調(diào)節(jié) PWM 的占空比maxD和振蕩頻率；端口 2 為輸入端口， Out A 和 Out B 是 PWM 信號(hào)的輸出端口，信號(hào)的幅值由端口 13 的CV決定。 Out A 和 Out B 輸出的兩個(gè) PWM 信號(hào)是相互之間有死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)信號(hào)。因?yàn)楣β?MOSFET 的截止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果maxD過(guò)大 ，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知， UC3825 的 2 腳輸入和 Out A、 Out B 輸出的 PWM 脈沖信號(hào)的占空比是滿足線性 關(guān)系的。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 41 所示。我們定義 UC3825 的 2 腳輸入為jV，輸出的 PWM 信號(hào)占空比為 D。 表 41UC3825 輸入與輸出占空比的關(guān)系 jV2（ V） D（ %） 0 4 8 12 16 20 24 j2（ V） D（ %） 28 32 36 40 從表 41 中的數(shù)據(jù)可以看出，端口 2 的數(shù)值范圍為： ~，而 PWM 脈沖信號(hào)的占空比在 0%~40%之間變化，與上述的結(jié)論基本吻合。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 反饋電路的設(shè)計(jì) 高頻開關(guān)電源包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩個(gè)閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋控制，外環(huán)是電壓 反饋控制。電流反饋控制需要在開關(guān)變換器和高頻變壓器之間添加一個(gè)檢測(cè)電流的互感器。其工作原理大致是將檢測(cè)信號(hào)送到UC3825 的第 9 個(gè)管腳限流端，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大時(shí)關(guān)斷。 電壓反饋控制在主電路的輸出端進(jìn)行采樣，再將采樣電壓與整定電壓進(jìn)行比較后送到比例積分放大器，然后送到 UC3825 的第 2 個(gè)管腳，以控制 PWM 信號(hào)的占空比，從而達(dá)到控制主電路輸出電壓的目的。 ++K 1K 2+ 5 VV oR 3R 1CR 2I 1I 2I 3U 1 圖 47 線性光耦隔離的電壓反饋電路 從圖 47 中可以看出，線性光耦合隔離的電壓反饋電路是由一個(gè)隔離反饋光二極管和一個(gè)輸出光二極管組成的。反饋光二極管通過(guò)紅外 線的照射產(chǎn)生控制信號(hào)，以此調(diào)節(jié)二極管的驅(qū)動(dòng)電流。輸出光二極管產(chǎn)生的電流信號(hào)與 二極管 發(fā)出的伺服光通量成線性比例。 光電流 2I的值滿足：12 RVI i?，其與 LED 的電流成正比，比例系數(shù)為反饋傳輸增量 1K，即 112IKI ??，運(yùn)算放大器向 LED 提供足夠的電流以保持運(yùn)算放大器的正向和反向輸入端等電壓。同理，我們可得到： 212 IIK ? （ 44） 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 2K表示正向增益，則傳輸增益為 3K為： 123 KK? （ 45） 可見輸入與輸出的關(guān)系滿足： 133R VRV io （ 46） 在實(shí)際應(yīng)用中， LED 工作在 1~10mA 左右。在此范圍內(nèi)，傳輸增益3K為 ~ 之間的一個(gè)值，它的線性誤差為 %?。 保護(hù) 電路的設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng) 電路可分為硬控制和軟控制兩類。硬控制是在合閘時(shí)先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，待輸入電容充滿電后，再將該電阻短接。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的 PWM 型穩(wěn)壓電源的輸出濾波電容都比較較大，輸出電壓的突然建立將會(huì)形成非常大的電容充電電流，從而有可能使高壓開關(guān)管損壞。若持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，還會(huì)引起過(guò)流保護(hù)電路誤動(dòng)作。為了避免過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)作，需要在輸出電壓軟啟動(dòng)電路確保安可靠性的情況下將保護(hù)電路的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 34 U jJ 1j 2VT+ 1 2 VC 1RCQDSC 3+R 1R 2U gC 2R 3R 4C 4R 5DDV2kU 3kU 圖 48 輸入電壓軟啟動(dòng)電路 在輸入電壓的軟啟動(dòng)電路（圖 48） 中，jU為一觸發(fā)器，gU為一光耦合器，2kU表示觸發(fā)器的控制端。