【正文】 ，所以輸出PWM脈沖的頻率為10OKHZ，輸出脈沖占空比在O%～50%以內(nèi)調(diào)整，實際橋式變換器的應用中一般達不到50%，因為橋式變換器在PWM脈沖的占空比為50%時，由于功率管截止時間的問題，使得橋臂容易短路，這在以后的部分將詳細介紹。在時鐘的下降沿，輸出端為高電平。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測出斜坡電壓與控制電壓(誤差放大器輸出電壓)的交點，并且在該交點處，終止輸出脈沖。這樣，開關電源的固有噪聲就能被有效的抑制。為了調(diào)整上升沿封鎖時間，CLK/LEB腳應接入電容C，這樣，輸出脈沖前沿封鎖時間就由電容C和內(nèi)部1Ok電阻確定的放電時間來決定。前沿封鎖時間可由下式計算:=(R//10k)C式中，外接電阻R不能小于2k。上升沿封鎖之后，如果限流(I LIM)腳的電壓超過1V，輸出脈沖就終止。這樣，才不會因為前沿封鎖而延長保護時間，從而可以及時捕捉過流故障。為此，在限流(I LIM)腳需接入噪音濾波電容器。軟啟動是通過軟啟動(SOFT,START)腳的外接電容實現(xiàn)的。當9uA的內(nèi)部電流源給軟啟動腳外接電容充電時，誤差放大器輸出電壓逐漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開始工作，開關電源輸出電壓逐漸升高到額定值。在軟啟動電容放完電后，故障鎖存器就不輸出脈沖。在軟啟動期間，萬一故障鎖存器置位，輸出會立即中止。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會出現(xiàn)一個間斷期。UC3825推拉式輸出電路的每個輸出端都可輸出峰值為2A的電流。采用獨立的集電極電源和功率地線PGND腳，能夠減小大功率門極驅(qū)動噪聲對集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。該二極管可將輸出電壓的幅值鉗位在電源電壓，這對任何電感性和電容性負載都是必要的。圖47 UC3825的工作電路圖47中，為參考電壓，在我們設計的電路中的用途是供給線性光耦合器控制部分的電壓； 和用來調(diào)節(jié)PWM的最大占空比和振蕩頻率；輸入是從端口2進入，OutA和OutB是PWM信號的輸出端口，信號的幅值由端口13的決定。通過實驗我們測得端口2的數(shù)值范圍為:～，根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，最大占空比我們設計為=40%，因為功率MOSFET的截止時間比導通時間長，如果過大，將會導致橋臂短路的情況。具體實驗數(shù)據(jù)如表41所示。從表41中的數(shù)據(jù)可以看出，端口2的數(shù)值范圍為:～，而PWM脈沖信號的占空比在0%～40%之間變化，與上述的結(jié)論是吻合的。電流反饋控制很簡單，只需在開關變換器和高頻變壓器之間加上一個檢測電流的互感器，將檢測值引入到UC3825的第9個管腳限流端(I LIM ) ,系統(tǒng)就可以在負載過大的時候關斷輸出，這種情況在前面的部分已經(jīng)介紹；下面我們詳細介紹電壓反饋控制。其中隔離部分的具體電路如圖48所示。圖48 線性光耦隔離的電壓反饋電路由圖48中可以看出，這個精密線性光耦合器是由一個紅外光LED照射分叉配置的一個隔離反饋光二極管和一個輸出光二極管。該信號可用來調(diào)節(jié)LED的驅(qū)動電流，這種技術可用來補償LED的時間和溫度特性的非線性。在應用中，我們用運放作為輸入以驅(qū)動LED，反饋光二極管產(chǎn)生的電流流過,接到運放的反向輸入端。同理，我們得到:=/表示正向增益，則我們定義此電路的傳輸增益為，應滿足如下的關系:=/可見，輸入與輸出滿足如下的關系:=(/)在實際應用中，LED應工作在11OmA左右，在此范圍內(nèi)，～，它的線性誤差為177。此電路的關鍵是線性光禍要工作在其線性范圍內(nèi)，需要選擇合適的前置運放和計算電路中的電阻值。下面我們將設計一個慣性環(huán)節(jié)。如圖48所示。由運放的性質(zhì)知: =，中幾乎無電流，所以:==可得如下的式子: ==由上兩式得:==整理化簡可得:=()() 假設滿足: =則上式可表示為:=（）其中:（）比例部分；積分部分由前面的論述可知，由此我們可以在實驗調(diào)試中調(diào)節(jié)各參數(shù)以使當為適當?shù)闹禃r，我們選擇的參數(shù)為: ==，==1O k，=12V。反饋比例系數(shù)由電阻分壓構(gòu)成，調(diào)節(jié)分壓電路中的電位器，我們可以改變系數(shù),使的主電路輸出在一個范圍之間可調(diào)。