【正文】 對，互補導通，即一對導通時另一對截止。 橋式變換電路 全橋變換器電路原理如圖 23 所示。 雙變壓器飽和型變換器中，則將上述兩種功能分別采用驅動變壓器和輸出變壓器來完成。為了使開關動作持續(xù)地、兩管交替地進行，脈沖變壓器工作在磁飽和狀態(tài)。所以此類變換器常采用雙變壓器的電洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 路形式。因此在飽和型變換器的設計中，都盡量選擇開關管的工作狀態(tài)在脈沖變壓器的磁化曲線開始進入飽和狀態(tài)之初，首先讓開關管進入飽和區(qū)，使開關電路翻轉，以減小開關管在變壓器磁通飽和以后的大電流增長，降低開關管損耗。 飽和型變換器是利用輸出脈沖變壓器的磁飽和現(xiàn)象使開關管由導通變?yōu)榻刂?，使推挽式電路的兩只開關管輪流通、斷。此類變換器一般采用在輸出端設置耗能式穩(wěn)壓的方式。 以上兩個問題不僅使自激推挽式電路效率降低，同時也不適 宜作高壓輸入的變換器。兩管均為 NPN 管的結果是，其導通時驅動脈沖均為正向脈沖，如自激式變換器相同的雙向脈沖。由圖 52 看出，當 VT 1 導通時，VT 2 為截止狀態(tài)，其集電極電壓為 N2 的感應脈沖 和電源電壓之和，即2UCC。 所有用于高壓開關電路的開關管絕對都只采用 NPN 型，這點是由半導體器件工藝所決定的。正因為如此，這種變換器的工作頻率一般只在 2020 Hz 左右，以減小兩管交替導通過程中造成的共態(tài)導通損耗。由于雙極型開關管有少數(shù)載流子的存儲效應， IB 的減小，甚至 IB = 0 時，其 IC 不會立即截止，而正反饋脈沖的反相卻可以使另一只開關管立即導通，因此，在 VT VT2 交替洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 16 過程中必然出現(xiàn)兩管同時瞬間 導通。在圖 52 中，當 VT1 導通期間， N3 的感應脈沖是以正脈沖形式加到 VT 1 的基極，此時 VT 2 處于截止狀態(tài)， N4 的感應脈沖以負脈沖形式加到 VT2 基極。 自激推挽式變換器也有 不足 。一般飽和型變換器只用在低壓變換器中，即使如此也必須嚴格設計脈沖變壓器飽和點的激磁電流，不能大于開關管最大允許電流。因為當磁通量開始飽和時，脈沖變壓器等效電感也開始減小，磁通量完全飽和時等效電感為零，開關管集電極電流劇增。因此推挽變換器次級可以通過全波或橋式整流向負載供電。此過程中，正反饋繞組感應電壓反向，使 VT2 導通，且 IC2 迅速增大， VT 1 截止。IC1 的增大使 N1 激磁電流增大 ，磁場強度 (H)的增加，使磁感應強度 (B)磁化曲線增大，當?shù)竭_磁心飽和點時，即使磁化電流再增大，也無法再使磁感應強度增大，即磁通量的變化為零。啟動狀態(tài)， IC1IC2 的結果，使脈沖變壓器中形成的磁通 φN1φN2，合成總磁通量為 φN1φN2，使VT 1 的導通電流起主導作用。電路通電以后，電流經電阻 R1 到正反饋繞組 N3～ N4 的中點，同時向 VT VT 2 基極提供啟動偏置。因為低壓供電， N N2 匝數(shù)少，且兩繞組間電壓差也小，一般采用雙線并繞的方式來保證其對稱性 圖 22 為飽和型推挽式 自激變換器的基本電路。否則磁感應強度 +B 和 B 的差值形成剩余磁通量，使一個開關管磁化電流增大，同時次級 V V2 加到負載上的輸出電壓也不相等，從而增大紋波，推挽電路的優(yōu)勢盡失。當開關管截止時，電源電壓和脈沖變壓器初級二分之一的感應電壓相串聯(lián)，加到開關管集電極和發(fā)射極，因而要求開關管 VECO＞ 2VCC。 當濾波電感 L 電流連續(xù)時，輸出電壓表達式為： TtNNUU oni 2120 ? （ 21） 式中： N N2 分別為變壓器 N1 繞組和 N2 繞組的匝數(shù)； ton 為導通時間； T為 VT 的關斷時間。若使用 2只同規(guī)格開關管組成推挽電路，輸出功率可以達到 400～ 500W。 推挽式開關電路中，能量轉換由兩管交替控制，當輸出相同功率時，電流僅是單端開關電源管的一半，因此開關損耗隨之減小，效率提高。在四個象限內 ， 磁 芯 的磁化曲線都被利用，在輸出功率 一定時，磁 芯 的有效截面積可以小于同功率的單端開關電路。如果使 S S2 交替導通，通過變壓器將能量傳到次級電路，使 V V2 輪流導通，向負載提供能量。 自激型推挽電路 如圖 21 所示為推挽式開關電路的示意圖。 基本變換電 路 推挽式、半橋式、橋式等變換電路由于其特殊結構，可以輸出大功率，是目前開關電源的基礎電路形式。若需要大功率電源，必須采用新的電路結構。每一類電路都可能有多種不同的拓撲形式或控制方法。常見的電源變換電路可以分為單端和雙端電路兩大類。在實用中晶閘管一般沒有關斷過電壓只承受換相過電壓，關斷時也沒有較大的 du/dt，一般采用 RC 吸收電路即可解決。 