48V10A高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因而需要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)提出了更高的要求。本文設(shè)計(jì)的是一款具有實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示的高頻開(kāi)關(guān)電源。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以有效的降低開(kāi)關(guān)損耗和開(kāi)關(guān)應(yīng)力，有助于變換器效率的提高。而pfc技術(shù)可以提高ac/dc變換器的輸入功率因數(shù)，減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。系統(tǒng)以mos管作為功率開(kāi)關(guān)器件，構(gòu)成移相全橋zvs pwm直流變換器，采用脈寬調(diào)制pwm技術(shù)，pwm控制信號(hào)由集成控制器uc3875產(chǎn)生，從輸出實(shí)時(shí)采樣電壓反饋信號(hào)，以控制輸出電壓的變化，控制電路和主電路之間用變壓器進(jìn)行隔離，并設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)和保護(hù)電路。顯示、監(jiān)

2、控用at89c52、tlc2543和1602模塊實(shí)現(xiàn)。最后利用仿真驗(yàn)證本設(shè)計(jì)，分析該系統(tǒng)能安全可靠運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵字：高頻開(kāi)關(guān)電源，boost變換器，相移zvs-pwm變換器，仿真abstractwith the development of large scale integrated circuit, power supply module to realize miniaturization, so need to constantly improve the switch frequency and adopts the new circuit topology, it i

3、s of high frequency switching power supply technology put forward higher request.is a design in this paper has real-time monitoring, display of high frequency switch power supply. the soft switch technology can effectively reduce the switching loss and switch stress, help to enhance the efficiency o

4、f converter. pfc technology can improve the input power factor of ac/dc converter, reduce the harmonic pollution to power network. system to mos tube as power switching device, constitute the phase shifting full bridge zvs pwm dc converter, using pulse width modulation pwm technology, pwm control si

5、gnal generated by the integrated controller uc3875, and from the output voltage feedback signal real-time sampling and to control the change of the output voltage, the control circuit and main circuit between isolation transformer, and design the soft start and protection circuit. display, monitorin

6、g using at89c52, tlc2543 and 1602 module implementation. finally validate this design by simulation analysis of the system can be safe and reliable operation, has reached the design requirements.keywords: hf switeh power supply, boost-converter, phase-shifted zvs pwm converter, simulation目錄摘要iabstra

7、ctii第1章 緒論11.1高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀11.2高頻開(kāi)關(guān)電源的概念31.3課題簡(jiǎn)述51.3.1本課題的意義51.3.2本課題的研究方法6第2章 總體方案設(shè)計(jì)72.1設(shè)計(jì)內(nèi)容72.2高頻開(kāi)關(guān)電源72.2.1高頻電源開(kāi)關(guān)的基本原理72.2.2開(kāi)關(guān)電源的電路組成82.2.3電路單元介紹及設(shè)計(jì)內(nèi)容.9第3章 輸入電路設(shè)計(jì)103.1emi電源濾波器103.2整流濾波單元113.2.1電路原理圖113.2.2元件參數(shù)計(jì)算123.3輸入電路原理圖13第4章 功率因素校正(pfc)144.1功率因數(shù)校正概述144.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)164.2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)原理164.2.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)方法184.

8、3單相軟開(kāi)關(guān)有源校正主電路的選擇184.5 boost變換器參數(shù)計(jì)算204.6 boost變換器驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)22第5章 直流變換器設(shè)計(jì)305.1開(kāi)關(guān)器件的選擇305.2主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)305.3高頻變壓器設(shè)計(jì)345.3.1變壓器設(shè)計(jì)方法345.3.2變壓器參數(shù)計(jì)算355.4諧振電感電容385.5 pwm控制控制電路設(shè)計(jì)385.5.1電路參數(shù)計(jì)算395.5.2波形分析405.6驅(qū)動(dòng)電路415.7輸出濾波電路設(shè)計(jì)42第6章 輔助及保護(hù)電路設(shè)計(jì)446.1輔助電源設(shè)計(jì)446.2保護(hù)電路設(shè)計(jì)45第7章 顯示、監(jiān)控模塊設(shè)計(jì)487.1 ad芯片tlc2543介紹487.2單片機(jī)模塊簡(jiǎn)介507.3 lcm1

9、602液晶簡(jiǎn)介507.4 顯示、監(jiān)控模塊原理圖517.5主程序設(shè)計(jì)52第8章 仿真與分析538.1電源仿真軟件saber simulator538.2功率因素校正(apfc)538.2.1未加功率因數(shù)校正器仿真分分析548.2.2加功率校正器仿真分析558.3基于uc3875的移相變換器仿真分析588.3.1 pwm控制電路仿真分析588.3.2移相全橋zvzcs變換器仿真分析608.4顯示、監(jiān)控模塊仿真分析61結(jié) 論64致 謝65參考文獻(xiàn)66附錄 168ivcontentsabstract(in chinese)iabstract(in english)iichapter 1 exordiu

10、m11.1 development history of high frequency switching power supply11.2 the concept of high frequency switch power supply31.3 topic brief51.3.1 the significance of this topic51.3.2 this topic research methods6chapter 2 the overall scheme design72.1 design content72.2 switching power supply72.2.1 the

11、basic principle of high frequency power switch72.2.2 of switch power supply circuit82.2.3 circuit unit is introduced and the design content.9chapter 3 input circuit design103.1 emi power filter103.2 rectifier filter unit113.2.1 schematic circuit diagram113.2.2 component parameters are calcuated123.3

