逆變電路設(shè)計(jì)

36/38500W50HZ逆變電路摘要現(xiàn)代逆變技術(shù)是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的一門科學(xué)。單相逆變電源是將直流電逆變成波形為方波或正弦波的電源，可將蓄電池逆變成為正弦或交流電,供用電器使用。該單相逆變電源通過將直流電輸入半橋逆變電路,從而逆變成方波電源,輸出電壓為220V,頻率為50HZ.逆變電路的控制電路即門極觸發(fā)電路采用專用集成芯片UC3524。通過確定UC3524的外部電路參數(shù)RT、CT的值，可設(shè)定芯片輸出脈沖的頻率。脈沖通過驅(qū)動(dòng)放大電路進(jìn)行放大，控制晶閘管導(dǎo)通進(jìn)而控制逆變電源的輸出頻率。晶閘管導(dǎo)通頻率為脈沖輸出頻率的1/2。本電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，由UC3524集成芯片模塊、驅(qū)動(dòng)放大模塊、逆變主電路模塊、變壓器模塊、過電壓過電流保護(hù)模塊等部分組成。關(guān)鍵詞:逆變，蓄電池，晶閘管，驅(qū)動(dòng)，UC3524，方波500W50HZInverterCircuitABSTRACTModerninvertertechnologyisthestudyofmoderninvertercircuitdesigntheoryandapplicationofascientificmethod.Single—phaseinverterpowersupplyisDCreverseintoasquarewaveorsinewavepower，thebatterycanbesinusoidalorACinverterforusewithelectricalappliances。Thesingle-phaseinverterpowersupplyviatheDCinputhalf—bridgeinvertercircuittoasquarewaveinverterpowersupply,theoutputvoltageis220V,frequency50HZ.Invertercircuit，controlcircuitthatgatetriggercircuitusingspecificintegratedchipUC3524。BydeterminingparametersofanexternalcircuitUC3524RT,CTvalues??oftheoutputpulsecanbesettothefrequencyofthechip.Pulseisamplifiedbythedriveamplifiercircuit，andthencontrolthyristorcontrolledinverteroutputfrequency.Thyristorfrequencyofthepulseoutputfrequencyof1/2。Thecircuitdesignissimple，integratedbytheUC3524chipmodule，driveramplifiermodule,invertermaincircuitmodule,transformermoduleovervoltageandovercurrentprotectionmodulesandothercomponents。KEYWORDS：inverter，battery,thyristor，drive，UC3524,square—wave目錄TOC\o"1—3"\h\z\u前言 1第1章逆變功率器件的選擇 31。1逆變器用功率開關(guān)器件 31.2器件的選擇 41。2。1IGBT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 42。2。2IGBT的基本特性 51.2。3IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū) 81.2。4IGBT驅(qū)動(dòng)電路的要求 9第2章控制及驅(qū)動(dòng)電路分析 102。1逆變電路組成介紹 102。2UC3524具體分析 112.2。1UC3524驅(qū)動(dòng)控制集成電路 112。3驅(qū)動(dòng)放大電路 13第3章主電路設(shè)計(jì) 173.1推挽式電路 173.2變壓器的選擇 193。2.1變壓器的結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器性能的影響 192.5。2變壓器的繞線方法對(duì)變壓器性能的影響 21第四章保護(hù)電路設(shè)計(jì) 234。1限壓保護(hù)電路 234.2限流保護(hù)電路 244。2取樣電路 27第5章電路主要參數(shù)計(jì)算 29總結(jié) 30參考文獻(xiàn) 31致謝 32前言電源設(shè)備廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防設(shè)施及人民生活等各個(gè)方面,是電子設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)，它與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門相關(guān)，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用得最為廣泛.