【正文】 j??得： d=。 原邊電感計(jì)算公式為： 22min * max2 * *EDLp Pin F? ， （ 37） 其中 Emin 這里取 300v， Pin=150w， Dmax=；代入公式可得， Lp=750uH； 其中，原邊電流最大值為： min*E TonIpLp? （ 38） 將 Lp，代入公式可得， Ip=2A； 根據(jù)公式： 2 * * * 10Np AeLp?? ?? （ 39） 其中， Ae 是有效磁芯面積，大小為 ^2， 將 Lp 代入得，δ =。 （ 5）磁芯氣隙寬度的計(jì)算： 在單端反激式開(kāi)關(guān)電源中，高頻 變壓器磁芯的氣隙對(duì)電源性能影響較大。 （ 2）原邊繞組匝數(shù) Np 的計(jì)算 根據(jù)公式 4U 1 * D m a x * 1 0Np=**Bm Krp f， （ 35） 代入計(jì)算可得 Np= 匝，實(shí)際取值為 50 匝； （ 3）輸出繞組匝數(shù)的計(jì)算 有公式 ? ? ? ?102* * 1 m a xm i n * m a xN U U f DN U i n D??? （ 36） 其中， Uf 是整流管的電壓，大小取 ； 代入公式可得： N2= 匝 ，這里取 10 匝。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 15 （ 1）變壓器磁芯的選擇： 開(kāi)關(guān)電源輸出功率： 24 * 5 120Pn v A W????（ 31） 磁芯材料選用錳 鋅鐵氧體，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度為： 5000Gs，相對(duì)磁導(dǎo)率： 5000~300?ru ，取最大磁通密度： TBm ? 。如圖 32 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 14 圖 32 KBPC610 整流橋 工作狀態(tài)時(shí)，交流電經(jīng)過(guò)共模電感的濾波后，輸入整流橋的 1 端和 3 端， 2 端和 4 端輸出直流，經(jīng)過(guò)濾波電容后，變?yōu)橹绷麟姟Ｕ鳂蚬灿兴膫€(gè)輸出端，交流輸出端和直流輸出端各兩個(gè)。C3~C4 跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接通大地，能有效的抑制共模干擾，范圍2200PF~，耐壓值 600v 以上。當(dāng)有共模電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁感就會(huì)相互增強(qiáng)。 （ 1）電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì)，如圖 31 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 13 圖 31 電磁干擾濾波器 以上電路是簡(jiǎn)易 EMI 濾波電路，電路中包含共模扼流圈（或 共模電感） L，濾波電容器 C1~C4， L 對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后，電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，食指不易通過(guò)。由于此次設(shè)計(jì)電路元件不完全是按照計(jì)算出的數(shù)據(jù)，電路保護(hù)模塊添加單片機(jī) AD 模塊，檢測(cè)保護(hù)電路電壓，反饋主控芯片或直接將掉電、報(bào)警等保護(hù)方式。 又根據(jù)電源設(shè)計(jì)指標(biāo)可得： 輸出功率： P=U*I=24V*5A=120W；（ 0~150w）屬于小型開(kāi)關(guān)電源類(lèi)型，這里選擇單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易控制，采用 UC3842 做主回路的主控芯片產(chǎn)生PWM 控制開(kāi)關(guān)管。因此，推挽式開(kāi)關(guān)電源在 220V 交流供電設(shè)備中很少使用 。自激式開(kāi)光電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及自激振蕩電路，脈沖寬度調(diào)制的控制系統(tǒng)，取樣系統(tǒng)等，電路參數(shù)難易確定。同時(shí)， 因?yàn)楦哳l變壓器上施加的電壓幅值只有輸入電壓的一半，與推挽式電路相比，欲輸出相同的功率，則開(kāi)關(guān)晶體管必須流過(guò) 2 倍的電流 。 Tr2 導(dǎo)通時(shí)， D2 導(dǎo)通，負(fù)載上的電流與電壓方向沒(méi)有發(fā)生改變，由此形成的方波電壓，經(jīng)過(guò) D 和 C3 構(gòu)成的濾波環(huán)節(jié)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓 Vo 。 Io 折算電流加上磁化電流，經(jīng)原邊繞組和 Tr2，然后重復(fù)以前的過(guò)程。 D4 導(dǎo)通的過(guò)程，把反激能量再生，對(duì) C2 進(jìn)行充電。但 B 點(diǎn)擺動(dòng)到負(fù)電位（ A為 0 電位）。 半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器 半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器原理圖如圖六所示： 圖 26 半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器 工作原理： 穩(wěn)態(tài)條件下， C1=C2， Tr1 導(dǎo)通， C1 上的 1/2Vs 加在原邊線圈上， Tr1 流過(guò)負(fù)載電流Io 折算至原邊電流加上磁化電流，經(jīng)過(guò)占空比所定的時(shí)間后， Tr1 關(guān)斷。 推挽式開(kāi)關(guān)變換器 推挽式開(kāi)關(guān)電源變換器電路如圖 25 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 10 圖 25 推挽式開(kāi)關(guān)電源變換器 （ 1）工作原理： 兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激 勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo)通與截止，在變壓器Ｔ次級(jí)統(tǒng)組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸? （ 2）特點(diǎn)：自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作從，也省去了控制電路。