將開通緩沖電路和關斷緩沖電路結合在一起就可形成復合緩沖電路，如圖 110 所示。 （ 1） 開通緩沖電路，也稱 di /dt 抑制電路，其作用是 抑制 di /dt、 抑制器件開通時的電流過沖，減小器件的開通損耗。 (5) 與 MOSFET 和 GTR 相比，耐壓和通流能力進一步提高，同時保持開關頻率高的特點。 (3) 通態(tài)壓降比 MOSFET 低，特別是在電流較大的區(qū)域。 (a)內部結構斷面示意圖 (b)電氣圖形符號 圖 19 IGBT 的結構和電氣圖形符號 IGBT 有如下特性 (1) 開關速度高，開關損耗小。 IGBT 的驅動原理與電力 MOSFET 基本相同，是場控器件，通斷由柵、射極電壓 UGE 決定。同類型的高壓板橋驅動 IC 有很完善的保護機制，可以很好地應用于半橋、全橋、三相全橋等拓撲結構。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 10 （ a）內部結構斷面示意圖 (b)電氣圖形符號圖 圖 18 電力 MOSFET 的結構和電氣圖形符號 因為電力 MOSFET 開關頻率可達到 100 kHz，采用專用驅動芯片最為理想。但在開關過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅動功率。 MOSFET 開關 時間在 10～ 100ns 之間，工作頻率可達 100kHz 以上，是電力電子器件中最高的。 電力 MOSFET 的種類按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道，圖 18(a)所示為 N 溝道電力 MOSFET 的結構，圖 (b)為電力 MOSFET 的電氣圖形符號。 電力場效應管 電力場效應晶體管簡稱電力 MOSFET，其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅動電路簡單，需要的驅動功率小，開關速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好。其開關損耗和正向導通損耗都比快速二極管還要小，故效率較高。肖特基二極管的反向恢復時間 很短 (10～ 40 ns)，正向恢復過程中也不會有明顯的電壓過沖。該類二極管的反向恢復時間短 (可低于 50 ns)，正向壓降也很低 ( V 左右 )，但其反向耐壓多在 400 V 以下。其中整流二極管一般用于開關頻率不高 (1 kHz 以下 )的整流電路，其反向恢復時間較長，一般在 5 s 以上，正向電流額定值和反向電壓額定值很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上。如圖 17 所示， URP 為最大反向電壓， IRP 為最大反向電流， trr 為反向恢復時間 (trr 越小越好 )。 圖 16 開通過程 （ 3） 關斷過程：電力二極管經過一段短暫的時間才能重新獲得反向阻斷能力，進入截止狀態(tài)。其中， uF 表示二極管壓降， iF 表示二極管正向電流， tfr 為正向恢復時間。當電力二極管承受反向電壓時，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。主要有以下三種特性： （ 1） 靜態(tài)特性：電力二極管的靜態(tài)特性指其伏安特性，當電力二極管承受的正向電壓達到一定值，即門檻電壓 UTO 時，正向電流才開始明顯增洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 8 加，處于穩(wěn)定導通狀態(tài)。 （ 4） 電源電路有良好的的過壓、過流、輸出短路及復位功能 （ 5）可實現(xiàn)遙控待機功能，設計有負電源電路（待機電源）。 （ 3） 輸出端與輸入端隔離。 （ 2） 電源輸入能適應 110V 或 220V 交流供電的需求。行輸出級產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，圖像和伴音通道供電 。 將行輸出變壓器中產生的行掃描脈沖進行整流與濾波，就可以得到各種所需的直流電壓。遙控待機功能是通過對主開關電源的控制實現(xiàn)的，主開關電源一旦停止工作，則相應的功率放大級也將停止工作，于是主負載失去了直流洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 7 供電。它將輸入 220V 交流輸入直接整流、濾波為 300V 左右的直流電壓，再經過開關穩(wěn)壓調整環(huán)節(jié)中的開關調整管、開關變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵脈沖產生電路對 300V 左右的直流電壓進行 DCDC 開關變換，產生各種所需的穩(wěn)定直流電壓輸出。