1000W大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、1000W大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要隨著電源技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源作為一種新型電源設(shè)備得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。伴隨著這種趨勢(shì)，人們也在期待著開(kāi)關(guān)電源的大功率化。本文從大功率開(kāi)關(guān)電源的方向著手設(shè)計(jì)，分析了開(kāi)關(guān)電源的組成與工作原理，了解了開(kāi)關(guān)電源的主要結(jié)構(gòu)、輔助技術(shù)以及開(kāi)關(guān)器件的選擇與驅(qū)動(dòng)等方面。從而掌握了開(kāi)關(guān)電源的相關(guān)知識(shí)，理解了人們對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源的迫切需求。此外，本文最后提到了蓄電池的充電技術(shù)，這是因?yàn)闀r(shí)代的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，使得快速充電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。因此作為一名電源工作者，應(yīng)當(dāng)有所了解。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源，大功率，快速充電DESIGN OF 1000W SWITCHING HIGH-POWER SU

2、PPLYABSTRACTWith the continuous development of power technology,switching power supply is a new type of power equipment that has been widely recognized and applied.Along with this trend,people in high power switching power supply of look forward to.The article from the switching power supply design

3、directions,analyzed the composition and working principle of switching power supply,the main structure of switch power supply,assistive technology and the choice of switching device and drive etc.To master the related knowledge of switching power supply,understand the urgent demand of high-power swi

4、tching power supply of the people.In addition,the last mentioned charging battery,this is because the high running times,makes the rapid charging technology emerge as the times require.Therefore as a power worker,I should be aware of it.KEY WORDS:Switching power supply，High-power，F(xiàn)ast charging目錄前言1第

5、1章 開(kāi)關(guān)電源的基本原理21.1 開(kāi)關(guān)電源的組成與工作原理21.1.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理21.1.2 開(kāi)關(guān)電源的構(gòu)成31.1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)41.2 開(kāi)關(guān)電源的主要類型51.2.1 控制方式51.2.2 連接分類61.2.3 輸出取樣方式6第2章 系統(tǒng)分析和選擇72.1 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)概述72.2 DC/DC變換器的選擇82.2.1 硬開(kāi)關(guān)式全橋變換器82.2.2 諧振式全橋變換器92.2.3 移相式全橋變換器102.3 控制電路的設(shè)計(jì)102.4 整流濾波電路的設(shè)計(jì)122.4.1 輸入整流濾波回路122.4.2 輸出整流濾波回路12第3章 開(kāi)關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)133.1 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求

6、133.2 電路結(jié)構(gòu)框圖133.3 輸入整流濾波電路15 整流橋電路15 輸入整流電容16 輸入濾波電感173.4 逆變電路的設(shè)計(jì)17 功率轉(zhuǎn)換電路17 確定電路工作頻率17 高頻變壓器的計(jì)算17 高壓開(kāi)關(guān)管的選擇21 隔直電容的選擇223.5 輸出整流濾波電路22 輸出整流二極管23 輸出濾波電感23 輸出濾波電容23第4章 控制電路的設(shè)計(jì)254.1 PWM集成控制器的基本原理254.2 高速脈寬調(diào)制器UC382525 主要特點(diǎn)25 極限參數(shù)26 內(nèi)部工作原理264.3 UC3825的調(diào)試304.4 反饋電路的設(shè)計(jì)324.5 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)33 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)33 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)344.6

7、均流電路的設(shè)計(jì)364.6.1 均流電路的簡(jiǎn)述364.6.2 開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的常用均流方法374.7 輔助電源38第5章 對(duì)蓄電池充電的認(rèn)識(shí)405.1 蓄電池充電的理論基礎(chǔ)405.2 蓄電池的常規(guī)充電法405.2.1 恒壓充電方式415.2.2 恒流充電方式415.3 蓄電池的快速充電方式415.3.1 脈沖式充電法425.3.2 REFLEXTM充電法42結(jié)論44謝 辭45參考文獻(xiàn)46前言電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，各行業(yè)的迅猛發(fā)展對(duì)電源產(chǎn)品提出了更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、環(huán)保、安全等，這就迫使電源工作者在電源的研發(fā)過(guò)程中不斷探索，尋求各種相關(guān)

8、技術(shù)。做出最好的電源產(chǎn)品。開(kāi)關(guān)電源是一種新型電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、能耗低、使用方便。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)作為電力電子學(xué)的一個(gè)重要組成部分，目前在國(guó)內(nèi)的相關(guān)資料較少，使得在一定程度上影響了這一新技術(shù)在我國(guó)的推廣和應(yīng)用。然而近年來(lái)，伴隨大量電源工作者的辛苦研發(fā)工作，開(kāi)關(guān)電源在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、視頻音響、家用電器等電路中得到了廣泛應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)電源基本原理的分析，提出了大功率開(kāi)關(guān)電源的主電路和控制電路的設(shè)計(jì)方案，并完成了開(kāi)關(guān)電源的硬件電路部分的設(shè)計(jì)。本次論文主要分析了開(kāi)關(guān)電源的橋式整流、濾波回路、PWM集成控制部分等的分析。本文在編寫(xiě)過(guò)程中，我們參考了各種文獻(xiàn)資料和

9、期刊論文，對(duì)我的幫助很大，對(duì)此，向這些文獻(xiàn)作者表示感謝。第1章 開(kāi)關(guān)電源的基本原理開(kāi)關(guān)電源中的功率調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，具有功耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、溫升低、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、視頻音響、家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng)用。1.1 開(kāi)關(guān)電源的組成與工作原理1.1.1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖1-1進(jìn)行說(shuō)明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)S加至輸入端，S為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管。開(kāi)關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)過(guò)濾波電路進(jìn)行平滑濾波就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。（a） 原理電路（b

10、）波形圖圖1-1開(kāi)關(guān)電源工作原理定義脈沖占空比如下： （1-1）式中，T表示開(kāi)關(guān)S的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期：表示開(kāi)關(guān)S在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓與輸入電壓之間具有如下關(guān)系： （1-2）由上面兩式可以看出：（1） 若開(kāi)關(guān)周期T一定，改變開(kāi)光S的導(dǎo)通時(shí)間，即可改變脈沖占空比D，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的，這種保持T不變而只改變來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的方式，稱為脈沖寬度調(diào)節(jié)（）。由于式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此式開(kāi)關(guān)電源用的較多。（2） 若保持不變，利用改變開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓穩(wěn)壓的方式，稱為脈沖頻率調(diào)制（）。由于開(kāi)關(guān)頻率不固定，所以

