【正文】 差異，而在其他頻率的升壓 效果很不理想。 首先分析后置升壓，升壓環(huán)節(jié)輸入為濾波器輸出的低壓交流正弦波，交流升壓通常采用的方法為線圈升壓或壓電變壓器升壓。所謂前置升壓，就是將升壓環(huán)節(jié)放在逆變環(huán)節(jié)之前，先對輸入的 12V低壓直流電進(jìn)行 DCDC 轉(zhuǎn)換，升至所需較高直流電壓，將此高壓直流作為后續(xù)逆變電路的輸入，對此高壓直流電進(jìn)行逆變，經(jīng)過濾波后直接得到所需要的高壓正弦交流電。在電源設(shè)計(jì)的過程中，從不同角度考慮了多種升壓方案。為防止變壓器的激磁電感飽和，需要設(shè)法使激磁電流在 VT 關(guān)斷后到下一次再開通的一段時間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位 [9]。 VT 關(guān)斷后變壓器的激磁電流經(jīng) N3繞組和 V3流回電源，所以開關(guān)管 VT 關(guān)斷后承受的 電壓表達(dá)式為： iS UNNU )1( 21?? (23)此時要考慮變壓器磁心復(fù)位問題。 圖 24 正激電路原理圖 電路的工作過程如下：開關(guān)管 VT 開通后，變壓器繞組 N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的N2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。半橋式電路具有全橋式電路的所有優(yōu)勢，因此其應(yīng)用比全橋式更普遍。 當(dāng)濾波電感 L的電流連續(xù)時，輸出電壓的計(jì)算公式為： TtNNUU onl 120 ? (22) 半橋式開關(guān)電路省去兩只開關(guān)管，采用連接電容分壓方式，使開關(guān)管 ce 極電壓與橋式電路相同，同時驅(qū)動電路也大為簡化，只需兩組在時間軸上不重合的驅(qū)動脈沖，兩組驅(qū)動電路的參考點(diǎn)為各自開關(guān)管的發(fā)射極，顯然比橋式電路的形式簡單得多。 VT1和 VT2斷態(tài)時承受的最高電壓為 Ui。 VT1 導(dǎo)通時，二極管 13 V1處于通態(tài)， VT2導(dǎo)通時，二極管 V2處于通態(tài)，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組 N1中的電流為零，V1和 V2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 圖 23 半橋電路原理圖 電路的工作過程： VT1與 VT2交替導(dǎo)通， 使變壓器一次側(cè)形成幅值為 Ui/2的交流電壓。而輸出變壓器可以采用一般磁心，使成本大幅降低。輸出變壓器只轉(zhuǎn)換輸出功率，驅(qū)動變壓器則工作于飽和狀態(tài)，控制開關(guān)管的通 /斷。為了使開關(guān)動作持續(xù)地、兩管交替地進(jìn)行，脈沖變壓器工作在磁飽和狀態(tài)；二是將 DCAC 轉(zhuǎn)換后的雙向矩形波通過設(shè)計(jì)的圈數(shù)比耦合到次級，通過整流、濾波成為直流電。所以此類變換器常采用雙變壓器的電路形式。因此在飽和式變換器的設(shè)計(jì)中，都盡量選擇開關(guān)管的工作狀態(tài)在脈沖變壓器的磁化曲線開始進(jìn)入飽和狀態(tài)之初 ，首先讓開關(guān)管進(jìn)入飽和區(qū)，使開關(guān)電路翻轉(zhuǎn)，以減小開關(guān)管在變壓器磁通飽和以后的大電流增長，降低開關(guān)管損耗。 飽和式變換器是利用輸出脈沖變壓器的磁飽和現(xiàn)象使開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，使推挽電路的兩只開關(guān)管輪流通／斷。此類變換器一般采用在輸出端設(shè)置耗能式穩(wěn)壓的方式。 12 以上兩個問題不僅使自激式推挽電路效率降低，同時也不適宜作高壓輸入的變換器。兩管均為 NPN管的結(jié)果是，其導(dǎo)通時驅(qū)動脈沖均為正向脈沖，如像自激式變換器相同的雙向脈沖。當(dāng) VT1導(dǎo)通時， VT2為截止?fàn)顟B(tài)，其集電極電壓為 N2的感應(yīng)脈沖和電源電壓之和，即 2Vcc。現(xiàn)有 PNP 型管的 VCEO最大也極少超過 300V，因此高壓變換器也只能采用全 NPN型開關(guān)管。這是推挽變換器應(yīng)用于高壓開關(guān)電源所必須解決的第一個問題 [6]。因兩管集電極電流通過脈沖變壓器形成反向磁場，而使脈沖變壓器等效電感量減小，開關(guān)管電流增大。當(dāng)開關(guān)管或脈沖變壓器進(jìn)入飽和狀態(tài)時，首先是正反饋脈沖減小，隨 IB*β Ic 而使正反饋脈沖反向。首先是自激推挽式開關(guān)電路的驅(qū)動脈沖是雙向的。為了限制正反饋量使 IB 增大的比例，在 VT2的基極電路中加入限流電阻 R2(見圖 22所示 )，以盡量使 IC＞ IB*β 的關(guān)系在開關(guān)管允許條件內(nèi)使電路翻轉(zhuǎn)。非飽和指的是，在 VT VT2 的翻轉(zhuǎn)過程中，脈沖變壓器的磁通量始終處于與磁化電流的線性關(guān)系范圍內(nèi)，通過正反饋量的選擇，使 IB最大值時開關(guān)管進(jìn)入飽和區(qū)。 從電路結(jié)構(gòu)上看，非飽和型推挽變換器與飽和型推挽變換器沒有根本區(qū)別，只是正反饋量的選擇量不同而已。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(yán)格設(shè)計(jì)脈沖變壓器飽和點(diǎn)的激磁電流，不能大于開關(guān)管最大允許電流。因?yàn)楫?dāng)磁通量開始飽和時，脈沖變 11 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(guān)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(fù)載供電。此過程中，正反饋繞組感應(yīng)電壓反向，使 VT2導(dǎo)通，且 IC2迅速增大， VT1截止。 IC1的增大使 N1激磁電流增大，磁場強(qiáng)度 (H)的增加，使磁感應(yīng)強(qiáng)度 (B)磁化曲線增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)磁心飽和點(diǎn)時，即使磁化電流再增大，也無法再使磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，即磁通量的變化為零。