12、 input circuit principle diagram13chapter 4 power factor correction (pfc)144.1 summary of power factor correction144.2 soft-switching technology164.2.1 principle soft switch technology164.2.2 basic implementation of soft switch technology184.3 single phase active correction of the soft switch circui

13、t184.5 the boost converter parameters are calculated204.6 the boost converter drive circuit design22chapter 5 dc converter design305.1 switching device of choice305.2 main circuit topology structure design305.3 the high frequency transformer design345.3.1 transformer design method345.3.2 tranformer

14、parameters are calculated355.4 the resonant inductance capacitance385.5 pwm control circuit design385.5.1 circuit parameter calculation395.5.2 waveform analysis405.6 driver circuit415.7 output filter circuit design42chapter 6 support and the protection circuit design446.1 auxiliary power supply desi

15、gn446.2 protetion circuit design45chapter 7 shows,monitoring module design487.1 ad chip tlc2543 is introduced487.2 mcu module function introduction507.3 lcm1602 lcd introduction507.4 the principle diagram of the display,monitoring module517.5 the main program design52chapter 8 of the simulation and

16、analysis538.1 power supply simulation software the saber simulator538.2 power factor correction (apfc)538.2.1 without power factor corrector simulation and analysis548.2.2 with power corrector simulation and analysis558.3 based on uc3875 phase shift transformer simulation analysis588.3.1 pwm control

17、 circuit simulation analysis588.3.2 simulation and analysis of the phase shifting full bridge zvzcs converter608.4 shows the simulation analysis,monitoring module61conclusion64thanks65references66appendix 168vi第1章 緒論1.1高頻開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀在各種電力電子設(shè)備中，都需要有電源供給其所需的能量，所以供電電源質(zhì)量的好壞直接影響到電力電子設(shè)備能否安全可靠的運(yùn)行。電力電子設(shè)備常用的直流穩(wěn)

18、壓電源分為線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。線性穩(wěn)壓電源是一種連續(xù)控制型電源，它具有穩(wěn)定性好、輸出電壓精度高、輸出紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，但其隔離變換部分必須使用體積重量都很大的工頻變壓器，而且開(kāi)關(guān)管的損耗比較大，使得線性電源效率降低，實(shí)用性不高;開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷來(lái)工作的一種直流穩(wěn)壓電源，它具的效率高、體積小、重量輕、可靠性和穩(wěn)定性都較好、對(duì)輸入電壓波動(dòng)不敏感等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代電力電子設(shè)備中。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，現(xiàn)階段電子設(shè)備的精密化和集成化程度越來(lái)越高，這就對(duì)供電電源的要求越來(lái)越高，所以在需要直流供電電源的系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)電源已逐漸取代線性電源而處于最重要的地位，并且取得了快速的發(fā)展

19、，代表著今后供電電源的發(fā)展方向。從開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)以來(lái)，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：最早出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)電源是由分立器件組成的，其開(kāi)關(guān)速度慢、效率低，并且電路復(fù)雜、所含器件多、穩(wěn)定性差、設(shè)計(jì)和調(diào)試都很不容易；20世紀(jì)70年代由于大集成電路的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，人們實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源控制電路的集成化，從而開(kāi)關(guān)電源的體積減小，效率和穩(wěn)定性得到了很大的提高；20世紀(jì)80年代研制成功了單片開(kāi)關(guān)電源，它可以將開(kāi)關(guān)電源的基本功能通過(guò)一個(gè)集成ic來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種電源屬于一種高度集成化的交流一直流變換器；如今，隨著各種類型開(kāi)關(guān)電源集成電路的不斷發(fā)展和控制芯片功能的不斷完善，電源的集成化程度越來(lái)越高，其效率和穩(wěn)定性也不斷的得到提高

20、。由于科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，開(kāi)關(guān)電源取得了快速的發(fā)展。其發(fā)展方向可以概括為以下6個(gè)方面1 ：1、頻率越來(lái)越高理論分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明提高開(kāi)關(guān)電源功率變換器件的開(kāi)關(guān)速度可以明顯地提高效率、減少磁性變壓器材料的用量、減小電感和電容的體積重量。當(dāng)把開(kāi)關(guān)頻率提高200倍時(shí)，開(kāi)關(guān)電源的體積重量相對(duì)可減少2030%，其主要材料可以節(jié)約50%以上，還可節(jié)約超過(guò)25%的電能。但是開(kāi)關(guān)電源高頻率的實(shí)現(xiàn)，必須要有相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。20世紀(jì)90年代，伴隨著新一代功率鐵氧體磁性材料的研制成功，使得開(kāi)關(guān)電源的工作頻率上限達(dá)到了500khz，由此促使人們?nèi)ゴ罅Πl(fā)展新型高速mosfet、igbt等器

21、件，開(kāi)發(fā)高頻用的損耗少的磁性材料，改進(jìn)磁性元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)和降低其等效串聯(lián)電阻等，同時(shí)使許多采用傳統(tǒng)電子管的高頻設(shè)備固態(tài)化、模塊化，對(duì)開(kāi)關(guān)電源小型化也產(chǎn)生了巨大的影響和推動(dòng)作用。2、集成度越來(lái)越高開(kāi)關(guān)電源中使用了大量的元器件，因此其可靠性必然會(huì)降低，尤其是其中的電容器、光電禍合器和散熱風(fēng)扇等屬于易損器件，其使用周期決定了開(kāi)關(guān)電源的壽命，所以，在設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源時(shí)，應(yīng)盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用大規(guī)模集成電路和模塊化設(shè)計(jì)。這里所說(shuō)的集成度的提高包括兩方面：一是指功率器件的微觀化，更加密集；二是指電源單元的集成化更高。常見(jiàn)的器件模塊含有多個(gè)分立的單元模塊，包括開(kāi)

