【正文】 效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)， 30kHz時(shí)的穿透深度為 ，因此，選用的導(dǎo)線線徑不得大于 。 cS 為磁芯截面積 : cS = ?????? 2022 dDhdD 600 2mm =6cm2 所以，計(jì)算所得高頻變壓器 副 邊繞組匝數(shù)為 : ??? ??? 9 0 062 1 0 0116 4 01N 1N 取整數(shù)為 65T。 根據(jù)設(shè)計(jì)高頻變壓器的總結(jié)公式 : cSN1 = BtVON21 ? 100 （ 34） 式中， ONtV1 應(yīng)取最大值。選取工作磁通密度 B=900GS. (2) 計(jì)算磁芯規(guī)格并計(jì)算 副邊 繞組匝數(shù) 根據(jù)電源所用高頻變壓器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，磁芯采用環(huán)形磁芯。 考慮到開關(guān)管的參數(shù)、控制電路及主電路的特性等因素，選取開關(guān)橋的工作頻率為 30kHz。 圖 移相式全橋變換電路 單相逆變橋采用 IGBT，以滿足高壓、高功率的要求。電感量的確定較難精確計(jì)算，可通過實(shí)驗(yàn)確定。 電感中最大電流為交流輸入電壓下限時(shí)通過直流輸入電路的平均電流aveI =。 輸入電容器 mC 決定于輸出保持時(shí)間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波 電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此，我們按一般開關(guān)電源的效率取值，取效率為 80%。 最大輸入電壓： = inU （ 1+20%） =380=456V 整流二極管的峰值電壓為： 2 = 2 456=640V 取 50%的裕量： 640(1+50%)=960V 根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓等級，我們選擇整流橋的耐壓為 1200V。主要包括兩部分組成 :整流橋和輸入濾波電路。如圖 即為輸入整流濾波電路。濾波電容采用四個(gè)電解電容，兩個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)使用，滿足三相整流后的高壓要求。 EMI 濾波器的作用是濾除功率管開關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小電源內(nèi)部對電網(wǎng)的干擾，同時(shí)又能減小其他用電設(shè)備通過電網(wǎng)傳向電源的干擾。 圖 直流開關(guān)電源的主電路框圖 本電源采用 ZVZCS PWM 拓?fù)洌吋芋槲欢O管，三相交流輸入整流后，加 LC 濾波，以提高輸入功率因數(shù)，主功率管選用 IGBT，控制電路采用 UC3825移相控制專用集成芯片，電流電壓雙閉環(huán)控制。 主電路組成框圖 根據(jù)需要設(shè)計(jì)大功率開關(guān)電源的技術(shù)要求，本文進(jìn)行了方案的驗(yàn)證與比較，設(shè)計(jì)如圖 所示的軟開關(guān)直流開關(guān)電源的主電路框圖。 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求 本文設(shè)計(jì)的大功率直流開關(guān)電源主 要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻開關(guān)電源，確定技術(shù)指標(biāo)如下 : 1. 輸入電壓 : 380V? 20% 2. 電網(wǎng)頻率 : 50Hz? 10% 3. 功率因數(shù) : 4. 輸入過壓告警 : 437V? 5V 5. 輸入欠壓告警 : 320V? 5V 6. 輸出標(biāo)稱電壓 : 220VDC 7. 輸出電壓范圍 : 176286VDC 8. 輸出紋波電壓 : OV? 10mV 9. 輸出額定電流 : 50A 10. 輸出過壓保護(hù) : 325V? 5V 11. 輸出欠壓保護(hù) : 195V? 5V 12. 便于生產(chǎn)和維護(hù) 在本設(shè)計(jì)的研究過程中，主要對開關(guān)直流電源的工作原理、電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式進(jìn)行了深入研究，并結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)主電路的拓?fù)?，設(shè)計(jì)出主電路，即分別設(shè)計(jì)出濾波、整流、 DCDC變換器 、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制等部分。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源最重要的兩部分就是主電路和控制電路。輸出濾波電路一般可采用一級濾波也可采用兩級濾波。因?yàn)楸疚膶?shí)驗(yàn)要求輸出電壓為 220V。因此，本 設(shè)計(jì) 采用三相橋式整流 濾波電路作為輸入級電路 。 輸入整流濾波回路 本課題研究的電源額定工作狀態(tài)的技術(shù)要求為 :輸出電壓 220V，輸出電流50A，輸出功率為 10kW，屬于大功率電源。 整流濾波電路的選擇 整流濾波回路是開關(guān)電源的重要組成部分，它可以提高電壓、電流的穩(wěn)定度，減小干擾。輔助電源也可以通過高頻變壓器獲得輸出后反饋提供，輔助電源本身作為開關(guān)電源的一組負(fù)載。 輔助電源電路的功能是為控制電路供電。當(dāng)前開關(guān)電源電路的主要保護(hù) 功能有 :過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、溫度保護(hù)。軟啟動(dòng)電路在電源合閘和重新啟動(dòng)時(shí)提供一個(gè)逐漸上升的電壓信號給脈沖產(chǎn)生電路，從而使控制電路的輸出脈沖有一個(gè)逐漸建立的過程。若為了避免由此引起的誤動(dòng)作而 將保護(hù)電路搞得非常遲鈍，這將會(huì)增加過流保護(hù)的不安全性。驅(qū)動(dòng)電路是將控制電路輸出 PWM 脈沖信號經(jīng)過電隔離后進(jìn)行功率放大和電壓調(diào)整再去驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管，由于所提供的脈沖幅度以及波形關(guān)系到開關(guān)管的開關(guān)過程，直接影響到損耗，所以，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的最佳開通與關(guān)斷。