【正文】 以先找到 RC振蕩器，然后看產(chǎn)生的三角波是不是輸入到比較器，并與誤差電壓信號(hào)進(jìn)行比較。在這種方法中，輸出電流是通過(guò)負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)檢測(cè)的，電流信號(hào)可以放大輸入到補(bǔ)償用電流誤差放大器中。平均電流反饋?zhàn)鳛殡娏鞅Ｗo(hù)有一個(gè)固有的缺點(diǎn)，就是響應(yīng)速度很慢。這些會(huì)導(dǎo)致在幾個(gè)微秒內(nèi)電流成指數(shù)上升而損壞功率開關(guān)。這種方法可以保證功率開關(guān)工作 在最大安全電流范圍內(nèi)。當(dāng)這個(gè)電流超過(guò)原先設(shè)定的 瞬時(shí)電流限 制值時(shí)，就關(guān)斷功率開關(guān)管。 最后一種是 “電壓滯環(huán) ”的電壓控制，這種控制方法是非?；镜摹Ｓ捎谟袝r(shí)候功率開關(guān)管突然導(dǎo)通后又進(jìn)入常態(tài)關(guān)的狀態(tài)，所 以有時(shí)把這種方法叫做 “打隔型 ”(hiccupmodel)。圖 23為電壓型 控制原理圖。 電流型控制方法是控制流過(guò)功率開關(guān)管的峰值 (有時(shí)是最小 )電流的漂移點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也等效于磁心的磁通密度的偏移量。電流型控制最常見的方法是 “定時(shí)開通 ”的方法，有固定頻率的振蕩器給觸發(fā)器置位，有快速電流比較器給觸發(fā)器復(fù)位。顯示輸出電壓 太低時(shí)，電流門檻值就增大，使輸出到負(fù)載的能量增加。電流型控制本身具有過(guò)電流保護(hù)功能，快速電流比較器實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的逐周限制。這種保護(hù)通過(guò)電流和電流反饋來(lái)維持供給負(fù)載的恒功率，但并不是在所有產(chǎn)品中用這種方法都是最適合的，特別是 在典型的失效會(huì)引起失效電流增大的場(chǎng)合下。 另外一種電流型控制方法叫做電流滯環(huán)控制，這種方法對(duì)電流峰值和谷值都 進(jìn)行控制。它的結(jié)構(gòu) 有點(diǎn)復(fù)雜，但它的響應(yīng)速度很 快。 現(xiàn)在有些 IC制造廠商為了提高所設(shè)計(jì)的電源整機(jī)效率，在一些工作點(diǎn)上自 行設(shè)計(jì)新的控制模式或新的控制方法。比如，有些 Buck控制 IC通過(guò)降低工作的頻率，可以使電感電流進(jìn)入VR PWM 13 斷續(xù)模式，進(jìn)入斷續(xù)模式后，反饋環(huán)的穩(wěn)定性 會(huì)改變，所以他們用一些復(fù)雜的控制方法來(lái)補(bǔ)償可以預(yù)見的不穩(wěn)定性。這種方法使輸出電壓紋波等于 或大于控制電路上的滯環(huán)電壓值。 有些控制器在輕載時(shí)切換到頻率可變的時(shí)鐘，而采用的控制方法還是一樣的。 開關(guān)電源電路的隔離技術(shù) 開關(guān)電源一般有兩部分組成：一是功率主電路，二是控制電路。為了人身和低壓電子元器件的安全，功率主電路與輸出電路應(yīng)該電氣隔離，即兩者不共地。光電偶合器由發(fā)光二極管和光敏晶體管組成 14 第 3章 電路設(shè)計(jì) 在第二章中我們討論過(guò)了開關(guān)電源各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)，在 針對(duì)具體指標(biāo)要求進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要對(duì)電路的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行初步 的選擇，然后對(duì)電路的元器件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最后綜合考慮各種因素通過(guò)試 驗(yàn)修改并確定電路的元器件參數(shù)。12V 177。 主電路的設(shè)計(jì) 主變壓器的設(shè)計(jì) 變壓器是開關(guān)電源中的核心元件，許多其他 主電路器件的參數(shù)設(shè)計(jì)都依賴于變 壓器的參數(shù)，因此首先進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)。所依據(jù)的參數(shù)是工作電壓、工作電流和工作頻率等。 本次設(shè)計(jì)中， Uimin取輸入電壓下限時(shí)的整流電壓，即約為 150V。 Uomax本次設(shè)計(jì)中分別為 5V和 12V， ΔU選 2V。 