22、關(guān)器件及其并聯(lián)的續(xù)流二極管，都屬于一個(gè)單元模塊，稱為標(biāo)準(zhǔn)功率模塊。近年來(lái)，又出現(xiàn)了智能化功率模塊和用戶專用功率模塊，使開(kāi)關(guān)電源的幾乎所有硬件都可以以芯片的形式集成到一個(gè)模塊中，實(shí)現(xiàn)了更高程度的集成。3、模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)化在功率電子技術(shù)中，控制部分最初是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的，所以二十世紀(jì)八十年代以前，電力電子電路完全是通過(guò)模擬技術(shù)來(lái)搭建的。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)和日趨發(fā)展，并且越來(lái)越完善和成熟，數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要，顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)字信號(hào)便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理、不會(huì)出現(xiàn)畸變失真、具有較高的抗干擾能力、便于使用軟件包進(jìn)行調(diào)試和測(cè)量，也便于植入容錯(cuò)、自診斷等技術(shù)。所以，自九十年代以來(lái)，在

23、各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，模擬技術(shù)雖然還發(fā)揮著作用，比如電磁兼容（emc）問(wèn)題和功率因數(shù)修正（pfc）等問(wèn)題的解決、印刷電路版的布圖等，但是對(duì)于智能化的開(kāi)關(guān)電源，需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，就必須使用數(shù)字化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。4、綠色節(jié)能電源系統(tǒng)的綠色節(jié)能化包括兩個(gè)方面：其一是指節(jié)約電能；其二是指電源不能（或很少）對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染。為此，國(guó)際電工委員會(huì)（iec）制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。事實(shí)上，許多功率電子轉(zhuǎn)換設(shè)備，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成一定的污染，造成電網(wǎng)電壓質(zhì)量的下降。20世紀(jì)末，功率因數(shù)校正技術(shù)的不斷發(fā)展和有源濾波器和有源補(bǔ)償器的研制成功，為開(kāi)關(guān)電源的綠色化奠定了更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。5、使用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)和控制早期

24、的開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，必須將所設(shè)計(jì)的電路做成面包板，使用測(cè)試儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)初步的驗(yàn)證，這樣會(huì)使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程耗時(shí)費(fèi)力，成本增加，而且隨著開(kāi)關(guān)電源的集成化智能化程度的提高，使用傳統(tǒng)的驗(yàn)證方法已經(jīng)不再適用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)可以使用計(jì)算機(jī)輔助軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行仿真研究，可以仿真出接近實(shí)際電路的結(jié)果，便于修改參數(shù)，從而可以有效的縮短研發(fā)時(shí)間和節(jié)約研發(fā)成本；在控制方面，使用計(jì)算機(jī)檢測(cè)和控制，組成多功能的監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警和關(guān)斷等。6、輸出電壓電流的范圍越來(lái)越寬輸出電壓電流的范圍寬包括兩個(gè)方面：一是由于開(kāi)關(guān)電源的高性能，使得它代替線性電源用在一

25、些電壓電流比較高的工業(yè)領(lǐng)域，這就要求開(kāi)關(guān)電源具有較大的輸出功率；二是由于半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，微處理器和各種微型、便攜式電子設(shè)備的工作電壓越來(lái)越低，這就要求電源系統(tǒng)能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和電子設(shè)備的供電要求。通過(guò)以上幾個(gè)方面的不斷發(fā)展，使開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的越來(lái)越成熟，從而實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)和高效率用電的結(jié)合。但是開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)定性不高，由于其工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，對(duì)電路的干擾嚴(yán)重，電源噪聲大，所以現(xiàn)階段開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制和穩(wěn)定性研究己成為新的研究課題并取得了較快的發(fā)展，促使大批電源工程師去做深入的研究和開(kāi)發(fā)。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展下，電路的仿真研究己成為當(dāng)今電力電子設(shè)備設(shè)計(jì)的必要手段，隨著電

26、路的集成化和智能化成都不斷提高，其建模更加困難，所以在現(xiàn)階段，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，建立合適的模型也成為許多研究者研究的新課題。1.2高頻開(kāi)關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。按照電子理論2，所謂ac/dc就是交流轉(zhuǎn)換為直流；ac/ac稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率；dc/ac稱為逆變；dc/dc為直流變交流后再變直流。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。

27、自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開(kāi)關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開(kāi)關(guān)電源（switching power supply）。開(kāi)關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開(kāi)關(guān)變換器（off-line switching cpnwerter），常用的ac/dc變換器就是離線式變換器。第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220v交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓vi，此電壓送到第二部分進(jìn)行功率因數(shù)校

28、正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正（active power factor correction，apfc），是指電源在校正過(guò)程中常采用三極管和集成電路。開(kāi)關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開(kāi)關(guān)和高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，達(dá)到脈沖寬度可