11、方式的輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。（3） 既改變，有改變，從而實(shí)現(xiàn)脈沖占空比的調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式，稱為脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應(yīng)用。1.1.2 開(kāi)關(guān)電源的構(gòu)成開(kāi)關(guān)電源由以下四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成（如圖1-2）：（1） DC/DC變換器：用以進(jìn)行功率變換，是開(kāi)關(guān)電源的核心部分。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。（2） 驅(qū)動(dòng)器：開(kāi)關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來(lái)自信號(hào)源的開(kāi)關(guān)信號(hào)放大、整形，以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求。（3） 信號(hào)源：產(chǎn)生控制信號(hào)，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)，也可以是P

12、FM信號(hào)或其他信號(hào)。（4） 比較放大器：對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制開(kāi)關(guān)器件的占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。圖1-2開(kāi)關(guān)電源基本組成框圖除此之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)電路、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。開(kāi)關(guān)電源與線性電源相比，輸入的瞬態(tài)變換比較多地表現(xiàn)在輸出端，在提高開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開(kāi)關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)也能得到改善。負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定。所以可以通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC的值的方法改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。1.1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)電源具有

13、以下特點(diǎn)：（1） 效率高。開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小、效率高。調(diào)整管的效率一般為80%90%，高的可達(dá)90%以上。（2） 重量輕。由于開(kāi)關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，所以電源的重量只是同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小。（3） 穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V范圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在±2%以下。合理設(shè)計(jì)電路還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率。（4） 安全可靠。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保護(hù)功能可靠。（5） 元件數(shù)值小。由于開(kāi)關(guān)

14、電源的工作頻率高，一般在20KHz以上，所以濾波元件的數(shù)值可以大大減小。（6） 功率小。功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)臺(tái)，其損耗?。浑娫礈厣?，不需要采用大面積散熱器。采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。1.2 開(kāi)關(guān)電源的主要類型下面從電路的控制方式和輸出取樣方式兩方面對(duì)開(kāi)關(guān)電源做一大致分類。1.2.1 控制方式1. 脈沖寬度調(diào)制式由開(kāi)關(guān)電源輸出直流電壓表達(dá)式可知，控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，可以調(diào)整輸出電壓，達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式是采用恒頻控制，即固定開(kāi)關(guān)周期T，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓。開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)頻率f由自激或它激方式產(chǎn)生。2. 脈沖頻率調(diào)制方式脈沖頻率調(diào)制（PF

15、M）方式是利用反饋來(lái)控制開(kāi)關(guān)脈沖頻率或開(kāi)關(guān)脈沖周期，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖占空比D，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。3. 脈沖調(diào)頻調(diào)寬式這種控制方式是利用反饋控制回路，既控制脈沖寬度，又控制脈沖開(kāi)關(guān)周期T，以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)脈沖占空比D，從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。4. 其他方式若觸發(fā)信號(hào)利用電源電路中的開(kāi)關(guān)管、高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，完成自激振蕩，使開(kāi)關(guān)電源工作，則這種電源稱為自激式開(kāi)關(guān)電源。它激式開(kāi)關(guān)電源需要外部振蕩器，用以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)管，使開(kāi)關(guān)電源工作，輸出直流電壓。它激式電源大多數(shù)需要專用的PWM觸發(fā)集成電路。1.2.2 連接分類電源以功率開(kāi)關(guān)管的連接方式分類，可分為單端正激開(kāi)關(guān)電源、單端反激開(kāi)關(guān)電

16、源、半橋開(kāi)關(guān)電源和全橋開(kāi)關(guān)電源；以功率開(kāi)關(guān)管與供電電源、儲(chǔ)能電感的連接方式以及電壓輸出方式分類，可分為串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源和并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。1.2.3 輸出取樣方式取樣電路是電源反饋電路的重要部分，取樣方式對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有決定作用。（1） 直接取樣電路。采用直接輸出取樣方式的開(kāi)關(guān)電源安全性好，且具有便于空載檢修、穩(wěn)壓反應(yīng)速度快、瞬間響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。（2） 間接取樣電路。該方式的缺點(diǎn)是響應(yīng)慢。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓等原因發(fā)生突變時(shí)，輸出電壓的變化需經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器耦合才能反映到取樣繞組兩端，所以穩(wěn)壓的動(dòng)態(tài)結(jié)果一般。第2章 系統(tǒng)分析和選擇本章從整體上對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各個(gè)模塊進(jìn)行了介紹，主要介紹了各模塊的結(jié)構(gòu)、功能

17、以及相互之間的關(guān)系，并對(duì)當(dāng)前開(kāi)關(guān)電源常用的變換器進(jìn)行了分析。并據(jù)此分析，選擇相應(yīng)的電路元器件。2.1 開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)概述由第1章可知，開(kāi)關(guān)電源由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，分別是DC/DC變換器、驅(qū)動(dòng)器、信號(hào)源、比較放大器。然而該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還應(yīng)有輔助電路，主要為控制電路部分，其功能是產(chǎn)生電路所需的控制脈沖和提供各種保護(hù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。圖2-1 開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖開(kāi)關(guān)電源的主電路通過(guò)輸入整流濾波、DC/DC變換、輸出整流濾波將交流電壓轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓。由圖2-1可知，開(kāi)關(guān)電源主回路由以下三部分組成：輸入整流濾波電路。其作用是將交流電通過(guò)整流模塊變成具有脈沖的直流電，然后通過(guò)濾波電容將其變?yōu)?/p>