本次設(shè)計(jì)中 PT取 350w，開關(guān)頻率 fs取 50kHZ，鐵心材料選為鐵氧體，其 ΔB取 ，導(dǎo)體電流密度 dc選取 4A/mm2，即 4106A/m2，窗口填充因數(shù)選取 。 副邊匝數(shù) 選定鐵心后，便可以計(jì)算繞組匝數(shù)。通常計(jì)算二次匝數(shù)更容易些，計(jì)算公式為： N=SV/ΔBAe (33) 式中， N為所計(jì)算的繞組的匝數(shù)；為這一繞組承受的最大伏 秒面積。在開關(guān)電源中，通常采用一級(jí) LC濾波電路，當(dāng)要求輸出紋波很小時(shí)，也采用兩級(jí) LC濾波電路。 16 （ 1）濾波電感的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)濾波電感應(yīng)根據(jù)輸出電壓、輸出電流和開關(guān)頻率。 本次設(shè)計(jì)中，允許的電感電流最大紋波峰峰值 ΔI取最大輸出電流的 20%，即 4A，把數(shù)據(jù)代入，得 L1=L2= L3=L4= (2)濾波電容的確定 可以按如下公式計(jì)算濾波電容的阻抗： xc≤2 2 ΔU/ΔI (36) 由于已知電感電流最大紋波值，可以假設(shè)電感電流最大紋波有效值為 ΔI/2 2 =，而輸出電壓最大紋波值取為輸出電壓下限值的 %，即 ΔU1=5%= ΔU2=12%= 可以按照式 (36)計(jì)算出濾波電容的阻抗為 xc1， 2≤ xc3， 4≤ 開關(guān)器件及二極管的設(shè)計(jì) ： 二極管承受的反向電壓最大值為整流電壓最大值除以變壓器 的 變比， 分別 取 19V和36V，考慮到二極管關(guān)斷時(shí)會(huì)有過(guò)電壓，并考慮到輸入電壓的浪涌等因素，因此選卻取二極管的耐壓不低于 60V。 本次設(shè)計(jì) UD取 2V，則 PDon= 20w 17 在每個(gè)二極管單獨(dú)安裝在一個(gè)散熱器的條件下，根據(jù)二極管的損耗功率和器件的結(jié)溫上限以及環(huán)境溫度的上限，可以計(jì)算出允許的散熱熱阻上限為： RthJC+RthcA≦ (TJMTAM)/PSon+PDS (39) 式中 RthJC為二極管的結(jié)殼熱阻； RthcA為散熱器的熱阻； TJM為二極管允許的最高結(jié)溫；TAM為技術(shù)要求中環(huán)境溫度的上限。 根據(jù)快速恢復(fù)二極管生產(chǎn)廠家提供的手冊(cè)，一種型號(hào)為 DSEI3006A的二極管，其反向耐壓為 600V，正向電流 37A，結(jié) 殼熱阻為 1K/W，管殼與散熱器的接觸熱阻典型值為，散熱器臺(tái)面到環(huán)境的熱阻應(yīng)小于 。 流過(guò)開關(guān)器件的峰值電流為 ISmax1=(IOmax+1/2ΔI)/kT1 (310) = ISmax2= 流過(guò)開關(guān)器件的最大平均電流為 ISmax1＝ 1/2Dmax/ kT = ISmax2＝ 根據(jù)開關(guān)器件的平均電流可以估算其開關(guān)損耗為 PSon=ISmaxUs (311) 式中， US為開關(guān)器件在流過(guò)峰值電流時(shí)的通態(tài)壓降?？紤]到計(jì)算簡(jiǎn)單，可以用開關(guān)電流峰值為 1/ 2 來(lái)估算，即開關(guān)器件的電流有效值為 ，則開關(guān)器件的通態(tài)損耗為 PSon=I2SmaxRDson=1W和 式中， ISmax為開關(guān)器件電流有效值，即 ， RDson為開關(guān)器件通態(tài)電阻，根據(jù)手冊(cè)選取 。 圖 主電路電路圖 控制電路的設(shè)計(jì) 控制電路是開關(guān)電源的神經(jīng)中樞，開關(guān)電源的各種功能的實(shí)現(xiàn)決定于控制電路。 就本次研制開發(fā)的大功率高頻開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，主電路為傳統(tǒng)的全橋式結(jié)構(gòu)，控制方式為采用 PWM 控制，控制電路具有軟啟動(dòng)，過(guò)壓 /欠壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電 路。 總體控制方案 電源控制方案的確定要從兩方面去考慮：一是負(fù)載和外部環(huán)境；二是電源的主電路的特性。 PWM控制器的設(shè)計(jì) PWM控制電路的作用是將在一定范圍內(nèi)連續(xù)變化的控制量模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 PWM信號(hào)，該信號(hào)的開關(guān)頻率固定，占空比跟隨輸入信號(hào)連續(xù)變化。在這里我們選用 SG3525。 