【正文】 器的設(shè)計步驟橋式變壓器的設(shè)計相對比較容易，兩個半周期都用同一個原邊繞組，磁芯和繞組使用率都比較高。(3)能使輸入輸出之間完全隔離。理想的變壓隔離器有如下的特征:(1)從輸入到輸出能夠通過所有的信號的頻率，即從理想的直流到不理想的直流都能變換。這些局限只能通過變壓隔離器來克服。圖316中，氣、表示驅(qū)動波形，其占空比小于50%，VO1表示未加快恢復(fù)電路的輸出波形，VO2表示加了快恢復(fù)電路的輸出波形，tdl表示VO1對應(yīng)的截止延遲時間，td2表示VO2對應(yīng)的截止延遲時間，由圖可以看出，td1明顯地大于td2，實驗證明，MOSFET管的截止時間較長，驅(qū)動電路需要加合適的快恢復(fù)電路，以防止兩路同時導(dǎo)通造成電路短路的情況的發(fā)生。我們通過查閱資料和實驗，發(fā)現(xiàn)在電阻R，的兩端加上如圖315中的由二極管D和三極管T組成的電路，對于縮短MOSFET的截止時間很有效，從波形圖上看，下降沿沿明顯地陡峭了。圖中的隔離變壓器要求頻率響應(yīng)要好，能量的傳輸效率要高，磁芯一般采用鐵氧體，使得變壓器不容易出現(xiàn)磁飽和。功率MOSFET的驅(qū)動我們采用UC3825的輸出直接驅(qū)動，在橋路的高電壓端采用變壓器隔離驅(qū)動。或者在靠近柵極處串聯(lián)一個小電阻以便抑制寄生振蕩。二、MOSFET的驅(qū)動:由上所知，功率MOSFET工作頻率可以達到很高，但是，當(dāng)功率MOSFET工作在高頻時，就會出現(xiàn)振蕩。漏極電流為負的溫度系數(shù)有良好的熱穩(wěn)定性。安全工作區(qū)大。以上，因而它的輸入阻抗極高，是一種理想的電壓控制器件。高輸入阻抗和低驅(qū)動電流。一般低壓器件開關(guān)時間為10ns數(shù)量級，高壓器件為100ns數(shù)量級。:功率MOSFET比功率晶體管有如下的優(yōu)點:開關(guān)速度非?？?。曲線的斜率表示管子的放大能力。我們選用的MOSFET, 例如SSHllN90是屬于N溝道增強型，它存著一個閥值電壓VDS(th)，在閥值電壓以下，漏電流值很小，MOSFET屬于截狀態(tài)。定義為： 輸入電容：Ciss=CGS+CGD 輸出電容：Coss=CDS+CGD 反饋電容：Crss=CGD圖313MOSFET的極間電容示意圖:輸出特性以柵源電壓VGS為參變量，漏極電流ID與漏源電壓VDS的關(guān)系稱為輸出特性。ton隨ID增加而增加，toff卻隨ID增加而減小。關(guān)斷時間toff定義為:從輸入信號波形下降至幅值的90%到輸出信號上升至幅值的10%所需時間:開關(guān)時間幾乎與溫度變化無關(guān)，但與柵極驅(qū)動電源以及漏極所接的負載性質(zhì)、大小有關(guān)。一般來說，影響開關(guān)速度的主要因數(shù)是器件的輸入電阻Rm、輸入電容Ciss、輸出電阻Ron、輸出電容Cout。導(dǎo)通時間ton。這個信號的頻率就是最高工作頻率。最高工作頻率fm，在漏源電壓VDS的作用下，電子從源區(qū)通過溝道到漏區(qū)是需要一定時間的。現(xiàn)在的工藝水平可以達到1?以下。導(dǎo)通電阻RON，導(dǎo)通電阻是指在確定的柵源電壓VGS下，功率MOSFET處于恒流區(qū)的直流電阻，它與輸出特性密切相關(guān)，在開關(guān)電源中， RON決定了輸出電壓和自身的損耗。當(dāng)柵源電壓大于閥值電壓VGs(th)時，功率MOSFET開始導(dǎo)通。最大漏極電流IDmax，在特性曲線飽和區(qū)中，漏極電流達到的飽和值。控制電路和主電路要通過變壓器隔離。根據(jù)設(shè)計要求，4只MOSFET功率管選用功率管SSH11N90，可替換元件為IRFPE50、IRFPE52SK682SK1032。這樣，直流電壓K經(jīng)過變換器變換以后，得到的為一高頻變化的交流電壓，完成了從DC到AC的變換。當(dāng)Sl信號來時，Pl和P4導(dǎo)通，電流經(jīng)過Pl進入變壓器原邊，再經(jīng)P4形成回路。