【正文】 Analysis of a multiresonant forward converter based on nonideal coupling of the trans former, IEEE Trans .powe rEle ctron, [8]蔡仁鋼 . 電磁兼容原理、設(shè)計(jì)和預(yù)測(cè)技術(shù) . 北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,1997 [9]周志敏，周紀(jì)海 .開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù) —— 設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京：人民郵電出版社， 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 34 5 總結(jié) 開(kāi)關(guān)電源知識(shí)是眾多知識(shí)的集合，本文僅僅分析開(kāi)關(guān)電源的幾個(gè)關(guān)鍵模塊，然后著重對(duì)開(kāi)關(guān)電源的可靠性進(jìn)行了一些分析，開(kāi)關(guān)電源處理的功率系統(tǒng)，電壓和電流是急劇變化的，這就給 EMI 的抑制帶來(lái)了麻煩。這種計(jì)算對(duì)于提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性、功率密度、性?xún)r(jià)比等都有重要意義。 通過(guò) 216。表面散熱系數(shù)通常由試驗(yàn)確定，在一般的工程流體力學(xué)中有數(shù)據(jù)可查。實(shí)際的散熱情況為三種傳熱方式的綜合，可以用牛頓公式來(lái)統(tǒng)一表達(dá)： 216。根據(jù)散熱的方式，可以選自然散熱：加裝散熱器；或選擇強(qiáng)制風(fēng)冷：加裝風(fēng)扇。它必須在器件的耐熱能力和散熱條件之間取得平衡。由此，器件功耗有一定的容限。對(duì)于高頻磁性材料引起的損耗，要盡量避免趨膚效應(yīng)，對(duì)于趨膚效應(yīng)造成的影響，可采用多股細(xì)漆包線(xiàn)并繞的辦法來(lái)解決。減小功率二極管的發(fā)熱量，對(duì)交流整流及緩沖二極管，一般情況下不會(huì)有更好的控制技術(shù)來(lái)減小損耗，可以通過(guò)選擇高質(zhì)量的二極管來(lái)減小損耗。開(kāi)關(guān)管的發(fā)熱量是由損耗引起的，開(kāi)關(guān)管的損耗由開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗和通態(tài)損耗兩部分組成，減小通態(tài)損耗可以通過(guò)選用低通態(tài)電阻的開(kāi)關(guān)管來(lái)減小通態(tài)損耗；開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗是由于柵電荷大小及開(kāi)關(guān)時(shí)間引起的，減小開(kāi)關(guān)過(guò)程損耗可以選擇開(kāi)關(guān)速度更快、恢復(fù)時(shí)間更短的器件來(lái)減少。不同器件有不同 的控制發(fā)熱量的方法。下面將從這兩個(gè)方面論河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 32 述。高頻開(kāi)關(guān)電源有大功率發(fā)熱器件，溫度更是影響其可靠性的最重要的因素之一，完整的熱設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：一 如何控制發(fā)熱源的發(fā)熱量；二 如何將熱源產(chǎn)生的熱量散出去。有統(tǒng)計(jì)資料表明， 電子元器件溫度每升高 2℃ ，可靠性下降 10%；溫升 50℃ 時(shí)的壽命只有溫升 25℃ 時(shí)的 1/6。 電源的熱設(shè)計(jì) 愷關(guān)電源內(nèi)部過(guò)高的溫升將會(huì)導(dǎo)致溫度敏感的半導(dǎo)體器件、電解電容等 元器件的失效。最好不要超過(guò) 。 電阻器、電位器 電阻器、電位器的負(fù)荷率要小于 ,此為電阻器設(shè)計(jì)的上限值；但是大量試驗(yàn)證明，當(dāng)電阻器降額數(shù)低于 時(shí)，將得不到預(yù)期的效果，失效率有所增加，電阻降額系數(shù)以 。