同時由于變壓器耦合，可以使用多組次級線圈，在次級得到多組直流輸出電壓。同樣經過取樣電路 將取樣電壓與基準電壓 UE 進行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開關晶體管 VT， 通過控制功率開關晶體管 VT 的導通、截止達到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。 變壓器耦合并聯(lián)開關電源工作框圖如圖 15 所示。 并聯(lián)式結構 并聯(lián)開關電源工作原理方框圖如圖 14 所示。U0 和功率開關晶體管 VT 的脈沖占空比 D 有關，見式 (1－ 2)。正常工作 時，功率開關晶體管 VT 在開關驅動控制脈沖的作用下周期性地在導通、截止之間交替轉換，使輸入與輸出之間周期性的閉合與斷開。 (6)元件數(shù)值小： 由于開關電源的工作頻率高，一般在 20kHz 以上，所以濾波元件的數(shù)值可以大大減 小。合理設計電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關電源的高效率。 (4)穩(wěn)壓范圍寬：開關電源的交流輸入電壓在 90~270V 范圍變化時，輸出電壓的變化在 177。2%以下。 (3)可靠安全：在開關電源中，由于可以方便的設置各種形式的保護電路，所以當電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保護功能可靠。 開關電源的特點 (1)效率高：開關電源的功率開關調整管工作在開關狀態(tài)，所以調整管的功耗小，效率高，一般在 80%~90%，高的可達 90%以上。既改變 TON，又改變 T，實現(xiàn)脈沖占空比的調節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調頻調寬方式。若保持 TON 不變，利用改變開關頻率 f=1/T 實現(xiàn)脈沖占空比調節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓 U0 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調制 (PFM)方式開關電源。 T 不變，只改變 TON 來實現(xiàn)占空比調節(jié)的方式叫做脈沖寬度調制 (PWM)。 (a)原理電路圖 (b)波形圖 圖 12 開關電源的工作原理 為方便分析開關電路，定義脈沖占空比如下： TTD ON? (11) 式中 T 表示開關 S 的開關重復周期； TON 表示開關 S 在一個開關周期中的導通時間。使開關 S 按要求改變導通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓 Ui 變成矩形脈沖電壓。所以瞬態(tài)響應特 的改善方法 可以通過降低輸出濾波器 LC、 提高開關頻率 等 方洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 3 法 。 由于反饋放大器的頻率特性得到改善， 即便 提高開關頻率，開關電源的瞬態(tài)響應指標也能得到改善。 除此之外，開關電源還有輔助電路，包括啟動電路、過流過壓保護、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。 （ 3） 信號源： 產生控制信號，由它激或自激電路產生，可以是 PWM信號，也可以是 PFM 信號或其 它信號。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。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 2 第 1 章 開關電源的基礎知識 開關電源的概述 開關電源的組成 開關電源由以下四個基本環(huán)節(jié)組成，見圖 11 所示。 近年來，在高壓大功率的應用場合，開關電源作為一種高效好型、高性能的電源己廣泛用于家用電器、電子計算機、變頻器等電子設備中。它以高效率 、輕量、小型、安全可靠等 特點被廣泛應用于以電子 控制系統(tǒng) 為主導的各種通信設備 、終端設備等幾乎所有的電子設備，是當今 時代 電子信息產業(yè) 快 速發(fā)展不可或缺 的一種電源形式。 伴 隨著 電力 電子技術的 快 速發(fā)展， 電力 電子系統(tǒng)的應用領域 也 越來越廣泛，電子設備的種類也越來越多 ，而且 任何電子設備都離不開可靠的電源 ， 它們對電源的要求也越來越高 。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關技術，做出最好的電源產品，以滿足各行各業(yè)的要求。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 1 前 言 電源