18、較平滑的直流電。功率開(kāi)關(guān)電路。其作用是將濾波得到較平滑的直流電變?yōu)楦哳l的方波電壓，再通過(guò)高頻變壓器送到輸出端。輸出濾波回路。其作用是將高頻方波電壓轉(zhuǎn)變成為所需要的直流電壓或者電流。由于控制電路部分在整個(gè)電源中起到首腦的作用，控制整個(gè)系統(tǒng)工作并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。所以，開(kāi)關(guān)電源主回路進(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖是由系統(tǒng)的控制電路部分提供的。一般情況下，控制電路都具有控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路等功能。2.2 DC/DC變換器的選擇將一種直流電壓變換成另一種直流電壓（可調(diào)或固定）的過(guò)程稱為DC/DC變換，DC/DC變換是開(kāi)關(guān)電源的主要功能之一，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，DC/DC變換

19、專用電路成為設(shè)計(jì)者常用的器件，稱之為DC/DC變換器。因?yàn)镈C/DC變換器的輸入電壓較大，對(duì)開(kāi)關(guān)器件而言選擇全橋式電路比較合適。全橋式電路可以使變壓器磁芯和繞組得到最優(yōu)利用；使效率等得到優(yōu)化。另外，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)器件安全運(yùn)行時(shí)，最大反向電壓不會(huì)超過(guò)加在輸入整流濾波電路兩端的輸出電壓。但是，由于系統(tǒng)中的功率元器件比較多的緣故，功率損耗也會(huì)很大?，F(xiàn)在，全橋式變換器常用的有硬開(kāi)關(guān)式、諧振式以及移相式。 硬開(kāi)關(guān)式全橋變換器硬開(kāi)關(guān)式PWM電路（如圖2-2）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的優(yōu)點(diǎn)。在硬開(kāi)關(guān)式PWM電路中，開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，為了保證不必要的損耗，同時(shí)使功率器件正常運(yùn)行，經(jīng)常加入緩沖電路，如RC吸收網(wǎng)

20、絡(luò)。但是系統(tǒng)總的損耗并沒(méi)有減少，只是單純地將開(kāi)關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到了緩沖電路中。而且頻率也會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)損耗造成一定的影響。所以，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件在高頻下運(yùn)行時(shí)，器件中的極間電容將占有不可忽略的地位。因?yàn)闃O間電容在進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾，影響開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行。圖2-2硬開(kāi)關(guān)式全橋變換電路2.2.2 諧振式全橋變換器硬開(kāi)關(guān)式電路在頻率較高時(shí)受到的影響較大，所以，我們可以考慮應(yīng)用諧振式軟開(kāi)關(guān)電路。與硬開(kāi)關(guān)式全橋電路相比，它主要增加了諧振電感和諧振電容兩個(gè)元件。其主要作用是利用諧振作用控制開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通或關(guān)斷。諧振變換電路的其基本結(jié)構(gòu)是通過(guò)開(kāi)關(guān)器件和諧振電感、諧振電容的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖

21、2-3所示。（a）零電流開(kāi)關(guān)（b）零電壓開(kāi)關(guān)圖2-3諧振電路的基本結(jié)構(gòu)圖由圖2-3(a)可知為一ZCS開(kāi)關(guān)，是通過(guò)諧振元件和開(kāi)關(guān)器件的串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，諧振網(wǎng)絡(luò)接通并產(chǎn)生諧振，此時(shí)電流按正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流諧振到零時(shí)，令開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，使諧振停止。由圖2-3(b)可知為ZVS開(kāi)關(guān)，是通過(guò)諧振元件和開(kāi)關(guān)管的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，諧振元件串聯(lián)并產(chǎn)生諧振，此時(shí)電壓按正弦規(guī)律變化，當(dāng)電壓諧振過(guò)零時(shí)，將開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通。采用諧振式全橋變換電路，可以大大提高開(kāi)關(guān)電源工作的安全性。因?yàn)樨?fù)載對(duì)諧振變換電路的影響較大，所以為了保證輸出直流電壓穩(wěn)壓的方式，采用了脈沖頻率調(diào)制(PFM)。2.2.3 移相式

22、全橋變換器由于移相控制全橋變換電路具有移相控制實(shí)現(xiàn)方便、開(kāi)關(guān)損耗小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)普遍的應(yīng)用在大功率應(yīng)用場(chǎng)合中。其功能是指保持每個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間不變，每個(gè)橋臂的功率管互補(bǔ)導(dǎo)通成180°，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位。因此它是通過(guò)調(diào)節(jié)移相角的大小來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的。除此之外，它還利用諧作用振來(lái)實(shí)現(xiàn)零電壓或零電流的開(kāi)關(guān)換流。由以上分析可知，采用移相式全橋變換電路較好。2.3 控制電路的設(shè)計(jì)由于DC/DC變換器的正常工作運(yùn)行是需要控制電路提供適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)脈沖的，所以控制電路在開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)中是不可或缺的。如果控制電路輸出的觸發(fā)信號(hào)不穩(wěn)定，或者誤觸發(fā)，則會(huì)導(dǎo)致短路，損壞開(kāi)關(guān)器件。由各電路的

23、功能，我們可以將控制電路部分分為脈沖觸發(fā)電路、反饋控制電路、保護(hù)電路等部分（如圖2-4）。我們從圖2-4中可以看出，脈沖產(chǎn)生電路是由保護(hù)電路和軟啟動(dòng)電路控制產(chǎn)生脈沖信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)觸發(fā)電路作用于電源的主電路。圖2-4 開(kāi)關(guān)電源控制電路框圖電壓反饋控制通過(guò)檢測(cè)電壓的大小，對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，然后將采樣電壓與參考電壓進(jìn)行比較得到一個(gè)電壓誤差，再將電壓誤差進(jìn)行處理后送給脈沖產(chǎn)生電路，從而調(diào)節(jié)輸出脈沖的脈寬，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)壓的目的。驅(qū)動(dòng)電路作為執(zhí)行部分，其工作原理是將控制電路輸出的PWM脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)大功率開(kāi)關(guān)管。由于所提供的脈沖幅度以及波形會(huì)影響開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)過(guò)程，所以，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路。因?yàn)殡娫吹?/p>

