【正文】 器等組成。第4章 控制電路的設(shè)計 PWM集成控制器的基本原理PWM集成控制器主要包括電壓型控制器和電流控制器。 輸出濾波電容（1）根據(jù)輸出紋波電壓來計算時，可以得到濾波電容的計算公式： （348）（2）根據(jù)輸出電壓動態(tài)幅度來計算時，可以得到的濾波電容的計算公式為： （349）其中，為最大輸出電流，取5A；為電源從滿載變?yōu)榭蛰d時輸出電壓的變化值，取221V。根據(jù)以上分析，同時考慮一定的裕量，選取RURU30120作為輸出二極管，其耐壓為120V，額定電流為30A。（1）耐壓高頻變器副邊的輸出電壓峰值為： （346）。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高（220V），所以為了提高安全可靠性，高頻變壓器副邊繞組應(yīng)選擇橋式整流電路。在前面的計算中，我們選擇的工作頻率為30KHz，在電容充電過程中，電流逐漸變小的時間為4μs。 隔直電容的選擇在第二章中，我們分析了電路的工作原理，計算了相關(guān)參數(shù)，得出了初級電流的下降時間： （344）其中，為變壓器漏感；D為占空比。所以。流入整流濾波電路的輸出電流的最大值為： （342）此時；則輸出電流的峰值為。其副邊繞組的功率損耗為： （337）設(shè)原邊繞組的平均匝長約為12㎝，所以原邊繞組的截面積為：其中，電阻為： （338）原邊繞組功耗為： （339）變壓器繞組總功耗為： （340） 高壓開關(guān)管的選擇（1）耐壓當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓取最大值時，加在整流電路兩端的輸出電壓為： （341）取50%的裕量為。經(jīng)過查找相關(guān)資料可知，㎜。因此，原邊繞組占有的標(biāo)稱面積為： （332）副邊繞組占有的標(biāo)稱面積為： （333）占空系數(shù)β為： （334）因此，窗口面積足夠。折算后的原邊繞組流過的電流為： （328）折算后的勵磁電流幅值及其平均值為： （327） （328）等效后的原邊繞組的電流及其有效值為： （329） （330）因此，㎜，電流密度為，因而需用根，取整為20根。所以，在選取導(dǎo)線時，㎜。（5）繞組導(dǎo)線的選取當(dāng)負(fù)載電流為額定電流的105%時，流過輸出電感的電流平均值為，流過副邊繞組的電流幅值為。當(dāng)滿足輸入電壓最高和輸出電壓最低時，有最小脈沖占空比。（4）實(shí)際占空比的計算當(dāng)滿足輸入電壓最低和輸出電壓最高時，有最大脈沖占空比。因此，該開關(guān)電源的輸出電壓最大值為： （316）考慮到相關(guān)參數(shù)和結(jié)算結(jié)果，我們選取輸出整流二極管的壓降為2V。（3）按照設(shè)計要求，輸出電壓的最大值為286V。高頻變壓器的原邊總的截面積為： （312）式中，工作頻率為30KHz；為導(dǎo)通時間，由計算所得的占空比可知，導(dǎo)通時間取11μs；為原邊繞組上的電壓，其最大值為系統(tǒng)電壓最大時的三相整流濾波輸出電壓。（2）考慮磁芯規(guī)格并計算原邊繞組匝數(shù)根據(jù)開關(guān)電源所選用高頻變壓器的設(shè)計要求，我們采用環(huán)形磁芯。 確定電路工作頻率考慮到開關(guān)管的相關(guān)參數(shù)、主電路及控制電路的特性等一系列因素，選取開關(guān)管的工作頻率為30KHz。但由于各方面的條件制約，我們只能選用硅鋼片鐵芯，㎜，電感為18mH的工頻電感。 輸入濾波電感輸入濾波電感中最大電流為電路電壓處于交流輸入電壓下限時通過輸入電路的電流的平均值。考慮到本設(shè)計的相關(guān)參數(shù)得 （37）通過直流輸入電路的平均電流為 （38）單相全橋整流濾波電路的濾波電容為： （39）由于三相全橋整流濾波電路的基頻為單相全橋整流濾波電路的3倍。 輸入整流電容輸入整流電容Cm取決于輸出保持時間和輸入紋波電壓的大小。因此，選擇的電源效率為80%。（1） 耐壓整流橋輸入電壓的最大值 （31）整流二極管的電壓峰值為 （32）選取的裕量為50%時根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓參數(shù)，我們選擇耐壓為1200V的整流橋。 輸入整流濾波電路該電源的輸入整流濾波電路為整流橋電路和輸入濾波電路兩部分。共模電感L3，Y電容（C1C13）是為了抑制共模分量。在輸出整流濾波電路中，選擇全橋整流濾波電路，以滿足高壓的要求。電感L2和電容C1C1C18起到了防止變壓器T2的直流偏磁的作用。圖32開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)圖為了滿足高壓、高功率的要求，在單相逆變橋電路中選擇使用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。除此之外，電阻和存在的目的是為了平衡串聯(lián)電容上的電壓，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。三相交流輸入電首先要經(jīng)過EMI整流濾波，其作用主要是是濾除功率管開關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小對系統(tǒng)的干擾。圖31開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過分析比較和電路元器件的選擇后作具體的電路設(shè)計，如圖32所示。其中，主電路包括輸入整流濾波、高頻逆變和輸出整流濾波三個部分。 電路結(jié)構(gòu)框圖通過對大功率開關(guān)電源設(shè)計的任務(wù)要求，我們對選取的方案作了一些驗(yàn)證和比較。橋式整流電路相比較于全波整流除了適合輸出電壓比較高的電路之外，還具有使變壓器結(jié)構(gòu)簡單和降低整流管電壓的作用，所以橋式整流電路在輸出濾波上更好。為了減小電源的輸入濾波電容，本文使用的輸入整流濾波是通過三相橋式整流和諧振元件組成。 整流濾波電路的設(shè)計整流濾波包括輸入和輸出整流濾波，可以提高電壓或者電流的穩(wěn)定度。為了提高安全可靠性，開關(guān)電源保護(hù)電路的功能為過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、溫度保護(hù)。輸出電壓在合閘時容易出現(xiàn)過沖，這種過沖，合閘時可能發(fā)生，在關(guān)閉電源時也可能產(chǎn)生。它不僅使開關(guān)管有可能損壞，而且也會引起過流保護(hù)裝置誤動作。