【正文】 面的問題給予足夠的重視。DCDC 變換器的輸入電壓為三相整流電壓，電壓較大，對開關(guān)器件因此選用全橋式電路較為合適，可使變壓器磁芯和繞組得到最優(yōu)利用，使效率、功率密度等得到優(yōu)化；另一方面，功率開關(guān)在較安全的情況下運行，最大的反向電壓不會超過輸入整流濾波電路的輸出電壓。由于三相整流橋提供的直流電壓較高，工作電流相對較低，這些損耗還是可以接受的。 硬開關(guān)式全橋變換器硬開關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡單、控制方便得到廣泛應(yīng)用，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，因此，在開關(guān)瞬間必然有大量損耗。它可以限制開通時的du/dt和關(guān)斷時的di/dt，使功率器件安全正常運行。并且頻率越高，開關(guān)損耗越大，使系統(tǒng)效率大大降低。極間電容電壓轉(zhuǎn)換時的du/dt會藕合到輸入端，產(chǎn)生較強的電磁干擾，影響電源本身和電網(wǎng)中其他電器設(shè)備的運行。圖22硬開關(guān)式全橋變換器結(jié)構(gòu) 諧振式全橋變換器硬開關(guān)式電路在頻率不高時其缺點還不是很突出，隨著頻率的提高，開關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個十分嚴重的問題，為了解決這一問題，有人提出了諧振式軟開關(guān)的概念。利用諧振電感和諧振電容的諧振作用，使開關(guān)器件在正弦波的零電壓或零電流處開通或關(guān)斷。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖23所示。Lr和Cr之間的諧振是靠S的導(dǎo)通來激勵的，利用Lr和Cr諧振形成開關(guān)器件導(dǎo)通期間的正弦波電流波形，電流過零點時即將開關(guān)S關(guān)斷。圖23(b)為零電壓(ZeroVoltageSwitching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的并聯(lián)實現(xiàn)的。只要將圖中22中的硬開關(guān)換成諧振式軟開關(guān)，即為諧振式全橋變換器。但是，諧振式變換器與負載關(guān)系很大，對負載的變換很敏感，為保持輸出在各種運行條件下基本不變，必須采用脈沖頻率調(diào)制(PFM)，因此，高頻變壓器、電感等磁元件要按最低頻率設(shè)計，不可能做的很小，實現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計相當(dāng)困難；另外，其控制電路中需要增加電壓頻率轉(zhuǎn)換功能，電路要復(fù)雜許多。 移相式全橋變換器近年來，移相控制全橋變換器由于具有恒頻軟開關(guān)運行、移相控制實現(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，它是指保持每個開關(guān)管的導(dǎo)通時間不變，同一橋臂兩只管子相位相差180度。本文根據(jù)實際技術(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撲結(jié)構(gòu)。DCDC變換器需要控制電路提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動脈沖，才能有效的工作。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、電壓反饋控制電路、軟啟動電路、保護電路、輔助電源電路等，具體控制電路如圖24所示。脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)電壓反饋控制電路、保護電路以及軟啟動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)動開關(guān)元件，使開關(guān)管導(dǎo)通或關(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，進而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。驅(qū)動電路是將控制電路輸出PWM脈沖信號經(jīng)過電隔離后進行功率放大和電壓調(diào)整再去驅(qū)動大功率開關(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)計驅(qū)動電路，實現(xiàn)開關(guān)管的最佳開通與關(guān)斷。若為了避免由此引起的誤動作而將保護電路搞得非常遲鈍，這將會增加過流保護的不安全性。軟啟動電路在電源合閘和重新啟動時提供一個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逐漸建立的過程。當(dāng)前開關(guān)電源電路的主要保護功能有:過流保護、過壓保護、欠壓保護、溫度保護。輔助電源電路的功能是為控制電路供電。