24、輸出濾波電容較大，開(kāi)始時(shí)會(huì)產(chǎn)生非常大的充電電流。它不僅使開(kāi)關(guān)管有可能損壞，而且也會(huì)引起過(guò)流保護(hù)裝置誤動(dòng)作。若為了避過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)作而將保護(hù)電路的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)，這將會(huì)降低過(guò)流保護(hù)的安全可靠性。輸出電壓在合閘時(shí)容易出現(xiàn)過(guò)沖，這種過(guò)沖，合閘時(shí)可能發(fā)生，在關(guān)閉電源時(shí)也可能產(chǎn)生。因此，軟啟動(dòng)電路可以消除這種沖擊，在啟動(dòng)時(shí)提供一個(gè)逐漸上升的電壓信號(hào)給脈沖產(chǎn)生電路，使其得到緩沖而慢慢建立起電壓。為了提高安全可靠性，開(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路的功能為過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、溫度保護(hù)。其中，過(guò)流保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)是為了保護(hù)負(fù)載和電源兩者而設(shè)置的；欠壓保護(hù)和溫度保護(hù)是為了電源本身而設(shè)置的。2.4 整流濾波電路的設(shè)計(jì)整流濾

25、波包括輸入和輸出整流濾波，可以提高電壓或者電流的穩(wěn)定度。2.4.1 輸入整流濾波回路本文設(shè)計(jì)的是1000W大功率電源。為了減小電源的輸入濾波電容，本文使用的輸入整流濾波是通過(guò)三相橋式整流和諧振元件組成。2.4.2 輸出整流濾波回路在大功率電源的設(shè)計(jì)中，常用的輸出整流濾波分為橋式整流和全波整流。橋式整流電路相比較于全波整流除了適合輸出電壓比較高的電路之外，還具有使變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和降低整流管電壓的作用，所以橋式整流電路在輸出濾波上更好。第3章 開(kāi)關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)3.1 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求本文設(shè)計(jì)的大功率開(kāi)關(guān)電源主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻開(kāi)關(guān)電源，確定技術(shù)指標(biāo)如下:1.輸入電壓:380V20%；2.

26、電網(wǎng)頻率:50Hz10%；3.功率因數(shù):0.93以上；4.輸入過(guò)壓告警:437V5V；5.輸入欠壓告警:320V5V；6.輸出標(biāo)稱電壓:220V；7. 輸出電壓范圍:176-286V；8.輸出紋波電壓:為10mV；9.輸出額定電流:5A；10.輸出過(guò)壓保護(hù):325V5V；11.輸出欠壓保護(hù):195V5V；在該課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源的工作原理、電路結(jié)構(gòu)作了分析，并結(jié)合開(kāi)關(guān)電源的相關(guān)參數(shù)，確定并設(shè)計(jì)出了開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)。3.2 電路結(jié)構(gòu)框圖通過(guò)對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，我們對(duì)選取的方案作了一些驗(yàn)證和比較。通過(guò)圖3-1可以看出主電路和控制電路的基本組成。其中，主電路包括輸入整

27、流濾波、高頻逆變和輸出整流濾波三個(gè)部分?？刂齐娐钒ūO(jiān)控單元、控制和保護(hù)單元、輔助電源和反饋四個(gè)部分。圖3-1開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)框圖經(jīng)過(guò)分析比較和電路元器件的選擇后作具體的電路設(shè)計(jì)，如圖3-2所示。該電路分為輸入整流濾波電路、單相逆變橋和輸出整流濾波電路。三相交流輸入電首先要經(jīng)過(guò)EMI整流濾波，其作用主要是是濾除功率管開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小對(duì)系統(tǒng)的干擾。然后再將信號(hào)送到全橋整流濾波電路，它采用了LC濾波，其主要作用是延長(zhǎng)了電流導(dǎo)通時(shí)間，限制了電流峰值，從而達(dá)到提高電源的輸入功率因數(shù)的目的。除此之外，電阻和存在的目的是為了平衡串聯(lián)電容上的電壓，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。而高頻電容與電解電容的并聯(lián)

28、是為了濾除高頻諧波，同時(shí)也彌補(bǔ)了電解電容在高頻特性方面的不足。圖3-2開(kāi)關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)圖為了滿足高壓、高功率的要求，在單相逆變橋電路中選擇使用絕緣柵雙極晶體管（IGBT）。其中，電容C7和C8并聯(lián)在兩個(gè)橋臂之間，起到了降低兩個(gè)橋臂之間的尖峰的干擾的作用。電感L2和電容C16、C17、C18起到了防止變壓器T2的直流偏磁的作用。為了檢測(cè)原邊電流是否滿足要求，變壓器的原邊需要添加交流互感器。在輸出整流濾波電路中，選擇全橋整流濾波電路，以滿足高壓的要求。其中，高頻濾波電感L4，電解電容（C9、C11、C15）和高頻電容（C10、C14）是為了濾除高頻諧波分量。共模電感L3，Y電容（C12、C13）

29、是為了抑制共模分量。電流采樣電阻和輸出二極管D3是為了防止電池電流反灌。3.3 輸入整流濾波電路該電源的輸入整流濾波電路為整流橋電路和輸入濾波電路兩部分。 整流橋電路工作頻率為50Hz，輸入電壓為380V三相交流電壓，采用三相整流橋。（1） 耐壓整流橋輸入電壓的最大值 （3-1）整流二極管的電壓峰值為 （3-2）選取的裕量為50%時(shí)根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓參數(shù)，我們選擇耐壓為1200V的整流橋。（2） 額定電流因?yàn)殡娫吹男蕰?huì)隨著輸入功率的變化而變化，所以我們應(yīng)選擇電源的效率的最小值。因此，選擇的電源效率為80%。輸入功率為 （3-3）因?yàn)樽畲筝斎腚娏鬟x取的是交流輸入電壓的下限，所以 （3-4）最

30、大輸入線電流 （3-5）取整流橋的額定電流為10A。 輸入整流電容輸入整流電容Cm取決于輸出保持時(shí)間和輸入紋波電壓的大小。當(dāng)系統(tǒng)電壓最低時(shí)接在三相橋式整流電路兩端的平均輸出電壓E為 （3-6）其中，為交流輸入線電壓。考慮到本設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)得 （3-7）通過(guò)直流輸入電路的平均電流為 （3-8）單相全橋整流濾波電路的濾波電容為： （3-9）由于三相全橋整流濾波電路的基頻為單相全橋整流濾波電路的3倍。因此，三相電路的濾波電容為： （3-10）代入相關(guān)參數(shù)得 （3-11）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我們選擇4個(gè)1000F/400V的電解電容。 輸入濾波電感輸入濾波電感中最大電流為電路電壓處于交流輸入電壓下限時(shí)通過(guò)輸