由于所提供的脈沖幅度以及波形會影響開關(guān)管的開關(guān)過程，所以，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動電路。圖24 開關(guān)電源控制電路框圖電壓反饋控制通過檢測電壓的大小，對輸出電壓進(jìn)行采樣，然后將采樣電壓與參考電壓進(jìn)行比較得到一個電壓誤差，再將電壓誤差進(jìn)行處理后送給脈沖產(chǎn)生電路，從而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)壓的目的。由各電路的功能，我們可以將控制電路部分分為脈沖觸發(fā)電路、反饋控制電路、保護(hù)電路等部分（如圖24）。 控制電路的設(shè)計由于DC/DC變換器的正常工作運(yùn)行是需要控制電路提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動脈沖的，所以控制電路在開關(guān)電源系統(tǒng)中是不可或缺的。除此之外，它還利用諧作用振來實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流的開關(guān)換流。兩個橋臂的導(dǎo)通角相差一個相位。 移相式全橋變換器由于移相控制全橋變換電路具有移相控制實(shí)現(xiàn)方便、開關(guān)損耗小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)普遍的應(yīng)用在大功率應(yīng)用場合中。采用諧振式全橋變換電路，可以大大提高開關(guān)電源工作的安全性。由圖23(b)可知為ZVS開關(guān)，是通過諧振元件和開關(guān)管的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。（a）零電流開關(guān)（b）零電壓開關(guān)圖23諧振電路的基本結(jié)構(gòu)圖由圖23(a)可知為一ZCS開關(guān)，是通過諧振元件和開關(guān)器件的串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。諧振變換電路的其基本結(jié)構(gòu)是通過開關(guān)器件和諧振電感、諧振電容的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。與硬開關(guān)式全橋電路相比，它主要增加了諧振電感和諧振電容兩個元件。因?yàn)闃O間電容在進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，影響開關(guān)電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。而且頻率也會對開關(guān)損耗造成一定的影響。在硬開關(guān)式PWM電路中，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，為了保證不必要的損耗，同時使功率器件正常運(yùn)行，經(jīng)常加入緩沖電路，如RC吸收網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，全橋式變換器常用的有硬開關(guān)式、諧振式以及移相式。另外，當(dāng)功率開關(guān)器件安全運(yùn)行時，最大反向電壓不會超過加在輸入整流濾波電路兩端的輸出電壓。因?yàn)镈C/DC變換器的輸入電壓較大，對開關(guān)器件而言選擇全橋式電路比較合適。一般情況下，控制電路都具有控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動電路、電壓反饋控制電路等功能。由于控制電路部分在整個電源中起到首腦的作用，控制整個系統(tǒng)工作并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。輸出濾波回路。功率開關(guān)電路。由圖21可知，開關(guān)電源主回路由以下三部分組成：輸入整流濾波電路。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖21所示。 開關(guān)電源系統(tǒng)概述由第1章可知，開關(guān)電源由四個基本環(huán)節(jié)組成，分別是DC/DC變換器、驅(qū)動器、信號源、比較放大器。第2章 系統(tǒng)分析和選擇本章從整體上對開關(guān)電源的各個模塊進(jìn)行了介紹，主要介紹了各模塊的結(jié)構(gòu)、功能以及相互之間的關(guān)系，并對當(dāng)前開關(guān)電源常用的變換器進(jìn)行了分析。該方式的缺點(diǎn)是響應(yīng)慢。采用直接輸出取樣方式的開關(guān)電源安全性好，且具有便于空載檢修、穩(wěn)壓反應(yīng)速度快、瞬間響應(yīng)時間短等優(yōu)點(diǎn)。 輸出取樣方式取樣電路是電源反饋電路的重要部分，取樣方式對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有決定作用。它激式電源大多數(shù)需要專用的PWM觸發(fā)集成電路。4. 其他方式若觸發(fā)信號利用電源電路中的開關(guān)管、高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，完成自激振蕩，使開關(guān)電源工作，則這種電源稱為自激式開關(guān)電源。2. 脈沖頻率調(diào)制方式脈沖頻率調(diào)制（PFM）方式是利用反饋來控制開關(guān)脈沖頻率或開關(guān)脈沖周期，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖占空比D，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式是采用恒頻控制，即固定開關(guān)周期T，通過改變脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。 開關(guān)電源的主要類型下面從電路的控制方式和輸出取樣方式兩方面對開關(guān)電源做一大致分類。功率開關(guān)管工作在開關(guān)轉(zhuǎn)臺，其損耗??；電源溫升低，不需要采用大面積散熱器。由于開關(guān)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。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時，能自