【導(dǎo)讀】輔助電源的研究和設(shè)計(jì)）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。污染的高效能源已然得到人們的關(guān)注。光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展使太陽(yáng)能得到更高效的利用，其中光伏并網(wǎng)發(fā)電是一種重要的技術(shù)。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的核心是并網(wǎng)逆變器，逆變器中的控。本文首先從電路拓?fù)溥x型開始，分析和研究了開關(guān)電源中常用電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，參數(shù)的計(jì)算公式。進(jìn)而討論了反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)原則和一般步驟，為后面的具體。反設(shè)計(jì)，然后在該電路上做修改，以滿足需要的技術(shù)指標(biāo)。然后采用另一種控制芯片UC3844. 進(jìn)行新的設(shè)計(jì)方案，并在該方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，以實(shí)現(xiàn)更寬范圍的電壓輸入。較各種設(shè)計(jì)方案，采用相對(duì)最適用最穩(wěn)定的方案進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用逐級(jí)加載的方式，測(cè)量各種模擬工作情況下的各路電壓的輸出。選定一個(gè)典型的輸入電壓，觀察幾個(gè)關(guān)鍵電。路節(jié)點(diǎn)的波形圖，并進(jìn)行效率和損耗等一些技術(shù)指標(biāo)的分析。

　　

【正文】 反 饋回路的控制和減小輸出電容的應(yīng)力。由式（ 224）可以計(jì)算原邊電流的峰值： m axm ax (1 )2inavpkrpII KD?? （ 225） 式中 rpK 是脈動(dòng)電流與尖峰電流的比值，式（ 225）同時(shí)適用于連續(xù)電流模式和斷續(xù)電流模式。當(dāng)電流連續(xù)時(shí)， rpK 一般取為 ～ 。當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)， rpK =1。 由此，原邊電感可計(jì)算如下式： max mininPpk rpDVL I K f? （ 226） 其中， f 是電源的工作頻率，由設(shè)計(jì)者自己設(shè)定，具體可以用定時(shí)電阻和電容加在控制 IC 芯片的外部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 接下來(lái)是選擇磁芯規(guī)格，大體上可以有兩種方式，一種是通過(guò)計(jì)算電源所需要的總功率先選擇功率合適的磁芯，最后通過(guò)窗口校核和磁密度校核來(lái)判定所選的變壓器是否合適。另一種是通過(guò)計(jì)算參數(shù)來(lái)選擇合適的變壓器，根據(jù)計(jì)算公式的不同，可以有面積乘積法和幾何尺寸參數(shù)法兩種，其區(qū)別在于：面積乘積法是把導(dǎo)線的電流密度作為設(shè)計(jì)參數(shù)，而幾何 尺寸參數(shù)法則是把繞組線圈的損耗即銅損作為設(shè)計(jì)參數(shù)。面積乘積法（也叫 AP 算法）的計(jì)算公式為： 24 1 .1 4010()P pkwe wjLIAA B k k?? （ 227） 式中， wA 為磁芯窗口面積， eA 為磁芯截面積， wB 為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)于鐵氧體材料一般取 。 0k 為窗口有效使用系數(shù)，根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù) 決定，一般為 ～ 。 jk為電流密度系數(shù)，一般取 2300 /A cm 左右。 根據(jù)式（ 227）求得的 weAA值選擇合適的磁芯，一般盡量選擇窗口長(zhǎng)度之比比較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時(shí)可以減小漏感。 一般都要在變壓器的磁芯開氣隙，以防止磁勢(shì)飽和。 根據(jù)選擇的 磁芯，可以知道其具體 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 22 參數(shù) ,w e LA A A ，計(jì)算需要的最小氣隙長(zhǎng)度： 202maxP pkg eLIl AB?? （ 228） 根據(jù)磁芯手冊(cè)上提供的 gLlA? 曲線，確定 LA 的值，進(jìn)一步計(jì)算原邊匝數(shù)如下： 1000 PPLLN A? （ 229） 由原邊電感和已知的輸出電壓，可以計(jì)算副邊繞組的匝數(shù)和電感量： m a xm a x m in( ) (1 )O D PSinV V D NN DV??? （ 230） 2()SSPPNLLN? （ 231） 選取電流密度 23/j A mm? ，計(jì)算原邊和副邊的導(dǎo)線線徑： m a x 4,inav PPPI SSDj ??? m a x 4,out SSSISSDj ??? （ 232） 根據(jù)計(jì)算得到的導(dǎo)線直徑選擇合適的導(dǎo)線。