驅(qū)動信號SS2是由PWM信號控制器UC3825產(chǎn)生的，(關(guān)于UC3825的情況，我們在后面的章節(jié)將詳細地介紹。二、變換器工作原理在圖3l1中，PI、P4和PP3分別構(gòu)成全橋的兩臂，我們設(shè)定PI、P4由驅(qū)動信號S1驅(qū)動，其中，Pl是驅(qū)動信號Sl通過變壓器隔離后驅(qū)動的。圖中每個MOSFET旁均并聯(lián)有組容吸收回路(R、C)作為緩沖器，在MOSFET瞬間斷開時，緩沖器元件R、C將通過提供交流通道減少功率管斷開時的集電極電壓應(yīng)力。但是，這種缺點我們將采取一定的措施進行避免。另外，能量恢復(fù)(再生)方式，由于四個二極管，因此，損耗略有增加。在導(dǎo)通回路上，至少有兩個管壓降，因此功率損耗也比雙晶體管推挽式變換器大一倍。這樣，無需設(shè)置能量恢復(fù)繞組，反激能量便得到恢復(fù)利用。功率開關(guān)在非常安全的情況下運作。這種線路的優(yōu)點:主變壓器只需要一個原邊繞組，通過正、反向的電壓得到正、反向磁通，副邊繞組采用全橋全波整流輸出。從總體上說，開關(guān)電源的控制電路還包括過壓、過流保護、均流控制等。門電路:門電路輸入分別受分頻器和脈寬調(diào)制器的輸入控制。脈寬調(diào)制器:輸入為誤差放大器輸出。振蕩器:由恒流充電快速放電電路以及電壓比較器組成，振蕩頻率由外接RC元件所決定，頻率f=1/RC。圖231是脈寬調(diào)制器的基本原理圖?；旌险{(diào)制方式，即前二者兼而有之的方式，既控制脈沖寬度，又改變脈沖頻率，用綜合技術(shù)來改變脈沖占空比和脈沖周期來控制輸出電壓的穩(wěn)定。它用調(diào)整脈沖寬度和控制占空比的方法來達到輸出電壓的穩(wěn)定。開關(guān)電源的控制方式基本上都采用時間比率控制(TRC)方式。根據(jù)我們的設(shè)計要求，我們選用PWM，即脈寬調(diào)制型變換器。PWM型開關(guān)電源具有控制簡單，穩(wěn)態(tài)直流增益，與負載無關(guān)等優(yōu)點，缺點是開關(guān)損失隨開關(guān)頻率的提高而增加。DCDC可分為PWM式、諧振式和它們的結(jié)合式。全橋式變換器的優(yōu)點是:主變壓器原邊繞組比推挽式少了一半，變壓器利用率提高。兩對開關(guān)管是輪流導(dǎo)通，導(dǎo)通時繞組電壓近似等于Vi。VT1和VT4由一組開關(guān)信號驅(qū)動，VT1和VT4導(dǎo)通時電流方向?qū)υ吚@組是又上向下。如圖223所示: 推挽式開關(guān)電源主回路 半橋式開關(guān)電源主回路 全橋開關(guān)電源主回路 圖223（）三種多端式變換器這里以全橋變換器說明它的功率變換原理:全橋式開關(guān)電源變換器的原理圖如圖223(3)所示，VTVT4與VTVT3由基極激勵驅(qū)動而輪流通斷，從而將直流電壓Vi變換成高頻矩形波交流電壓，然后通過Dl、D2整流，L、C2濾波后給負載提供穩(wěn)定的直流電壓。當(dāng)功率晶體管T截止時，電感L中的儲能流經(jīng)負載并通過二極管DZ續(xù)流釋放。當(dāng)功率晶體管T導(dǎo)通時，整流二極管Dl也同時導(dǎo)通。故稱此電路為反激型電路。充電。的放電電流來提供，此時，高頻變壓器將電能變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋?，而在晶體管受控截止時，高頻變壓器原、副邊電壓極性改變。與之對應(yīng)的高頻變壓器副邊電壓為上負下正，此時整流二極管D承受的是反向偏置電壓，故不導(dǎo)通。值得指出，常見到離線式開關(guān)變換器(offlineSwitehingConverter)名稱，是ACDC變換，也常稱開關(guān)整流器，它不單是整流的意義，而且整流后又作了DCDC變換，離線是指變器中有高頻變壓器隔離。轉(zhuǎn)變時用自動控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護環(huán)節(jié)則稱開關(guān)電源(SwitchingPowerSuPply)。