【正文】 的 1． 4V電平， sR觸發(fā)器被觸發(fā)置 0，輸出 One Shot的脈寬由定時(shí)最小脈寬 )(MINPWT 決定： CRT M INPW ??? )( (22) 當(dāng) Zero端輸入信號(hào)高于 0． 5V時(shí)，需分 3種情況： 1)當(dāng) Zero端輸入信號(hào)脈寬 定時(shí)最小脈寬 )(MINPWT 時(shí)，只有當(dāng) RC端充電超過(guò) Vth1的 1． 4v長(zhǎng)春。當(dāng) Clock為 0時(shí)，三極管截止，電容充電。 圖 411 振蕩電路 單穩(wěn)態(tài) 部分電路 從圖 410看 RC端、 ZERO端電路部分，有 3個(gè)比較器電路 1個(gè)比較器的門(mén)限為 ，另外 2個(gè)比較器的門(mén)限分別為 ： )( 121 VV th ????? (20) )( 15121 VV th ???? ?? (21) 外圍電阻、電容 Rc和內(nèi)部三極管構(gòu)成 1個(gè) Rc振蕩器，該振蕩器受 CLOCK信號(hào)控制．形成 1個(gè)振蕩器。 3腳專(zhuān)為外同步用，對(duì)于多個(gè) UC3867的聯(lián)用極為方便。C9放電通過(guò)外接電阻 R19至 7 腳，改變 R19值就可改變C9的放電時(shí)間，也改變了死區(qū)時(shí)間。 當(dāng)三極管截止時(shí)，電流 Imin通過(guò)電阻 Rmin向振蕩器供電，產(chǎn)生最低振蕩頻率 Fmin vcoCRF ?? m inm in （ 18） 當(dāng)三極管導(dǎo)通時(shí)，電流 Irange通過(guò)電阻 Range，電流 Imin通過(guò)電阻 Rmin，同時(shí)向振蕩器供電，產(chǎn)生最離振蕩頻率 Fmax v coange CCRF ?? )//(m inm a x （ 19） 振蕩電路 如圖 411所示。 圖 49為控制器的內(nèi)部框圖，大致可分成 4個(gè)部分：誤差放大及電壓控制振蕩器、 ONE SHOT部分電路、欠壓鎖定與軟啟動(dòng)部分電路和邏輯驅(qū)動(dòng)電路，下文將逐 一解析各部分電路的組成及功能。 (6)根據(jù)欠壓鏇定門(mén)限的不同，芯片分為 2種。 (4)故障產(chǎn)生后．具有可編程延時(shí)再次啟動(dòng)功能。 Pwr Gnd SoftRef 15 16 2 3 4 6 7 8 10 故障 邏輯 控制 電壓 控制 單穩(wěn)態(tài) 邏輯 編程 輸出 驅(qū)動(dòng) 基準(zhǔn) 5V UVLO 5V Sig Gnd Vcc B Out A Out 9 1 5 13 14 12 11 Fault NI INV E/A Out Range Rmin Cvco Zero RC 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 (2)輸出為一對(duì)可驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET的反相蹋騰柱結(jié)構(gòu)，輸出峰值電流達(dá) 1A。 控制芯片 UC3867的特點(diǎn) 目前使用零電流開(kāi)關(guān)工作方式的電源很多，其中 MC340066就是一個(gè)很不錯(cuò)的零電流控制芯片，但是最近傳來(lái) MC340066停產(chǎn)的消息 ,為了尋求一個(gè)替代品 ,筆者選用了另外一種芯片UC3867,通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用對(duì)芯片有了一定的認(rèn)識(shí)。 UC3867輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖經(jīng)變壓器 T3 隔離后加到主開(kāi)關(guān)上。零電流準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)是零電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，電路中用電流互感器實(shí)現(xiàn)。 VCO輸出脈沖的頻率升高，反之則降低。 輸出電壓經(jīng)分壓電阻反饋到 UC3867放大器反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較后控制芯片內(nèi)部的壓控振蕩器（ VCO）的輸出頻率。其主要特點(diǎn)是過(guò)零終止單穩(wěn)脈沖，具有故障軟起動(dòng)的 電路，可編程的故障后重新啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間，設(shè)定 VCO的最低／最高諧功率變換主電路 功率輸出 UC3867 電流 檢測(cè) 電壓反饋 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 振頻率，頻率范圍可達(dá) 10kHz1MHz，具有 1A 的驅(qū)動(dòng)電流，欠壓封鎖等功能。輸出電壓通過(guò)誤差放大器比較后輸出的信號(hào)控制鎖定 PWM輸出，調(diào)節(jié)取樣電壓輸入確定輸出電壓值?？刂齐娐酚?UC3867為控制芯片組 成，完成輸出值設(shè)定、并將電源的輸出值轉(zhuǎn)換為電路所需的控制信號(hào)形式，輸出各開(kāi)關(guān)管所需的 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，完成系統(tǒng)的軟啟動(dòng)控制，過(guò)流保護(hù)控制等功能，半橋逆變管為了避免上下管直通，占空比應(yīng)小于 45%（此數(shù)值與功率 MOSFET 的開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，如果功率 MOSFET的開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度較慢，開(kāi)關(guān)頻率高，占空比應(yīng)更小）。故本設(shè)計(jì)選用民用 UC3867做為控制芯片。起動(dòng)時(shí)，一定要限制脈寬，即必須要軟起動(dòng)，使脈寬在起動(dòng)最初若干個(gè)周期中慢慢上升；防止直通；電路要閉環(huán)控制，輸 入與輸出要隔離，不能將強(qiáng)電 帶入控制電路；尤其高電壓數(shù)值的獲取；輸出值設(shè)定；電路的過(guò)流保護(hù)。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電流與開(kāi)關(guān)電壓沒(méi)有 重疊 部分，從而實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)。 從 圖 47可以看出，在諧振階段中，諧掇電感與 電容發(fā)生諧振 ，使流過(guò)電感 1rL 和 2rL 。 