31、入電路的電流的平均值。考慮到濾波電感的作用，則其電感越大，電流脈沖就越小，輸入功率因素越高。但由于各方面的條件制約，我們只能選用硅鋼片鐵芯，線徑為1.6，電感為18mH的工頻電感。3.4 逆變電路的設(shè)計(jì) 功率轉(zhuǎn)換電路通過(guò)第二章的分析可以知到，本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源為功率電源一類，選用全橋式功率轉(zhuǎn)換電路較好。 確定電路工作頻率考慮到開(kāi)關(guān)管的相關(guān)參數(shù)、主電路及控制電路的特性等一系列因素，選取開(kāi)關(guān)管的工作頻率為30KHz。 高頻變壓器的計(jì)算（1）選取工作磁通密度考慮到高頻變壓器的相關(guān)參數(shù)，我們應(yīng)選取的磁芯為MX0-200鐵氧體材料，那么它的工作磁通密度為900Gs。（2）考慮磁芯規(guī)格并計(jì)算原邊繞組匝數(shù)根

32、據(jù)開(kāi)關(guān)電源所選用高頻變壓器的設(shè)計(jì)要求，我們采用環(huán)形磁芯。那么，選用的環(huán)形磁芯的規(guī)格為：式中：D環(huán)形磁芯的外徑；d環(huán)形磁芯的內(nèi)徑；h環(huán)形磁芯的厚度。高頻變壓器的原邊總的截面積為： （3-12）式中，工作頻率為30KHz；為導(dǎo)通時(shí)間，由計(jì)算所得的占空比可知，導(dǎo)通時(shí)間取11s；為原邊繞組上的電壓，其最大值為系統(tǒng)電壓最大時(shí)的三相整流濾波輸出電壓。那么應(yīng)當(dāng)取值為： （3-13）磁芯截面積為： （3-14）那么，高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)為： （3-15）高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)應(yīng)當(dāng)取整，結(jié)果為66。（3）按照設(shè)計(jì)要求，輸出電壓的最大值為286V。考慮到線路傳輸?shù)膲航?，選取該壓降為0.3V。因此，該開(kāi)關(guān)電源

33、的輸出電壓最大值為： （3-16）考慮到相關(guān)參數(shù)和結(jié)算結(jié)果，我們選取輸出整流二極管的壓降為2V，濾波電感的壓降為0.6V，開(kāi)關(guān)橋的最大占空比為0.66。那么，當(dāng)滿足輸出電壓最大值與額定負(fù)載時(shí)，高頻變壓器副邊繞組電壓最小值為： （3-17）又因?yàn)槔硐胱儔浩鞯脑?、副邊的電壓比與其繞組的匝數(shù)比相等，所以得高頻變壓器的副邊繞組匝數(shù)的計(jì)算公式為： （3-18）其中，原邊繞組的電壓最小值為： （3-19）因此，通過(guò)計(jì)算我們可以得到高頻變壓器的副邊繞組的匝數(shù)為： （3-20）對(duì)上式結(jié)果取整后可以得到高頻變壓器副邊繞組匝數(shù)為79。（4）實(shí)際占空比的計(jì)算當(dāng)滿足輸入電壓最低和輸出電壓最高時(shí)，有最大脈沖占空比。 （

34、3-21） （3-22） （3-23） （3-24）通過(guò)計(jì)算結(jié)果可知，最大占空比為0.668，導(dǎo)通脈寬為11.15s。當(dāng)滿足輸入電壓最高和輸出電壓最低時(shí)，有最小脈沖占空比。 （3-25）假設(shè)，此時(shí)， （3-26） （3-27）通過(guò)計(jì)算，我們可以得到最小脈沖占空比為0.254，導(dǎo)通脈寬為4.24s。（5）繞組導(dǎo)線的選取當(dāng)負(fù)載電流為額定電流的105%時(shí)，流過(guò)輸出電感的電流平均值為，流過(guò)副邊繞組的電流幅值為。由于運(yùn)動(dòng)中的電子具有趨膚效應(yīng)，經(jīng)查找相關(guān)資料，當(dāng)工作頻率為30KHz時(shí)，電子的穿透深度為0.3815。所以，在選取導(dǎo)線時(shí)，其線徑應(yīng)當(dāng)小于0.763?？紤]到線圈的繞制問(wèn)題，我們選取線徑為0.31的

35、導(dǎo)線，以便于繞制線圈。折算后的原邊繞組流過(guò)的電流為： （3-28）折算后的勵(lì)磁電流幅值及其平均值為： （3-27） （3-28）等效后的原邊繞組的電流及其有效值為： （3-29） （3-30）因此，我們選取原邊繞組的線徑為0.31，電流密度為，單根導(dǎo)線載流量為0.2264A，因而需用根，取整為20根。（6）繞組面積的確定磁芯的面積為： （3-31）經(jīng)查找相關(guān)資料可得，原邊繞組的最大外徑為0.37。因此，原邊繞組占有的標(biāo)稱面積為： （3-32）副邊繞組占有的標(biāo)稱面積為： （3-33）占空系數(shù)為： （3-34）因此，窗口面積足夠。（7）校核繞組壓降及功耗磁環(huán)的高度為2，徑向厚度為3，設(shè)副邊繞組的平

36、均匝長(zhǎng)為15。經(jīng)過(guò)查找相關(guān)資料可知，0.31導(dǎo)線的銅芯截面積為0.07548。所以副邊繞組的截面積為： （3-35）單個(gè)繞組電阻為： （3-36）常溫下，銅的電阻率為0.0168。其副邊繞組的功率損耗為： （3-37）設(shè)原邊繞組的平均匝長(zhǎng)約為12，所以原邊繞組的截面積為：其中，電阻為： （3-38）原邊繞組功耗為： （3-39）變壓器繞組總功耗為： （3-40） 高壓開(kāi)關(guān)管的選擇（1）耐壓當(dāng)系統(tǒng)輸入電壓取最大值時(shí)，加在整流電路兩端的輸出電壓為： （3-41）取50%的裕量為。（2）開(kāi)關(guān)電流通過(guò)計(jì)算，我們得知了最大占空比為0.668，最小占空比為0.254。流入整流濾波電路的輸出電流的最大值為：