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)電源的一組負載。 整流濾波回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。 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5A，屬于大功率電源。因此，本文試驗用電源電路采用三相橋式整流，電感和電容組成輸入整流濾波回路。因為本文實驗要求輸出電壓為220V。輸出濾波電路一般可采用一級濾波也可采用兩級濾波。在開關(guān)電源中通常采用一級LC濾波電路，當(dāng)要求輸出紋波很小時，也可以采用兩級LC濾波電路。本章將根據(jù)大功率直流開關(guān)電源的要求對主電路各部分進行性能分析并計算各項參數(shù)，根據(jù)計算所得的數(shù)據(jù)結(jié)果選擇各元器件，設(shè)計出各個獨立模塊，最后組裝成開關(guān)電源的主電路。下面就對電源主電路的設(shè)計進行詳細說明。虛線以上是主電路，主電路主要分為輸入整流濾波、逆變開關(guān)電路、逆變變壓器和輸出整流濾波；虛線以下為控制回路，控制回路主要包括信息檢測電路、控制和保護單元、監(jiān)控單元和輔助電源。具體設(shè)計主電路如圖32所示，包括三個部分:(1) 輸入整流濾波電路；(2) 單相逆變橋；(3) 輸出整流濾波電路. 輸入整流濾波電路三相交流電經(jīng)電源內(nèi)部EMI濾波后，加到整流濾波模塊。濾波電路采用LC 濾波，電感的作用是拓開電流導(dǎo)通時間，限制電流峰值，可以提高電源的輸入功率因數(shù)。電阻RR2是平衡串聯(lián)電容上的電壓，高頻電容與電解電容并聯(lián)使用，濾除高頻諧波，彌補電解電容高頻特性差的缺陷。無感電容(CC8)并聯(lián)在兩橋臂之間，降低兩橋臂之間電壓尖峰的干擾，諧波電感，隔直電容、防止變壓器的直流偏磁，原邊箝位二極管減輕副邊振蕩，主變壓器起到原、副邊的隔離、耦合作用，原、副邊各一副繞組，以滿足副邊采用全橋整流的要求，原邊加交流互感器，檢測原邊電流作保護用。 輸入整流濾波電路設(shè)計該電源的輸入整流濾波電路同一般大功率PWM型開關(guān)電源的輸入整流濾波電路相似。 整流橋工作頻率為50Hz，輸入為三相交流電壓380V，采用三相整流橋。在此，我們按一般開關(guān)電源的效率取值，取效率為80%電源的輸入功率:P= =2205/=1375W因最大輸入電流是在交流輸入電壓下限時，所以，=380V80%=304V,最大輸入線電流: ===取整流橋的額定電流為10A 。E為電網(wǎng)電壓最低時輸入三相橋式整流電路的輸出平均電壓:E==Ea其中Ea為交流輸入線電壓。 輸入濾波電感電感中最大電流為交流輸入電壓下限時通過直流輸入電路的平均電流=理論上輸入濾波電感越大，電流脈動越小，輸入功率因素越高，但受體積重量和價格的限制，并根據(jù)繞制廠家的現(xiàn)有工藝水平，選用C1532l05硅鋼片鐵心，電感量為18mH的工頻電感。 逆變電路的設(shè)計 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇根據(jù)第二章的分析可知，該電源屬于大功率電源，采用全橋式功率轉(zhuǎn)換電路. 確定電路工作頻率f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。選取工作磁通密度B=900GS.(2) 計算磁芯規(guī)格并計算原變繞組匝數(shù)根據(jù)電源所用高頻變壓器的設(shè)計經(jīng)驗，磁芯采用環(huán)形磁芯。電路工作頻率為30KHz，T=，為導(dǎo)通時間，根據(jù)計算的占空比，我們暫取11uS，為施加在原變繞組上的電壓幅值，其最大值為電網(wǎng)電壓最大時的三相整流濾波輸出值:380(1+ 20%)=640V。(3) 計算副邊繞組匝數(shù)按設(shè)計要求，輸出電壓最大值為286V，考慮從電源輸出端到負載之間傳輸線的壓降(取壓降)，因此，該電源的最高輸出電壓為:=325+=輸出整流二極管的壓降取2V:；我們暫取開關(guān)橋的最大占空比=；因此，最高輸出電壓、額定負載時高頻變壓器副邊繞組最低電壓幅值為:= (+2+)/ = 因此，根據(jù)公式:=其中，= 380(120%)=410V得到副邊繞組匝數(shù)為:=因此，變壓器副邊繞組的匝數(shù)應(yīng)取整數(shù)79T。(4) 計算實際占空比在輸入電壓最低，輸出電壓最高時有最大占空比= 380(120%)=410V=/= 79410/65= 498V=在輸入電壓最高，輸出電壓最低的時候有最小占空比=/= 79640/65= 777V設(shè)此時+= 1V=相應(yīng)的導(dǎo)通脈寬:T/2=T/2=(5) 選擇繞組導(dǎo)線線徑取負載電流為額定負載電流的105%，則流過輸出電感的電流平均值為5120% =，流過副邊繞組的電流幅值即為流過電感的電流幅值，即為=其平均值 = 其有效值 = 考慮到存在集膚效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻，因此。取電流密度J=3A/mm，因而選用24根絞合而成。