最后，反饋控制電路將該控制電壓送給脈沖產(chǎn)生電路，進(jìn)而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)電壓反饋控制電路、保護(hù)電路以及軟啟動(dòng)電路等提供的控制信號產(chǎn)生出所需的脈沖信號，然后該脈沖信號經(jīng)過觸發(fā)電路的放大后去驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，使開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。 根據(jù)電路功能的分工可將控制電路分為幾大部分 :脈沖產(chǎn)生電路、觸發(fā)電路、 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 電壓反饋控制電路、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、輔助電源電路等，具體控制電路如圖 所示。 DCDC 變換器需要控制電路提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖，才能有效的工作。 本文根據(jù)實(shí)際技術(shù)要求開發(fā)的開關(guān)電源的主電路， 應(yīng)該采用移相式全橋變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 近年來，移相控制全橋變換器由于具有恒頻軟開關(guān)運(yùn)行、 移相控制實(shí)現(xiàn)方便、電流和電壓應(yīng)力小、巧妙利用寄生元件等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，倍受各方的廣泛關(guān)注 .移相控制方式作為全橋變換器特有的 種控制方式，它是指保持每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間不變，同一橋臂兩只管子相位相差 180 度。一般控制電路應(yīng)具有以下功能 :控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路。最后，由輸出整流濾波回路將高頻 方波電壓濾波成為所需要的直流電壓或電流，主回路進(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。輸入整流濾波回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過輸入濾波電容使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。 電源主電路通過輸入整流濾波、 DCDC變換、輸市出整流濾波將電轉(zhuǎn)為所需要的直流電壓。 圖 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖 從圖中可以看出，這幾 部分是相輔相成的統(tǒng)一整體。而控制電路則根據(jù)實(shí)際的需要產(chǎn)生主電路所需的控制脈沖和提供各種保護(hù)功能。 按照各部分的功能劃分，從大的方面講，開關(guān)電源可分成：電源主電路和電源控制電路兩部分。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 2章 系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方案 確定 本章從整體上對開關(guān)電源的各種功能模塊進(jìn)行了介紹，主要闡述了各模塊的結(jié)構(gòu)、功能以及相互之間的關(guān)系，其中重點(diǎn)介紹了主變換器和控制電路，對當(dāng)前開關(guān)電源常用的變換器的結(jié)構(gòu)、優(yōu)缺點(diǎn)、適用范圍等進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合本文的實(shí)際情況，選擇 了合適的變換器結(jié)構(gòu)；在控制電路部分，介紹了開關(guān)電源控制電路各控制單元的功能以及實(shí)現(xiàn)方法。穩(wěn)壓精度優(yōu)于 %,模塊化組合的高頻開關(guān)電源，電信行業(yè)成套電源技術(shù)提高到了一個(gè)嶄新的水平。 由于通信事業(yè)發(fā)展的需要，八十年代后期，郵電部加強(qiáng)了 開關(guān) 電源技術(shù)發(fā)展的各項(xiàng)工作，制訂了 “通信基礎(chǔ)電源系統(tǒng)設(shè)備系列暫行規(guī)定 ”， “通信局 (站 )電源系統(tǒng)總技術(shù)要求 ”和電源設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等文件，多次派代表參加國際電信能源會(huì)議，并在八十年代后期才第一批引進(jìn)了澳大利亞生產(chǎn)的 48V/50A(開關(guān)頻率為 40kHz)和 48V/100A(開關(guān)頻率為 20kHz)的高頻開關(guān)電源，在吸收 國外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，投入較大的力量，開始研制自己的開關(guān)電源。直到上世紀(jì) 90 年代初，我國大多數(shù)通信設(shè)備所用的一次 電源仍然是可控硅整流器。一直到80 年代才開始生產(chǎn) 20kHz DC/DC 變換器，但由于受元器件性能的影響，質(zhì)量很不穩(wěn)定，無法作為通信設(shè)備的一次電源使用。 但后來，我國的 開關(guān) 電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。 國內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展及現(xiàn)狀 建國初期，我國郵電部門的科研技術(shù)人員開發(fā)了以國產(chǎn)大功率電動(dòng)發(fā)電機(jī)組為主的成套設(shè)備作為開關(guān)電源用于通信。