其工作原理大致如下：當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，2k為低電平，控制觸發(fā)器打在 1j點(diǎn)，啟動(dòng)電壓經(jīng)過(guò) 1R限壓穩(wěn)流，光耦合器g由于 1R兩端的降壓而工作，使3kU為低電平；同時(shí)，電容 4C開始充電，逐漸使3k變?yōu)楦唠娖?，?D 觸發(fā)器的控制下使2kU也變?yōu)楦唠娖?，控制觸發(fā)器打向 2j點(diǎn)，直接輸出到后級(jí)電路。 過(guò)流過(guò)壓保護(hù) （ 1）過(guò)流保護(hù) 開關(guān)電源一般都有電流保護(hù)電路，其中過(guò)流保護(hù)是比較常用的一種，即當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保 護(hù)措施。在這次的開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，我們?yōu)檫^(guò)流保護(hù)加上了三重防護(hù)，分別是 :一是在系統(tǒng)的輸入級(jí)的三相交流引入處安裝熔斷保險(xiǎn)裝置，當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)熔斷來(lái)切斷輸入電流；二是在控制軟啟動(dòng)觸發(fā)器的后級(jí)安裝熔斷保險(xiǎn)管，以防止啟動(dòng)浪涌電流的過(guò)大，損壞功率器件；三是通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)控制 PWM 脈寬從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。 ① 切斷式保護(hù)原理 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 電 流 檢 測(cè) 和I / V 轉(zhuǎn) 換電 壓 比 較電 路狀 態(tài) 保 持電 路電 流 信 號(hào) 控 制 電 路 失 效 圖 49 切斷式保護(hù)原理 切斷式保護(hù)工作（如圖 49）大致工作過(guò)程是先用電流檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)電流信號(hào)，經(jīng) I/V 轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)變成電壓信 號(hào)，送到電壓比較電路進(jìn)行比較。當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，信號(hào)電壓大于比較電壓，比較電路產(chǎn)生輸出觸發(fā)信號(hào)作用于狀態(tài)保持電路，使控制電路失效。 ② 限流式保護(hù)原理 電 流 檢 測(cè)和 I / V 轉(zhuǎn) 換電 流信 號(hào)電 壓 比 較電 路V / W 電 路 取 代誤 差 放 大 器 圖 410 限流式保護(hù)原理 限流式保護(hù)工作（如圖 410）大致是電流檢測(cè)電路檢測(cè)信號(hào)，經(jīng) I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)變成電壓信號(hào)，送到電壓比較電路進(jìn)行比較。當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，保護(hù)電路開始工作，使 V/W 電路輸出脈寬變窄，穩(wěn)壓電源的輸出電壓減小，以確保輸出電流在設(shè)定范圍以內(nèi)。 ③ 限流 — 切斷式保護(hù) 限流 — 切斷式保護(hù)的工作過(guò)程大致如下：當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，保護(hù)電路開始動(dòng)作，輸出電壓減小，控制負(fù)載電流保持穩(wěn)定。若負(fù)載電流過(guò)大，保護(hù)電路進(jìn)一步動(dòng)作，將電源的輸入電流切斷。這種保護(hù)的安全性較高，宜采用。 ei 1T 1D2D C1R2R 9kU 圖 411 過(guò)流保護(hù)的電流采樣電路 在圖 411 中，ei是高頻變壓器 1T的原邊輸入電 流； 1T是電流變壓器。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 因?yàn)閑i是高頻變化的電流，所以變壓器的副邊要經(jīng)過(guò)整流，9kU接到 UC3825的第九個(gè)端口，通過(guò) UC3825 來(lái)控制過(guò)流后的一系列動(dòng)作。電容 C 是噪音濾波電容器，目的是防止過(guò)流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。 （ 2）過(guò)壓保護(hù) 過(guò)壓保護(hù)同過(guò)流保護(hù)相似，是當(dāng)電壓超過(guò)預(yù)定值時(shí)， 使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)措施。