在電能傳輸過程中，在供電電源和負(fù)載之間對(duì)電能進(jìn)行變換或穩(wěn)定處理，一般稱這種電源為二次電源（即對(duì)已有的電源進(jìn)行控制)。二次電源在電力應(yīng)用領(lǐng)域起著很重要的作用。二次電源，就是把輸入電源(由電網(wǎng)、蓄電池或燃油發(fā)電機(jī)供電等）變換成在電壓、電流、頻率、波形及在穩(wěn)定性、可靠性(含電磁兼容、絕緣散熱、不間斷供電)等方面符合要求的電能供給負(fù)載，這是目前應(yīng)用最廣泛的電源技術(shù)領(lǐng)域，主要研究如何利用電子技術(shù)對(duì)電功率進(jìn)行變換及控制，它廣泛運(yùn)用電磁技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和材料技術(shù)等學(xué)科理論,具有較強(qiáng)的綜合性。在二次電源中，逆變電路是主要、核心的組成部分?，F(xiàn)代逆變技術(shù)是研究現(xiàn)代逆變電路的理論和應(yīng)用設(shè)計(jì)方法的一門科學(xué)。這門科學(xué)是建立在工業(yè)電子技術(shù)、半導(dǎo)體器件技術(shù)、電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、半導(dǎo)體變流技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)、磁性材料等學(xué)科基礎(chǔ)上的一門科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)代逆變技術(shù)主要包括三個(gè)部分：半導(dǎo)體功率集成器件及其應(yīng)用、功率變換電路、逆變控制技術(shù)。逆變的目的就是為了獲得不同的穩(wěn)定的或變化的電能.隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和各行各業(yè)對(duì)電氣設(shè)備性能的要求的提高，逆變技術(shù)在很多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，其中主要包括交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)再生能量回饋,不間斷電源系統(tǒng),感應(yīng)加熱,弧焊電源,通信開關(guān)電源，變頻電源，新能源發(fā)電，直流輸電，磁懸浮列車通用型直流電源變頻器等多個(gè)方面。單相逆變電源是將直流電逆變成波形為方波或正弦波的電源，可將蓄電池逆變成為正弦或交流電，供用電器使用,也可作為計(jì)算機(jī)的UPS電源.該單相逆變電源通過將直流電輸入半橋逆變電路，從而逆變成方波電源，輸出電壓為220V，頻率為50HZ。逆變電路的控制電路即門極觸發(fā)電路采用專用集成芯片UC3524。本電路通過對(duì)輸出電路進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)反饋給觸發(fā)電路芯片UC3524，通過改變UC3524的輸出脈沖寬度及占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。本文所介紹的逆變電源電路主要采用集成化芯片，使得電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、成本較低。因此,這種電路是一種控制簡(jiǎn)單、可靠性較高、性能較好的電路.通過把12V的蓄電池電源轉(zhuǎn)換為工頻使用電源,用于內(nèi)部的電器，是一種簡(jiǎn)單,廉價(jià)的方式.主電路設(shè)計(jì)中采用了簡(jiǎn)單的逆變電路，過壓過流保護(hù)電路，以及專用的集成芯片，經(jīng)濟(jì)性能良好，使用方便。就本系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性而言,由于電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可防止外界對(duì)輸出的干擾，輸出穩(wěn)定，價(jià)格優(yōu)良,是一款性價(jià)比很高的系統(tǒng)。第1章逆變功率器件的選擇1.1逆變器用功率開關(guān)器件下面介紹當(dāng)前主要功率開關(guān)器件的特性及其應(yīng)用情況。(1）晶閘管：這是最早應(yīng)用的一種功率開關(guān)器件,其特點(diǎn)是功率最大,應(yīng)用最廣。普通型SCR的電壓高達(dá)6000V，電流達(dá)數(shù)千安培,自身正向壓降約為1。