電路由如下幾部分組成：基準(zhǔn)電壓 ，振蕩器，誤差放大器， PWM比較器及鎖存器，分相器，欠壓鎖定，輸出級(jí)，軟起動(dòng)及關(guān)斷電路。 作為內(nèi)部電路的供電電源，并可向外輸出 40mA電流。 由一個(gè)雙門限比較器、一個(gè)恒流器及電容充放電電路組成，其外部連結(jié)如圖 。內(nèi)部一恒流源使電容 CT充電，鋸齒波的上升邊對(duì)應(yīng) CT充電，充電時(shí)間 ti決定于 RTCT，鋸齒波下降邊對(duì)應(yīng) CT放電，放電時(shí)間 t2決定 于 RDCT。所以，當(dāng)電源電壓 Ucc1在 835V范圍內(nèi)變 化，鋸齒波的頻率穩(wěn)定度可達(dá) 1%。 振蕩器在 4腳輸出 對(duì)應(yīng)鋸齒波下降沿的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)的寬度等于 t2，故調(diào)節(jié) RD就調(diào)節(jié)了時(shí)鐘信號(hào)寬度。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端 (3腳 )，在 3腳加直流或 高于振蕩器頻率的脈沖信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)振蕩器的外同步。根據(jù)后面的邏輯要求，反饋電壓 Uf接至反相輸入端 (1腳 )，同相輸入端 (2腳 )接基準(zhǔn)電 壓。 4. PWM比較器及鎖存器 誤差放大器的輸出信號(hào)加至 PWM比較器的反相端，振蕩器輸出的鋸齒波加至 同相端，比較 器輸出一負(fù)的 PWM脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng) 鎖存器，以保證鋸齒波的一個(gè)周期內(nèi)只輸出一個(gè) PWM脈沖信號(hào)。只需在 8腳至地接一個(gè)電容， (一般為幾微法 )就能實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng)功能。 由一個(gè) T觸發(fā)器組成。分相器輸出頻率為鋸齒波頻率的 1/2的方波信號(hào)，送至輸出級(jí)的兩組門電路的輸入端，以實(shí)現(xiàn) PWM脈沖的分 相。在控制器中，當(dāng) Ucc1≤7V時(shí)，欠壓鎖定輸出一高電平信號(hào)加至輸出級(jí) “或非 ”門 (“或門 ” 輸入端，以封鎖 PWM脈沖信號(hào)。 SG3525有兩 組相同結(jié)構(gòu)的輸出級(jí)。 “或非 ”(“或 ” 門有四個(gè)輸入端，分別加入 PWM脈 沖信號(hào)、分相器輸出的 Q (Q的反 )信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)及欠壓鎖定信號(hào)，設(shè)其輸出信號(hào)為 P及P39。兩晶體管組成圖騰柱結(jié)構(gòu)，使輸出既可以作為電流源，向負(fù)載提供電流，又可作為電流匯，吸收負(fù)載電流。 22 圖 SG3525的典型應(yīng)用 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是實(shí)現(xiàn)主電路中的電力電子器件按照預(yù)定設(shè)想運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 使 MOSFET開通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取 10V到 15V。此外，在柵極驅(qū)動(dòng)回路中，通常需串入一個(gè)低值電阻（數(shù)歐到數(shù)十歐），以減少寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大 而減小。研究表明：保證 MOSFET的可靠工作，驅(qū)動(dòng)電路起著至關(guān)重要的作用，對(duì) MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的基本要求歸納如下： (1) 提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷海?MOSFET可靠的開通和關(guān)斷。 (3) 盡可能小的輸入輸出延遲時(shí)間，以提高工作效率。 (5) 具有靈敏的過(guò)流保護(hù)能力 。保護(hù)的目的： 一是保護(hù)電源本身：二是保護(hù)負(fù)載免受損壞。另外，當(dāng)內(nèi)部電路由于個(gè)別器件性能變壞或者控 制失常而造成開關(guān)電源不能正常工作時(shí)，如橋路中開關(guān)管發(fā)生兩管 共同導(dǎo)通時(shí)，能迅速的使變換器電路停止工作，以免引起整個(gè)電源災(zāi) 難性的損壞。