圖 47 半波式零電流準(zhǔn)諧振變換器工作波形 由上述工作原理的分析可以得出零電流準(zhǔn) 諧振變換器輸出電壓穩(wěn)態(tài)關(guān)系式為： 0U = inU （ 1dT ／２＋ 2dT ＋ 3dT ） 1sf ／２Ｎ （ 17） 式中 0U ， inU 是 變壓器的輸出、輸入電壓 , 1dT ， 2dT ， 3dT 是 各階段的持續(xù)時(shí)間 , 1sf 是 開(kāi)關(guān)頻率 ,N是 高頻變壓器變比 。此階段的諧振電壓狀態(tài)方程為： )()()( 202 ttCItVtV rCC rr ??? (16) 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 (4)續(xù)流階段 (t3， t4) 此階段電路通過(guò)續(xù)流二級(jí)管續(xù)流 。此階段內(nèi)的狀態(tài)方程為： ???????0)( 2)(tVtNLUtirncrinL （ 14） (2)諧振階段 (t1， t2) 在 t1時(shí)刻， 2Lri 上升到負(fù)載電流 I0， S1導(dǎo)通， VD截止，電流 2Lri （ t） 一 I0對(duì) rC 充電， 2Lri和 rC 進(jìn)入諧振階段。 (a)電感充電階段 (t0， t1) (b)諧振階段 (t1， t2) (c)電容放電階段 (t3,t4) (d)續(xù)流階段 (t3， t4) 圖 46 零電流準(zhǔn)諧振變換器工作時(shí)的等效電路圖 (1)電感充電階段 (t0， t1) 在這一階段內(nèi)續(xù)流二極管導(dǎo)通，諧振電感 L。電路的工作過(guò)程可分成四個(gè)階段來(lái)分析。圖中 1rL , 2rL 為諧振電感， rC 是諧振電容。諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、多諧振變換器、零電壓開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電流開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電壓轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、零電流轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、移相控制零電壓轉(zhuǎn)換全橋直流 /直流變換器、移相控制零電流轉(zhuǎn)換全橋直流 /直流變換器及 鉗位吸收技術(shù)均可實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)電源。這種開(kāi)關(guān)方式顯著地減小了開(kāi)關(guān)過(guò)程中激起的振蕩 , 可以大幅度地提高開(kāi)關(guān)頻率 , 為開(kāi)關(guān)電源小型化、高效率 。 開(kāi)關(guān)管電壓自然過(guò)零時(shí) , 使開(kāi)管導(dǎo)通 , 從而使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷和導(dǎo)通損耗為零 , 實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源高頻化的設(shè)計(jì) , 提高了電源效率 , 溫升亦低 , 工作可靠。 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在這種要求下應(yīng)運(yùn)而生 , 使開(kāi)關(guān)電源能夠在高頻下高效率地運(yùn)行。其中通斷一次的能量損耗乘以開(kāi)關(guān)工作頻率即為開(kāi)關(guān)損耗 , 為了減小體積和重量 , 頻率越高越好。這樣 , 開(kāi)關(guān)損耗為零 , 閘刀也就不會(huì)發(fā)熱燒蝕 , 工作很安全 , 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 這就是軟開(kāi)關(guān)的最 原始概念。如果我們能在交流電壓過(guò)零時(shí)合閘 , 在接通電路瞬間電流為零 , 就不會(huì)有火花產(chǎn)生 。在 50Hz交流電中寄生電感起主要作用 , 寄生電感流過(guò)電流時(shí)便會(huì)存儲(chǔ)磁場(chǎng)能量 ,斷開(kāi)電路時(shí)電感阻礙電流的變化 , 產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓 , 通過(guò)電火花 , 電弧把磁場(chǎng)能量釋放掉。 我們都有這樣的經(jīng)驗(yàn) , 合上電閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花 ,斷開(kāi)電路時(shí)也會(huì)產(chǎn)生火花 , 通常斷開(kāi)電路所需時(shí)間比接通時(shí)要長(zhǎng) , 產(chǎn)生的火花要大 , 我們稱(chēng)之為拉閘電弧。此外 , 提高開(kāi)關(guān)頻率也有利于降低開(kāi)關(guān)電源的音頻噪聲和改善動(dòng)態(tài)效應(yīng)。提高開(kāi)關(guān)頻率 是現(xiàn)代開(kāi)關(guān)變換技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始得到發(fā)展和應(yīng)用的“硬開(kāi)關(guān)”功率變換技術(shù) ,功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷時(shí) , 開(kāi)關(guān)上的電壓和電流不等于零 , 因此 , 功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷都會(huì)有較大的功率損耗。 圖 44 輸出電路 軟開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 對(duì)于開(kāi)關(guān)電源大家并不陌生 , 電視、電腦中使用的都是開(kāi)關(guān)電源 , 只是以往在電影行業(yè)中用得較少 , 電影從業(yè)人員因而可能接觸較少。 C6與 R7組成吸收電路，以吸收輸出整理二極管通斷和所接次級(jí)線圈產(chǎn)生的浪涌電流。這里主開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)設(shè)計(jì)成匝數(shù)相等的兩個(gè)繞組，分別與輸出整流管 VD VD2組成 半 波整流電路。電路如圖 43，通過(guò)電流互感器，初級(jí)電流只是一匝，次級(jí)經(jīng)整流后再經(jīng)濾波穩(wěn)壓取樣送至 UC3867的 10腳關(guān)閉端。 電流 反饋取樣電路如 圖 43。 