5V，開通僅需要在控制級(jí)上加一個(gè)小觸發(fā)脈沖即可,但關(guān)斷時(shí)必須用電感、電容和輔助開關(guān)器件組成的強(qiáng)迫換向電路。其工作頻率不大于400Hz。由于其工作頻率低，關(guān)斷電路復(fù)雜,效率低，功耗大，因此在PWM調(diào)制中產(chǎn)生的正弦波不夠完善，并且噪聲大。目前,逆變器中已經(jīng)基本不再用SCR作為功率開關(guān)器件,SCR主要用做UPS的靜態(tài)開關(guān)。（2）功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）：功率MOSFET是一種全控型三端開關(guān)器件.其特點(diǎn)是開關(guān)速度快，安全工作區(qū)寬，熱穩(wěn)定性好，線性控制能力強(qiáng)，采用電壓控制，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控，因此常常作為開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)電量的逆轉(zhuǎn)換.MOSFET的缺點(diǎn)是輸入阻抗高，抗靜電干擾能力差，承載能力和工作電壓比較低，多用于電壓為500V以下的低功率高頻開關(guān)逆變器。由于受功率的限制,因此它只適用于小功率逆變器。(3)BJT（功率GTR）晶體管：BJT直到1985年實(shí)現(xiàn)達(dá)林頓模塊后才達(dá)到300A、1000V和增益100的水平。大功率晶體管開關(guān)時(shí)間為1。5μS，自身電壓降為1。5V.若采用多重達(dá)林頓晶體管提高增益，則開關(guān)時(shí)間增長(zhǎng)，自身電壓降會(huì)增大。由于其開通狀態(tài)必須飽和，因此電流增益很低，往往要求驅(qū)動(dòng)電路輸出很大的電流，是功率消耗增大，在20世紀(jì)80年代中期，它曾用于中小功率逆變器中，現(xiàn)在已經(jīng)基本不使用了。(4）絕緣柵雙極晶體管（IGBT）：IGBT是一種新發(fā)展起來的復(fù)合型功率開關(guān)器件，它既有單極型電壓驅(qū)動(dòng)的MOSOFT的優(yōu)點(diǎn)，又結(jié)合了雙極型開關(guān)器件BJT耐高壓，電流大的優(yōu)點(diǎn)。其開關(guān)速度顯然比功率MOSFET低，但遠(yuǎn)高于BJT,又因?yàn)樗请妷嚎刂破骷?，故控制電路?jiǎn)單、穩(wěn)定性好。IGBT的最高電壓為1200V,最大電流為1000A，工作頻率高達(dá)1000VTHz。它具有電壓控制和開關(guān)時(shí)間（約為300ns)極短的優(yōu)點(diǎn)，其正向壓降約為3V.在現(xiàn)代的UPS中IGBT普遍被用作逆變器或整流器開關(guān)器件。它是全控型開關(guān)器件，通過數(shù)控技術(shù)控制IGBT的通斷，能有效地將輸入電壓與輸入電流保持同步，是功率因數(shù)等于1，從而減小了UPS整流器對(duì)市電電源的干擾。1.2器件的選擇通過對(duì)各種功率器件的分析，對(duì)于本次220V，50HZ逆變電源設(shè)計(jì)將選用IGBT場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為逆變器用功率開關(guān)器件.下面就對(duì)絕緣柵雙極晶體管（IGBT）做詳細(xì)的介紹。絕緣柵極雙極性晶體管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）是功率MOSFET和雙極型功率晶體管組合在一起的符合功率器件。它既具有MOSOFT管的通/斷速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)功率小和驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，又具有大功率雙極晶體管的容量大和阻斷電壓高的優(yōu)點(diǎn)。從IGBT問世以來得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展很快.特別是在開關(guān)和逆變電路中，它是被廣泛應(yīng)用的、理想的開關(guān)器件。1.2.1IGBT的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)圖1—1IGBT晶閘管IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、等效電路和電氣符號(hào)如圖1-1所示。圖1—1（a）為IGBT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與MOSFET比較,IGBT是在MOSFET的漏極下又增加了一個(gè)P+區(qū)，多了一個(gè)PN結(jié)（J+）。IGBT等效電路圖如圖1-1(b）所示。它是由MOSFET和雙極型功率晶體管復(fù)合而成的。IGBT的電氣符號(hào)如圖1-1(c)所示.IGBT具有正反向阻斷電壓高、通態(tài)電壓大及通過電壓來控制其導(dǎo)通或關(guān)斷等特點(diǎn)。