當(dāng)被保護(hù)電路的電源電壓高于一定數(shù)值時(shí)，保護(hù)器切斷該線路；當(dāng)電源電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，保護(hù)器自動(dòng)接通。 outV1R 2R re fV3R 4RRAK LT 5R DDV GUC6R 6kU 圖 412 過(guò)壓保護(hù)電路 在圖 412 中，GU表示光耦合器； LT表示一個(gè)可編程的精密電壓基準(zhǔn)；其工作原理大致如下：輸出電壓outV經(jīng)過(guò) 1R~ 4分壓后加入到精密電壓基準(zhǔn)的基準(zhǔn)端（ R）， LT的陰極和光耦合器的 3 端相連接。當(dāng)基準(zhǔn)電壓refV達(dá)到 時(shí)，陰極電流 KI突然增大，光耦合器開始工作，6kU變?yōu)榈碗娖?。?kU是加在 UC3825 的輸入啟動(dòng)端（ SS）的電壓，這樣以來(lái)啟動(dòng)電容開始放電，系統(tǒng)重新開始軟啟動(dòng)，從而保護(hù)負(fù)載。 均流電路的設(shè)計(jì) 均流電路的簡(jiǎn)述 大功率電源系統(tǒng)為了滿足負(fù)載的功率要求，需要采用若干臺(tái)開關(guān)變換器并聯(lián)在電路中。在這些并聯(lián)的開關(guān)電源中，每個(gè)變換器都只處理較小的功率，降 低了應(yīng)力，以提高系統(tǒng)的可靠性。但是并聯(lián)的開關(guān)變換器模塊間需要采用均流措施，它是實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源大功率化的重要措施，以此保證了模塊間的電流應(yīng)力和熱應(yīng)力的分配均勻，防止了模塊在限流狀態(tài)運(yùn)行。因此，對(duì)開關(guān)變換器模塊并聯(lián)的大功率電源系統(tǒng)，其基本要求是： 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 ?各個(gè)模塊承受的電流能力是平衡的； ?盡可能地不增加其他的均流措施，使均流措施與冗余技術(shù)相結(jié)合； ?當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，應(yīng)該保持輸出穩(wěn)壓和均流的瞬態(tài)響應(yīng)好。 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的常用均流方法 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的均流方法有很多，其中常用的有： （ 1） 輸出阻抗 法 調(diào)節(jié)輸出阻抗，使開關(guān)變換器并聯(lián)模塊達(dá)到均流的目的，有相關(guān)文獻(xiàn)將之稱為電壓調(diào)整率法，或 Droop 方法。它是實(shí)現(xiàn)均流的最簡(jiǎn)單的方法，又因?qū)儆陂_環(huán)控制，所以在小電流時(shí)電流分配的特性較差。它的缺點(diǎn)是：若電流調(diào)整率下降，為了實(shí)現(xiàn)均流，每個(gè)模塊需要個(gè)別調(diào)整，而且對(duì)于額定功率不同的開關(guān)變換器并聯(lián)模塊，難以實(shí)現(xiàn)均流，所以，一般在電壓調(diào)整率要求低的電源系統(tǒng)中才會(huì)使用。 （ 2） 主從設(shè)置法 這個(gè)方法使用于電流型控制的開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)中，是在開關(guān)變換器并聯(lián)的模塊中，假定某一個(gè)為主模塊，而其余模塊跟從被假定的主模塊分配電流，稱這類模塊 為從模塊。這個(gè)均流措施的主要缺點(diǎn)是： ① 系統(tǒng)復(fù)雜； ② 容易受外界噪聲干擾； ③ 若主模塊失效，則整個(gè)電源系統(tǒng)不能工作，不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。 （ 3） 按電流平均值自動(dòng)均流法 若使用這個(gè)方法，要求開關(guān)變換器并聯(lián)的模塊的電流放大器輸出端通過(guò)一個(gè)電阻 R 接到一條公共母線上，稱其為均流母線。通過(guò)電阻 R 上的電壓差，產(chǎn)生控制電壓cV，與基準(zhǔn)電壓 rV綜合后，再與反饋電壓fV進(jìn)行比較放大后，產(chǎn)生誤差電壓e，控制 PWM 和 驅(qū)動(dòng)器。按平均電流值自動(dòng)均流法可以精確實(shí)現(xiàn)均流，但是在實(shí)際應(yīng)用中，總會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。例如，均流母線發(fā)生短路，或者接某一個(gè)模塊不能 正常工作，都有可能造成故障。 （ 4） 最大電流法自動(dòng)均流 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 這種方法的主模塊和從模塊都是自動(dòng)設(shè)定的，具有隨機(jī)性。但一般情況下，在開關(guān)變換器并聯(lián)的模塊中，都是將輸出電流最大的模塊設(shè)為主模塊，而其余模塊則成為從模塊，并且依次被整定它們的電壓誤差，以保證負(fù)載電流分配均勻。 這種