600W半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)..

1、1600W 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)600W 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要摘要本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè)本次設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)一個(gè) 600W 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源，從而為負(fù)載供半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源，從而為負(fù)載供電。電。電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。由于開關(guān)電源本身消耗的能量低備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地工作。由于開關(guān)電源本身消耗的能量低，電源效率比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍，被廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、通訊電源效率比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍，被廣

2、泛用于電子計(jì)算機(jī)、通訊、家電等各個(gè)行業(yè)家電等各個(gè)行業(yè)。它的效率可達(dá)它的效率可達(dá) 85以上以上，穩(wěn)壓范圍寬穩(wěn)壓范圍寬，除此之外除此之外，還具還具有穩(wěn)壓精度高有穩(wěn)壓精度高、不使用電源變壓器等特點(diǎn)不使用電源變壓器等特點(diǎn)，是一種較理想的穩(wěn)壓電源是一種較理想的穩(wěn)壓電源。本本文介紹了一種采用半橋電路的開關(guān)電源，其輸入電壓為單文介紹了一種采用半橋電路的開關(guān)電源，其輸入電壓為單相相 170260V, ,輸出電壓為直流輸出電壓為直流 12V 恒定，最大電流恒定，最大電流 50A。從主電路從主電路的原理與主電路圖的設(shè)計(jì)、控制電路器件的選取、保護(hù)電路方案的確定的原理與主電路圖的設(shè)計(jì)、控制電路器件的選取、保護(hù)電路方案

3、的確定以及計(jì)算機(jī)仿真圖形的繪制與波形分析等方面的研究。以及計(jì)算機(jī)仿真圖形的繪制與波形分析等方面的研究。關(guān)鍵詞：半橋變換器；功率關(guān)鍵詞：半橋變換器；功率 MOS 管；脈寬調(diào)制；穩(wěn)壓電源；管；脈寬調(diào)制；穩(wěn)壓電源；第第 1 章緒論章緒論 1.1 電力電子技術(shù)概況電力電子技術(shù)概況電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)是應(yīng)用于電2力領(lǐng)域的電子技術(shù)，它是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的新力領(lǐng)域的電子技術(shù)

4、，它是利用電力電子器件對電能進(jìn)行變換和控制的新興學(xué)科。目前所用的電力電子器件采用半導(dǎo)體制成，故稱電力半導(dǎo)體器興學(xué)科。目前所用的電力電子器件采用半導(dǎo)體制成，故稱電力半導(dǎo)體器件。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力件。信息電子技術(shù)主要用于信息處理，而電力電子技術(shù)則主要用于電力變換。電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電子器件為核心，伴隨變換技術(shù)和變換。電力電子技術(shù)的發(fā)展是以電力電子器件為核心，伴隨變換技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的?？刂萍夹g(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。電力電子技術(shù)可以理解為功率強(qiáng)大電力電子技術(shù)可以理解為功率強(qiáng)大，可供諸如電力系統(tǒng)那樣大電流可供諸如電力系統(tǒng)那樣大電流、高電高電壓場合應(yīng)用

5、的電子技術(shù)壓場合應(yīng)用的電子技術(shù)，它與傳統(tǒng)的電子技術(shù)相比它與傳統(tǒng)的電子技術(shù)相比，其特殊之處不僅僅因其特殊之處不僅僅因?yàn)樗軌蛲ㄟ^大電流和承受高電壓為它能夠通過大電流和承受高電壓，而且要考慮在大功率情況下而且要考慮在大功率情況下，器件發(fā)器件發(fā)熱熱、 運(yùn)行效率的問題運(yùn)行效率的問題。 為了解決發(fā)熱和效率問題為了解決發(fā)熱和效率問題， 對于大功率的電子電路對于大功率的電子電路，器件的運(yùn)行都采用開關(guān)方式器件的運(yùn)行都采用開關(guān)方式。這種開關(guān)運(yùn)行方式就是電力電子器件運(yùn)行的這種開關(guān)運(yùn)行方式就是電力電子器件運(yùn)行的特點(diǎn)。特點(diǎn)。電力電子學(xué)這一名詞是電力電子學(xué)這一名詞是 20 世紀(jì)世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的年代出現(xiàn)的，“電力電

6、子學(xué)電力電子學(xué)”和和“電力電力電子技術(shù)電子技術(shù)”在內(nèi)容上并沒有很大的不同，只是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)這在內(nèi)容上并沒有很大的不同，只是分別從學(xué)術(shù)和工程技術(shù)這2 個(gè)不同角度來稱呼。電力電子學(xué)可以用圖個(gè)不同角度來稱呼。電力電子學(xué)可以用圖 1 的倒三角形來描述，可以的倒三角形來描述，可以認(rèn)為電力電子學(xué)由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論這認(rèn)為電力電子學(xué)由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論這 3 個(gè)學(xué)科交叉而形成個(gè)學(xué)科交叉而形成的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受。的。這一觀點(diǎn)被全世界普遍接受。電力電子技術(shù)與電子學(xué)的關(guān)系是顯而易見的電力電子技術(shù)與電子學(xué)的關(guān)系是顯而易見的。電子學(xué)可分為電子器件和電電子學(xué)可分為電子器件和電子電路兩大部分

