【導讀】伴隨著這種趨勢，人們也在期待著開關電源的大功率化。源的主要結構、輔助技術以及開關器件的選擇與驅動等方面。從而掌握了開關電。源的相關知識，理解了人們對大功率開關電源的迫切需求。此外，本文最后提到。了蓄電池的充電技術，這是因為時代的高速運轉，使得快速充電技術應運而生。因此作為一名電源工作者，應當有所了解。

　　

【正文】 （ 2%）電阻 R。前沿封鎖時間 LEDt為： CkRt LED ??? )10/( （ 43） 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 29 （ 3） 軟啟動以及故障處理 圖 44 軟啟動和故障處理波形 軟啟動是通過軟啟動腳（ SOFT、 START） 腳的外接電容來實現的。通過圖 44 的分析可知，當接通電源以后，外接電容開始放電，軟啟動腳處于低電平，誤差放大器輸出低電壓，開關電源沒有輸出電壓。當軟啟動腳的外接電容開始充電時，誤差放大器的輸出電壓開始逐漸升高，閉環(huán)調節(jié)裝置開始工作，開關電源輸出電壓逐漸升高，直到達到輸出電壓額定值，完成充電。 當限流腳（ ILIM）的電壓大于 時，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?，軟啟動腳的外接電容放電。當軟啟動腳的外接電容放電結束后，限流腳電壓降到 以下時，故障鎖存器復位，芯片開始軟啟動過程。 在軟啟動期間，若故 障鎖存器突然置位，輸出會立即中止。但是軟啟動腳外接電容在充足電之前不會放電。這樣，在故障連續(xù)出現的情況下，輸出就會出現一個間斷期。 （ 4） 大電流輸出電路 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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 的驅動電路 功率 MOSFET 驅動電路如圖 45 所示。 UC3825 推拉式輸出電路的每個輸出端都可輸出峰值為 2A 的電流。該輸出電流在 20ns 內可使 1000pF電容兩端的電壓上升 15V。采用獨立的集電極電源c和功率地線gndP腳，能夠減小大功率門極驅動噪聲對集成電路內模擬電路的干擾。每個輸出端（ OUT）到c和gndP之間都應加入一個 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，對任何感性和容性負載都是必不可少的。 UC3825 的調試 UC3825 作為 控制電路的核心，集成了相當多的功能。過去需要用分立單元完成的功能，現在都可以通過 UC3825 來完成，其一般結構如下圖46 所示。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 31 圖 46UC3825 的工作結構電路 在 UC3825 的工作結構電路圖 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用來調節(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 信號的輸出端口，信號的幅值由端口 13 的CV決定。 Out A 和 Out B 輸出的兩個 PWM 信號是相互之間有死區(qū)時間的互補信號。因為功率 MOSFET 的截止時間比導通時間長，如果maxD過大 ，將會導致橋臂短路的情況。 通過實驗可知， UC3825 的 2 腳輸入和 Out A、 Out B 輸出的 PWM 脈沖信號的占空比是滿足線性 關系的。具體實驗數據如表 41 所示。我們定義 UC3825 的 2 腳輸入為jV，輸出的 PWM 信號占空比為 D。 表 41UC3825 輸入與輸出占空比的關系 jV2（ V） D（ %） 0 4 8 12 16 20 24 j2（ V） D（ %） 28 32 36 40 從表 41 中的數據可以看出，端口 2 的數值范圍為： ~，而 PWM 脈沖信號的占空比在 0%~40%之間變化，與上述的結論基本吻合。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 32 反饋電路的設計 高頻開關電源包括內環(huán)和外環(huán)兩個閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)，內環(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變換器和高頻變壓器之間添加一個檢測電流的互感器。其工作原理大致是將檢測信號送到UC3825 的第 9 個管腳限流端，當負載電流過大時關斷。 