按電力電子技術(shù)的習(xí)慣稱謂，ACDC稱為整流，包括整流及離線式變換， DCAC稱為逆變，ACAC稱為交交變頻(包括變壓)，DCDC稱為直流一直流變換。輔助電源可以是獨立的，也可以由開關(guān)電源本身產(chǎn)生。有的還有發(fā)出報警信號的功能。一般控制電路還包括啟動及禁止電路。電路原理與輸入濾波器相同。 (4)、輸出整流濾波:將變換器輸出的高頻交流電壓濾波得到需要的直流電壓。對三相交流電輸入，其典型電路如圖214所示:圖214 輸入整流濾波器電路圖(3)、高頻開關(guān)變換器(DC/AC):它是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。一個典型的三相輸入電網(wǎng)濾波器如圖213所示: 圖213三相電網(wǎng)濾波器示意圖(2)、輸入整流濾波器:將電網(wǎng)輸入的交流電進行整流濾波，為變換器提供波紋較小的直流電壓。圖212 高頻開關(guān)電源的波形變化下面就圖211中每一部分的作用、原理分別簡述如下:(1)、輸入電網(wǎng)灘波器:消除來自電網(wǎng)的各種干擾，如電動機起動，電器開關(guān)的合閘與關(guān)斷，雷擊等產(chǎn)生的尖峰干擾。其基本原理是:交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一直流電壓，通過高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。5V效率:≥90%絕緣電阻:≥10M絕緣耐壓:輸出對機殼≥2KVAC漏電流≤30mA時間lmin無飛弧第二章高頻開關(guān)電源的工作原理高頻開關(guān)電源是將交流輸入(單相或三相)電壓變成所需的直流電壓的裝置。3%輸出標稱電壓:220VDC輸出額定電流:5A輸出過壓保護:325V177。%紋波系數(shù):≤177。5V輸出電壓:浮沖:198~290V均沖:230~320V穩(wěn)壓精度:≤177。20%功率因數(shù):≥輸入過壓告警:437V177。本系統(tǒng)要到的技術(shù)指標如下:輸入電壓：380V177。然后，通過用ATLAB對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行仿真分析，并結(jié)合系統(tǒng)的具體情況，設(shè)計出濾、整流、軟啟動和保護控制部分。除元器件及生產(chǎn)工藝等因素外，開關(guān)電源的可靠性主要取決于其主電路拓撲結(jié)構(gòu)及控制方法。所以，電力系統(tǒng)中的操作電源有高頻開關(guān)電源取代相控電源的趨勢。在目前的電力系統(tǒng)中，大部分用的都是相控電源，但是，相控電源用的是工頻變壓器，體積大，而且輸出電壓的紋波系數(shù)大，監(jiān)控系統(tǒng)不完善，采用主從備份方式，用戶使用不方便，對電力系統(tǒng)新的要求也達不到標準，另外，由于充電設(shè)備與蓄電池并聯(lián)運行，紋波系數(shù)較大，會出現(xiàn)蓄電池脈動充電放電，影響蓄電池的使用壽命。線性穩(wěn)壓電源通常包括：調(diào)整管、比較放大器、反饋采樣部分以及基準電壓部分。相控電源即相位控制型穩(wěn)壓電源，它的主要原理就是將市電直接經(jīng)過整流濾波提供直流，由改變晶閘管的導(dǎo)通相位角來控制整流器的輸出電壓，所以如果采用適當(dāng)?shù)目刂齐娐肥咕чl管的導(dǎo)通相位根據(jù)輸入電壓或負載電流變化自動調(diào)整，整流器的輸出電壓就能穩(wěn)定不變。所以，22OV直流電源在電力系統(tǒng)的操作電源系統(tǒng)中占有非常重要的地位。動力負荷和直流事故照明專用的電壓采用220V。為此，發(fā)電廠和lloKv以上的變電所通常用蓄電池作為直流電源，對上述的電源要求有高度的可靠性和穩(wěn)定性，電源容量和電壓質(zhì)量均應(yīng)在最嚴重的事故情況下保證用電設(shè)備的可靠工作。另外，因為它沒有采用有源功率因數(shù)校正，功率因數(shù)較低，如果采用有效的功率因數(shù)校正。諧波電流會引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過流、過熱而爆炸。