啟動狀態(tài)， IC1IC2的結(jié)果，使脈沖變壓器中形成的磁通 φ N1φ N2，合成總磁通量為 φ N1φ N2，使 VT1 的導(dǎo)通電流起主導(dǎo)作用。電路通電以后，電流經(jīng)電阻 R1到正反饋繞組 N3～ N4 的中點(diǎn)，同時向 VT VT2 基極提供啟動偏置。圖 22 為飽和式推挽自激變換器的基本電路。因?yàn)榈蛪汗╇姡?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 [5]。否則磁感應(yīng)強(qiáng)度 +B和 B的差值形成剩余磁通量，使一個開關(guān)管磁化電流增大，同時次級 V V2 加到負(fù)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(dāng)開關(guān)管截止時，電源 10 電壓和脈沖變壓器初級二分之一的感應(yīng)電壓相串聯(lián)，加到開關(guān)管集電極和發(fā)射極，因而要求開關(guān)管VECO＞ 2VCC。 當(dāng)濾波電感 L電流連續(xù)時，輸出電壓表達(dá)式為： TtNNUU oni 2120 ? （ 21） 圖 21 所示的對稱推挽電路有 其缺憾之處。若使用 2只同規(guī)格開關(guān)管組成推挽電路，輸出功率可以達(dá)到 400～ 500W。 圖 21 推挽式開關(guān)電路 推挽式開關(guān)電路中，能量轉(zhuǎn)換由兩管交替控制，當(dāng)輸出相同功率時，電流 僅是單端開關(guān)電源管的一半，因此開關(guān)損耗隨之減小，效率提高。磁心在四個象限內(nèi)的磁化曲線都被利用，在一定輸出功率時，磁心的有效截面積可以小于同功率的單端開關(guān)電路。如果使 S S2交替導(dǎo)通，通過變壓器將能量傳到次級電路，使 VV2輪流導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。 推挽開關(guān)變換電 路 推挽開關(guān)變換基本電路 圖 21為推挽式開關(guān)電路的示意圖。若需要大功率電源，必須采用新的電路結(jié)構(gòu)。每一類電路都可能有多種不同的拓?fù)湫问交蚩刂品椒ā３Ｒ姷碾娫醋儞Q電路可以分為單端和雙端電路兩大類。輸出噪聲是表示在經(jīng)過穩(wěn)壓及濾波 后 的直流輸出電壓 含 有不需要的交流和噪聲部份 ， 包含低頻 50/60Hz電源倍頻信號、高于 20 KHz高頻切換信號及其諧波，再與其他隨機(jī)性信號所組成 等 ，通常以 mVpp峰對峰值電壓為單位來表示。 綜合調(diào)整率用下列方式表示： 當(dāng)輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化 時 ，其輸出電壓 的 偏差量須在規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi) (即輸出電壓之上下限絕對值以內(nèi) )或某一百分比界限內(nèi)。 綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器在輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。測試步驟如下：將待測電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱 機(jī)穩(wěn)定 后，測量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別在輕載、重載負(fù)載下，測量并記錄其輸出電壓值，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)載電流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比 表示。此項(xiàng)測試系用來驗(yàn)證電源在最惡劣負(fù)載環(huán)境下，如 在 負(fù)載 斷開 ，用電需求量最小 ， 其負(fù)載電流最低 的條件下，以及在 負(fù)載最多，用電需求量最大 ， 其負(fù)載電流最高的兩個極端下驗(yàn)證電源的輸出電源穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。 電源調(diào)整率 ξ通常以一 額定 負(fù)載下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示： OnormalOO V VV m inm ax ??? (14) 電 壓 調(diào)整率 也 可用表示 為， 在輸入電壓變化下，其輸出 電壓偏差量須在規(guī)定之上下限范圍內(nèi)，即輸出電壓上下限絕對值以內(nèi)。均方根值交流電壓表來測量輸入電 源電壓，眾多的數(shù)字功率計(jì)能精確計(jì)量 V、 A、 W、 PF。在前述之兩個極端下驗(yàn)證電源供應(yīng)器之輸出電源的穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。 電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合 要求 。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。由于是場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。在導(dǎo)電狀態(tài)，即當(dāng) UGS大于開啟電壓或閾值電壓 UT時，柵極下 P 區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使 P 型半導(dǎo)體反型成 N 型而成為反型層，該反型層形成 N溝道而使 PN結(jié)消失，漏極和源極導(dǎo)電。電力 MOSFET的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。但是電流容量小，耐壓低，一般適用于功率不超過 10kW的電源電子裝置。 電力場效應(yīng)晶體管簡稱電力 Power MOSFET。