應(yīng)特別注意，電容器有低壓失效的問(wèn)題，對(duì)于普通鋁電解電容器和無(wú)極性電容的電壓降額不低于 ，但鉭電容的電壓降額應(yīng)在 以下。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 31 電容器 電容器的負(fù)荷率（工作電壓和額定電壓之比）最好在 左右，一般不要超過(guò) ，并且盡量使用無(wú)極性電容器。半導(dǎo)體元器件除負(fù)荷率外還有容差設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放寬半導(dǎo)體元器件的參數(shù)允許 變化范圍，包括制造容差、溫度漂移、時(shí)間漂移、輻射導(dǎo)致的漂移等。 可靠性設(shè)計(jì) 負(fù)荷率的設(shè)計(jì) 由于負(fù)荷率對(duì)可靠性有重大影響，故可靠性設(shè)計(jì)重要的一個(gè)方面是負(fù)荷率的設(shè)計(jì)，跟據(jù)元器件的特性及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，元器件的負(fù)荷率在下列數(shù)值時(shí)，電源系統(tǒng)的可靠性及成本是較優(yōu) 的。 盡量選用硅半導(dǎo)體器件，少用或不用鍺半導(dǎo)體器件。 原則上不選用電解電容。 在同等體積下盡量采用高額度的元器件。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 30 對(duì)于關(guān)鍵性元器件，采用并聯(lián)方式，保證此單元有足夠的冗佘度。 應(yīng)針對(duì)器件的性能水平、可靠性水平、制造成本、研制周期等相應(yīng)制約因素進(jìn)行綜合平衡設(shè)計(jì)。 可靠性設(shè)計(jì)的原則 我們可以從上面的分析中得出開(kāi)關(guān)電源的可靠性設(shè)計(jì)原則 ： 可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)應(yīng)包含定量的可靠性要求 。 負(fù)荷率對(duì)電阻的影響 負(fù)荷率對(duì)電阻的影響如表所示。 負(fù)荷率對(duì)半導(dǎo)體的影響 當(dāng)環(huán)境溫度為 50℃ 時(shí)， PD/PR 對(duì)失效率的影響如表所示。 環(huán)境溫度對(duì)電阻器的影響 以 PD/PR= 使用負(fù)荷設(shè)計(jì)，則環(huán)境溫度對(duì)可靠性的影響如表所示。 環(huán)境溫度對(duì)電容器的影響 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 28 以 UD/UR= 則環(huán)境溫度對(duì)可靠性的影響如表 2所示。 影響開(kāi)關(guān)電源可靠性的因素 環(huán)境溫度對(duì)半導(dǎo)體的影響 硅三極管以 PD/PR= 使用負(fù)荷設(shè)計(jì)，則環(huán)溫度對(duì)可靠性的影響，如表 1所示?？傊?，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者而言，需要明確建立 “ 可靠性 ” 這個(gè)重要概念，把系統(tǒng)的可靠性作為重要的技術(shù)指標(biāo)，認(rèn)真對(duì)待開(kāi)關(guān)電源可靠性的設(shè)計(jì)工作，并采取足夠的措施提高開(kāi)關(guān)電源的可靠性，才能使系統(tǒng)和產(chǎn)品達(dá)到穩(wěn)定、可靠的目標(biāo)。設(shè)計(jì)及元器件（元器件的選型，質(zhì)量級(jí)別的確定，元器件的負(fù)荷率）的原因造成的故障，在開(kāi)關(guān)電源故障原因中占 80％左右。涉及系統(tǒng)可靠性的因素很多。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 整個(gè)系統(tǒng)框圖 圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 4 可靠性分析 開(kāi)關(guān)電源是各種系統(tǒng)的核心部分。 