【正文】 同時，在設計過程中我學會了如何自學新的知識，以后在工作中遇到困難我也將有能力處理。他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。該芯片外圍電路簡單，11和14腳輸出采用圖騰柱，電流驅(qū)動能力強，可直接控制半橋逆變器的上下功率管S1，S2， 所示。 PWM控制電路 PWM控制電路采用美國硅通用電氣公司的SG3525A控制芯片。故半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓V，由（22）式變形可得 計算可知，在輸入交流電壓最大時＜，所以，原邊繞組匝數(shù)匝的是最合適的。則原邊匝數(shù) (22) 式中：為變壓器原邊電壓V。本設計選用EE40型鐵氧體磁芯，由手冊知其參數(shù)為：=127，則，遠大于的計算值。綜合考慮，設定其工作頻率為。凡是脈寬調(diào)制方式控制電子開關(guān)的開關(guān)變換器，稱為PWM開關(guān)變換器。一個周期Ts內(nèi)，電子開關(guān)接通時間ton所占整個周期Ts的比例，稱作接通占空比D。功率為150W，輸入交流電壓范圍為180~260V，輸出 半橋式開關(guān)電源系統(tǒng)框圖直流電壓為15V，電流為10A，輸出電壓調(diào)整率，輸出電壓紋波。通過調(diào)節(jié)開關(guān)的占空比，就可以改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓。圖中開關(guān)管S1，S2選用MOSFET，因為它是電壓驅(qū)動全控型器件，具有驅(qū)動電路簡單、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度快及安全工作區(qū)大等優(yōu)點。著重說明高頻變壓器，PWM控制及驅(qū)動電路的詳細設計辦法。IR2110用于驅(qū)動MOSFET，下圖為其引腳圖。凡是利用SG1524/SG2524/SG3524的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路都可以用SG1525A/SG2525A/SG3525A 來代替。該指令信號和實際交流信號比較后，通過滯環(huán)對各開關(guān)器件進行控制，便可使實際交流輸入電流跟蹤指令值，其跟蹤誤差在由滯環(huán)環(huán)寬決定的范圍內(nèi)。其外環(huán)是直流電壓控制環(huán)，內(nèi)環(huán)是交流電流控制環(huán)。因此，間接電流控制的系統(tǒng)應用較少。各相電源相電壓ua 、ub 、uc分別減去前面求得的輸入電流在電阻R和電感L上的壓降，就可得到所需要的整流橋交流輸入端各相的相電壓uA、uB和uC的信號，用該信號對三角波載波進行調(diào)制，得到PWM開關(guān)信號去控制整流橋，就可以得到需要的控制效果。達到穩(wěn)定時，和仍然相等，PI調(diào)節(jié)器輸入恢復到零，其輸出id為負值，并與逆變電流的大小相對應。當負載電流增大時，直流側(cè)電容C放電而使其電壓ud下降，PI調(diào)節(jié)器的輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸出id增大，id的增大會使整流器的交流輸入電流增大，也使直流側(cè)電壓ud回升。圖119為間接電流控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 三相橋式PWM整流電路PWM整流電路的控制方法：為了使PWM整流電路在工作時功率因數(shù)近似為1，即要求輸入電流為正弦波且和電壓同相位，可以有多種控制方法。圖中LS、。圖c中滯后的相角為δ，超前90176。圖b中超前的相角為δ，和的相位正好相反，電路工作在逆變狀態(tài)?；蚴筰s與us的相位差為所需要的角度。由于電感Ls的濾波作用，高次諧波電壓只會使交流電流is產(chǎn)生很小的脈動，可以忽略。和逆變電路相同，PWM整流電路也可分為電壓型和電流型兩大類。SPWM控制技術(shù)已在交流調(diào)速用變頻器和不間斷電源中獲得了廣泛的應用。晶閘管相控整流電路的輸入電流滯后于電壓，其滯后角隨著觸發(fā)延遲角α的增大而增大，位移因數(shù)也隨之降低。在這種三角波比較控制方式中，功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率是一定的，即等于載波頻率，這給高頻濾波器的設計帶來方便。另外，因輸出電壓是PWM波形，其中含有大量的高次諧波，故必須用適當?shù)臑V波器濾除。滯環(huán)比較方式是把指令電流和實際輸出電流的偏差作為帶有滯環(huán)特性的比較器的輸入，通過其輸出來控制功率器件V1和V2的通斷。這種方法不是用信號波對載波進行調(diào)制，而是把希望輸出的電流或電壓波形作為指令信號，把實際電流或電壓波形作為反饋信號，通過兩者的瞬時值比較來決定逆變電路各功率開關(guān)器件的通斷，使實際的輸出跟蹤指令信號變化。載波頻率越高，SPWM波形中諧波頻率就越高，所需濾波器的體積就越小。但在實際電路中，由于采樣時刻的誤差以及為避免同一上下橋臂直通而設置的電壓死區(qū)的影響，諧波的分布情況將更為復雜。因此，運用典型分析結(jié)果的頻譜圖，可以看到諧波的分布情況。這些諧波分量的頻率和幅值是衡量PWM逆變電路性能的重要指標之一，因此有必要對PWM波形進行諧波分析。在輸出頻率高的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。當負載為電動機時也會帶來較大的轉(zhuǎn)矩脈動和噪聲。在三相PWM逆變電路中，通常公用一個三角波載波，且取載波比N 為3的整數(shù)倍，以使三相輸出波形嚴格對稱。對于三相PWM 型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。