【正文】 替地進(jìn)行，脈沖變壓器工作在磁飽和狀態(tài)。 二是將 DC/AC 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(jí)，通過整流、濾波成為直流電。 雙變壓器飽和型變換器中，則將上述兩種功能分別采用驅(qū)動(dòng)變壓器和輸出變壓器來完成。輸出變壓器只轉(zhuǎn)換輸出功率，驅(qū)動(dòng)變壓器則工作于飽和狀態(tài)，控制開關(guān)管的通 /斷。 橋式變換電路 全橋變換器電路原理如圖 23 所示。 4 只極性相同的開關(guān)管 VT 1～ VT 4組成橋式電路接法的 4 個(gè)臂，變壓器初級(jí)作為負(fù)載電路接于兩臂中點(diǎn)之間。VT1 和 VT4 為一對(duì)， VT2 和 VT3 為另一對(duì)，互補(bǔ)導(dǎo)通，即一對(duì)導(dǎo)通時(shí)另一對(duì)截止。當(dāng)開關(guān)管成對(duì)輪流導(dǎo)通 時(shí)，脈沖變壓器初級(jí)連續(xù)通過方向相反的電流，將輸入直流變成雙向?qū)ΨQ的矩形脈沖，脈沖變壓器次級(jí)通過全波整流濾波，輸出穩(wěn)定的直流電。 圖 23 全橋變換器電路原理圖 橋式開關(guān)電路每個(gè)導(dǎo)通周期兩只開關(guān)管與脈沖變壓器初級(jí)都是串聯(lián)的，因此加在每只開關(guān)管的最高耐壓為推挽式電路的 1/2，即等于輸入電壓，這非常適合大電流低反壓開關(guān)管的應(yīng)用。例如，普通單端、推挽式開關(guān)電路，常用反壓 UCEO800 V 的開關(guān)管，而橋式電路中開關(guān)管 UCEO 大于400 V 也比較安全了。開關(guān)管功耗 PCM 一定時(shí)， UCEO 低的管子其 ICM 也必洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 然較大，相對(duì)地使橋式開關(guān)電路上限輸出功率增大。此外，橋式電路中脈沖變壓器 T 的初級(jí)通過的是對(duì)稱的方波，理論上無直流成分磁化電流，因而其磁通量為交變磁通，無恒定磁場(chǎng)，使脈沖變壓器的有效利用率提高，減小了開關(guān)電源的體積和重量。更重要的是，橋式開關(guān)電路的脈沖變壓器初級(jí)只需要一組繞組，不存在對(duì)稱的問題，且初級(jí)最高電壓為輸入電壓，這使得脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。因此橋式電路被廣泛用于 kW 級(jí)的大功率開關(guān)電源中。 在圖 23 所示的全橋逆變電路中 ，互為對(duì)角的一對(duì)開關(guān)管輪流同時(shí)導(dǎo)通，在變壓器初級(jí)側(cè)形成交變電壓，傳遞到次級(jí)，經(jīng)整流濾波后輸出，改變占空比即可改變輸出電壓。當(dāng) VT1 與 VT4 開通后，二極管 VD1 和 VD4處于通態(tài)，電感 L 的電流逐漸上升； VT2 與 VT3 開通后，二極管 VD2 和VD3 處于通態(tài)，電感 L 的電流也上升。 VT1 和 VT2 斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為 Ui。如果 VT VT 4 與 VT VT3 的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則 N1 中的交變電壓中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流電流，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串 聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。設(shè)每對(duì)管導(dǎo)通時(shí)間為 ton，開關(guān)周期為T，則在濾波電感電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式同式(21)。 半橋變換電路 半橋式電路顧名思義就是取掉橋式電路中的兩只開關(guān)管，半橋變換電路如圖 24 所示。 電路的工作過程： VT1 與 VT2 交替 著 導(dǎo)通， 就能在 變壓器一次側(cè)形成幅值為 Ui/2 的交流電壓。 通過 改變 兩個(gè) 開關(guān)的 導(dǎo)通時(shí)間 ，就可以改變 變壓器 二次側(cè)整流電壓 Ud 的平均值， 就可以 改變 整流 輸出電壓 U0。 當(dāng) VT1 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V1 處于通態(tài) ；當(dāng) VT 2 導(dǎo)通時(shí)，二極管 V2 處于通態(tài) ； 當(dāng) VTVT2 都關(guān)斷時(shí)， 由于電路處于短路狀態(tài)，所以 變壓器繞組 N1 中的電流為零 ，此時(shí) V1 和 V2 都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。 VT1 或 VT2 導(dǎo)通時(shí) ，通過電感 L 的電流逐漸上升 ； 兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)， 通過 電感 L 的電流逐漸下降。VT1 和 VT2 處于 斷 開狀 態(tài)時(shí) 所 承受的電壓 最高 為 Ui。由于電容 器 C C2洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 的隔離作用，對(duì)兩個(gè)開關(guān)由于導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量 ， 半橋 變換 電路有 著 自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生直流磁飽和與 變壓器的偏磁。 