根據(jù)以上 設(shè)計(jì)思路，對(duì)輻射干擾超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值 20dB 左右的某開(kāi)關(guān) 電源 ，采用了一些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的措施，進(jìn)行了如下的改進(jìn)： —— 在所有整流二極管兩端并 470pF 電容； —— 在開(kāi)關(guān)管 G極的輸入端并 50pF 電容，與原有的 39Ω 電阻形成一 RC低通濾波器； —— 在各輸出濾波電容（電解電容）上并一 電容； —— 在整流二極管管腳上套一小磁珠； —— 改善屏蔽體的接地。在高頻脈沖變壓器初、次級(jí)之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場(chǎng)耦合。采用多個(gè)整流二極管并聯(lián)來(lái)分擔(dān)負(fù)載電流，可以降低短路尖峰電流的影響。 輸出直流總線(xiàn)上過(guò)流保護(hù)，采用 R45～ R56 電阻做為采樣電阻，當(dāng)輸出電流增加時(shí)腳 15 電平變低，當(dāng)輸出電流大于 40A 的 105％時(shí) ， TL494的內(nèi)部運(yùn)放動(dòng)作，腳 3電平升高，限制輸出脈寬增加，電源處于限流狀態(tài) 。初級(jí)采用電流互感器 CT1 檢測(cè)初級(jí)變壓器電流，檢測(cè)出的電流信號(hào)經(jīng) R60 轉(zhuǎn)為 電 壓信號(hào)后，再經(jīng) D2～ D4， C9 整流濾波后，經(jīng)過(guò)電 器 RV3 分壓，反相器 N3 反相后加在 Q1 管基極。 R103 和C14 將輸出電感 L1 前信號(hào)采樣，經(jīng) R5 送到 TL494 腳 1，用于提高電源穩(wěn)定度 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 23 圖 驅(qū)動(dòng)電路 PWM 控制電路 控制電路采用通用脈寬調(diào)制器 TL494，具有通用性和成本低等優(yōu)點(diǎn)，TL494 芯片的資料已經(jīng)在上面介紹了， V RV R41 進(jìn)行分壓采 樣 ，經(jīng) R5 阻抗匹配后送到 TL494 腳 1。 R70 是用于抑制驅(qū)動(dòng)脈沖的尖峰 ， R6 D1 R67可以加速驅(qū)動(dòng)并防止驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生振蕩。次級(jí)脈沖電壓為正時(shí)， MOS管導(dǎo)通，在此期間 Q7 截止，由其構(gòu)成的泄放電路不工作。 圖 RCC 輔助電源 驅(qū)動(dòng)電路 驅(qū)動(dòng)電路如圖 4 所示。D C8 ZD Q1 R7 R76 構(gòu)成電壓檢測(cè)與穩(wěn)壓電路，控制 Q8 的基極電流的直流分量 ，從而保持輸出電壓恒定，變壓器采用 EE1 LP3 材河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 質(zhì)構(gòu)成。 R72 為啟動(dòng)電阻。其輸入 電壓為交流 220V 整流濾波電壓，輸出直流 電 壓為 ，輸出 直流電流為 。另外考慮到銅線(xiàn)電流密度一般取 3～ 6A/mm2，故這里選 的漆包線(xiàn) 8 股并聯(lián)繞制初級(jí)共 10 匝 ，次級(jí)選用厚 扁銅帶繞制 2匝 。 Uz 為 濾波電感等線(xiàn)路壓降，取 ， 4） 選定導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑 在選用繞組的導(dǎo)線(xiàn) ， 要考慮導(dǎo)線(xiàn)的集膚效應(yīng)，一般 要求導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)徑小于兩倍穿 透深度 。 對(duì)于半橋電路、功率變壓器初級(jí)繞組上施加的壓等于輸入電壓的一半 , 即 Upmin=Udmin/2=，設(shè)最大占定比 Dmax=， 次級(jí)匝數(shù)計(jì)時(shí)取輸出電壓最大值 Uomax=16V 次級(jí)電路采用波整流 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 21 由廠家手冊(cè)知， EE55 磁芯的 S=,Q= cm2,則 SQ= cm4， EE55 磁芯的 SQ值大于