當(dāng)濾波電感 L的電流連續(xù)時(shí)輸出電壓的計(jì)算： TNNUiUo ton12? (12) 如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓 Uo將高于上式的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓為： 212 UiNNUo ? (13) 反饋和調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì) 反饋和調(diào)節(jié)電路是系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 S1 和 S2 斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為 Ui。 保護(hù)電路 檢測(cè) 整流 濾波 功率主回路 DC/DC 變 換 輸出整 流濾波 隔離驅(qū)動(dòng) 控制電路 反饋及零檢測(cè) 輔助電源 AC DC 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 S1導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD1處于通態(tài)， S2導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 1N 中的電流為零， VD1和 VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 半橋變換器電路 半橋變換器電路如圖 42所示 : 圖 42 半橋電路原理圖 電路的工作過(guò)程： Sl與 S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為 Ui/2的交流電壓。 圖 41 準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的系統(tǒng)框圖 由圖 41可看出準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān) 電源的組成與傳統(tǒng) PWM開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，有所不同的是準(zhǔn)諧振電源的功率環(huán)節(jié)是準(zhǔn)諧振變換器，控制電路采用頻率調(diào)制而不是脈寬調(diào)制。 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 4 準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 主電路的設(shè)計(jì) 準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)，它包括主回路、控制回路和保護(hù)環(huán)節(jié)等。 模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢(shì)，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計(jì)成 N＋ 1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。開(kāi)關(guān)電源的高頻化就必然對(duì)傳統(tǒng)的 PWM開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn) ZVS、 ZCS的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)已成為開(kāi)關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開(kāi)關(guān)電源工作效率。由于開(kāi)關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國(guó)外各大開(kāi)關(guān)電源制造商都致力于同步開(kāi)發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（ MnZn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（ Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技 術(shù)。 保護(hù)電路 開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)中必須具有過(guò)流、過(guò)熱、短路等保護(hù)功能，故在 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開(kāi)關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開(kāi)關(guān)電源。 輸出電流的選擇 因開(kāi)關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到 80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量或計(jì)算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開(kāi)關(guān)電源具有高的性能價(jià)格比，通常輸出計(jì)算公式為： Is=KIf 式中： Is— 開(kāi)關(guān)電源的額定輸出電流； If— 用電設(shè)備 的最大吸收電流； K— 裕量系數(shù)，一般取 ~； 接地 開(kāi)關(guān)電源比線性電源會(huì)產(chǎn)生更多的干擾，對(duì)共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按 ICE1000． EN61000． FCC等 EMC限制，形狀開(kāi)關(guān)電源均采取 EMC電磁兼容措施，因此開(kāi)關(guān)電源一般應(yīng)帶有 EMC 電磁兼容濾波器。 a ZVT— PWM 的電路 b ZVT— PWM 的波形圖 圖 35 ZVT— PWM 電路及波形圖 軟開(kāi)關(guān)電路 的 選用原則 開(kāi)關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（多級(jí)串聯(lián)） ，一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過(guò)，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢(shì)，Vgs1 Vgs2 Vg1 Vg2 Ig1 Ig2 (b) 長(zhǎng)春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)（ ~1） %。 此電路使開(kāi)關(guān) S S 2 實(shí)現(xiàn)