圖 24 半橋電路原理圖 當(dāng)濾波電 感 L 的電流連續(xù)時(shí)，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(shí)驅(qū)動(dòng)電路也大為簡(jiǎn)化，只需兩組在時(shí)間軸上不重合的驅(qū)動(dòng)脈沖，兩組驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單得多。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格開關(guān)管時(shí)，半橋式負(fù)載端電壓為 1/2Uin，輸出功率為橋式電路的 1/4。 半橋式電路具有全橋式電路的所有優(yōu)勢(shì)，因此其應(yīng)用比全橋式更普遍 。 正激變換電路 正激 變換器 電路原理圖如圖 24 所示。電路的工作過程如下：開關(guān)管VT 開通后，變壓器 一次側(cè) 繞組 N1 兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合 二次側(cè)繞組 N2 兩端的電壓 同樣 是上正下負(fù)。因此 二極管 V1 處于通態(tài)， 二極管V2 為斷態(tài)， 通過 電感 L 的電流逐 步 增 大 ； VT 關(guān)斷后，電感 L 通過 V2 續(xù)流，V1 關(guān)斷。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 25 正激變換器電路原理圖 開關(guān)管 VT 關(guān)斷后 ， 變壓器的激磁電流經(jīng) 自身 N3 繞組和 二極管 V3 流回電源，所 以開關(guān)管 VT 關(guān)斷后 所 承受的電壓表達(dá)式為： iS UNNU )1( 21?? (23) 此時(shí)要考慮變壓器磁心復(fù)位問題。開關(guān)管 VT 開通后，變壓器的激磁電流由零始，隨著 導(dǎo)通 時(shí)間 的 增加而 成 線性的增長(zhǎng)直到 開關(guān)管 VT 關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和， 就 需要設(shè)法在 開關(guān)管 VT 關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間內(nèi)使激磁電流降回零，這一過程 就 稱為變壓器的磁心復(fù)位。 變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間 表達(dá)式 為： onrst tNNt 13? (24) 在電感電流連續(xù)的情況下，輸出電壓表示為： lonUTNtNU 210 ? (25) 輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓 U0 將高于式 (23)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高 。 在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓表達(dá)式為： iUNNU 210 ? (26) 反激變換電路 反激變換器電路原理如圖 56 所示。反激電路中的變壓器 T 起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看做是一對(duì)相互耦合的電感。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 26 反激變換器電路原理圖 電路的工作過程： VT 開通后， VD 處于斷態(tài)， N1 繞組的電流線性增長(zhǎng)，繞組電感儲(chǔ)能增加； VT 關(guān)斷后， N1 繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過 N2 繞組和 VD 向輸出端釋放。 VT 關(guān)斷后的電壓為 （ 27） 反激電路的工作模式分為電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式。 (1) 電流連續(xù)模式：當(dāng) VT 開通時(shí)， N2 繞組中的電流尚未下降到零。輸出電壓和輸入電壓關(guān)系見式 (22)。 (2) 電流斷續(xù)模式： VT 開通前， N2 繞組中的電流已下降到零。輸出電壓高于計(jì)算值 ,并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下 , Uo→∞ 。因此反激電路不能工作于負(fù)載開路狀態(tài)。 [1] 不同電路的特點(diǎn) 上述各種不同電路的特點(diǎn)比較如表 21 所示 表 21 各種電路比較 電路 優(yōu)點(diǎn) 缺 點(diǎn) 功率范圍 應(yīng)用領(lǐng)域 正激式 電路比較簡(jiǎn)單，可靠性較高，成本低，驅(qū)動(dòng)電路操作簡(jiǎn)單 變壓器單相激磁，利用率低 百瓦 ~千瓦 中小功率電源 反激式 電路比較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性較高，可用操作簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路 變壓器會(huì)出現(xiàn)單相激磁，利用率比較低 瓦 ~千瓦 計(jì) 算 機(jī) 設(shè)備，小功率電子設(shè)備等 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 全橋式 變壓器容易出現(xiàn)雙向激磁，很容易達(dá)到大功率 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低成本高，需要復(fù)雜 的隔 離驅(qū)動(dòng)電路 百瓦 ~千瓦 焊接電源，大功率工業(yè)用電源，電解電源等 半橋式 變壓器容易出現(xiàn)雙向激磁，開關(guān)少，成本低 需要考慮直通問題，可靠性比較低，需要隔離驅(qū)動(dòng)電路 百瓦 ~千瓦 計(jì) 算 機(jī) 電源，工業(yè)用電源等 推挽式 變壓器雙向激磁，一次側(cè)一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單 有偏磁問題 百瓦 ~千瓦 低輸入電源 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 3 章 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器 UC3524 UC3524 的簡(jiǎn)介 UC3524 的概述 目前國內(nèi)外生產(chǎn)的 PWM 型和 PFM（脈頻調(diào)制）型開關(guān)集成控制器已達(dá)上百種，其中 PWM 型集成控制器以 UC3524較為流行。 