29、調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說(shuō)開(kāi)關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。高頻電子開(kāi)關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。在一個(gè)電子開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間與一個(gè)電子周期所占時(shí)間之比，叫接通占空比。斷開(kāi)時(shí)間所占時(shí)間的比例稱為斷開(kāi)占空比。開(kāi)關(guān)周期是開(kāi)關(guān)頻率的倒數(shù)。例如：一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的工作頻率是50khz，它的周期為20微秒。很明顯，接通占空比越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開(kāi)關(guān)接通時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。這對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)小型化有幫助同時(shí)，能量傳遞的速度也快。但是，開(kāi)關(guān)電源中斷開(kāi)關(guān)功率管、高頻變壓器、控制集成電路以及輸入整流二極管的發(fā)熱量高、損耗大。對(duì)于不同的變換器形式，所

30、選用的占空比大小是不一樣的。1.3課題簡(jiǎn)述1.3.1本課題的意義通信業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動(dòng)了通信電源的發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源在通信系統(tǒng)中處于核心地位，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流。在通信領(lǐng)域中，通常將高頻整流器稱為一次電源，而將直流/直流（dc/dc）變換器稱為二次電源。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊實(shí)現(xiàn)小型化，因而需要不斷提高開(kāi)關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這就對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源技術(shù)提出了更高的要求。通信高頻開(kāi)關(guān)電源模塊6的應(yīng)用上面，有以下幾個(gè)方面的要求：1、體積小，重量輕高頻變壓器取代了傳統(tǒng)電源中的大而粗笨的工頻變壓器，使得電源越來(lái)越小型化、輕量化。2、工作頻率高工作頻率高，使輸出濾波電路可

31、以實(shí)現(xiàn)小型化。3、功率因數(shù)高高頻開(kāi)關(guān)電源模塊利用有源功率因數(shù)校正電路，功率因數(shù)可達(dá)0.98以上，而傳統(tǒng)電源波形畸變，對(duì)電網(wǎng)上的弱電設(shè)備有嚴(yán)重的干擾。4、效率高，節(jié)省能源高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的效率一般在8895%，傳統(tǒng)電源一般在70%以下。 5、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的工作頻率高，對(duì)負(fù)載和電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)電源。6、紋波小高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的輸出紋波一般都比傳統(tǒng)電源小。7、噪音低高頻開(kāi)關(guān)電源模塊的工作頻率在人的聽(tīng)覺(jué)范圍之外，可聞噪音要比傳統(tǒng)電源低很多。8、擴(kuò)容方便高頻開(kāi)關(guān)電源模塊一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，維護(hù)、擴(kuò)容比較方便。9、便于采用公道而又靈活的配置在現(xiàn)代通訊系統(tǒng)中，采用高頻開(kāi)關(guān)電源模塊模塊

32、時(shí)，一般采用供電方式。即在滿足設(shè)計(jì)負(fù)荷所需的整流模塊基礎(chǔ)上，增加一個(gè)模塊。平時(shí)個(gè)模塊同時(shí)供電，電流均分。當(dāng)其中一個(gè)模塊出現(xiàn)障礙時(shí)，總負(fù)荷由其他模塊均分，故這種供電方式具有很高的可靠性。1.3.2本課題的研究方法在本系統(tǒng)中，先通過(guò)對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析，并結(jié)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)的主電路拓?fù)?，設(shè)計(jì)出主電路。然后通過(guò)用saber simulator、protuse對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿真分析，并結(jié)合系統(tǒng)的具體情況，設(shè)計(jì)出濾波、整流、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制部分。本課題所要研究的就是一種用于電信系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)電源。本系統(tǒng)要到的技術(shù)指標(biāo)如下：1、輸入電壓：220v10%2、電網(wǎng)頻率：50hz1

33、0%3、功率因素：0.994、輸出標(biāo)稱電壓：48vdc5、輸出額定電流：10a6、穩(wěn)壓精度：0.5%7、穩(wěn)流精度：0.5%8、紋波系數(shù)：0.1%9、均流不平衡度：3%10、輸入過(guò)壓保護(hù)：311v5v11、輸出過(guò)壓壓保護(hù)：48v2v12、開(kāi)關(guān)頻率：80khz13、輸出電壓紋波峰值：0.24v第2章 總體方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容1、輸入電路設(shè)計(jì)；2、功率開(kāi)關(guān)器件的選擇；3、功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)；4、直流變換器設(shè)計(jì)；5、pwm調(diào)制器設(shè)計(jì)；6、副邊濾波電感、電容的設(shè)計(jì)與選擇；7、監(jiān)控和顯示電路設(shè)計(jì)；8、輔助及保護(hù)電路設(shè)計(jì)?？傮w設(shè)計(jì)流程圖如下圖2-1所示：圖2-1 總體設(shè)計(jì)流程圖2.2高頻開(kāi)關(guān)電源2.2.

34、1高頻電源開(kāi)關(guān)的基本原理高頻開(kāi)關(guān)電源是將交流輸入（單相或三相）電壓變成所需的直流電壓的裝置?；镜母綦x式高頻開(kāi)關(guān)電源的原理框圖如上圖所示，高頻開(kāi)關(guān)電源主要由輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路、輔助電源等幾部分組成。其基本原理是：交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到直流電壓，通過(guò)高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。以全橋式變換器高頻開(kāi)關(guān)電源為例，圖2-2表示了交流輸入到直流電壓輸出。圖2-2 高頻開(kāi)關(guān)電源的