最后通過(guò)窗口校核，如果符合就可以完成變壓器的設(shè)計(jì)了。應(yīng)該指出，變壓器的設(shè)計(jì)方法各有不同，計(jì)算出來(lái)的數(shù)值也不盡相同，必須要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，反復(fù)地調(diào)節(jié)變壓器的各種參數(shù)，直到滿足電源的技術(shù)要求。 第三章 光伏并網(wǎng)逆變器中輔助電源的實(shí) 現(xiàn)方案 采用 TOPSwitch 實(shí)現(xiàn)單端反激 式輔助 電源 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 23 已有 TOPSwitch 拓?fù)潆娫吹姆治? 現(xiàn)有用 TOPSwitch 實(shí)現(xiàn)的單端反激式穩(wěn)壓電源的拓?fù)潆娐?，該電源作為我公司已投入市?chǎng)的較小功率的逆變器中的輔助電源，具有良好的性能。部分電路拓?fù)淙鐖D 。 0B CPT4 C us t om E 32 / 15 / 7V P +C 96104C 95104C 93104+ 15 V 15 VC 94104V P 395678910V C CC 12 310 0u F / 25 VC 14 847 0u F / 16 VC 12 547 0u F / 25 VC 73104Vi VoADJV R 4 78 L 05C 12 610 0u F / 25 VC 12 710 0u F / 25 VC 12 447 0u F / 25 VC 72104tR T 1M F 11 56D 43 M B R 10 45 C TD 37M U R 16 0D 38M U R 16 0D 36M U R 16 0C 14 71n / 15 00 VP V a D 39M U R 16 0P V a +D 40M U R 16 0L1 10 uH / 0. 8AC247 0u F / 16 VC1104Vi VoGNDV R 5 79 L 05L2 10 uH / 0. 8AC410 0u F / 25 VZ415VD 42S M B J 17 0C A BR 16 2R 16 147RC 92104C 91104557R 10 51002R 10 610023421C 14 610 3/ 27 5V345U 28T L 43 1C 48224C 12 210 0u F / 25 V2 31 4U 29T L P 18 1C 14 247 uF / 25 VC 14 533 u/ 40 0VD 33M U R 16 0D 35M U R 16 0L 10600uHL7600uHL6600uHL8600uHGNDBGNDBV C C BV C C BT P 12+ 5VT P 13 5VT P 14V C CT P 11GNDT P 15GNDDS4X3F5C1D7L2U 27T O P 24 3T FR6 2M 2P V I N +P V I N F U S E 1+ 5V 5V 圖 TOPSwitch 輔助電源的電路原理圖 對(duì) 于 該輔 助電 源， 其 技術(shù) 指標(biāo) 為直 流 輸入 120V ～ 450V， 多 路直 流輸 出 ，5 / 4 0 0 , 1 5 / 3 0 0 , 1 5 / 4 0 0V m A V m A V m A? ? ?。如圖所示，輸出端接后續(xù)整流電路，由三端穩(wěn)壓芯片、共模電感、濾波整 流電容等構(gòu)成，不屬于本文的討論范圍。 計(jì)算變壓器 及 TOPSwitch 參數(shù) 由已知的技術(shù)參數(shù)，可以計(jì)算電源的輸出功率 17out out outP V I W??? ，保留一定裕量可取輸出功率 30outPW? ?？紤]變壓器、功率管等一些半導(dǎo)體器件的損耗及附加損耗，預(yù)選取電源的效率為 80%?? ，這也是常用的單端反激式開關(guān)電源可以達(dá)到的效率。根據(jù)這些參數(shù)，就可以計(jì)算原邊繞組的最大平均電流，根據(jù)計(jì)算式： max minoutinav inPI V?? （ 31） 計(jì)算m a x 30 0 . 3 1 2 50 . 8 1 2 0in a v WIAV???。 該電路設(shè)計(jì)的變壓器結(jié)構(gòu)如圖 ，其中原邊繞組匝數(shù)為匝， 5V? 副邊繞組的匝數(shù)為 3 匝， 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 24 且該副邊輸出電壓是作為反饋電壓控制來(lái)調(diào)節(jié)占空比的，另外的副邊繞組應(yīng)以該副邊為準(zhǔn)。因此，原副邊的匝數(shù)比 n=55/3=。根據(jù) m a x m in outin out D SnVD V nV V? ?? （ 32） 式中， DSV 是 TOPSwitch 導(dǎo)通期間漏極 源極的平均電壓值。從實(shí)際情形考慮， DSV 應(yīng)設(shè)在 10V。計(jì)算m a x 1 8 . 3 5 0 . 4 5 41 2 0 1 8 . 3 5 1 0VD V V V???? ? ?。 原 邊 繞 組 N 1 = 5 5 匝副 邊 繞 組 1 7 匝9 匝副 邊 繞 組 2副 邊 繞 組 36 匝3 匝9 匝1234567891 0 圖 TOPSwitch 輔助電源變壓器的平面結(jié)構(gòu)圖 TOPSwitch 截止時(shí)，副邊二極管導(dǎo)通，在副邊繞組上的電壓反射到變壓器原邊繞組，TOPSwitch 的漏極腳高壓將是該反射電壓疊加在直流輸入電壓上。