另一部分時穩(wěn)壓電源輸出電壓亦需要軟啟動，因為一般PWM型穩(wěn)壓電源的輸出濾波電容較大，輸出電壓的突然建立將會形成非常大的電容充電電流，疊加在負載電流上，它不僅會使高壓開關管負擔過重而可能損壞，而且由于持續(xù)時間長，往往會引起過流保護電路發(fā)生誤動作，若為了避免由此引起的誤動作而將保護電路調(diào)的非常遲鈍，則將會增加過流保護的不安全性，所以PWM型穩(wěn)壓電源必須具有輸出電壓軟啟動功能。對于后一種軟啟動電路，我們在前面的章節(jié)己經(jīng)介紹過，如圖49中所示，只要在UC3825的第8管腳接入一個電容C, UC3825通過內(nèi)部集成的電路就可以完成對軟啟動的控制，一般啟動時間為數(shù)百毫秒。圖49輸入電壓軟啟動原理圖圖49中，為一觸發(fā)器，為一光耦合器，表示觸發(fā)器的控制端，它將控制觸發(fā)器的開關是打向Jl還是打向J2，在啟動時，為一低電平，控制觸發(fā)器的開關在原始位J1，啟動電壓經(jīng)過限壓穩(wěn)流，光耦合器由于兩端的壓降而工作，使為低電平；同時，電容C2充電，使變?yōu)楦唠娖剑ㄟ^D觸發(fā)器控制變?yōu)楦唠娖?，控制觸發(fā)器的開關打向J2，電路將繞過軟啟動電阻直接輸出到后級電路。(1) 過流保護開關電源通常設有電流保護電路，當負載電流超過設定值或發(fā)生短路時，對電源本身提供保護，系統(tǒng)的過流保護在系統(tǒng)的安全性方面占有重要的地位，過流保護我們采用了三重保護:一是在系統(tǒng)的輸入級的三相交流引入處安置熔斷保險管，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路和其它意外重大故障的時候切斷外部電源的輸入以保護系統(tǒng)免受損壞；二是在用于控制軟啟動的觸發(fā)器后級安置熔斷保險管，以防止啟動浪涌電流的過大而破壞功率器件；三是系統(tǒng)的最主要的過流保護部分，通過對系統(tǒng)電流的檢測來控制PWM信號脈寬從而達到過流保護的目的，過流保護電路的型式有三種。① 切斷式保護。電流信號電流檢測和I/V轉(zhuǎn)換電壓比較電路狀態(tài)保持電路控制電路失效圖410切斷式保護電路原理框圖電流檢測電路檢測電流信號，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)過比較電路進行比較，當負載電流達到某設定值時，信號電壓大于比較電壓，比較電路產(chǎn)生輸出觸發(fā)故障鎖存器，使控制電路失效，穩(wěn)壓電源輸出被切斷。限流式保護的原理框圖如圖411所示。當負載電流達到設定值時，保護電路工作，使V/W電路輸出脈寬變窄，穩(wěn)壓電源輸出電壓便下降，以維持輸出電流在某設定的范圍內(nèi)。限流—切斷式保護電路分兩個階段進行，當負載電流達到某設定值時，保護電路動作，輸出電壓下降，負載電流被限制；如果負載電流增大至第二個設定值時，保護電路進一步動作，將電源切斷。 本系統(tǒng)采用的是第三種過流保護方式，設定了兩個整定值，啟動限流保護方式，輸出脈沖終止，啟動切斷保護方式，故障鎖存器置位，系統(tǒng)重新軟啟動，這部分的功能全部由UC3825自動完成。電流檢測電路如圖412所示。詳細情況在上面UC3825的電路分析中已經(jīng)說明。(2) 過壓保護為了保護負載，開關電源需要設計輸出過電壓保護電路，過電壓保護電路如圖413所示。圖413 過壓保護電路 輔助電源輔助電源是給控制部分供電的，分為兩部分:一部分是UC3825以及其它控制部分的電源，另一部分是電壓反饋環(huán)節(jié)的電源。圖414輔助電源電路圖(控制部分)第一部分電源是從三相電源中取線電壓經(jīng)過工頻變壓器變壓后全波整流，然后由摩托羅拉公司的專用DCtoDC變換器控制電路芯片MC33063A提供+12V的直流工作電源供給控制電路。MC33063A是一系列單片控制電路，包含直流到直流變換器所要求的主要功能，這些器件由一內(nèi)部溫度補償基準、比較器、帶激勵電流限制電路的控制占空比振蕩器、驅(qū)動器及大電流輸出開關組成。如圖415所示。圖中的CLK由UC3825的時鐘提供，+12V是控制部分的輔助電源，如圖415中的，電壓反饋電路的電源為圖415中的。由于大功率負載需求和分布式電源系統(tǒng)的發(fā)展，開關電源并聯(lián)技術的重要性日益增加。用以保證模塊間電流應力和熱應力的均勻分配，防止一臺或多臺模塊運行在電流極限(限流)狀態(tài)。(3)當輸入電壓或負載電流變化時，應保持輸出電壓穩(wěn)定，并且均流的瞬態(tài)響應好。有的文獻中稱為電壓調(diào)整率法，國外文獻中稱為Droop法。其缺點是:電壓調(diào)整率下降，為達到均流，每個模塊個別調(diào)整；對于不同額定功率的并聯(lián)模塊，難以實現(xiàn)均流。