同時，在信號波的半個周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱。在PWM控制電路中，載波頻率與調(diào)制信頻率信號之比稱為載波比。但實際上為了防止上下兩個橋臂直通而造成短路，在上下兩臂通斷切換時要留小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。當給V1（V4）加導通信號時，可能是V1（V4）導通，也可能是二極管VD1（VD4） 續(xù)流導通，這要由阻感負載中電流的方向來決定。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同，現(xiàn)以U相為例來說明。在的一個周期內(nèi)，輸出的PWM波形只有177。因為等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱，當它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波相交時，如果在交點時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種。通過以上分析可以看出，IGBT具有正反相阻斷電壓高、通態(tài)電流大及通過電壓來控制其導通或關(guān)斷等特點。（3）當在IGBT的集電極和發(fā)射極之間施加負電壓時，由于PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，在集電極和發(fā)射極之間不可能有電流流過。根據(jù)IGBT是MOSFET和雙極型功率晶體管的復合器件，它具有以下特點。漏源通態(tài)電阻Ron：這是MOSFET 必須考慮的一個參數(shù)，通態(tài)電阻過高，會影響輸出效率，增加損耗。不同的是，它的安全工作區(qū)是由四根線圍成的。器件開通延遲時間內(nèi),電荷積聚較慢。（5）柵極閾值電壓柵極閾值電壓VGS 是指開始有規(guī)定的漏極電流（1mA）時的最低柵極電壓。該參數(shù)隨溫度上升線性增加。下圖反映了這種規(guī)律。（1） 轉(zhuǎn)移特性：ID 隨UGS 變化的曲線，成為轉(zhuǎn)移特性。適合低壓100V 以下，是比較理想的器件。一般使用的功率MOSFET 多數(shù)是N 溝道增強型。和普通MOS 管一樣，它也有：耗盡型：柵極電壓為零時，即存在導電溝道。如電力二極管只有兩個端子，它的通斷是由其在主電路中承受的電壓和電流絕定的。 開關(guān)器件的分類開關(guān)器件按照豈能被控制電路信號所控制的程度分為以下三類。 開關(guān)電源系統(tǒng)中需要有檢測電路。導通時，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)電流流過；形成斷態(tài)損耗時，在開關(guān)器件開通或斷開地轉(zhuǎn)換過成中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)短損耗，總成開關(guān)損耗子來控制，在主電路和控電路之間需要一定的中間電路對控制電路的信號進行放大，這就是開關(guān)器。 開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電子器件具有以下特征：(1) 能處理功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠大于信息處理的電子器件(2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導通時阻抗很小，接近短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷是阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。倍壓整流方式的工作原理圖所示。如果不采用倍壓/橋式整流自動切換，則易使開關(guān)電源在110V交流供電狀態(tài)時處于欠激勵工作狀態(tài)，而在220V交流供電狀態(tài)時有易工作于過激勵狀態(tài)，不能保證開關(guān)電源處在最佳工作狀態(tài)，其效率及可靠性等指標都可以得到保證。(3) 為了使負載儀器設備使用安全，要求機芯為冷底板設計，所以輸出穩(wěn)壓取樣反饋回路普遍采用光電耦合器進行電源初、次級側(cè)的隔離，以提高設備的抗干擾性和安全性。行輸出極產(chǎn)生的各種直流電壓主要給顯像管各電極供電，同時也可以為視頻輸出板尾板、場掃描以及圖像和伴音通道供電。副電源電路一般較簡單，既可采用簡易開關(guān)電源，也可采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路。它將220V的交流輸入直接整流、濾波為300V左右的直流電壓，在經(jīng)過電源穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開關(guān)調(diào)節(jié)管、開關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵脈沖產(chǎn)生電路對300V左右的直流電壓進行DC/DC開關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需穩(wěn)定的直流電壓輸出。（a） 電路圖；（b） 波形圖 全橋開關(guān)電源及波形圖同樣，在全橋電源開關(guān)中也存在4個功率開關(guān)管VTVTVTVT4的共態(tài)導通問題。由4個功率開關(guān)管VTVTVTVT4組成一個電橋形式的電路，其中，由VT1與VTVT2與VT3分別組成兩個導通回路，當VTVT3的觸發(fā)控制信號有效時，VTVT4的觸發(fā)控制信號無效，VTVT3導通時，輸入電壓Ui經(jīng)VT變壓器的初級線圈N1和VT3形成電流回路，加之變壓器初級線圈，的電壓為電源電壓Ui,并經(jīng)次級側(cè)二極管V1整流、濾波后為負載供電。