37、 （3-42）此時(shí)；則輸出電流的峰值為。流入整流濾波電路的輸出電流的最小值為： （3-43）此時(shí)；輸出電流的峰值為。所以，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的最大電流值為8.78A。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析，我們選取耐壓為1200V，電流容許值為60A的IGBT單管CM60HSA24作為高壓開(kāi)光管。 隔直電容的選擇在第二章中，我們分析了電路的工作原理，計(jì)算了相關(guān)參數(shù)，得出了初級(jí)電流的下降時(shí)間： （3-44）其中，為變壓器漏感；D為占空比。在變壓器的學(xué)習(xí)中，我們知道漏感與線圈的繞制方法以及磁芯材料等因素有關(guān)。在前面的計(jì)算中，我們選擇的工作頻率為30KHz，得到的占空比的最大值為0.668，在電容充電過(guò)程中，電流逐漸變小的時(shí)

38、間為4s。所以，隔直電容為： （3-45）3.5 輸出整流濾波電路輸出整流濾波通過(guò)濾波電感及濾波電容和快恢復(fù)整流二極管的整流將高頻變壓器輸出的高頻交變電壓或電流按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行整流濾波輸出。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高（220V），所以為了提高安全可靠性，高頻變壓器副邊繞組應(yīng)選擇橋式整流電路。 輸出整流二極管因?yàn)檩敵龆O管工作于高頻狀態(tài)（30KHz），所以應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。（1）耐壓高頻變器副邊的輸出電壓峰值為： （3-46）所以加在輸出整流二極管上的最高電壓為771.9V。（2）電流輸出整流二極管的電流和輸出濾波電感的電流相等，通過(guò)前面的計(jì)算我們知道流過(guò)輸出濾波電感的電流為5.25A，所以輸出整流二極

39、管的電流為5.25A。根據(jù)以上分析，同時(shí)考慮一定的裕量，選取RURU30120作為輸出二極管，其耐壓為120V，額定電流為30A。 輸出濾波電感根據(jù)相關(guān)參考文獻(xiàn)資料1中的理論公式，可以知道：假設(shè)為負(fù)載額定電流的5%，即此時(shí)的電感電流增量應(yīng)當(dāng)小于或等于，所以， （3-47）所以選取的濾波電感為。 輸出濾波電容（1）根據(jù)輸出紋波電壓來(lái)計(jì)算時(shí)，可以得到濾波電容的計(jì)算公式： （3-48）（2）根據(jù)輸出電壓動(dòng)態(tài)幅度來(lái)計(jì)算時(shí)，可以得到的濾波電容的計(jì)算公式為： （3-49）其中，為最大輸出電流，取5A；為電源從滿載變?yōu)榭蛰d時(shí)輸出電壓的變化值，取221V。因此，可得輸出濾波電容為：在考慮一定裕量時(shí)，最后取值為

40、500uF。第4章 控制電路的設(shè)計(jì)4.1 PWM集成控制器的基本原理PWM集成控制器主要包括電壓型控制器和電流控制器。電壓控制器只有電壓反饋控制，能夠滿足穩(wěn)壓的要求；而電流型控制器還具有電流反饋控制的功能，除了穩(wěn)壓之外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)快；可減小輸出濾波電容的容量；多臺(tái)開(kāi)關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開(kāi)關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力；當(dāng)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，開(kāi)關(guān)管自動(dòng)關(guān)斷。常用的脈寬調(diào)制（PWM）型集成控制器由推挽輸出電路、脈寬調(diào)制比較器等組成?；鶞?zhǔn)電壓和采樣反饋信號(hào)通過(guò)誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號(hào)與鋸齒波比較從而改變輸出脈寬，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。4.2 高速脈寬調(diào)制器UC3825UC

41、3825PWM集成控制芯片符合我們的設(shè)計(jì)要求，下面分析一下這個(gè)芯片的主要特點(diǎn)和工作原理。 主要特點(diǎn)具有較高的頻率精度并可對(duì)死區(qū)進(jìn)行控制，同時(shí)振蕩器放電電流也可調(diào)；具有全周期再啟動(dòng)的封鎖式過(guò)流比較器；適用于電壓型或電流型開(kāi)關(guān)電源電路；輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50ns；帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯；開(kāi)關(guān)頻率最高可達(dá)到達(dá)1MHz；內(nèi)有寬頻帶誤差信號(hào)放大器；內(nèi)有逐脈沖限流比較器；具有軟啟動(dòng)控制；上升沿封鎖閾值可調(diào)，同時(shí)上升沿噪音可調(diào)，帶隙基準(zhǔn)電壓可調(diào)；啟動(dòng)電流?。ǖ湫椭禐?00mA）；在欠壓鎖定期間，輸出低電平；欠壓鎖定16V/10V（B型）； 極限參數(shù)電源電壓（15，B腳） 22V輸出腳電流（流出

42、或流入） （11,14腳）直流 0.5A脈沖（0.5ms） 2.2A地線（12腳） -0.2V模擬輸入（1,2,7腳） -0.3-7V（8,9腳） -0.3-6V時(shí)鐘輸出電流（4腳） -5mA誤差放大器輸出電流（3腳） 5mA軟啟動(dòng)電流（8腳） 20mA振蕩器充電電流（5腳） -5mA功耗（60時(shí)） 1W儲(chǔ)存溫度范圍 -65-150焊接溫度（焊接時(shí)長(zhǎng)為10s） 300（注：管腳電壓以地線電壓為基準(zhǔn)；電流正方向以流入管腳為準(zhǔn)） 內(nèi)部工作原理UC3825的內(nèi)部工作電路結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，主要由PWM比較器、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器、基準(zhǔn)電壓源、軟啟動(dòng)電路、故障鎖存器等部分組成。圖4-1UC3825