7、子電路兩大部分，它們分別與電力電子器件和電力電子電路相對應(yīng)它們分別與電力電子器件和電力電子電路相對應(yīng)。從電從電子和電力電子的器件制造技術(shù)上進(jìn)兩者同根同源子和電力電子的器件制造技術(shù)上進(jìn)兩者同根同源，從兩種電路的分析方法從兩種電路的分析方法上講也是一致的上講也是一致的，只是兩者應(yīng)用的目的不同只是兩者應(yīng)用的目的不同，前者用于電力變換前者用于電力變換，后者用后者用于信息處理。于信息處理。3目前目前，開關(guān)電源以小型開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備通信設(shè)備等幾乎所有的電

8、子設(shè)備，是當(dāng)今電子信是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。并對開關(guān)電源提出了小型輕量并對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，此外要求開關(guān)電源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。當(dāng)前要求，此外要求開關(guān)電源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。當(dāng)前，各國正在努力開新器件各國正在努力開新器件、新材料以及改進(jìn)裝連方法新材料以及改進(jìn)裝連方法，進(jìn)一步提高效率進(jìn)一步提高效率，縮縮小體積小體積，降低價(jià)格降低價(jià)格，以解決開關(guān)電源面臨的課題以解決開關(guān)電源面臨的課題。隨著電力電子技術(shù)的不隨著電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景。斷創(chuàng)新，開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)會(huì)有更廣闊

9、的發(fā)展前景。1.2 本文研究內(nèi)容本文研究內(nèi)容開關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基開關(guān)電源在效率、體積和重量等方面都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于線性電源，因此已經(jīng)基本取代了線性電源，成為電子熱備供電的主要電源形式，受到人們的青本取代了線性電源，成為電子熱備供電的主要電源形式，受到人們的青睞。采用先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，然后由高頻變睞。采用先整流濾波、后經(jīng)高頻逆變得到高頻交流電壓，然后由高頻變壓器降壓、再整流濾波的方法。這種采用高頻開關(guān)方式進(jìn)行電能變換的壓器降壓、再整流濾波的方法。這種采用高頻開關(guān)方式進(jìn)行電能變換的電源稱為開關(guān)電源。隨著電子技術(shù)和應(yīng)用迅速地發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源

10、的電源稱為開關(guān)電源。隨著電子技術(shù)和應(yīng)用迅速地發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源的品種和類型也越來越多。按激勵(lì)方式分為他激式和自激式；按調(diào)制方式品種和類型也越來越多。按激勵(lì)方式分為他激式和自激式；按調(diào)制方式分為脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型和混合調(diào)制型；按開關(guān)管電流的工作方式分為脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型和混合調(diào)制型；按開關(guān)管電流的工作方式分開關(guān)型和諧振型；按開關(guān)晶體管的類型分為晶體管型和可控硅型；按分開關(guān)型和諧振型；按開關(guān)晶體管的類型分為晶體管型和可控硅型；按儲(chǔ)能電感與負(fù)載的連接方式分為串聯(lián)型和并聯(lián)型；按晶體管的連接方式儲(chǔ)能電感與負(fù)載的連接方式分為串聯(lián)型和并聯(lián)型；按晶體管的連接方式分為單端式、推挽式、半橋式、全橋式。本文

11、設(shè)計(jì)了一種半橋型開關(guān)穩(wěn)分為單端式、推挽式、半橋式、全橋式。本文設(shè)計(jì)了一種半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電源，它具有驅(qū)動(dòng)電路簡單，驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，開關(guān)頻率高壓電源，它具有驅(qū)動(dòng)電路簡單，驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，開關(guān)頻率高等優(yōu)點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下：等優(yōu)點(diǎn)。具體設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)如下：41.輸入電壓單相輸入電壓單相 170260V；2.輸入交流電頻率輸入交流電頻率 4565HZ；3輸出直流電壓輸出直流電壓 12V 恒定；恒定；4. 輸出直流電流輸出直流電流 10A；5最大功率：最大功率：120W；6穩(wěn)壓精度：穩(wěn)壓精度：直流輸出電壓整定值的直流輸出電壓整定值的 1%；本文分別從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)：本文分別從以

12、下幾個(gè)方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)：1.主電路設(shè)計(jì)；主電路設(shè)計(jì)；2.控制電路設(shè)計(jì)；控制電路設(shè)計(jì)；3.驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)；保護(hù)電路設(shè)計(jì)；5.整體電路設(shè)計(jì)；整體電路設(shè)計(jì)；6.元器件型號(hào)的選擇；元器件型號(hào)的選擇；第第 2 章電路章電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2.1 穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案穩(wěn)壓電源總體設(shè)計(jì)方案開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控5制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如下圖所制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如下圖所示，其中示，其中 DC/DC 變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開