35、波形變化圖2.2.2開(kāi)關(guān)電源的電路組成開(kāi)關(guān)電源的主要電路2是由輸入電磁干擾濾波器（emi）、整流濾波電路、功率變換電路、pwm控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過(guò)壓保護(hù)電路、輸出過(guò)壓保護(hù)電路、過(guò)流保護(hù)電路、溫度保護(hù)電路，輔助電源電路等。開(kāi)關(guān)電源的基本電路組成方框圖如下：圖2-3 開(kāi)關(guān)電源基本組成框圖2.2.3電路單元介紹及設(shè)計(jì)內(nèi)容本系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示，主要由輸入端整流濾波器、pfc單元、高頻開(kāi)關(guān)變換器、高頻變壓器、輸出整流濾波器、控制電路（包括控制器、保護(hù)電路、反饋電路）和輔助電源等幾部分組成。各個(gè)部分的組成和作用如下：輸入保護(hù)：由保險(xiǎn)絲和壓敏電阻組成，防止由于電源短路

36、所產(chǎn)生的大電流以及輸入的沖擊電流對(duì)電路中器件的影響。輸入整流濾波器：輸入濾波器消除來(lái)自電網(wǎng)的各種干擾，如電機(jī)的起動(dòng)、電氣設(shè)備的開(kāi)通與關(guān)斷、雷電等產(chǎn)生的尖峰脈沖干擾，同時(shí)也可以防止開(kāi)關(guān)電源本身所產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散而污染電網(wǎng)，當(dāng)電網(wǎng)瞬時(shí)斷電時(shí)，濾波電容器儲(chǔ)存的能量能使開(kāi)關(guān)電源的輸出維持一段時(shí)間；輸入整流器將電網(wǎng)輸入的交流電進(jìn)行整流，為開(kāi)關(guān)變換器提供波紋較小的直流電。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。pfc單元：減小無(wú)功損耗，提高電源的功率因數(shù)和工作效率。高頻開(kāi)關(guān)變換器（dc/ac）：它是開(kāi)關(guān)電源的最主要的部分，可以把直流電變換成高頻率的矩形方波交流電，再經(jīng)過(guò)

37、高頻變壓器變成所需要的隔離輸出交流電。輸出整流濾波器：將開(kāi)關(guān)變換器輸出的高頻交流電整流濾波得到滿足輸出標(biāo)準(zhǔn)的直流電，同時(shí)還防止高頻干擾信號(hào)對(duì)負(fù)載的影響。電路原理與輸入整流濾波器相同?？刂齐娐罚嚎刂齐娐酚蓪Ｓ每刂菩酒?、反饋電路和保護(hù)電路組成。反饋電路將輸出端的采樣信號(hào)以基準(zhǔn)電路的比較值送到控制芯片，控制器就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出值的變化，通過(guò)調(diào)節(jié)輸出的脈沖寬度，可以使輸出保持穩(wěn)定。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源的各種工作條件和狀態(tài)超過(guò)所設(shè)定的極限值時(shí)，保護(hù)電路就可以將保護(hù)信號(hào)送到控制器，使開(kāi)關(guān)電源停止或暫停工作以保護(hù)設(shè)備。保護(hù)電路：除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。輔助電源：為控制電路和保護(hù)

38、電路中的器件和比較器提供滿足一定技術(shù)要求的直流電壓，以保證它們工作穩(wěn)定可靠。輔助電源可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立型，也可以由開(kāi)關(guān)電源本身產(chǎn)生。第3章 輸入電路設(shè)計(jì)3.1emi電源濾波器開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)是頻率高、效率高、功率密度高和可靠性高。然而由于其開(kāi)關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，使得電磁干擾（emi）非常嚴(yán)重。防電磁干擾主要有三項(xiàng)措施，即屏蔽、濾波和接地。往往單純采用屏蔽不能提供完整的電磁干擾防護(hù)，唯一的措施就是加濾波器，切斷電磁干擾沿信號(hào)線或電源線傳播的路徑，與屏蔽共同構(gòu)成完美的電磁干擾防護(hù)。 emi電源濾波器9是低通濾波器，它無(wú)衰減地把高頻直流或低頻電源功率傳送到設(shè)備上去，而對(duì)經(jīng)電源傳入的emi 噪聲進(jìn)行衰

39、減，保護(hù)設(shè)備不受干擾；同時(shí)又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的emi 傳導(dǎo)干擾，防止它進(jìn)入電源，污染電磁環(huán)境，危害其他設(shè)備。emi 電源濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要器件，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。它不僅可抑制線上傳導(dǎo)干擾，同時(shí)對(duì)線上輻射發(fā)射的抑制具有顯著效果。emi 電源濾波器分別針對(duì)差模傳導(dǎo)干擾和共模傳導(dǎo)干擾兩種類型4的傳導(dǎo)干擾進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3-1所示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)即為一種典型的電源濾波器電路，對(duì)應(yīng)的共模、差模濾波等效電路分別如圖3-2，圖3-3所示。圖3-1 電源濾波器電路圖 圖3-2 共模濾波等效電路圖 圖3-3 差模濾波等效電路圖圖3-2中l(wèi)稱共模扼流圈，是在一個(gè)閉合磁環(huán)上對(duì)稱

40、繞制方向相反、匝數(shù)相同的線圈。理想的共模扼流圈對(duì)l（或n）與e之間的共模干擾具有抑制作用，而對(duì)l 和n之間存在的差模干擾無(wú)電感抑制作用。但實(shí)際線圈繞制的不完全對(duì)稱會(huì)導(dǎo)致差模漏電感的產(chǎn)生，圖3-3中的le即為非理想共模扼流圈的漏電感。共模扼流圈磁材采用鐵氧體材料，l=（730）mh。與一般濾波器不同，圖3-1中的電容器使用兩種不同的下標(biāo)表示，即cx 與cy。其中cx接l與n之間，稱為差模電容，濾除串模干擾，采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01f0.47f；cy接于l（或n）與e之間，稱為共模電容或接地電容， 能有效地抑制共模干擾。cy亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pf0.