電壓反饋控制在主電路的輸出端進行采樣，再將采樣電壓與整定電壓進行比較后送到比例積分放大器，然后送到 UC3825 的第 2 個管腳，以控制 PWM 信號的占空比，從而達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隔離反饋光二極管和一個輸出光二極管組成的。反饋光二極管通過紅外 線的照射產生控制信號，以此調節(jié)二極管的驅動電流。輸出光二極管產生的電流信號與 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，比例系數為反饋傳輸增量 1K，即 112IKI ??，運算放大器向 LED 提供足夠的電流以保持運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） 洛陽理工學院畢業(yè)設計（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系滿足： 133R VRV io （ 46） 在實際應用中， LED 工作在 1~10mA 左右。在此范圍內，傳輸增益3K為 ~ 之間的一個值，它的線性誤差為 %?。 保護 電路的設計 軟啟動電路的設計 軟啟動 電路可分為硬控制和軟控制兩類。硬控制是在合閘時先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設定范圍內，待輸入電容充滿電后，再將該電阻短接。這是因為大多數的 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形成非常大的電容充電電流，從而有可能使高壓開關管損壞。若持續(xù)時間長，還會引起過流保護電路誤動作。為了避免過流保護的誤動作，需要在輸出電壓軟啟動電路確保安可靠性的情況下將保護電路的動作時間延長。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 34 U jJ 1j 2VT+ 1 2 VC 1RCQDSC 3+R 1R 2U gC 2R 3R 4C 4R 5DDV2kU 3kU 圖 48 輸入電壓軟啟動電路 在輸入電壓的軟啟動電路（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：當啟動時，2k為低電平，控制觸發(fā)器打在 1j點，啟動電壓經過 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，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)楦唠娖剑刂朴|發(fā)器打向 2j點，直接輸出到后級電路。 過流過壓保護 （ 1）過流保護 開關電源一般都有電流保護電路，其中過流保護是比較常用的一種，即當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作的一種保 護措施。在這次的開關電源設計中，我們?yōu)檫^流保護加上了三重防護，分別是 :一是在系統(tǒng)的輸入級的三相交流引入處安裝熔斷保險裝置，當出現短路時熔斷來切斷輸入電流；二是在控制軟啟動觸發(fā)器的后級安裝熔斷保險管，以防止啟動浪涌電流的過大，損壞功率器件；三是通過檢測電流來控制 PWM 脈寬從而達到過流保護的目的。 ① 切斷式保護原理 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 35 電 流 檢 測 和I / V 轉 換電 壓 比 較電 路狀 態(tài) 保 持電 路電 流 信 號 控 制 電 路 失 效 圖 49 切斷式保護原理 切斷式保護工作（如圖 49）大致工作過程是先用電流檢測電路來檢測電流信號，經 I/V 轉換電路將電流信號變成電壓信 號，送到電壓比較電路進行比較。當電流信號達到預定值時，信號電壓大于比較電壓，比較電路產生輸出觸發(fā)信號作用于狀態(tài)保持電路，使控制電路失效。 ② 限流式保護原理 電 流 檢 測和 I / V 轉 換電 流信 號電 壓 比 較電 路V / W 電 路 取 代誤 差 放 大 器 圖 410 限流式保護原理 限流式保護工作（如圖 410）大致是電流檢測電路檢測信號，經 I/V轉換電路將電流信號變成電壓信號，送到電壓比較電路進行比較。當電流信號達到預定值時，保護電路開始工作，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定范圍以內。 ③ 限流 — 切斷式保護 限流 — 切斷式保護的工作過程大致如下：當負載電流達到預定值時，保護電路開始動作，輸出電壓減小，控制負載電流保持穩(wěn)定。