13、關(guān)電源的核心部分，此變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有起動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路外還有起動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路（R1、R2）檢測輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓檢測輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓 Ur 比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制寬調(diào)制（PWM）電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，對電路對稱達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。具有一定的抗不平衡能力，對電路對稱性要求不很嚴(yán)格；適應(yīng)的功率范圍較大，從幾十瓦到千瓦都可

14、以；開關(guān)性要求不很嚴(yán)格；適應(yīng)的功率范圍較大，從幾十瓦到千瓦都可以；開關(guān)管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用于各種管耐壓要求較低；電路成本比全橋電路低等。這種電路常常被用于各種穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)壓輸出的 DC 變換器變換器DC/DC變換器有多種電路形式，常用的有工作波形為方波的變換器有多種電路形式，常用的有工作波形為方波的 PWM 變換器以及變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。圖圖 2.1 主體方框圖主體方框圖隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。對電隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。對電源的要求也各有不

15、同。本次設(shè)計(jì)的是一種功率較大，的開關(guān)電源。源的要求也各有不同。本次設(shè)計(jì)的是一種功率較大，的開關(guān)電源。6設(shè)計(jì)采用了設(shè)計(jì)采用了 AC/ /DC/ /AC/ /DC 變換方案。一次整流后的直流電壓，變換方案。一次整流后的直流電壓，經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)經(jīng)過有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，再經(jīng)半橋變換電路逆再經(jīng)半橋變換電路逆變后變后，由高頻變壓器隔離降壓由高頻變壓器隔離降壓，最后整流輸出直流電壓最后整流輸出直流電壓。系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)為有源功率因數(shù)校正電路為有源功率因數(shù)校正電路、DC/ /DC 電路電路、功率因數(shù)校正電路功率因數(shù)校正電路、PWM 控制控制電路和

16、保護(hù)電路等。采用電路和保護(hù)電路等。采用 UC3854A/ /B 控制芯片組成功率因數(shù)校正電路來控制芯片組成功率因數(shù)校正電路來提高功率因數(shù)提高功率因數(shù)，用新型的芯片用新型的芯片 UC3825 作為控制芯片來代替作為控制芯片來代替 SG3525, ,不僅不僅外圍電路簡單，而且具有有容差過壓限流功能，還采用了新型外圍電路簡單，而且具有有容差過壓限流功能，還采用了新型 IR2304 作作為驅(qū)動(dòng)芯片，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且自帶死區(qū)，防止半橋上下管直通。為驅(qū)動(dòng)芯片，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，且自帶死區(qū)，防止半橋上下管直通。該電路用高速雙路該電路用高速雙路 PWM 控制器控制器 UC3825 為控制芯片，功率為控制芯片，功率 M

17、OSFET為開關(guān)器件而構(gòu)成的推挽逆變器，逆變器輸出為開關(guān)器件而構(gòu)成的推挽逆變器，逆變器輸出經(jīng)高頻經(jīng)高頻 LC 濾波后輸出濾波后輸出 1MHz/100W 正弦波功率信號(hào)。實(shí)驗(yàn)證明電路產(chǎn)生正弦波功率信號(hào)。實(shí)驗(yàn)證明電路產(chǎn)生的波形質(zhì)量好的波形質(zhì)量好，電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便控制方便，并具有體積小并具有體積小，效率高的特點(diǎn)效率高的特點(diǎn)。低頻小功率信號(hào)源往往用線性功率放大電路低頻小功率信號(hào)源往往用線性功率放大電路，其電路比較簡單其電路比較簡單，波形質(zhì)量波形質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)。好，易于實(shí)現(xiàn)。而對于高頻而對于高頻、中大功率信號(hào)源用線性功率放大電路難以實(shí)現(xiàn)中大功率信號(hào)源用線性功率放大電路難以實(shí)現(xiàn)，特別是

18、對于特別是對于要求要求 1MHz/100W 正弦波功率信號(hào)源正弦波功率信號(hào)源，采用線性功率放大電路采用線性功率放大電路，其電路結(jié)其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難調(diào)整困難，不易實(shí)現(xiàn)不易實(shí)現(xiàn)。而采用高速雙路而采用高速雙路 PWM 控制器控制器 UC3825 為為控制芯片，功率控制芯片，功率 MOSFET 為開關(guān)器件，經(jīng)為開關(guān)器件，經(jīng) LC 高頻濾波，高頻濾波，輸出輸出 1MHz/100W 正弦波功率信號(hào)源，其波形質(zhì)量好，電路結(jié)構(gòu)簡單正弦波功率信號(hào)源，其波形質(zhì)量好，電路結(jié)構(gòu)簡單, ,體積小，效率高體積小，效率高2.2 具體電路設(shè)計(jì)具體電路設(shè)計(jì) 2.2.1 主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)7反激式電源一般用在反激式