41、1f。這兩類電容器的性能直接與濾波器的耐壓及安全性能相關(guān)，其耐壓值均為630vdc或250vac。3.2整流濾波單元3.2.1電路原理圖輸入整流電路采用目前應(yīng)用最普及的單相橋式不可控整流電路如圖3-4所示。圖3-4 單相橋式整流濾波電路圖單相橋式整流3電路具有輸出電壓高，變壓器利用率高，脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是所需二極管的數(shù)量多，由于實(shí)際上二極管的正向電阻不為零，必然使得整流電路內(nèi)阻較大，當(dāng)然損耗也就較大。對(duì)于濾波部分，濾波效果取決于放電時(shí)間，電容越大，負(fù)載電阻越大，濾波后輸出電壓越平滑，并且其平均值越大。 3.2.2元件參數(shù)計(jì)算1、整流二極管參數(shù)計(jì)算 單相工頻交流電為220v，允許有10%

42、的電網(wǎng)波動(dòng)，所以輸入電壓為198v242v，其峰值為280v342v。整流橋二極管承受的最高反向工作電壓，取50%的余量，則。因電源的輸入功率隨效率變化，故應(yīng)取電源效率最差時(shí)的值。在此按開(kāi)關(guān)電源的效率最差時(shí)取值，取，而輸出功率480w，最大輸入電流有效值為： （3-1）考慮余量，取5a，所以二極管的規(guī)格為600v/5a，型號(hào)為1n5406即可滿足要求。2、濾波電容參數(shù)計(jì)算開(kāi)關(guān)電源橋式整流后的濾波電解電容，用簡(jiǎn)單的取值方法，就是大約一瓦一微法。也就是說(shuō)你現(xiàn)在480瓦的開(kāi)關(guān)電源，需要480微法的電解電容，可以選用一個(gè)500微法的電解電容，這樣又可以降低濾波電容的esr。電容的耐壓值為： （3-2）

43、取50%的余量，則。所以實(shí)際可取容量為500uf，耐壓值為600v的電解電容作為濾波電容。3.3輸入電路原理圖輸入電路原理圖如下圖3-5所示。圖3-5 輸入電路原理第4章 功率因素校正(pfc)4.1功率因數(shù)校正概述傳統(tǒng)的ac/dc電能變換器和開(kāi)關(guān)電源，其輸入電路普遍采用了全橋二極管整流，輸出端接到大容量電容器濾波器。雖然整流器電路簡(jiǎn)單可靠，但它們會(huì)在電網(wǎng)中吸取高峰值電流，使輸入端的交流電流波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生諧波，導(dǎo)致功率因數(shù)比較低。解決諧波問(wèn)題的主要思路有兩種，一種是被動(dòng)的方式，即在電網(wǎng)側(cè)對(duì)己經(jīng)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行補(bǔ)償。另一種是主動(dòng)的方式，即對(duì)產(chǎn)生諧波的電力電子裝置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略進(jìn)行改進(jìn)，使

44、其產(chǎn)生較少甚至不產(chǎn)生諧波，使得輸入電流和輸入電壓同相，達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。功率因數(shù)校正技術(shù)16是在整流電路和主開(kāi)關(guān)電路中插人功率因數(shù)校正電路，使其按一定的斬控頻率通斷，以維持網(wǎng)側(cè)電流的連續(xù)性，并按正弦規(guī)律變化。如圖4-1所示，功率因數(shù)校正技術(shù)的關(guān)鍵就是強(qiáng)制電流按照電壓的正弦規(guī)律變化而變化，從而達(dá)到提高功率因數(shù)目的。圖中vin是電源電壓，i1是電源電流。圖4-1 應(yīng)用功率因數(shù)校正的電壓電流波形圖功率因數(shù)校正大體上可以分為無(wú)源補(bǔ)償和有源補(bǔ)償兩種方式51、無(wú)源pfc：對(duì)于早期的無(wú)源pfc，電網(wǎng)輸入端先串聯(lián)笨重的大電感器、大電容。而之后產(chǎn)生的改進(jìn)的無(wú)源pfc，在全波整流器之后再串接c-l-c濾波網(wǎng)

45、絡(luò)，它可用于鎮(zhèn)流器和中小功率電源中。新型的無(wú)源pfc是在全波整流器之后串接多個(gè)二極管與電容器組合的d-c網(wǎng)絡(luò)。這種功率因數(shù)校正方式又被稱為“填谷式”pfc電路，它主要是在二極管整流橋前面串接一個(gè)電感和電容組成的濾波器，可以使得整流橋中二極管的導(dǎo)通角增大，從而使得電流波形得到明顯改善。這種無(wú)源的功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。2、有源pfc：低頻有源pfc主要指大功能晶閘管電路。高頻有源pfc是基于boost變換器的pfc電路。另外還有其他pfc新技術(shù)如軟開(kāi)關(guān)pfc、三電平pfc、磁放大器pfc技術(shù)等。高頻有源功率因數(shù)校正技術(shù)是抑制電網(wǎng)交流輸入諧波電流污染最佳的方法。它通過(guò)相應(yīng)的一個(gè)或者兩個(gè)反饋控