脈沖產(chǎn)生電路本身具有欠壓鎖定功能，因此不必在保護(hù)電路中添加欠壓保護(hù)功能了。它分為限流式保護(hù)和截止式保護(hù)兩類。 對(duì)過(guò)流保護(hù)的基本要求是電路簡(jiǎn)單、可靠、動(dòng)作準(zhǔn)確、速度快和抗干擾能力強(qiáng)。 電流互感器中次級(jí)電流 IS=IP(NP/NS)，適當(dāng)選擇次級(jí)負(fù)載電阻 RI，使 得次級(jí)電壓成為被檢測(cè)的初級(jí)電流的量度。將該電壓同輸出電流的門限電壓相比較，當(dāng)超過(guò)門限電壓時(shí)，比較器輸出低電平。如果在某一段時(shí)間內(nèi)電源連續(xù)出現(xiàn) 8次過(guò)流，則徹底終止 電源的工作，待故障消除后，必須手動(dòng)復(fù)位該電路，才能使電源重新 工作。電路采用光藕采樣輸出電壓，然后同電壓整定點(diǎn)相比較，當(dāng)輸出 電壓超過(guò)電壓整定點(diǎn)后，過(guò)壓保護(hù)電路輸出高電平。 隨著溫度的升高無(wú)論是電子元件還是高頻變壓器絕緣的性能都會(huì)降低甚至損壞，因此應(yīng)對(duì)電源關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，防止因溫 度過(guò)高引起電源設(shè)備的損壞。這種電 阻具有負(fù)的溫度系數(shù)，隨著溫度的升 高電阻的阻值是逐漸下降的。當(dāng) A點(diǎn)的電壓低于 B點(diǎn)的電壓使溫度 保護(hù) 電路的比較器輸出高電平。 圖 SG3525構(gòu)成的半橋型電路的控制電路 小結(jié) 通過(guò)以上分析得出 SG3525構(gòu)成的半橋型電路的控制電路如圖 。 圖 ，它可分為整流、逆變和高頻整流濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，輸入 AC220V經(jīng)橋式整流濾波后獲得 +300V左右的直流電壓。改變開關(guān)導(dǎo)通的占空比 ， 即能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 UO。當(dāng)兩開關(guān)管都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 N1中 的電流為零，根據(jù)變壓器磁勢(shì)平衡方程繞阻 N2 、 N3中的電 流大小相等，方向相反，所以 VD1和 VD2均處于導(dǎo)通狀態(tài)各分擔(dān)負(fù)載電流的二分之一。由于 SG3525中存在死區(qū)時(shí)間，所以不存在 由于 Vs1和 Vs2共同導(dǎo)通而損壞功率管的情況。誤差放大器的輸入信號(hào)分別是給定信號(hào) UK和電壓反饋信號(hào) Uf。在誤差放大器的輸入和輸出端接入了 RC反饋網(wǎng) 絡(luò)。 為了防止電路中可能產(chǎn)生的過(guò)電壓而擊穿功率管，電路 中設(shè)置了過(guò)電壓保護(hù)電路，過(guò)電壓保護(hù)電路是 —個(gè)由電 阻 R1和 R2分壓。 26 結(jié)束語(yǔ) 至此，本次設(shè)計(jì)結(jié)束。第二章對(duì)開關(guān)電源的各方面技術(shù)進(jìn)行了介紹。第三章在前面的基礎(chǔ)上對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)。 本文對(duì)開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)行了比較全面的介紹，并具體設(shè)計(jì)了一個(gè)計(jì)算機(jī)開關(guān)電源，應(yīng)該說(shuō)做了一些有意義的工作。設(shè)計(jì)中可以進(jìn)一步進(jìn)行下面的工作： （ 1）軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用 。 27 謝 辭 本文是在指導(dǎo)老師王忻老師悉心指導(dǎo)和鼓勵(lì)下完成的。王老師嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實(shí)和認(rèn)真的 工作態(tài)度給我留下了深刻的印象。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行過(guò)程中，同學(xué)劉宏強(qiáng)、王龍峰、唐云濤、張宏華 給予我不少幫助和支持，在此向他們表示感謝。 最后，作者感謝青島大學(xué)多年的培養(yǎng)。 衷心感謝百忙之中抽出時(shí)間參加論文評(píng)閱和評(píng)議的各位老師，感 謝他們?yōu)?審閱本文所付出的辛勤