的平均值為=/2= 因此，原邊繞組等效矩形波電流幅值為 = += += 其有效值為:===，電流密度J=3A/mm。(7) 校核繞組壓降及功耗1206020磁環(huán)的高度為2cm，徑向厚度為3cm，設(shè)副邊繞組平均匝長為15cm， mm，所以其截面積為: = 23= mm單個繞組的電阻為==(15)79/=純銅在25℃ mm/m式中(15)是把厘米換算成公式需要的米度量單位.副邊繞組的功耗為: == =設(shè)原邊繞組的平均匝長約為12cm， mm，所以其截面積為:= 20= 其中，電阻為；==1265/=原邊繞組的功耗為: == =變壓器得到繞組的總損耗: = += += 選用高壓開關(guān)管(1) 耐壓根據(jù)相關(guān)文獻可以查到，全橋功率轉(zhuǎn)換電路高壓開關(guān)管上施加的最高電壓為=E，對應(yīng)于最高輸入電網(wǎng)電壓的輸入整流電路的直流輸出電壓: = =640V考慮各種因素的影響取50%的裕量640(l+50%)=960V(2) 開關(guān)電流在一些參數(shù)尚不知道的情況下，我們需要估算開關(guān)管的電流，以便選擇開關(guān)管和計算輸出濾波電路。輸入整流濾波電路的最大輸出電流平均值:===此時，= 輸入整流濾波電路的最小輸出電流值:===此時，=所以，根據(jù)計算所得的結(jié)果分析，我們選取三菱電機公司第三代IGBT單管CM60HSA24作為高壓開關(guān)管，其耐壓為1200V，電流容許值為60A。在前面，我們設(shè)定電路的工作頻率為30KHz，計算得到的最大占空比=，并且我們假設(shè)初級電流下降的時間為4uS，所以= = 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻變壓器輸出的高頻交變電壓或電流編程要求的輸出電壓或電流。下面對輸出整流電路的各部分進行一下分析與計算。(1) 輸出整流二極管的耐壓高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值為:==380(1+20%)=(2) 輸出整流二極管的電流輸出整流二極管流出的電流即為流過輸出濾波電感的電流。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點:1. 當(dāng)流過開關(guān)管的電流達到給定值時，開關(guān)自動關(guān)斷；2. 自動消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端3OOHz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；3. 多臺開關(guān)電源并聯(lián)工作時，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力；4. 具有更快的負載動態(tài)響應(yīng):圖41脈寬調(diào)制集成控制器的框圖及其波形圖常用的脈寬調(diào)制(PWM)型集成控制器如圖41所示的幾個部分組成。有些控制器僅有一個輸出端，而多數(shù)控制器都設(shè)有用觸發(fā)器和“與”門電路組成的相位分離器，用它來將單脈沖變換成交替變化的二路脈沖輸出，用于供驅(qū)動推挽和橋式變換器中的功率開關(guān)管，此時變換器的工作頻率等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器振蕩頻率的一半。 高速脈寬調(diào)制器UC3825根據(jù)我們所設(shè)計的系統(tǒng)的要求，我們選用的PWM集成控制器為UC3825。 主要特點:適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路；實際開關(guān)頻率可達1MHz；輸出脈沖最大傳輸延遲時間為50ns；具有兩路大電流推拉式輸出(峰值電流為2A)；內(nèi)有寬頻帶誤差信號放大器；具有較高的頻率精度并可對死區(qū)進行控制，同時振蕩器放電電流也可調(diào)；帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯；具有軟啟動控制；內(nèi)有逐脈沖限流比較器；具有全周期再啟動的封鎖式過流比較器；啟動電流很小(典型值為10OmA):欠壓鎖定16V∕1OV(B型)在欠壓鎖定期間，輸出低電平；可調(diào)整的帶隙基準電壓；可調(diào)的上升沿封鎖閥值，可調(diào)低上升沿噪音。) 內(nèi)部電路工作原理該芯片內(nèi)部電路如圖42所示。我們將詳細介紹各部分的情況，以理解芯片的工作原理。UC3823A、B和UC3825A、B內(nèi)部都有一個鋸齒波振蕩器。計算公式為: ==的最佳阻值應(yīng)為1～10k之間，應(yīng)大于70%。(2) 上升沿封鎖圖44上升沿封鎖工作波形上升沿封鎖工作波形如圖44所示，UC3823A、B和UC3825A、B采用固定頻率脈寬調(diào)制。UC3825A、B的兩個輸出端交替輸出脈沖，因此，每個輸出端輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的1/2，振蕩器的頻