46、制電路，使輸入電流平均值能自動(dòng)跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)，并維持支流輸出電壓穩(wěn)定。pfc電路使變換器的輸入電流與輸入電壓波形均為正弦波形，并把兩者校正為相同相位，它的作用可以看成把變換器電路當(dāng)作一個(gè)純電阻器，故也稱為“電阻仿真器”。圖4-2 有源功率因數(shù)校正原理框圖圖4-2為這種電路的原理框圖，其中，整流器為單相橋式不可控整流器，主電路采用dc/dc變換電路，控制電路內(nèi)部包含有一個(gè)電壓誤差放大器、一個(gè)電流誤差放大器、一個(gè)模擬乘法器和一個(gè)固定頻率的pwm控制器。可以看出，調(diào)節(jié)器采用了電壓、電流雙閉環(huán)控制方式，電流反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號(hào)是升壓變換器的電感電流，電壓反饋網(wǎng)絡(luò)的取樣信號(hào)是調(diào)節(jié)器的輸出電壓?，F(xiàn)對(duì)這

47、種電路的工作原理加以分析：?jiǎn)蜗?20v、50hz交流電經(jīng)過(guò)橋式整流后得到80khz的單相雙半波正弦電壓信號(hào)，此電壓波形作為pfc控制器的輸入電流的參考波形，輸入到乘法器，為了保證輸出電壓恒定，將輸出電壓通過(guò)電壓反饋網(wǎng)絡(luò)也引入乘法器，經(jīng)過(guò)乘法器運(yùn)算后，作為電流波形的參考值，并與實(shí)際取樣的電流進(jìn)行比較后，通過(guò)pwm控制器產(chǎn)生pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制升壓變換器的輸出電流和電壓。由于采用了閉環(huán)控制，將升壓變換器的實(shí)際電流通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)引入電流誤差放大器，保證了升壓變換器的電流能夠準(zhǔn)確跟蹤經(jīng)過(guò)乘法器運(yùn)算所規(guī)定的電流值。假定pfc的整個(gè)控制環(huán)節(jié)都是理想的，則輸入電流波形就能夠完全跟蹤電壓波形的變化，這樣從電源輸

48、入端來(lái)看，電路的負(fù)載為純粹的線性電阻，電路的功率因數(shù)等于1，實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正的功能。4.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)4.2.1軟開(kāi)關(guān)技術(shù)原理目前，開(kāi)關(guān)電源普遍采用脈寬調(diào)制技術(shù)，在這種變換方式中開(kāi)關(guān)器件是在高電壓、大電流的條件下導(dǎo)通和關(guān)斷的。開(kāi)關(guān)管并不是理想器件，在開(kāi)通的過(guò)程中開(kāi)關(guān)管的電壓不會(huì)馬上下降到零，而是有一定的下降時(shí)間，同時(shí)它的電流也不會(huì)立即上升到負(fù)載電流，而是有一定的上升時(shí)間。在這段時(shí)間里，電流和電壓有一個(gè)交疊區(qū)，這樣就產(chǎn)生了損耗，我們稱之為“開(kāi)通損耗”19（turn-on loss）。同樣，在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷過(guò)程中，開(kāi)關(guān)管的電壓不是立即上升到電源電壓，而是有一段上升時(shí)間。同時(shí)它的電流也不是立即下降到零

49、，也有一段下降時(shí)間。在這段時(shí)間里，電流和電壓也有一個(gè)交疊區(qū)并產(chǎn)生了損我們稱之為“關(guān)斷損耗”（turn-off loss）。因此，在開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，統(tǒng)稱為“開(kāi)關(guān)損耗”（switching loss）。圖4-3所示為一個(gè)mosfet的開(kāi)關(guān)過(guò)程。圖4-3 mosfet開(kāi)關(guān)過(guò)程波形圖軟開(kāi)關(guān)技術(shù)通常是指零電壓開(kāi)關(guān)（zvs）和零電流開(kāi)關(guān)（zcs）14。最理想的軟開(kāi)通過(guò)程是電壓先下降到零后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開(kāi)通損耗近似為零。因器件開(kāi)通前電壓己下降到零，器件結(jié)電容上的電壓亦為零，故解決了容性開(kāi)通問(wèn)題。最理想的軟關(guān)斷過(guò)程是電流先下降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所

50、以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，即線路電感中電流亦為零，所以感性關(guān)斷問(wèn)題得以解決。圖4-4所示為功率開(kāi)關(guān)管在軟開(kāi)關(guān)和硬開(kāi)關(guān)下的波形。圖4-4 軟開(kāi)關(guān)理想波形和硬開(kāi)關(guān)波形軟開(kāi)關(guān)包括軟開(kāi)通和軟關(guān)斷。軟開(kāi)通有零電流開(kāi)通和零電壓開(kāi)通兩種。軟關(guān)斷有零電流關(guān)斷和零電壓關(guān)斷兩種，可按照驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序來(lái)判斷。零電流關(guān)斷：關(guān)斷命令在t2時(shí)刻或其后給出，開(kāi)關(guān)器件端電壓從通態(tài)值上升到斷態(tài)值，開(kāi)關(guān)器件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。零電流開(kāi)通：開(kāi)通命令在t1時(shí)刻給出，開(kāi)關(guān)器件端電壓從斷態(tài)值下降到通態(tài)值以后，電流才從斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開(kāi)關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2以前開(kāi)關(guān)器件電流必須維持在斷態(tài)值（約等于零）。零電壓關(guān)斷