若負載電流過大，保護電路進一步動作，將電源的輸入電流切斷。這種保護的安全性較高，宜采用。 ei 1T 1D2D C1R2R 9kU 圖 411 過流保護的電流采樣電路 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。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 36 因為ei是高頻變化的電流，所以變壓器的副邊要經過整流，9kU接到 UC3825的第九個端口，通過 UC3825 來控制過流后的一系列動作。電容 C 是噪音濾波電容器，目的是防止過流保護電路的誤動作。 （ 2）過壓保護 過壓保護同過流保護相似，是當電壓超過預定值時， 使保護裝置動作的一種保護措施。當被保護電路的電源電壓高于一定數值時，保護器切斷該線路；當電源電壓恢復到正常范圍時，保護器自動接通。 outV1R 2R re fV3R 4RRAK LT 5R DDV GUC6R 6kU 圖 412 過壓保護電路 在圖 412 中，GU表示光耦合器； LT表示一個可編程的精密電壓基準；其工作原理大致如下：輸出電壓outV經過 1R~ 4分壓后加入到精密電壓基準的基準端（ R）， LT的陰極和光耦合器的 3 端相連接。當基準電壓refV達到 時，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 的輸入啟動端（ SS）的電壓，這樣以來啟動電容開始放電，系統(tǒng)重新開始軟啟動，從而保護負載。 均流電路的設計 均流電路的簡述 大功率電源系統(tǒng)為了滿足負載的功率要求，需要采用若干臺開關變換器并聯(lián)在電路中。在這些并聯(lián)的開關電源中，每個變換器都只處理較小的功率，降 低了應力，以提高系統(tǒng)的可靠性。但是并聯(lián)的開關變換器模塊間需要采用均流措施，它是實現開關電源大功率化的重要措施，以此保證了模塊間的電流應力和熱應力的分配均勻，防止了模塊在限流狀態(tài)運行。因此，對開關變換器模塊并聯(lián)的大功率電源系統(tǒng)，其基本要求是： 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 37 ?各個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相結合； ?當輸入電壓或負載電流變化時，應該保持輸出穩(wěn)壓和均流的瞬態(tài)響應好。 開關電源并聯(lián)系統(tǒng)的常用均流方法 開關電源并聯(lián)系統(tǒng)的均流方法有很多，其中常用的有： （ 1） 輸出阻抗 法 調節(jié)輸出阻抗，使開關變換器并聯(lián)模塊達到均流的目的，有相關文獻將之稱為電壓調整率法，或 Droop 方法。它是實現均流的最簡單的方法，又因屬于開環(huán)控制，所以在小電流時電流分配的特性較差。它的缺點是：若電流調整率下降，為了實現均流，每個模塊需要個別調整，而且對于額定功率不同的開關變換器并聯(lián)模塊，難以實現均流，所以，一般在電壓調整率要求低的電源系統(tǒng)中才會使用。 （ 2） 主從設置法 這個方法使用于電流型控制的開關電源并聯(lián)系統(tǒng)中，是在開關變換器并聯(lián)的模塊中，假定某一個為主模塊，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。這個均流措施的主要缺點是： ① 系統(tǒng)復雜； ② 容易受外界噪聲干擾； ③ 若主模塊失效，則整個電源系統(tǒng)不能工作，不適用于冗余并聯(lián)系統(tǒng)。 （ 3） 按電流平均值自動均流法 若使用這個方法，要求開關變換器并聯(lián)的模塊的電流放大器輸出端通過一個電阻 R 接到一條公共母線上，稱其為均流母線。通過電阻 R 上的電壓差，產生控制電壓cV，與基準電壓 rV綜合后，再與反饋電壓fV進行比較放大后，產生誤差電壓e，控制 PWM 和 驅動器。按平均電流值自動均流法可以精確實現均流，但是在實際應用中，總會出現一些問題。例如，均流母線發(fā)生短路，或者接某一個模塊不能 正常工作，都有可能造成故障。 （ 4） 最大電流法自動均流 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 38 這種方法的主模塊和從模塊都是自動設定的，具有隨機性。但一般情況下，在開關變換器并聯(lián)的模塊中，都是將輸出電流最大的模塊設為主模塊，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，以保證負載電流分配均勻。 這種