(2) 主從設置法這一方法適用于有電流型控制的并聯(lián)開關系統(tǒng)中。用主從設置法的均流的主要缺點是:①主從模塊間必需有通訊聯(lián)系，使系統(tǒng)復雜。③電壓環(huán)的帶寬大，容易受外界噪聲干擾。通過電阻R上的電壓差，由均流控制器產(chǎn)生均流控制電壓,與基準電壓綜合后再與反饋電壓進行比較放大后，產(chǎn)生電壓誤差，控制PWM及驅(qū)動器。例如，當均流母線發(fā)生短路，或接在母線上的任一個模塊不能工作時，母線電壓下降，將促使各模塊電壓下調(diào)，甚至到達其下限，結(jié)果造成故障。這種方法現(xiàn)在技術比較成熟，效果比較好，是本系統(tǒng)擬采用的方法。由于二極管D的作用，均流母線上的電壓反映的是并聯(lián)各模塊的中的最大值。設正常情況下，各模塊分配的電流是均衡的，如果某個模塊電流突然增大，成為n個模塊中最大的一個，于是，上升，該模塊自動成為主模塊，其它模塊為從模塊，這時=，而各從模塊的與=比較，通過調(diào)整放大器調(diào)整基準電壓，自動實現(xiàn)均流。為了減少主模塊的這種誤差，根據(jù)最大電流法自動均流的原理，Unitrode IC公司開發(fā)的“均流控制器集成電路”UC3907設計了一個單向緩沖器代替二極管。這種均流方法，均流母線開路或短路都不會影響各電源模塊的獨立工作。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。 蓄電池充電理論基礎上世紀60年代中期，美國科學家馬斯對蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電電流曲線，如圖51所示。其方程式為:式中:i為充電電流；Io為初始最大充電電流；a為最大接受力比，a=i/c；t為充電時間。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。 蓄電池的常規(guī)充電方法蓄電池一般應在5℃35℃范圍內(nèi)進行充電，低于5℃或高于35℃都會降低壽命，充電的設定電壓應在指定范圍內(nèi)，如超出指定范圍將造成蓄電池損壞、容量降低、壽命縮短。充電時，充電電壓為一固定值，充電電流隨著蓄電池電壓的升高而減小，充電電壓適當，可避免過度充電。圖 52 恒壓充電方式曲線 恒流充電方式其充電曲線如圖53所示。充電時，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電壓隨時調(diào)整，以使充電電流不變。此時則要求開關電源充電機有良好的穩(wěn)流特性。然后，改為恒電壓完成剩余的充電。下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。 脈沖式充電法這種充電法不僅遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這是蓄電池充電理論的新發(fā)展。圖55 脈沖充電方式曲線 變電流間歇充電法這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎上，如圖56所示。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。圖57 變電壓間歇充電法曲線與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。在每個恒壓充電階段，由于是恒壓充電，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受率隨著充電的進行逐漸下降的特點。本文提出了大功率直流開關電源系統(tǒng)主電路、控制電路以及監(jiān)控系統(tǒng)的詳細設計方案。(2)PWM驅(qū)動電路的設計是非常關鍵的，MOSFET的驅(qū)動波形的好壞也直接關系到整個電源系統(tǒng)的整體性能。(4)通過并聯(lián)均流控制，多個電源模塊并聯(lián)運行時，按平均值的均流方法可以得到很好的均流效果?？梢栽诖判具x擇，制作工藝上做一些優(yōu)化工作。(3)裝置的散熱風路有待重新設計，使得系統(tǒng)散熱效果加強，延長裝置使用壽命。(5)電磁兼容的設計有待進一步深化。致 謝本文是在朱文杰老師的悉心指導和鼓勵下完成的。朱老師嚴謹、務實和認真的工作態(tài)度給我留下了深刻的印象。此次設計我學到了很多知識以及很多道理。在設計的過程中，我的許多朋友、同學也給予了我多方面的指導和幫助，他們勤奮認真的工作態(tài)度值得我學習，在此向他們表示深切的感謝！感謝在青島理工大學所有在學習、工作、生活以及思想上所有幫助和教導我的老師，他們嚴謹求實的治學態(tài)度，豐富淵博的知識涵養(yǎng)，嚴肅認真的工作作風和兢兢業(yè)業(yè)的敬業(yè)精神，使我終生