同時，半橋開關(guān)電源中需要避免功率開關(guān)VTVT2的共態(tài)導通問題，否則將是兩個功率開關(guān)損壞。半橋開關(guān)電源最大的優(yōu)點是自動平衡能力強，不易使變壓器由于VTVT2的導通時間不一致而產(chǎn)生磁飽和顯現(xiàn)，是功率開關(guān)管VTVT2損壞。當開關(guān)管VT1導通，VT2截止時，輸入電壓Ui經(jīng)VT變壓器初級繞組N1及電容C2為變壓器初級線圈N1勵磁，同時經(jīng)次級側(cè)二極管V繞組N2給負載供電。當功率開關(guān)晶體管VT斷開時，變壓器次級繞組以輸出電壓U0為負載供電，并對變壓器進行消磁。加在變壓器N1繞組上的電壓振幅等于輸入電壓UI功率開關(guān)管VT導通時間TON為開關(guān)脈沖寬度，變壓器次級側(cè)開關(guān)脈沖電壓經(jīng)二極管Vi整流變?yōu)橹绷?。同時由于變壓器耦合，因此可以使用多組次級線圈，在次級得到多組直流輸出電壓。輸出負載并聯(lián)，輸出電壓為： (14)圖17所示為一種輸出升壓型并聯(lián)開關(guān)電源，電路中有一個儲能電感，適當利用這個儲能電感，可將輸出升壓型并聯(lián)開關(guān)電源轉(zhuǎn)化為廣泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源。在串聯(lián)開關(guān)電源中，由于功率開關(guān)VT串聯(lián)在輸入電壓Ui和輸出電壓U0之間，因此對開關(guān)耐壓要求低。正常工作時，功率開關(guān)晶體管VT在開關(guān)脈沖信號的作用下周期性的在導通、界之間交替轉(zhuǎn)換，是輸入與輸出之間周期性的閉合和斷開。(7)輸出功率P0：電源能輸出給負載的最大功率，他和負載功率有關(guān)。這個參數(shù)的表示方法有兩種：一是輸出波紋電壓的有效值；二是輸出波紋電壓的峰峰值Upp.(5)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：由于電源的輸出電壓只和基準電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍反應在線性電源上是穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化范圍，反映在開關(guān)電源上是開關(guān)調(diào)整管脈沖占空比D的變化范圍。(3)效率η：電源輸出功率P0與輸入功率Pi的比值，這個比值越高，開關(guān)電源體積越小，同時可靠性也越高。他和電源的誤差放大、反饋調(diào)節(jié)電路的增益以及占空比調(diào)節(jié)范圍有關(guān)。間接輸出取樣方式的缺點是響應差，當輸出電壓因輸入電壓等原因發(fā)生變化時，輸出電壓的變化需經(jīng)過開關(guān)變壓器磁耦合才能反映到取樣繞組兩端，所以穩(wěn)壓速度低，并且這種開關(guān)電源不能空載檢修，檢修時須在輸出端接替代負載。 三端誤差取樣放大器，其可靠性也得到了提高，因此目前視聽設備的開關(guān)電源大多采用這種三端誤差取樣放大器的直接取樣電路方式。3. 按電路的輸出取樣分類1) 直接輸出取樣開關(guān)電源直接輸出取樣電路在光電耦合器尚未應用時,主要在串聯(lián)開關(guān)電源上使用。1. 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）式、脈沖頻率調(diào)制（PFM）式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。（5）電路形式靈活多樣。開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz左右，是線性電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。所以，開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果較好。由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度地降低，因而省去了體積和重量都較大的散熱片。晶體管V飽和導通時，雖然電流較大，但管壓降很??；截止斷開時，雖然管壓降很大，但通過的電流幾乎為零。DC/DC變換器驅(qū)動器信號源比較放大器 開關(guān)電源的基本組成DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振變換器應用較為普遍。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式的開關(guān)電源用的比較多。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓經(jīng)過開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓變成矩形脈沖電壓。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。設計部分從電源的主電路圖，模塊框圖，高頻變壓器的設計，PWM控制及驅(qū)動電路等進行了詳細的說明。它克服了推挽式電路的缺點，所使用的功率晶體管耐壓要求較低；其次，晶體管的飽和壓降也減少到最?。辉僬?，對輸入濾波電容電壓要求也比較低。PWM半橋式開關(guān)電源的發(fā)展與應用在節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有深遠的意義。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本文的研究做出重要貢獻的個人