19、電源一般用在 100w 以下的電路，而本電源設(shè)計(jì)最大功率達(dá)到以下的電路，而本電源設(shè)計(jì)最大功率達(dá)到500w, ,額定電流為額定電流為 10A 左右。在功率較大的高頻開關(guān)電源中，常用的左右。在功率較大的高頻開關(guān)電源中，常用的主變換電路有推挽電路、半橋電路、全橋電路等。其中推挽電路用的開主變換電路有推挽電路、半橋電路、全橋電路等。其中推挽電路用的開關(guān)器件少關(guān)器件少, ,輸出功率大輸出功率大, ,但開關(guān)管承受電壓高但開關(guān)管承受電壓高（為電源電壓的為電源電壓的 2 倍倍）, ,且且變壓器有變壓器有 6 個(gè)抽頭個(gè)抽頭, ,結(jié)構(gòu)復(fù)雜；全橋電路開關(guān)管承受的電壓不高結(jié)構(gòu)復(fù)雜；全橋電路開關(guān)管承受的電壓不高, ,輸

20、出輸出功率大功率大, ,但需要的開關(guān)器件多但需要的開關(guān)器件多（4 個(gè)個(gè)）, ,驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；半橋電路開關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜；半橋電路開關(guān)管承受的電壓低承受的電壓低, ,開關(guān)器件少開關(guān)器件少, ,驅(qū)動(dòng)簡單。根據(jù)對各種拓?fù)浞桨傅碾姎庑则?qū)動(dòng)簡單。根據(jù)對各種拓?fù)浞桨傅碾姎庑阅芤约俺杀镜戎笜?biāo)的綜合比較，本電源選用半橋式能以及成本等指標(biāo)的綜合比較，本電源選用半橋式 DC/ /DC 變換器作變換器作為主電路。如圖為主電路。如圖 2.2 即為主電路圖。即為主電路圖。圖圖 2.2 主電路圖主電路圖圖圖 2.2 中中 S1、S2、C1、C2 和主變壓器和主變壓器 T1 構(gòu)成了半橋構(gòu)成了半橋 DCDC 變換電路變換電路

21、。MOSFET 采用采用 11NC380。電路的工作頻率為電路的工作頻率為 80kHz。變壓器采用變壓器采用 E55 的的鐵氧體磁芯鐵氧體磁芯，無須加氣隙無須加氣隙。繞制時(shí)采用繞制時(shí)采用“三段式三段式”繞法繞法，以減小漏感以減小漏感。R1和和 R2 用以保證電容分壓均勻用以保證電容分壓均勻，R3、C3 和和 R4、C4 為為 MOS 管兩端的吸收管兩端的吸收電路。電路。C5 為隔直電容，用來阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平為隔直電容，用來阻斷與不平衡伏秒值成正比的直流分量，平8衡開關(guān)管每次不相等的伏秒值衡開關(guān)管每次不相等的伏秒值。C5 采用優(yōu)質(zhì)采用優(yōu)質(zhì) CBB 無感電容無感電容。Ct 是

22、電流互是電流互感器，作為電流控制時(shí)取樣用。感器，作為電流控制時(shí)取樣用。D3、D4 采用快恢復(fù)二極管，經(jīng)過采用快恢復(fù)二極管，經(jīng)過 L1 和和C6、C7 平波濾波后輸出平波濾波后輸出 OUT2 給控制芯片供電給控制芯片供電，Rs、R6 則是反饋電壓的則是反饋電壓的采樣電阻采樣電阻。主變壓器的輸出主變壓器的輸出 OUT3 為高頻低壓交流電為高頻低壓交流電。如圖如圖 2 所示所示，反饋反饋電壓和輸出電壓同一繞組電壓和輸出電壓同一繞組，樣樣，可以在負(fù)載變化時(shí)最大限度地保證輸出電可以在負(fù)載變化時(shí)最大限度地保證輸出電壓的穩(wěn)定壓的穩(wěn)定。后級可接一個(gè)或多個(gè)多路輸出的變壓器后級可接一個(gè)或多個(gè)多路輸出的變壓器，然后

23、通過整流電路整然后通過整流電路整流流，這樣既能保證每路輸出都是獨(dú)立的這樣既能保證每路輸出都是獨(dú)立的，又可以得到任意大小的電壓又可以得到任意大小的電壓。故故可滿足可滿足 DSP 等需要多路不同電壓供電且精度較高的要求。等需要多路不同電壓供電且精度較高的要求。2.2.2 控制電路設(shè)計(jì)控制電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制電路采用高速雙路系統(tǒng)的控制電路采用高速雙路的的 PWM 控制控制器器 UC3825, ,如如圖圖 2.3 所示即為所示即為所選電路，其內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、所選電路，其內(nèi)部電路主要由高頻振蕩器、PWM 比較器、限流比較器、比較器、限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓

24、鎖定、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動(dòng)電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。它比鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。它比 SG3525 具有以下優(yōu)點(diǎn)：具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)改進(jìn)了振蕩電路，提高了振蕩頻率的精度，并且具有更精確的死區(qū)控改進(jìn)了振蕩電路，提高了振蕩頻率的精度，并且具有更精確的死區(qū)控制；制；2)具有限流控制功能，且門檻電流有具有限流控制功能，且門檻電流有 5的容差；的容差；3)低啟動(dòng)電流低啟動(dòng)電流(10OMA)；4)UC3825 關(guān)斷比較器是一個(gè)高速的過流比較器，它具有關(guān)斷比較器是一個(gè)高速的過流比較器，它具有 1. .2v 的門檻的門檻值值，保證芯片重新啟動(dòng)前軟啟動(dòng)電容完全放電保