同時(shí),由于采用MOS柵，其控制電路的功耗小，導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的靜態(tài)功耗也很小，只是在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中存在一定的動(dòng)態(tài)損耗.這種動(dòng)態(tài)損耗也可以通過軟開關(guān)即使其達(dá)到最小。由于IGBT具有這些特點(diǎn)，才使其被廣泛地作為功率開關(guān)期間用于開關(guān)和逆變電路中。2。2.2IGBT的基本特性IGBT的基本特性分為靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性和高溫特性三個(gè)部分。IGBT的靜態(tài)特性主要包括輸出伏—安特性、轉(zhuǎn)移特性和靜態(tài)開關(guān)特性.（1）輸出伏-安特性IGBT的輸出伏—安特性曲線如圖1-2所示。它是表示以柵極-發(fā)射極間電壓為變量的集電極電流和集電極-發(fā)射極間電壓UGE的關(guān)系曲線.圖1—2IGBT的輸出伏安特性曲線IBGT的輸出伏—安特性曲線分為四個(gè)區(qū)域：1)Ⅰ區(qū)為截止區(qū).在此區(qū)域內(nèi)，由于UGE很小，隨著UGE的增加IC很小，且變化不大.此時(shí),IC基本上是C、E間的漏電流ICEO。2）Ⅱ區(qū)為線性放大區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，隨著UGE的增加，當(dāng)UGE≥UGE(th）（IGBT的開啟電壓）時(shí),IC開始增加,并且隨著UGE的變化成線性關(guān)系：（1—1)式中，gm為IGBT的跨導(dǎo).當(dāng)IGBT用于逆變電路的開關(guān)狀態(tài)時(shí)，要求盡快越過這個(gè)區(qū)域，以便減小通態(tài)損耗.因此，gm這個(gè)參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中顯得不是很重要了.3)Ⅲ區(qū)為飽和區(qū).在此區(qū)域內(nèi)，當(dāng)UGE為某一定值時(shí)，隨著UGE的增加，IC基本保持不變，達(dá)到飽和。IC達(dá)到飽和后的集電極—發(fā)射極電壓成為IGBT飽和電壓，記為UCE（sat），一般情況下,UCE（sat）=—2~4V。4)Ⅳ區(qū)為擊穿區(qū)。當(dāng)UGE為某個(gè)確定值時(shí)，增加UGE并達(dá)到U（BR)CEO后，IC會(huì)突然增大，發(fā)生電壓擊穿。此時(shí)的U（BR)CEO稱為IGBT的擊穿電壓.IGBT絕對(duì)不能用在此區(qū)域內(nèi)。(2）轉(zhuǎn)移特性IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1—3所示。它表示在UGE不變的情況下，IC與UGE的關(guān)系曲線.在UGE很小時(shí)，IC=ICEO。隨著UGE的增加，在UGE=UGE（th）且繼續(xù)增加時(shí)，IC呈線性增加而進(jìn)入放大區(qū)。我們把從截止區(qū)轉(zhuǎn)移到線性放大區(qū)的轉(zhuǎn)移點(diǎn)UGE(th）稱為IGTR的柵極開啟電壓。一般情況下，UGE(th）=3～5V.圖1—3IGBT的轉(zhuǎn)移特性曲線圖1—4IGBT的靜態(tài)開關(guān)曲線(3）靜態(tài)開關(guān)特性IGBT的靜態(tài)開關(guān)特性曲線如圖1—4所示。IGBT的靜態(tài)開關(guān)特性實(shí)際上時(shí)表示IGBT瞬間從導(dǎo)通（關(guān)斷）狀態(tài)轉(zhuǎn)換成關(guān)斷(導(dǎo)通）的情況，即瞬間越過線性放大區(qū)的特性曲線。前面講述的靜態(tài)特性，只表明了IGBT從一個(gè)穩(wěn)態(tài)變換到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的特性，從而沒有涉及狀態(tài)變換的過程.IGBT狀態(tài)變換過程的特性為其動(dòng)態(tài)特性.IGBT的動(dòng)態(tài)特性與其負(fù)載有關(guān)。因?yàn)镮GBT用于逆變電路時(shí)的負(fù)載多半時(shí)感性負(fù)載。IGBT的負(fù)載為感性時(shí)的動(dòng)態(tài)特性曲線如圖1—5所示。(1）導(dǎo)通特性 圖1—5IGBT的負(fù)載為感性時(shí)的動(dòng)態(tài)曲線一般情況下，IGBT的柵極加有一個(gè)負(fù)偏壓以保證IGBT可靠地處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)柵極電壓UGE由這個(gè)負(fù)偏壓開始往正方向變化時(shí),由于柵極電容有個(gè)充電過程,在經(jīng)過一段時(shí)間后，UGE達(dá)到柵極開啟電壓UGE（th)，IGBT的集電極電流IC才有漏電流ICEO開始增加。