43、內(nèi)部工作電路（1）振蕩器圖4-2 振蕩電路通過(guò)圖4-2可以看出，鋸齒波上升沿的斜率由、決定，確定、的方法是：通過(guò)最大占空比計(jì)算選用的，進(jìn)一步計(jì)算選用的。則其計(jì)算公式為： （4-1） （4-2）在設(shè)計(jì)應(yīng)用中，選為6.65，選為0.005F。（2） 上升沿封鎖圖4-3上升沿封鎖工作波形由上升沿封鎖工作波形如圖4-3所示，輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的1/2。所以，輸出脈沖的頻率是100KHz。由于功率管截止時(shí)間的問(wèn)題，使得橋臂容易短路，所以輸出脈沖占空比應(yīng)該在50%以下。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)限制最大占空比的目的，在振蕩電容放電期間，內(nèi)部時(shí)鐘脈沖對(duì)兩路輸出進(jìn)行封鎖。在內(nèi)部時(shí)鐘脈沖的下降沿，輸出端為高電平。一

44、般情況下，脈寬調(diào)制比較器會(huì)檢測(cè)誤差放大器的輸出電壓，從而終止輸出脈沖。因?yàn)椴捎昧松仙胤怄i，在脈沖前沿的某一段時(shí)間內(nèi)，脈寬調(diào)制比較器失效，從而有效抑制開(kāi)關(guān)電源的固有噪聲。而且在上升沿封鎖的作用下，脈寬調(diào)制比較器的諧波輸入不需要經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)。我們?cè)贑LK/LEB腳應(yīng)接入電容C，使上升沿封鎖時(shí)間得到了有效地調(diào)整。另外，為了更準(zhǔn)確控制前沿封鎖時(shí)間，可以在外部并聯(lián)一個(gè)2（2%）電阻R。前沿封鎖時(shí)間為： （4-3）（3） 軟啟動(dòng)以及故障處理圖4-4軟啟動(dòng)和故障處理波形軟啟動(dòng)是通過(guò)軟啟動(dòng)腳（SOFT、START）腳的外接電容來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)圖4-4的分析可知，當(dāng)接通電源以后，外接電容開(kāi)始放電，軟啟動(dòng)腳處于低

45、電平，誤差放大器輸出低電壓，開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有輸出電壓。當(dāng)軟啟動(dòng)腳的外接電容開(kāi)始充電時(shí)，誤差放大器的輸出電壓開(kāi)始逐漸升高，閉環(huán)調(diào)節(jié)裝置開(kāi)始工作，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓逐漸升高，直到達(dá)到輸出電壓額定值，完成充電。當(dāng)限流腳（ILIM）的電壓大于1.2V時(shí)，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖?，軟啟?dòng)腳的外接電容放電。當(dāng)軟啟動(dòng)腳的外接電容放電結(jié)束后，限流腳電壓降到1.2V以下時(shí)，故障鎖存器復(fù)位，芯片開(kāi)始軟啟動(dòng)過(guò)程。在軟啟動(dòng)期間，若故障鎖存器突然置位，輸出會(huì)立即中止。但是軟啟動(dòng)腳外接電容在充足電之前不會(huì)放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)間斷期。（4） 大電流輸出電路圖4-5功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路

46、功率MOSFET驅(qū)動(dòng)電路如圖4-5所示。UC3825推拉式輸出電路的每個(gè)輸出端都可輸出峰值為2A的電流。該輸出電流在20ns內(nèi)可使1000pF電容兩端的電壓上升15V。采用獨(dú)立的集電極電源和功率地線腳，能夠減小大功率門極驅(qū)動(dòng)噪聲對(duì)集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個(gè)輸出端（OUT）到和之間都應(yīng)加入一個(gè)3A的肖特基二極管（IN5120，USD245或相同性能的器件），如圖4-5所示。該二極管可將輸出電壓的幅值箝位在電源電壓，對(duì)任何感性和容性負(fù)載都是必不可少的。4.3 UC3825的調(diào)試UC3825作為控制電路的核心，集成了相當(dāng)多的功能。過(guò)去需要用分立單元完成的功能，現(xiàn)在都可以通過(guò)UC3825來(lái)完成，其

47、一般結(jié)構(gòu)如下圖4-6所示。圖4-6UC3825的工作結(jié)構(gòu)電路在UC3825的工作結(jié)構(gòu)電路圖4-6中，為參考電壓，為線性光耦合器控制部分提供工作電壓；和用來(lái)調(diào)節(jié)PWM的占空比和振蕩頻率；端口2為輸入端口，Out A和Out B是PWM信號(hào)的輸出端口，信號(hào)的幅值由端口13的決定。Out A和Out B輸出的兩個(gè)PWM信號(hào)是相互之間有死區(qū)時(shí)間的互補(bǔ)信號(hào)。因?yàn)楣β蔒OSFET的截止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，UC3825的2腳輸入和Out A、Out B輸出的PWM脈沖信號(hào)的占空比是滿足線性 關(guān)系的。具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4-1所示。我們定義UC3825的2腳輸入為，輸

48、出的PWM信號(hào)占空比為D。表4-1UC3825輸入與輸出占空比的關(guān)系（V）0.9451.1661.3081.4291.5371.7041.743D（%）04812162024（V）1.8721.9722.0382.132D（%）28323640從表4-1中的數(shù)據(jù)可以看出，端口2的數(shù)值范圍為：0.945V2.132V，而PWM脈沖信號(hào)的占空比在0%40%之間變化，與上述的結(jié)論基本吻合。4.4 反饋電路的設(shè)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)電源包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩個(gè)閉環(huán)環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋控制，外環(huán)是電壓反饋控制。電流反饋控制需要在開(kāi)關(guān)變換器和高頻變壓器之間添加一個(gè)檢測(cè)電流的互感器。其工作原理大致是將檢測(cè)信號(hào)送到UC3

49、825的第9個(gè)管腳限流端，當(dāng)負(fù)載電流過(guò)大時(shí)關(guān)斷。電壓反饋控制在主電路的輸出端進(jìn)行采樣，再將采樣電壓與整定電壓進(jìn)行比較后送到比例積分放大器，然后送到UC3825的第2個(gè)管腳，以控制PWM信號(hào)的占空比，從而達(dá)到控制主電路輸出電壓的目的。圖4-7線性光耦隔離的電壓反饋電路從圖4-7中可以看出，線性光耦合隔離的電壓反饋電路是由一個(gè)隔離反饋光二極管和一個(gè)輸出光二極管組成的。反饋光二極管通過(guò)紅外線的照射產(chǎn)生控制信號(hào)，以此調(diào)節(jié)二極管的驅(qū)動(dòng)電流。輸出光二極管產(chǎn)生的電流信號(hào)與二極管發(fā)出的伺服光通量成線性比例。光電流的值滿足：，其與LED的電流成正比，比例系數(shù)為反饋傳輸增量，即，運(yùn)算放大器向LED提供足夠的電流以