25、證芯片重新啟動(dòng)前軟啟動(dòng)電容完全放電，在超過門檻值時(shí)在超過門檻值時(shí)，輸出為輸出為低電平狀態(tài)低電平狀態(tài)，防止上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通而引起短路防止上下橋臂同時(shí)導(dǎo)通而引起短路。下圖為主電路的控制電下圖為主電路的控制電路路9前級的前級的 R808 和和 R809 與穩(wěn)壓管構(gòu)成一個(gè)啟動(dòng)電路與穩(wěn)壓管構(gòu)成一個(gè)啟動(dòng)電路， 觸發(fā)觸發(fā) UC3825 開始工作開始工作后，由反饋輸出后，由反饋輸出 OUT1 自供電。自供電。PWM 的調(diào)制波由的調(diào)制波由 R1 和和 CT 振蕩產(chǎn)生，振蕩產(chǎn)生，RT、CT 一般按式一般按式及式及式選取。選取。RT=3V/( (10mA) )*(1-Dmax)(1)CT=(1.6*Dmax)/(R

26、t*f)(2)式中：式中：f=80kHz，為所取的頻率為所取的頻率腳腳 1(INV)、腳腳 2(E/ /A)和腳和腳 3(HI)構(gòu)成一誤差放大器，做為電壓反饋用構(gòu)成一誤差放大器，做為電壓反饋用, ,腳腳 9(ILIM)為限流，腳為限流，腳 8(SS)為軟啟動(dòng)，腳為軟啟動(dòng)，腳 11(0UTA)及腳及腳 14(0UTB)為為輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。從圖中可看出，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。從圖中可看出，UC3825 功能比較全，外圍電路簡單，可功能比較全，外圍電路簡單，可有效減少有效減少 PCB 的布線與外圍元器件，提高了系統(tǒng)的可靠性。的布線與外圍元器件，提高了系統(tǒng)的可靠性。圖圖 2.3 高速雙路高速雙路 PWM 控制器

27、控制器 UC3825 電路圖電路圖2.2.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)MOSFET 的驅(qū)動(dòng)可采用脈沖變壓器，它具有體積小，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但的驅(qū)動(dòng)可采用脈沖變壓器，它具有體積小，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但10直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖的前沿與后沿不夠陡，影響直接驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖的前沿與后沿不夠陡，影響 MOSFET 的開關(guān)速度。在的開關(guān)速度。在此，采用了此，采用了 IR2304 芯片，它是芯片，它是 IR 公司新推出的多功能公司新推出的多功能 600v 高端及低端高端及低端驅(qū)動(dòng)集成電路，它具有以下優(yōu)點(diǎn)。驅(qū)動(dòng)集成電路，它具有以下優(yōu)點(diǎn)。1)芯片體積小芯片體積小(DIP8),集成度高集成度高(可同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上、下兩只開

28、關(guān)器可同時(shí)驅(qū)動(dòng)同一橋臂的上、下兩只開關(guān)器件件)。2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，通斷延遲時(shí)間動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，通斷延遲時(shí)間 220/ /220ns(典型值典型值)、內(nèi)部死區(qū)時(shí)間、內(nèi)部死區(qū)時(shí)間1000ns、匹配延遲時(shí)間匹配延遲時(shí)間 50ns。3）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，可驅(qū)動(dòng) 600v 主電路系統(tǒng)，具有主電路系統(tǒng)，具有 61mA/ /130mA 輸出驅(qū)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)能力，柵極驅(qū)動(dòng)輸入電壓寬達(dá)能力，柵極驅(qū)動(dòng)輸入電壓寬達(dá) 1020V。4）工作頻率高，可支持工作頻率高，可支持 100kHz 或以下的高頻開關(guān)?；蛞韵碌母哳l開關(guān)。5）輸入輸出同相設(shè)計(jì)，提供高端和低端獨(dú)立控制驅(qū)動(dòng)輸出，可通過兩個(gè)輸入輸出同相設(shè)計(jì)，提供高端和低端

29、獨(dú)立控制驅(qū)動(dòng)輸出，可通過兩個(gè)兼容兼容 3. .3v、5v 和和 15v 輸入邏輯的獨(dú)立輸入邏輯的獨(dú)立 CMOS 或或 LSTFL 輸入來控制，輸入來控制，為設(shè)計(jì)帶來了很大的靈活性。為設(shè)計(jì)帶來了很大的靈活性。6）低功耗設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用且防噪效能高。低功耗設(shè)計(jì)，堅(jiān)固耐用且防噪效能高。IR2304 釆用高壓集成電路技釆用高壓集成電路技術(shù)，整合設(shè)計(jì)既降低成本和簡化電路，又降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)省電路板的術(shù)，整合設(shè)計(jì)既降低成本和簡化電路，又降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和節(jié)省電路板的空間空間，相比于其它分立式相比于其它分立式、脈沖變壓器及光耦解決方案脈沖變壓器及光耦解決方案，IR2304 更能節(jié)省更能節(jié)省組件數(shù)量和空間，并提高可