51、：關(guān)斷命令在t1時(shí)刻給出，開(kāi)關(guān)器件電流從通態(tài)值下降到斷態(tài)值后，端電壓才從通態(tài)值上升到斷態(tài)值，開(kāi)關(guān)器件進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在t2以前，開(kāi)關(guān)器件的端電壓必須維持在通態(tài)值（約等于零）。零電壓開(kāi)通：開(kāi)通命令在t2時(shí)刻或其后給出，開(kāi)關(guān)器件電流從斷態(tài)值上升到通態(tài)值，開(kāi)關(guān)器件進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。在t2以前，開(kāi)關(guān)器件端電壓必須下降到通態(tài)值（約等于零），并且在電流上升到通態(tài)值以前維持在零。4.2.2軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)方法圖4-5為零電壓開(kāi)關(guān)17的基本實(shí)現(xiàn)方法，開(kāi)關(guān)管零電壓關(guān)斷的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)與開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于并聯(lián)電容的存在，減小了開(kāi)關(guān)管的漏源電壓的上升率，在開(kāi)關(guān)管中的電流衰減到零時(shí)，vd依然保持較小值，因此實(shí)現(xiàn)

52、零電壓關(guān)斷。開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通是通過(guò)與其串聯(lián)的電感實(shí)現(xiàn)的。在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前，電感中的電流為負(fù)，開(kāi)關(guān)管的漏源電容放電，只要電感中有足夠的能量，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通前使vd降為零，就創(chuàng)造了開(kāi)關(guān)管零電壓開(kāi)通的條件。與開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的二極管在開(kāi)關(guān)管漏源電壓降到零后，提供電感電流通路，開(kāi)關(guān)管可在這個(gè)時(shí)間段開(kāi)通，電感電流在外部電壓的作用下變?yōu)檎蚝?，從開(kāi)關(guān)管中流通，從而完成了零電壓開(kāi)通的過(guò)程。從圖中可知零電壓開(kāi)關(guān)時(shí)，寄生電容中的能量是反饋到電源中去，沒(méi)有消耗在開(kāi)關(guān)管中。與零電流開(kāi)關(guān)比零電壓開(kāi)關(guān)可以獲得較高的效率，從而提高開(kāi)關(guān)頻率。圖4-5 零電壓開(kāi)關(guān)基本原理4.3單相軟開(kāi)關(guān)有源校正主電路的選擇非隔離型單相硬開(kāi)關(guān)有源功率因

53、數(shù)校正電路主要有升壓型（boost）、降壓型（buck）、升降壓型（buck-boost）3等。1、boost 型pfc主電路16主要優(yōu)點(diǎn)：輸入電流完全連續(xù)，并且在整個(gè)輸入電壓的正弦周期都可以調(diào)制，因此可獲得很高的功率因數(shù)；電感電流即為輸入電流，容易調(diào)節(jié)；開(kāi)關(guān)管門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出共地，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單；輸入電流連續(xù)，開(kāi)關(guān)管的電流峰值較小，對(duì)輸入電壓變化適應(yīng)性強(qiáng)，適用于網(wǎng)壓變化特別大的場(chǎng)合。主要缺點(diǎn)：輸出電壓必須大于輸入電壓的最大值，所以輸出電壓比較高；不能利用開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。圖4-6 boost 型pfc主電路原理圖2、buck型主電路原理圖16主要優(yōu)點(diǎn)：開(kāi)關(guān)管所受的最大電壓為輸入電壓的最大

54、值，因此開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力比較??；后級(jí)短路時(shí)，可以利用開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。主要缺點(diǎn)：由于輸入電壓大于輸出電壓，該電路才能工作，所以在每個(gè)輸入正弦周期中，該電路有一段因輸入電壓低而不能正常工作，輸出電壓較低，相同功率等級(jí)時(shí)，后級(jí)dc/dc變換器電流應(yīng)力較大，開(kāi)關(guān)管門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出地不同，驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜，輸入電流斷續(xù)，因此功率因數(shù)不可能提高很多。圖4-7 buck型主電路原理圖3、buck-boost 型主電路16主要優(yōu)點(diǎn)：即可對(duì)輸入電壓升壓，又可以降壓，因此在整個(gè)輸入正弦周期都可以連續(xù)工作；該電路輸出電壓選擇范圍較大，可根據(jù)后級(jí)的不同的要求設(shè)計(jì)；利用開(kāi)關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)輸出短路保護(hù)。主要缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)管所受的電壓為輸入電壓與輸出電壓之和，因此開(kāi)關(guān)管的電壓應(yīng)力較大；由于每個(gè)開(kāi)關(guān)周中，只有在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)才有輸入電流，因此峰值電流較大；開(kāi)關(guān)管門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)地與輸出地不同，驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜；輸出電壓極性與輸入電壓極性相反，后級(jí)逆變電路較難設(shè)計(jì)。圖4-8 buck-boost 型主電路原理圖綜合以上考慮，本設(shè)計(jì)采用boost 升壓型變換器，其中moss管用hfs9n50型號(hào)的，額定電壓是500v。4.5 boost變換器參數(shù)計(jì)算（1）升壓電感l(wèi)電感器在線路中起著能量的傳遞，儲(chǔ)存和濾波等作用，并決定了輸入端的高頻紋波電路總量，因此按照限制電流脈動(dòng)最小的原則來(lái)確定電感值?？?/p>