在 VT1 截止時(shí)， L2 中沒(méi)有感 應(yīng)電壓，直流供電輸人電壓又經(jīng) R1 給C1 反向充電，逐漸提高 VT1 基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達(dá)到飽和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。 自激式開(kāi)關(guān)電源變換器電路 自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源變換器如圖 24 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 9 圖 24 自激式開(kāi)關(guān)電源變換器電路 （ 1）工作原理： 當(dāng)接入電源后在 R1 給開(kāi)關(guān)管 VT1 提供啟動(dòng)電流，使 VT1 開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流Ic 在 L1 中線性增長(zhǎng)，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1 很快飽和。變壓器的另一個(gè)繞組與 VD1 串聯(lián)后接到 Ui，主要起去磁復(fù)位的作用。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 8 單端正激式開(kāi)關(guān)電源變換器電路： 單端正激式變換器電路如圖 22 所示： 圖 22 單端正激式開(kāi)關(guān)電源變換器電路 （ 1）工作原理： 當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，原邊繞組接向電源 Ui，以同名的工作關(guān)系， VD2 也導(dǎo)通，這時(shí)復(fù)變繞組 能量傳遞到輸出端，同時(shí)濾波電感Ｌ儲(chǔ)存能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感Ｌ通過(guò)續(xù)流二極管 VD3 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量，繼續(xù)對(duì)負(fù)載 RL 供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 截止時(shí)，變壓器Ｔ初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量，通過(guò)次級(jí)繞組及 VD1 整流 和電容Ｃ濾波后向負(fù)載輸出，由于開(kāi)關(guān)頻率很高，使得輸出電壓，即濾波電容兩端的電壓基本維持恒定，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 7 第二章 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案 變換器設(shè)計(jì)方案論證 單端反激式開(kāi)關(guān)電源變換器 單端反激式電源變換器如圖圖 21 所示。為了提高系統(tǒng)的可靠性，有些制造商開(kāi)發(fā)了“用戶專(zhuān)用”功率模塊 (ASPM)，它把一臺(tái)整機(jī)的所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中，這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格合理的熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化完美的境地。近年來(lái)，有些公司把開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去，構(gòu)成了“智能化”功率模 塊 (IPM)，不但縮小了整機(jī)的體積，更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。目前 PFC 技術(shù)主要分為有源 PFC 技術(shù)和無(wú)源 PFC 技術(shù)兩大類(lèi)，采用 PFC 技術(shù)可以提高 AC/DC 變化器輸入端功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，但還有待繼續(xù)研究發(fā)展。既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了電源的整體效率。 功率因數(shù)校正技術(shù) (PFC) 由于 AC/DC 變換電路的輸入端有整流元件和濾波電容，在正弦電壓輸入時(shí)，單相整流電源供電的電子設(shè)備，電網(wǎng)側(cè) (交流輸入端 )功率因數(shù)僅為 ～ 。 軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 為提高變換器的變換效率，各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用而生，具有代表性的是無(wú)源軟開(kāi) 關(guān)技術(shù)和有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，主要包括零電壓開(kāi)關(guān) /零電流開(kāi)關(guān) (ZVS/ZCS)諧振、準(zhǔn)諧振、零電壓 /零電流脈寬調(diào)制技術(shù) (ZVS/ZCSPWM)以及零電壓過(guò)渡 /零電流過(guò)渡脈寬調(diào)制(ZVT/ZCTPWM)技術(shù)等。近年來(lái)，數(shù)字電源的研究勢(shì)頭不減，成果也越來(lái)越多。 數(shù)字化技術(shù) 在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作。小功率 DC/DC 變換器的開(kāi)關(guān)頻率將上升到 MHz。而各種軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用及用MOSFET 代替整流二極管都能大大地提高模塊在低輸出電壓時(shí)的效率，即將達(dá)到 92% (5V)、 90%()、 %(2V)。 1991 年高功率密度定義為每立方英寸輸出功率為 25W，現(xiàn)在輸出功率每立方英寸可達(dá)數(shù)百瓦。