30、靠性。組件數(shù)量和空間，并提高可靠性。7）具有電源欠壓保護(hù)和關(guān)斷邏輯，具有電源欠壓保護(hù)和關(guān)斷邏輯，IR2304 有兩個(gè)非倒相輸入及交叉?zhèn)饔袃蓚€(gè)非倒相輸入及交叉?zhèn)鲗?dǎo)保護(hù)功能，整合了專為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的半橋?qū)ПＷo(hù)功能，整合了專為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的半橋 MOSFET 或或 IGBT 電路而設(shè)電路而設(shè)的保護(hù)功能。當(dāng)電源電壓降至的保護(hù)功能。當(dāng)電源電壓降至 4. .7v 以下時(shí)，欠壓鎖定以下時(shí)，欠壓鎖定（UVL0）功能會(huì)功能會(huì)立即關(guān)掉兩個(gè)輸出，以防止直通電流及器件故障。當(dāng)電源電壓大于立即關(guān)掉兩個(gè)輸出，以防止直通電流及器件故障。當(dāng)電源電壓大于 5v11時(shí)則會(huì)釋放輸出時(shí)則會(huì)釋放輸出 （綜合滯后一般為綜合滯后一般為 0 3v）

31、 。 過壓過壓 （HVIC） 及防閉鎖及防閉鎖 CMOS技術(shù)使技術(shù)使 IR2304 非常堅(jiān)固耐用。另外，非常堅(jiān)固耐用。另外，IR2304 還配備有大脈沖電流緩沖還配備有大脈沖電流緩沖級，可將交叉?zhèn)鲗?dǎo)減至最低；同時(shí)釆用具有下拉功能的施密特級，可將交叉?zhèn)鲗?dǎo)減至最低；同時(shí)釆用具有下拉功能的施密特（Sohmill）觸發(fā)式輸入設(shè)計(jì)，可有效隔絕噪音，以防止器件意外開通。觸發(fā)式輸入設(shè)計(jì)，可有效隔絕噪音，以防止器件意外開通。如下圖所示為如下圖所示為 IR2304 的連線圖的連線圖圖圖 2.4 驅(qū)動(dòng)電路圖驅(qū)動(dòng)電路圖可以看出，可以看出，IR2304 具有連線簡單，外圍元器件少的優(yōu)點(diǎn)。其中具有連線簡單，外圍元器件少

32、的優(yōu)點(diǎn)。其中 VCC 由由主電路中主電路中 OUT 自供電，自供電，LIN 和和 HN 分別接分別接 UC3825 的兩個(gè)輸出端，的兩個(gè)輸出端，VD 要采用快恢復(fù)二極管，要采用快恢復(fù)二極管，C1 為濾電容，為濾電容，C2 為自舉電容，最好采用性為自舉電容，最好采用性能好的鉭電容，能好的鉭電容，R1 和和 R2 為限流電阻。為限流電阻。2.2.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路設(shè)計(jì)對于對于 DC/ /DC 電源產(chǎn)品都要求在出現(xiàn)異常情況電源產(chǎn)品都要求在出現(xiàn)異常情況(如過流、過載如過流、過載)時(shí)，系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的保護(hù)電路工作，使變換器及時(shí)停止工作。的保護(hù)電路工作，使變換器及時(shí)停止工作。UC3825 的保護(hù)電路設(shè)

33、計(jì)也的保護(hù)電路設(shè)計(jì)也12比較簡單，如圖比較簡單，如圖 2.5 所示。所示。通過電流互感器得到的采樣電流，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后送到通過電流互感器得到的采樣電流，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后送到 UC3825 腳腳9(ILJIM), ,當(dāng)電流超過預(yù)定值時(shí)，當(dāng)電流超過預(yù)定值時(shí)，UC3825 自動(dòng)封鎖輸出脈沖，起到保自動(dòng)封鎖輸出脈沖，起到保護(hù)作用護(hù)作用13圖圖 2.5 保護(hù)電路保護(hù)電路2.2.5 整體電路設(shè)計(jì)整體電路設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，整流環(huán)節(jié)不能采用二極管整流，采用了為了提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，整流環(huán)節(jié)不能采用二極管整流，采用了UC3854A/ /B 控制芯片組成功率因數(shù)校正電路控制芯片組成功率因數(shù)校正電路。UC3854A