UC3524是美國硅通用公司（ SiliconGeneral）生產(chǎn)的雙端輸出 式脈寬調(diào)制器，包括了所有無電源變壓器開關(guān)電源所要求的基本功能，如控制、保護(hù)、取樣放大等功能，使用方便靈活，同時(shí)在制造上采用常規(guī)的平面工藝?？蔀槊}寬調(diào)制式推挽、橋式、單端及串聯(lián)型 SMPS（固定頻率開關(guān)電源）提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。 UC3524的工作頻率高于 100kHz,工作電壓范圍為 6~40V，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為 5V，基準(zhǔn)源負(fù)載能力達(dá) 50mA；內(nèi)開路集電極，發(fā)射極驅(qū)動(dòng)管的最大輸出電流為 100mA； 工作溫度為 0℃ ～ 70℃ ,適宜構(gòu)成 100W～ 500W 中功率推挽輸出式開關(guān)電源。 UC3524 內(nèi)部振蕩器的 周期 T=RTCT，電容 CT 取值范圍為 1000 pF～ μF， RT 取值范圍為 ～ 100 kΩ，其最高振蕩頻率為 300 kHz。 UC3524內(nèi)部設(shè)有驅(qū)動(dòng)脈沖電路，通過控制 PWM 比較器的輸出，使集成電路處于關(guān)閉狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。 UC3524 的兩組驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)也采用集電極、發(fā)射極開路輸出的 NPN 型雙極型三極管，以便用于單端或推挽電路的驅(qū)動(dòng)。兩路輸出脈沖，每路輸出最大脈寬為 45%。驅(qū)動(dòng)推挽電路時(shí)，次級(jí)電路得到兩組正向脈沖分別使內(nèi)部放大管輪流導(dǎo)通，其最大脈寬為 90%。因?yàn)閮山M驅(qū)動(dòng)輸出極性相同，只是在時(shí)間軸上 出現(xiàn)的序列不同，所以可以將兩驅(qū)動(dòng)輸出脈沖并聯(lián)，將輸出最大脈寬 90% 的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，用于單端變換器。分成兩路輸出時(shí)，開關(guān)頻率為振蕩器頻率的 2 倍；單端并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，開關(guān)頻率等于振蕩頻率。 UC3524 結(jié)構(gòu)介紹 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器 UC3524 以其優(yōu)良的性能獲得廣泛運(yùn)用，無論低壓變洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 換器還是大功率開關(guān)電源，都可由其組成可靠性較高的電路。 UC3524 采用 DIP－ 16 型封裝 其結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖如 31 所示。 圖 31 UC3524 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) 各引腳介紹 1 腳：內(nèi)部誤差檢測(cè)放大器 A 的差分放大器反向輸入端。 2 腳：誤差放大器 A 的正相輸入端。 3 腳：內(nèi)部振蕩器鋸齒波輸出端。 5 腳：分別為開關(guān)電流限制放大器的 +、－取樣輸入端。 6 腳：外接定時(shí)電阻端。 7 腳：外接定時(shí)電容端。 8 腳：接地端。 9 腳：誤差放大器的輸出端。 10 腳： PWM 脈沖輸出控制端。 1 14 腳：內(nèi)部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí) NPN 雙極型三極管的發(fā)射極引出端。 1 13 腳：內(nèi)部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí) NPN 管的集電極引出端。 15 腳：電源輸入端。 16 腳： 5 V 基準(zhǔn)電壓輸出端。 UC3524的主要部分說明如下： （ 1）基準(zhǔn)源。 UC3524從 ⑩ 腳輸出 5V 基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá) 20mA，片內(nèi)除 “或非 ”門外，其他部分均由其供電，此外該電壓還兼作誤差放大器洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)源的電壓輸入范圍為 8～ 40V，電壓調(diào)整率為 ％，負(fù)載調(diào)整率為 ％，溫度系數(shù)為 210(4)/℃ ，內(nèi)設(shè)過電流和短路保護(hù)。 （ 2）誤差放大器。 UC3524片內(nèi)誤差放大器由一對(duì)差分放大器和一級(jí)單管放大電路等組成，開環(huán)增益 60dB 以上，輸出阻抗為 5MΩ。放大器由 5V電壓供電，其共模輸入電壓范圍為 ～ ，需要將輸入基準(zhǔn)電壓分壓送至誤差放大器 ① 腳（正電源電壓輸出）或 ② 腳（負(fù)電源電壓輸出）。為使