頻率的提高使體積進(jìn)一步縮小，開(kāi)關(guān)電源在封裝結(jié)構(gòu)上正朝著薄型，甚至超薄型方向發(fā)展，目前薄型封裝尺寸已可達(dá)到 、 和 10 mm。 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展前景 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向是頻率更高、體積更小、 電壓更低、電流密度更大、效率更高。以往的可控硅整流相控電源系統(tǒng)，其備件需要 1 個(gè)同樣大小的硅整流模塊，而改用高頻開(kāi)關(guān)后，只需備 1～ 2 個(gè)高頻開(kāi)關(guān)單元就可以了，減少了備件儲(chǔ)備成本。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)和 N+1 備份方式，可根據(jù)實(shí)際 負(fù)載容量的大小，選擇合適的整流模塊數(shù)量。它的性能優(yōu)劣直接關(guān)系到變電所的正常安全供電，進(jìn)而關(guān)系到生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。 在上個(gè)世紀(jì) 90 年代之前，電力操作電源幾乎全部選用相控電源，即采用可控硅整流充電設(shè)備，由于可控硅整流在紋波、效率、體積等方面不盡人意，監(jiān)控系統(tǒng)也不夠完河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 5 善，尤其現(xiàn)在變電所逐步采用微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控，對(duì)直流系統(tǒng)的性能和可靠性要求更高，因此 90 年代之后更新?lián)Q代為開(kāi)關(guān)電源。 國(guó)內(nèi)對(duì)靜電除塵高壓直流電源進(jìn)行了研制，市電經(jīng)整流變?yōu)橹绷鳎捎萌珮蛄汶娏鏖_(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓。進(jìn)入 80 年代，高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。電壓高達(dá) 50～ l59kV，電流達(dá)到 以上，功率可達(dá) 100kW。國(guó)外逆變焊機(jī)已可做到額定焊接電流 300A，負(fù) 載持續(xù)率 60%，全載電壓 60～ 75V，電流調(diào)節(jié)范圍 5～ 300A，重量 29kg。 由于焊機(jī)電源的工作條件惡劣，頻繁地處于短路、燃弧、開(kāi)路交替變化之中，因此高頻逆變式整流焊機(jī)電源的工作可靠性成為最關(guān)鍵的問(wèn)題，也是用戶最關(guān)心的問(wèn)題。 逆變焊機(jī)電源大都采用交流 直流 交流 直流 (AC DCACDC)變換的方法。 高頻逆變式整流焊機(jī)電源是一種高性能、高效、省材的新型焊機(jī)電源，代表了當(dāng)今焊機(jī)電源的發(fā)展方向。一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上，對(duì)二次電源的要求是高功率密度。近幾年，一次電源的功率容量不斷擴(kuò)大，單機(jī)容量已從 48V/ 擴(kuò)大到 48V/200A、 48V/400A。一次電源是把單相或三相交流電網(wǎng)變換成標(biāo)稱(chēng)值為 48V 的直流電源。高頻小型化的開(kāi)關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。而小功率開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于家電、 IT 等領(lǐng)域，如計(jì)算機(jī)、彩色電視機(jī)、程控交換機(jī)、攝像機(jī)、機(jī)頂盒、 VCD、電子游戲機(jī)等電子設(shè)備上。用高頻變壓器取代工頻變壓器可大大減小體積，降低重量； 同時(shí)輸出電壓紋波降低到%以內(nèi)，穩(wěn)定度可達(dá) %～ 1%，抗干擾能力強(qiáng)而且智能化程度高，因?yàn)檫@些優(yōu)良的特性，高功率開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于工業(yè)和軍事上。 輔助電源 實(shí)現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動(dòng)，為保護(hù)電路和 控制電路（ PWM 等芯片）工作供電。 控制電路 一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書(shū) 3 輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。 逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。 輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙 本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。 開(kāi)關(guān)電源的原理和組成特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源的原理 （ 1） 一般的開(kāi)關(guān)電源電路包括整流濾波電路、高頻變換電路、控制電路（ pwm/pfm）、保護(hù)電路等模塊。 開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛 的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開(kāi)關(guān)電源。 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入 80 年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電 源換代，進(jìn)入 90 年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。 Singleended flyback。 Uc3842. High frequency。由于開(kāi)關(guān)電源的可靠性和安全性是設(shè)計(jì)的基本原則，文章涉及了電路保護(hù)模塊的設(shè)計(jì)和分析。