在高頻化方面，為提高開關(guān)頻率并克服一般的 PWM和準(zhǔn)諧振、多諧振變換器的缺點(diǎn)，又開發(fā)了相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)諧振變換器，這種電路克服了 PWM 方式硬開關(guān)造成的較大的開關(guān)損耗的缺點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了恒頻工作，克服了準(zhǔn)諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點(diǎn)。主要元器件技術(shù)性能的提高，為高頻開關(guān)電源向大功率、高效率、高可靠性方向發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。到 80 年代中后期，絕緣柵雙極性晶體管 (IGBT)已研制出來并投入了市場，各種通信設(shè)備所需的一次電源大多采取 PWM 集成控制芯片、雙極型晶體管、場效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管。 1976 年美國硅通用公司第一 個(gè)做出了型號為 SG1524的脈寬調(diào)制 (PWM, Pulse Width Modulation)控制芯片，極大地提高了開關(guān)電源的可靠性，并進(jìn)一步減小了體積。經(jīng)過幾年的努力，從開關(guān)電源的電路拓?fù)湫褪降较嗯涮椎脑骷妊芯慷既〉昧讼喈?dāng)大的進(jìn)展。 隨著大 功率硅晶體管的耐壓提高和二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件性能的改善， 1969 年終于做成了 25kHz的開關(guān)電源。Jen Sen)又發(fā)明了自激式推挽雙變壓器變換器電路。 1955 年美國羅耶 (GH 雖然可控硅整流器工作穩(wěn)定，能滿足通信設(shè)備的要求，但它是相控電源，工作于工頻，有龐大笨重的電源變壓器、電感線圈、濾波電容，噪聲大，效率低，功率因數(shù)低，穩(wěn)壓精度也較低。 開關(guān)電源的發(fā)展及國外現(xiàn)狀 自 1957 年第一只可控硅 (SCR)問世后，可控硅取代了笨重而且效率低下的硒或氧化亞銅整流器件，可控硅整流器就作為通信設(shè)備的一次電源使用。因此直流開關(guān)電源的分類是依賴 DC/DC 轉(zhuǎn)換器分類的。這里主要介紹的只是直流開關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的電源（粗電），如市電電源或蓄電池電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓（精電）。 開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、 LED 照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱、空氣凈化器，電子冰箱，液晶顯示器， LED 燈具，通訊設(shè)備，視 聽產(chǎn)品，安防監(jiān)控，LED 燈袋，電腦機(jī)箱，數(shù)碼產(chǎn)品和儀器類等領(lǐng)域。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源。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、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛 地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(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，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性，具有廣闊的應(yīng)用前景。并 根據(jù)任務(wù)要求 完成 了 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)反饋電路的、保護(hù)電路、輔助電源以及均流電路 的設(shè)計(jì) 。 本設(shè)計(jì)的題目為 10kW 直流開關(guān)電源的設(shè)計(jì) ， 直流開關(guān)電源的工作原理 ： 電網(wǎng)輸送來的交流電 經(jīng) 整流濾波電路變?yōu)橹绷?，?jīng)過高頻逆變電路變?yōu)楦哳l交流，通過 高頻變壓器將高頻交流電變 壓，然后高頻交流電經(jīng)單相橋式整流濾波電路變?yōu)橹绷鳌?本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 開關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點(diǎn)。目前世界各國都有廣泛的應(yīng)用，特別是對大容量高頻開關(guān)電源的研究和開發(fā)已成為當(dāng)今電力電子學(xué)的主要研究領(lǐng)域，并派生了很多新的研究方向。 根據(jù)直流開關(guān)電源的工作原理確定設(shè)計(jì)方案，選擇三相橋式不控整流濾波電路作為主電路的輸入級電路，通過分析比較各種變化 器的優(yōu)缺點(diǎn)，選用移相式全橋變換器，設(shè)計(jì)了高頻變壓器， 選擇單相橋式整流電路作為主電路的輸出級電路 ， 在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于 UC3825 控制芯片的 PWM 控制電路。 本 次設(shè)計(jì) 的 10kW 直流開關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 ：變換 器 ；開關(guān)電源；高頻變壓器； PWM 控制 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Switching power supply with high efficiency, small size, light weight and other significant characteristics. At present, all the countries in the world have a wide range of applications, especially in the research and development of large capacity and high frequency switching power supply has bee a main resea