另一方面，會造成電路故障，使用電設(shè)備損壞?？傊?，電源再不是大、粗、笨的設(shè)備，而是精致、靈巧可設(shè)計成兼有“智慧”的裝置了。體積設(shè)備、重量越來越顯著下降。現(xiàn)在可以用軟開關(guān)一PWM技術(shù)、印刷電路、折疊繞組變壓器，可以采用非晶、納米晶合金軟磁材料的鐵芯，小功率開關(guān)電源整機效率可達到90%，大功率電源可達到95%左右。在21世紀，分布式電源系統(tǒng)的組成將強調(diào)“系統(tǒng)集成’，、“電力電子封裝技術(shù)”等。這樣的事例，不斷從近年發(fā)表的科研論文中反映出來?，F(xiàn)在，又進一步發(fā)展成單級有功率因數(shù)校正的開關(guān)電源，(成本只增加5%)。下降問題，用什么辦法來解決?毫無疑問，利用開關(guān)電源本身的工作原理來解決開關(guān)電源應(yīng)用中產(chǎn)生的問題是最積極的態(tài)度。(簡稱五挑戰(zhàn))把挑戰(zhàn)看成開關(guān)電源發(fā)展的動力和機遇，一向是電源科技工作者的態(tài)度。有了五高，開關(guān)電源就有更強的競爭實力，應(yīng)用也更為擴大，反過來又遇到更多問題和更實際的要求。究其原因，是新的電子元器件、新電磁材料、新變換技術(shù)、新控制理論及新的軟件(簡稱五新)不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開關(guān)電源的緣故。由于開關(guān)電源在重量、體積、用銅用鐵及能耗等方面都比線性電源和相控電源有顯著減少，而且對整機多相指標有良好影響，因此它的應(yīng)用得到了推廣。當(dāng)前，世界上許多國家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實用化研究。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。其中，為防止隨開關(guān)啟一閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用RC或LC緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。當(dāng)前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOSFET制成的500kHZ電源，雖己實用化，但其頻率有待進一步提高。國內(nèi)以高頻變壓器技術(shù)為依托的高頻高壓電除塵器的研究起步較晚，對高效節(jié)能中高頻變壓器研發(fā)還處于比較空白的狀態(tài)，目前通用的中高頻變壓器產(chǎn)品的實際輸出效率一般只能達到40%60%，國內(nèi)還沒有成功的生產(chǎn)出大功率的高效節(jié)能的中高頻變壓器的生產(chǎn)廠家，中高頻變壓器的研發(fā)也沒有重大技術(shù)突破。國外先進變壓器上都采用了國際上先進的鐵芯材料、導(dǎo)線材料?；诟哳l電除塵器的上述優(yōu)點，如果能將產(chǎn)品國產(chǎn)化，就能極大的降低各種高頻用電源成本。在產(chǎn)品量產(chǎn)化后，最終可以使其成本低于常規(guī)電源。月一麥史密斯公司的脈沖激能電除塵器也成功用于水泥廠廢氣和立磨廢氣的凈化處理。這些特點都決定了高頻開關(guān)電源是供電的理想方式，在除塵、凈化煙氣等方面都有應(yīng)用前景，是一項具有廣闊發(fā)展前途的技術(shù)產(chǎn)業(yè)。此外高頻開關(guān)電源的功率因數(shù)高，對配電系統(tǒng)來說是一個很好的負載。由于開關(guān)集成電源的“電流脈沖”頻率是常規(guī)電源的幾百倍，電壓波動對它來說很小，即電壓的算術(shù)平均值與電壓的峰值、谷值相差無幾。該系統(tǒng)的電源由經(jīng)過整流和濾波的供電電壓供給。在一臺新的電除塵器中安裝開關(guān)集成電源，不需要對除塵設(shè)備進行改動，而且其安裝成本低于常規(guī)的變壓整流器。由于