除此之外，截止瞬間在漏極上，還有一個(gè)由變壓器原邊漏感引起 的電壓尖峰。當(dāng)輸入電壓升到最高時(shí)，漏極的直流電壓接近最大值的最壞情形。因此，有必要在原邊繞組設(shè)置一個(gè)箝位電路，它包括一個(gè)齊納箝位二極管和一個(gè)阻斷反接二極管。 根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，齊納管的箝位電壓額定值 CLOV ，必須比反射電壓值 ORV 大 50%。通常規(guī)范箝位齊納管的額定電壓 CLOV ，是工作中低電流值和室溫下。高壓齊納管有較強(qiáng)的正溫度系數(shù)，并且有純電阻性能。因此，在大電流和高溫條件 下， CLOV 會(huì)明顯增大。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，峰值 CLMV高于規(guī)范的 CLOV 約 40%[6]。所以在選用箝位齊納管時(shí)，就應(yīng)當(dāng)對(duì)此做出考慮。 另外，串聯(lián)在箝位齊納管電路的阻斷二極管，由于它的反向恢復(fù)時(shí)間會(huì)引起尖峰電壓，故增加 20V 的余額是必須的。綜合考慮所有因素后， TOPSwitch 漏極的最大電壓值計(jì)算如下： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 25 m a x (1 .4 1 .5 ) 2 0 ( )D R A IN in O RV V V V? ? ? ? ? （ 33） 45 0 ( 1. 4 1. 5 18 .3 5 ) 20 66 2. 15D R A I NV V V V V? ? ? ? ? ? ?。 齊納二極管的額定電壓值 1 .5 1 8 .3 5 1 3 7 .2 5CLOV V V? ? ? ?。反向阻斷二極管應(yīng)采用超快回復(fù)高壓整流管，其反向恢復(fù)時(shí)間 rrt 應(yīng)小于 75ns。擊穿電壓值選擇根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)， TOP2?? 系列用 600V。 圖 中 TOPSwitch 所用規(guī)格為 TOP243，經(jīng)查閱，其漏 源 極最大額定電壓為 700V，可見(jiàn)還留有 37V左右的安全裕量。齊納箝位二極管型號(hào)為 SMBJ170CAB，其反向耐壓值為 170V，雙向?qū)?。反向阻斷二極管型號(hào)是 MUR160，它 能承受的 最大反向電壓是 600V，反向恢復(fù)時(shí)間是 50ns。 設(shè)計(jì)電源工作在連續(xù)工作模式，設(shè)定脈動(dòng)和尖峰電流比 ? ，由計(jì)算式 m axm ax2(2 )inavpkrpII KD? ? （ 34） 2 12 5 6( 2 ) 54pk AIA????? 。有效值 RMSI 計(jì)算式為： 2m a x ( 1 )3rpR M S p k rpKI I D K? ? ? （ 35） 20 . 40 . 8 6 0 . 4 5 4 ( 0 . 4 1 ) 0 . 4 6 83R M SI A A? ? ? ? ? ?。 TOPSwitch 規(guī)定一個(gè)最小電流限制值 LIMITI ，產(chǎn)品資料中的該值是在室溫下的，為了適應(yīng)高溫時(shí)該參數(shù)的少量降低，必須考慮 LIMITI 在高溫時(shí)下降 10%來(lái)計(jì)算，即 LIMIT pkII? [6]，帶入數(shù)值計(jì)算 0 .8 6 0 .9 5 60 .9LI M IT AIA??。大于該 LIMITI 數(shù)值的最小功率的 TOPSwitch 應(yīng)當(dāng)是作為最低功耗的首選器件。查閱 TOP系列的資料， TOP243及以上的 LIMITI 均大于 ，但是 TOP243功耗最小，故選擇它。 考慮到電路長(zhǎng)期工作及使用環(huán)境，熱損耗比較大，有必要對(duì) TOPSwitch 檢驗(yàn)溫升限制。由總損耗可以計(jì)算 TOPSwitch 的結(jié)點(diǎn)溫度： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 26 25 ( )J IR CX T JAT C P P ?? ? ? ? （ 36） 式中， IRP 是 TOPSwitch 的導(dǎo)通損耗， CXTP 是 TOPSwitch 的開關(guān)損耗， JA? 是 TOPSwitch 的熱阻抗溫升系數(shù)。 IRP 可由下式計(jì)算： 2 () (1 0 0IR R M S D S O NP I R C? ? ? 高溫下) （ 37） 式中， ()DSONR 是 TOP243 在 100C? 高溫下的導(dǎo)通電阻，經(jīng)查閱， ()15DS ONR ??，則2( 0 . 4 6 8 ) 1 5 3 . 2 8 5IRP A W? ? ? ?。 CXTP 可由下式計(jì)算： 2m a x1 ()2CX T X T in O R SP C V V f? ? ? （ 38） 其中 Sf 是開關(guān)頻率，如果將頻率引腳（ F） 連接到源極引腳（ S） ，則設(shè)定開關(guān)頻率為 132KHz，如果連接到控制腳（ C），則開關(guān)頻率為 66KHz。由于從產(chǎn)品資料上無(wú)法取得 XTC 這一參數(shù)，作者考慮從電容充放 電原理推算如下，由電容的電流電壓關(guān)系 duiCdt? 得到 dtCidu? ，查得TOP243 的上升時(shí)間 100Rt ns? ,關(guān)斷時(shí)間 50Ft ns? ，