【導(dǎo)讀】率提出了更高的要求,目前開關(guān)電源的控制方式多釆用電壓控制型技術(shù)。存在響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。針對(duì)電壓控制型電路的缺點(diǎn),最近十幾年發(fā)展起來了電流控。制型技術(shù),它具有很好的快速響應(yīng)，因此,對(duì)其進(jìn)行研究設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。主要進(jìn)行了輸入整流電容濾波、高頻變壓器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路和控制電路等。主要元器件和電路模塊的選型與參數(shù)設(shè)計(jì)。220V交流，輸出電壓為24V，電流為5A，開關(guān)頻率為90khz。最后基于原理分析與計(jì)算，搭建全橋拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)平臺(tái)。波電壓符合理論分析，控制電路的調(diào)試也基本符合要求。

　　

【正文】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 16 頁 電源的輸入功率： 1 5 0 52400 ???? ?IUP iW (34) 輸入電壓為 220V時(shí) ,經(jīng)過整流后的最小直流電壓為（考慮到電源電壓的 %15? 波動(dòng)） VV in 2 6 2 0m i n ???? (35) Vpp 為輸入電容上要得到的電壓紋波峰峰值 ,其大小為輸入電壓峰值的 5%10%，這里取 5%,則輸入濾波電容的大小為 : ffVVPCppiniin ?265m i n ?????? (36) 式中 f 等于紋波頻率 , 為全橋整流電流占空因數(shù)的補(bǔ)償系數(shù)。另外根據(jù)經(jīng)驗(yàn)也可得知 ,一般輸出 1W 的功率對(duì)應(yīng)輸入濾波電容可取 1uF?？紤]到電容裕量 ,本文選用 2 個(gè)470uF/450V的電解電容并聯(lián)使用。 全橋電路的設(shè)計(jì) 主電路結(jié)構(gòu)的選擇 全橋拓?fù)潆娐罚▓D ）由四個(gè) MOSFET 組成 ,它的主要優(yōu)點(diǎn)是 高頻 變壓器只需要一個(gè)初級(jí)繞組 ,通過 交流 電壓得到正反向磁通 ,次級(jí)輸出采用 帶 中心抽頭式 的 輸出 ,輸出整流電路采用全波整流 電路 。全橋拓?fù)潆娐返男屎凸β拭芏容^高。全橋拓?fù)潆娐返闹饕秉c(diǎn)是由于 MOSFET 管 的交替導(dǎo)通 ,很容易造成上下管 的 直通炸管現(xiàn)象 ,因此需要采用一定的電路 來 避免 上下 開關(guān)管 的 直通現(xiàn)象。 圖 主電路功率開關(guān)及整流輸出濾波電路 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 38 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 17 頁 MOSFET 的選擇 由于采用全橋電路拓?fù)?,主電路開關(guān)管在 關(guān)斷時(shí)間內(nèi) 所承受的電壓為主電路直流母線電壓。 為此 在設(shè)計(jì)的過程中 ,為了 確保 在電網(wǎng)電壓 輸入波動(dòng) 時(shí) ,電源能夠可靠 的 工作 ,MOS 管 的正向耐壓值應(yīng)該在 358V 以上 (即 Vinmax=358V， 考慮 電網(wǎng) 電壓波動(dòng)范圍是 15? %。 所以 直流母線上的最大電流為 AV P iax m i nm ??? (37) 由于 隨著 MOS 管 的管 溫的升高 ,MOS 管 承受的最大工作電流將減小 ,與此 同時(shí) 考慮到裕量 ,應(yīng)該 選 取 連續(xù)漏極工作電流在 2A 以上的 MOS 管 ,其漏極 源極的擊穿電壓應(yīng)大于 400V,所以 本文選 取得是 IR公司生產(chǎn)的具有低柵荷的場(chǎng)效應(yīng)管 IRF830,其漏極 源極的擊穿電壓為 500V,連續(xù)漏極工作電流在 以上。同時(shí)每個(gè) MOS 管都并聯(lián)了 R、C（ R=100?， C=1000pf）電路用于吸收電壓尖峰，以免 MOS 管被擊穿。 高頻變壓器的設(shè)計(jì) 高頻變壓器的設(shè) 計(jì)要求 高頻變壓器在開關(guān)電源中起著重要的作用 ,它的主要目的是傳輸功率 ,實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)與輸出側(cè)的電氣隔離 同時(shí) ,可通過調(diào)整初次級(jí)的匝數(shù)比來改變輸出電壓 ,也可增加匝數(shù)不同的次級(jí)繞組 ,以達(dá)到獲得多路輸出電壓的目的 對(duì)功率變壓器的要求主要有以下幾個(gè)方面 : 漏感要小：功率開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電壓尖峰的大小與集電極電路配置，電路關(guān)斷條件以及變壓器漏感大小等因素有關(guān) ,因此對(duì)變壓器而言 ,減小漏感是十分重要的。 避免瞬態(tài)飽和：對(duì)于高頻變壓器而言如果工作磁通密度選擇較大 ,在通電瞬間就會(huì)發(fā)生磁飽和，由于變壓器 和功率開關(guān)管直接相連并加有較高電壓 ,高頻變壓器的飽和即使是很短的幾個(gè)周期 ,也會(huì)導(dǎo)致功率開關(guān)管的損壞 ,因此有必要合理設(shè)計(jì)變壓器工作的磁通范圍 ,避免瞬態(tài)飽和。 