34、/ /BUnitrode 公司公司一種新的高功率因數(shù)校正器集成控制電路芯片一種新的高功率因數(shù)校正器集成控制電路芯片，是在是在 UC3854 基礎(chǔ)上的改基礎(chǔ)上的改進(jìn)，其特點(diǎn)是采用平均電流控制，功率因數(shù)接近進(jìn)，其特點(diǎn)是采用平均電流控制，功率因數(shù)接近 1，高帶寬，限制電網(wǎng)電，高帶寬，限制電網(wǎng)電流失真流失真V% %。圖。圖 2.6 是由是由 UC3854A/ /B 控制的有源功率因數(shù)校正電路?？刂频挠性垂β室驍?shù)校正電路。14圖圖 2.6 整體電路圖整體電路圖該電路由兩部分組成。該電路由兩部分組成。UC3854A/ /B 及外圍元器件構(gòu)成控制部分，實(shí)現(xiàn)對及外圍元器件構(gòu)成控制部分，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出

35、電壓的控制。功率部分由網(wǎng)側(cè)輸入電流和輸出電壓的控制。功率部分由 L2，Cs，S 等元器件構(gòu)等元器件構(gòu)成成Boost 升壓電路。開關(guān)管升壓電路。開關(guān)管 S 選擇西門康公司的選擇西門康公司的 SKM75GB123D 模塊模塊, ,其工其工作頻率選在作頻率選在 35kHz。升壓電感升壓電感 L2 為為 2mH/ /20AC5 采用兩個(gè)采用兩個(gè) 450V/ /470“F的電解電容并聯(lián)。為了提高電路在功率較小時(shí)的效率，所設(shè)計(jì)的的電解電容并聯(lián)。為了提高電路在功率較小時(shí)的效率，所設(shè)計(jì)的 PFC 電電路在輕載時(shí)不進(jìn)行功率因數(shù)校正路在輕載時(shí)不進(jìn)行功率因數(shù)校正, ,當(dāng)負(fù)載較大時(shí)功率因數(shù)校正電路自動(dòng)投當(dāng)負(fù)載較大時(shí)功

36、率因數(shù)校正電路自動(dòng)投入使用入使用。此部分控制由圖此部分控制由圖 1 中的比較器部分來實(shí)現(xiàn)中的比較器部分來實(shí)現(xiàn)。R10 及及 R11 是負(fù)載檢是負(fù)載檢測電阻測電阻。當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)當(dāng)負(fù)載較輕時(shí)，R10 及及 R11 上檢測的信號(hào)輸入給比較器上檢測的信號(hào)輸入給比較器，使其輸使其輸出端為低電平出端為低電平，D5 導(dǎo)通導(dǎo)通，給給 ENA（使能端使能端）低電平使低電平使 UC3854A/ /B 封鎖封鎖。在負(fù)載較大在負(fù)載較大時(shí)時(shí)ENA為高電平才為高電平才讓讓UC3854A/ /B工作工作。 D6接接到到SS傲啟動(dòng)端傲啟動(dòng)端） ，在負(fù)載輕時(shí)在負(fù)載輕時(shí) D6 導(dǎo)通，使導(dǎo)通，使 SS 為低電平；為低電平；15當(dāng)負(fù)

37、載增大要求當(dāng)負(fù)載增大要求 UC3854A/ /B 工作時(shí)，工作時(shí)，SS 端電位從零緩慢升高，控制端電位從零緩慢升高，控制輸出脈沖占空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。如圖輸出脈沖占空比慢慢增大實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。如圖 2.7 中各圖所示即為各種元中各圖所示即為各種元件在電路中的波形。件在電路中的波形。貢殺輕時(shí)RFC4A時(shí)電;： 形m敗總時(shí)PFC工柞時(shí)電濾濃仍up*V一QFsawJ Jfl.ps-rfl.ps-r痘r亠16圖圖 2.7 各種元件的波形圖各種元件的波形圖設(shè)輸入交流電壓為：設(shè)輸入交流電壓為：則經(jīng)過橋式整流后的平均電壓為：則經(jīng)過橋式整流后的平均電壓為：二極管兩端承受的最大反相電壓為：二極管兩端承受的最大反

38、相電壓為：所以根據(jù)實(shí)際情況即可選擇整流二極管：所以根據(jù)實(shí)際情況即可選擇整流二極管：IN4005600V/1A2變壓器的設(shè)計(jì)變壓器的設(shè)計(jì)（1）變比）變比 KT選最大占空比為選最大占空比為 085, ,電路中壓降電路中壓降A(chǔ)U=2V，半橋式電路變壓器原邊繞，半橋式電路變壓器原邊繞組所加電壓等于輸入電壓的一半即組所加電壓等于輸入電壓的一半即 U. .、=98Vi i（minmin）則根據(jù)公式則根據(jù)公式:如如= =61輸入整流二極管的選擇輸入整流二極管的選擇- -+ +甜甜_ _2.3 元器件元器件型號(hào)選擇型號(hào)選擇17（2）鐵心的選擇）鐵心的選擇18A 為鐵心磁路截面積；為鐵心磁路截面積；A 為鐵心窗