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(jīng)過取樣電路將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓 UE進(jìn)行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開關(guān)晶體管 VT， 通過控制功率開關(guān)晶體管 VT 的導(dǎo)通、截止達(dá)到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。 圖 14 并聯(lián)開關(guān)電源原理圖 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源工作框圖如圖 15所示。 圖 13 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖 輸入交流電壓或負(fù)載電流的變化，會引起輸出直流電壓的變化，通過輸出取樣電路將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，誤差電壓通過誤差放大器放大，控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比 D，達(dá)到穩(wěn)定直流輸出電壓 U0的目的。輸入不穩(wěn)定的直流電壓通過功率開關(guān)晶體管 VT后輸出為周期性脈沖電壓，再經(jīng)濾波后，就可得到平滑直流輸出電壓 U0。功率開關(guān)晶體管 VT串聯(lián)在輸入與輸出之間。也可以用線性電源實(shí)現(xiàn)。 (5)為了保證遙控待機(jī)功能的正確實(shí)現(xiàn)，一般還加有副電源電路 (待機(jī)電源 )。 (3)為了使負(fù)載儀器設(shè)備使用安全，要求機(jī)芯為冷底板設(shè)計(jì)．所以輸出穩(wěn)壓取樣反饋回路普遍采用光電耦合器進(jìn)行電源初、次級側(cè)的 隔離，提高設(shè)備的抗干擾性和安全性。 (2)為擴(kuò)大儀器設(shè)備的使用范圍，要求電源電路能適應(yīng) 110V和 220V交流供電的需要。行輸出級產(chǎn)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(chǎn)生的行掃描脈沖進(jìn)行整流與濾波，就可以得到各種所需的直流電壓。遙控 待機(jī)功能是通過對主開關(guān)電源的控制實(shí)現(xiàn)的，主開關(guān)電源一旦停止工作，則相應(yīng)的功率放大級也將停止工作，于是主負(fù)載失去了直流供電。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(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開關(guān)調(diào)整管、開關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵脈沖產(chǎn)生電路對 300V左右的直流電壓進(jìn)行 DCDC開關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需的穩(wěn)定直流電壓輸出。 電源電路組成 電源電路一般由主開關(guān)電源、副電源、輔助電路等組成。 它激式開關(guān)電源，它激式開關(guān)電源必須有一個振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 自激式開關(guān)電源，自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器 構(gòu)成正反 饋環(huán) 路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。 (5)功耗?。河捎诠β书_關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，所以采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性 [3]。合理設(shè)計(jì)電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。 (3)穩(wěn)壓范圍寬：開關(guān)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。 圖 12 電源基本組 成框圖 開關(guān)電源的特點(diǎn) (1)效率高：開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在 80%～ 90%，高的可達(dá) 90%以上。負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定。 3 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(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。其中 DC/DC 變換器用以進(jìn)行功率變換，是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動器是開關(guān)信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號放大，整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動要求；信號源產(chǎn)生控制信號，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是 PWM 信號，也可以是PFM信號或其它信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號的幅值，頻率，波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的 。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應(yīng)用。由于開關(guān)頻率不固定，所以輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。由于 PWM 式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，所以 PWM 式開關(guān)電源用得較多。 開關(guān)電源直流輸出電壓 U0與輸入電壓 Ui之間有如下關(guān)系： DUU iO ?