考慮溫度影響：開關(guān)電源的工作頻率較高 ,要求磁芯材料在較高工作頻率下的功率損耗盡可能小 ,隨著工作溫度的升高 ,飽和磁通密度的降低應(yīng)盡量特性從結(jié)構(gòu)上看 ,要保證變壓器的漏磁小 ,減小繞組的漏感便于繞制 ,引出線及變壓器安裝要方便，便于散熱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 38 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 18 頁 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介 最常用的的有兩種高頻變 壓器的設(shè)計(jì)方法，第一種是先求出磁芯窗口面積 Aw 與磁芯有效面積 Ae 的乘積 AP，根據(jù) AP 值，查找出所需磁性材料的編號(hào)；第二種方法是先求出幾何參數(shù)，查找出磁芯編號(hào)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，前者稱為 AP 法，后者稱為 Kg法。 本文采用的是 AP 法。 AP 法的公式推導(dǎo)：原邊 NP 匝、副邊 NS 匝的變壓器，在原邊以電壓 V1 開關(guān)工作時(shí)，根據(jù)法拉第定律： ewpsf ABNfKV ?1 (38) 式中 fs 為開關(guān)工作頻率； Bw 為工作磁通密度； Ae 為磁芯有效面積； Kf 為波形系數(shù)，方波時(shí)為 1。整理得： ewsfP ABfK VN 1? (39) 磁芯窗口面積 Aw,乘上使用系數(shù) K0 為有效面積，該面積為原邊繞組 Np 占據(jù)的窗口面積 NpA’ p 與副邊繞組 Ns 占據(jù)的窗口面積 NsA’ s 之和，即 ssppw ANANAK 39。39。0 ?? (310) 每匝所占用面積與流過該匝的電流有效值 I 和電流密度 j 有關(guān)，如下式所示 jIAp 139。 ? jIAs 239。 ? (311) pA39。 為原邊繞組每匝所占用面積， sA39。 為副邊每匝繞組所占用面積整理以上有 AP =jBfKK IVIVAA wsfew 02211 ?? (312) Kj 為電流密比例系數(shù)； X 為常數(shù)，由所用磁芯確定， Pt 為視在功率。而電源效率 iPP /0?? (313) 窗口使用系數(shù) K0 的確定 窗口使用系數(shù) K0 是表征變壓器或電感器窗口面積中銅線實(shí)際占有的面積量。它由導(dǎo)線截面積、匝數(shù)、層數(shù)、絕緣漆厚度及線圈紋距等決定。一般典型取值為 K0=，因此最終得到 AP 法選 擇磁芯的基本公式是： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 38 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 19 頁 600 104 )1( ???? fjBKK PAAAPwfew ? ? (314) 高頻變壓器的參數(shù)計(jì)算 選取電路的開關(guān)頻率為 90khz，選取變壓器的最大工作磁通密度 Bw=1000Gs。由此可計(jì)算出功率容量乘積 Ap 為 600 104 )1( ???? fjBKK PAAAPwfew ? ?= ????????? ?? 63 1010901 0 0 120)( (315) 表一 變壓器磁芯參數(shù) TYPE MATERIAL Dimensions(mm) Ap Ae Aw EE30 PC40 30** EE37 PC40 *15* EE3528 PC40 ** EE40 PC40 40*17* EE4133 PC40 *17* EE42/21 PC40 42**20 EE47/39 PC40 **15.62 EE50 PC40 50** EE55 PC40 ** 4 通過表一可以 確定選擇厚型 EE40 磁芯 ,它的有效中心截面積為 Ae=127mm2,窗口面積為 Aq=173mm2 。 .則 EE40 磁芯的理論功率容量乘積為 : ???? qep AAA (316) 可見采用采用厚型 EE40 磁芯 ,其功率容量足夠大 ,完全能夠滿足要求。初級(jí)繞組匝數(shù) 可以通過下式計(jì)算 : 0 0 010904 10358438m a x ????? ???eminp AfBVN (317) 考慮到輸入電網(wǎng)電壓的 波動(dòng) ,與此 同時(shí)為了 有效 減 小 磁化電流 ,本文在計(jì)算的基礎(chǔ)上初級(jí)繞組增加 2 匝 ,所以 調(diào)整后 的 初級(jí)的繞組匝數(shù)為 81 匝。變壓器初級(jí) 繞組 和次級(jí) 繞組的匝數(shù)比為 opinsp VVNN min? (318) 式中 Vop 為整流濾波輸出電壓的脈沖幅度 ,它 可以由 下式計(jì)算得出 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 38 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 20 頁 ????? doop VVV (319) 其中 Vd 為 肖特基 二極管的導(dǎo)通壓降 ，選取 1V； 為整流器輸出占空比。因此初級(jí)繞組 和次級(jí) 繞組 的匝數(shù)比 kt 為 : 6 5m a x ???? opinspt VVNNk (320) 取整 按照 9:1 來計(jì)算初級(jí) 繞組 和次級(jí) 繞組 的匝數(shù)比 ,并取整得到次級(jí) 繞組 的匝數(shù)為 99818 ??? ps NN (321) 繞線 線徑的計(jì)算 過程如下 : 變壓器的繞組在通過高頻電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng) ,