39、口面積；為鐵心窗口面積；PT為變壓器傳輸?shù)臑樽儔浩鱾鬏數(shù)膃wTewT功率；功率；fs為開關(guān)頻率；為開關(guān)頻率；ABAB 為鐵心材料所允許的最大磁通密度的變化范為鐵心材料所允許的最大磁通密度的變化范圍圍； d 為變壓器繞組導(dǎo)體的電流密度為變壓器繞組導(dǎo)體的電流密度； k 為繞組在鐵心窗口中的填充因?yàn)槔@組在鐵心窗口中的填充因 CC數(shù)數(shù)。若鐵心材料為鐵氧體則若鐵心材料為鐵氧體則 AB=0AB=02T,2T,d=4A/mm2,k=0 5。根據(jù)根據(jù) SG3525cccc的控制選擇開關(guān)頻率為的控制選擇開關(guān)頻率為 10OHZ。根據(jù)公式根據(jù)公式:根據(jù)具體情況可選擇型號(hào)為根據(jù)具體情況可選擇型號(hào)為 DE25 的鐵心則

40、的鐵心則 A=40.00mm2，e eA=78.2mm2, ,A*A3128 燃肌燃肌4 4可以滿足要求。可以滿足要求。wew=wew=(3) )變壓器的繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率片很大，變壓器的繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：由于鐵磁材料的相對磁導(dǎo)率片很大，因此勵(lì)磁電感通常也較大。如果鐵心未夾緊因此勵(lì)磁電感通常也較大。如果鐵心未夾緊, ,磁路中有氣隙磁路中有氣隙, ,則勵(lì)磁電則勵(lì)磁電感會(huì)急劇下降感會(huì)急劇下降, ,勵(lì)磁電流成倍增加勵(lì)磁電流成倍增加, ,導(dǎo)致變壓器性能嚴(yán)重劣化。變壓器導(dǎo)致變壓器性能嚴(yán)重劣化。變壓器的漏感同一次、二次繞組互相耦合的緊密程度密切相關(guān)的漏感同一次、二次繞組互相耦合的緊密程度密

41、切相關(guān), ,耦合不夠緊耦合不夠緊, ,則漏感會(huì)增加。漏感對電路工作帶來的影響主要是負(fù)面的則漏感會(huì)增加。漏感對電路工作帶來的影響主要是負(fù)面的, ,給開關(guān)器件給開關(guān)器件造成過電壓、形成較大的損耗造成過電壓、形成較大的損耗, ,過大的漏感還會(huì)造成占空比的損失。因過大的漏感還會(huì)造成占空比的損失。因此變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小漏感。減小漏感的辦法主要是提高一次、二此變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減小漏感。減小漏感的辦法主要是提高一次、二次繞組耦合的緊密程度次繞組耦合的緊密程度, ,如采用間隔繞組等。如采用間隔繞組等。3 輸出濾波電感的設(shè)計(jì)輸出濾波電感的設(shè)計(jì)AIAI 為允許的電感電流最大紋波峰峰值，取最大輸出電流的為允許

42、的電感電流最大紋波峰峰值，取最大輸出電流的 20%即即 2A。根據(jù)公式電感量為根據(jù)公式電感量為120-100*0.2*4*10“*0.5二4陸加_368_4*6*100000*2=7719選定電感鐵心：選定電感鐵心：I1=10+10*20%*0 5=11A根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，輸出電壓的峰峰值根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，輸出電壓的峰峰值A(chǔ)Voppopp200mV，考慮到功率開關(guān)管開關(guān)和輸出整流二極管開關(guān)時(shí)造成的考慮到功率開關(guān)管開關(guān)和輸出整流二極管開關(guān)時(shí)造成的電壓尖峰以及直流電壓殘留的電壓尖峰以及直流電壓殘留的 100HZ 紋波，可令輸出電壓的交流紋波紋波，可令輸出電壓的交流紋波為化訐為化訐0 0,AUPVAUPV根據(jù)公式根

43、據(jù)公式根據(jù)具體情況可以選擇兩個(gè)根據(jù)具體情況可以選擇兩個(gè) 4 47#F/25V7#F/25V 鋁電解電容并聯(lián)使用。鋁電解電容并聯(lián)使用。5.功率管的選擇功率管的選擇額定電壓額定電壓考慮到功率器件的開關(guān)速度和驅(qū)動(dòng)電路的簡潔，本電源擬選用考慮到功率器件的開關(guān)速度和驅(qū)動(dòng)電路的簡潔，本電源擬選用MOSFET 作為功率開關(guān)管來構(gòu)成半橋電路。作為功率開關(guān)管來構(gòu)成半橋電路。整流濾波后的最大電壓值為整流濾波后的最大電壓值為 368V, ,功率開關(guān)管的額定電壓一般要求高功率開關(guān)管的額定電壓一般要求高于直流電壓的兩倍，則功率開關(guān)管的額定電壓選為于直流電壓的兩倍，則功率開關(guān)管的額定電壓選為 800V。額定電流額定電流輸出濾波電感電流的最大值為輸出濾波電感電流的最大值為 11A, ,那么變壓器原邊電流最大值為那么變壓器原邊電流最大值為11A/6=1 8A, ,這也是功率開關(guān)管中流過的最大電