50、保持運(yùn)算放大器的正向和反向輸入端等電壓。同理，我們可得到： （4-4）表示正向增益，則傳輸增益為為： （4-5）可見(jiàn)輸入與輸出的關(guān)系滿足： （4-6）在實(shí)際應(yīng)用中，LED工作在110mA左右。在此范圍內(nèi)，傳輸增益為0.91.1之間的一個(gè)值，它的線性誤差為。4.5 保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)電路可分為硬控制和軟控制兩類。硬控制是在合閘時(shí)先接入限流電阻，將合閘浪涌電流限制在設(shè)定范圍內(nèi)，待輸入電容充滿電后，再將該電阻短接。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的PWM型穩(wěn)壓電源的輸出濾波電容都比較較大，輸出電壓的突然建立將會(huì)形成非常大的電容充電電流，從而有可能使高壓開(kāi)關(guān)管損壞。若持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，還會(huì)引起過(guò)流保護(hù)電路

51、誤動(dòng)作。為了避免過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)作，需要在輸出電壓軟啟動(dòng)電路確保安可靠性的情況下將保護(hù)電路的動(dòng)作時(shí)間延長(zhǎng)。圖4-8輸入電壓軟啟動(dòng)電路在輸入電壓的軟啟動(dòng)電路（圖4-8）中，為一觸發(fā)器，為一光耦合器，表示觸發(fā)器的控制端。其工作原理大致如下：當(dāng)啟動(dòng)時(shí)，為低電平，控制觸發(fā)器打在點(diǎn)，啟動(dòng)電壓經(jīng)過(guò)限壓穩(wěn)流，光耦合器由于兩端的降壓而工作，使為低電平；同時(shí)，電容開(kāi)始充電，逐漸使變?yōu)楦唠娖剑贒觸發(fā)器的控制下使也變?yōu)楦唠娖?，控制觸發(fā)器打向點(diǎn)，直接輸出到后級(jí)電路。 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)（1）過(guò)流保護(hù)開(kāi)關(guān)電源一般都有電流保護(hù)電路，其中過(guò)流保護(hù)是比較常用的一種，即當(dāng)電流超過(guò)預(yù)定最大值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)措施。在這次的開(kāi)

52、關(guān)電源設(shè)計(jì)中，我們?yōu)檫^(guò)流保護(hù)加上了三重防護(hù)，分別是:一是在系統(tǒng)的輸入級(jí)的三相交流引入處安裝熔斷保險(xiǎn)裝置，當(dāng)出現(xiàn)短路時(shí)熔斷來(lái)切斷輸入電流；二是在控制軟啟動(dòng)觸發(fā)器的后級(jí)安裝熔斷保險(xiǎn)管，以防止啟動(dòng)浪涌電流的過(guò)大，損壞功率器件；三是通過(guò)檢測(cè)電流來(lái)控制PWM脈寬從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。切斷式保護(hù)原理圖4-9切斷式保護(hù)原理切斷式保護(hù)工作（如圖4-9）大致工作過(guò)程是先用電流檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)電流信號(hào)，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)變成電壓信號(hào)，送到電壓比較電路進(jìn)行比較。當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，信號(hào)電壓大于比較電壓，比較電路產(chǎn)生輸出觸發(fā)信號(hào)作用于狀態(tài)保持電路，使控制電路失效。限流式保護(hù)原理圖4-10限流式保護(hù)原理限流

53、式保護(hù)工作（如圖4-10）大致是電流檢測(cè)電路檢測(cè)信號(hào)，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號(hào)變成電壓信號(hào)，送到電壓比較電路進(jìn)行比較。當(dāng)電流信號(hào)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，保護(hù)電路開(kāi)始工作，使V/W電路輸出脈寬變窄，穩(wěn)壓電源的輸出電壓減小，以確保輸出電流在設(shè)定范圍以內(nèi)。限流切斷式保護(hù)限流切斷式保護(hù)的工作過(guò)程大致如下：當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到預(yù)定值時(shí)，保護(hù)電路開(kāi)始動(dòng)作，輸出電壓減小，控制負(fù)載電流保持穩(wěn)定。若負(fù)載電流過(guò)大，保護(hù)電路進(jìn)一步動(dòng)作，將電源的輸入電流切斷。這種保護(hù)的安全性較高，宜采用。圖4-11過(guò)流保護(hù)的電流采樣電路在圖4-11中，是高頻變壓器的原邊輸入電流；是電流變壓器。因?yàn)槭歉哳l變化的電流，所以變壓器的副邊要經(jīng)過(guò)整流，接到

54、UC3825的第九個(gè)端口，通過(guò)UC3825來(lái)控制過(guò)流后的一系列動(dòng)作。電容C是噪音濾波電容器，目的是防止過(guò)流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。（2）過(guò)壓保護(hù)過(guò)壓保護(hù)同過(guò)流保護(hù)相似，是當(dāng)電壓超過(guò)預(yù)定值時(shí)，使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)措施。當(dāng)被保護(hù)電路的電源電壓高于一定數(shù)值時(shí)，保護(hù)器切斷該線路；當(dāng)電源電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，保護(hù)器自動(dòng)接通。圖4-12過(guò)壓保護(hù)電路在圖4-12中，表示光耦合器；表示一個(gè)可編程的精密電壓基準(zhǔn)；其工作原理大致如下：輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓后加入到精密電壓基準(zhǔn)的基準(zhǔn)端（R），的陰極和光耦合器的3端相連接。當(dāng)基準(zhǔn)電壓達(dá)到2.5V時(shí)，陰極電流突然增大，光耦合器開(kāi)始工作，變?yōu)榈碗娖?。而是加在UC3825的輸入啟動(dòng)端（SS）的電壓，這樣以來(lái)啟動(dòng)