這段時(shí)間稱為導(dǎo)通延遲時(shí)間td。再經(jīng)過一段時(shí)間tir后,IC達(dá)到ICM=IL(IL為流經(jīng)感性負(fù)載的電流).tir稱為電流上升時(shí)間。此時(shí),UGE開始下降，在tuf時(shí)間內(nèi)下降到飽和電壓UGE（sat）。tuf稱為電壓下降時(shí)間.IGBT的導(dǎo)通時(shí)間ton為、、之和，即=EQ（1-2)（2)關(guān)斷特性在IGBT處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),柵極電容上充有正電壓UGE，當(dāng)UGE向負(fù)方向變化時(shí)，由于柵極電容有個(gè)放電過程，在經(jīng)過一段時(shí)間后，UGE減小到柵極開啟電壓UGE(th)，集電極電流開始下降。這段時(shí)間稱為存儲(chǔ)時(shí)間ts。ts過后IC開始從IM=IC下降,由于感性負(fù)載的di/dt的作用，UGE在上升過程中會(huì)產(chǎn)生電壓過沖UCP,這段時(shí)間稱為電壓上升時(shí)間tur。在tur過后，IC繼續(xù)下降，最后達(dá)到ICEO,這段時(shí)間稱為電流下降時(shí)間tif。IGBT的關(guān)斷時(shí)間toff為ts、tur、tif之和，即 （1-3) IGBT具有優(yōu)良的高溫通態(tài)特性,在環(huán)境溫度（散熱片溫度）達(dá)到200oC左右時(shí),仍能正常工作.特別值得一提的時(shí)，隨著溫度的增高,IGBT的整個(gè)壓降反而略有下降,并且還可以在某個(gè)特定的通態(tài)電流下，隨著溫度的變化，其通態(tài)正向壓降保持基本不變.當(dāng)通態(tài)電流高于此值時(shí)，隨著溫度的增高，其正向壓降略有增加.但實(shí)際應(yīng)用中，還是應(yīng)該注意器件的散熱問題,以避免器件工作在高溫環(huán)境中。1.2.3IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)IGBT在正常工作時(shí)，集電極電流IC基本上受UCM控制，但當(dāng)集電極電流IC超過某一緩大值ICY,之后，柵極電壓UCE將失去控制作用.這是IGBT的一種特殊現(xiàn)象，叫做擎住效應(yīng).出現(xiàn)這種情況時(shí)IC很大，導(dǎo)致器件損壞.由于IGBT關(guān)斷過程中還會(huì)出現(xiàn)所謂動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)，這時(shí)允許的ICE值比靜態(tài)擎住時(shí)的值更小。因此器件給出的ICM通常按動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)來規(guī)定。IGBT經(jīng)常用于開關(guān)工作狀態(tài),因此，它的安全工作區(qū)分為正向偏置安全工作區(qū)和反向偏置安全工作區(qū)。正偏安全工作區(qū)FBSOA是指柵一射極間加正偏壓時(shí)的安全工作區(qū)，對(duì)應(yīng)IGBT的導(dǎo)通狀態(tài)。如圖1-3所示，除ICM和集一射極最大允許電壓UCEM邊界外，另一邊界對(duì)應(yīng)于允許的功耗。因功耗與器件的導(dǎo)通時(shí)間密切相關(guān)，從圖中可以看出，IGBT的FBSOA也隨導(dǎo)通時(shí)間增加而減小。反偏安全工作區(qū)RBSOA是指柵一射極間加反偏壓時(shí)的安全工作區(qū)，對(duì)應(yīng)IGBT的關(guān)斷狀態(tài)。與FBSOA相比，三條邊界中,ICM和UCEM相同，但另一條邊界為器件關(guān)斷后集一射極間重加正向電壓的上升率.1。2.4IGBT驅(qū)動(dòng)電路的要求(1)加在IGBT柵極G和射極E之間，用來開通和關(guān)斷IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電壓UGE的正、負(fù)脈沖，應(yīng)以足夠陡的上升沿和下降沿，使IGBT開關(guān)時(shí)間短,開關(guān)損耗小。（2)由驅(qū)動(dòng)電路提供的驅(qū)動(dòng)電壓UGE和驅(qū)動(dòng)電流要有足夠的幅值,使IGBT總處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。UGE的幅值要綜合考慮減小IGBT通態(tài)損耗和提高其短路電流耐受能力這兩方面的要求來選取。本系統(tǒng)中為+15V。（3)在關(guān)斷過程中,為盡快抽出IGBT內(nèi)部PNP管中的存儲(chǔ)電荷,應(yīng)施加負(fù)偏壓UGE,其值受G，E極間最大反向耐壓的限制,在本系統(tǒng)中為-5V。（4）IGBT內(nèi)部存在寄生晶閘管,當(dāng)集電極電流IC過大或IGBT關(guān)斷過程中dUCE/dt太高時(shí),都可能使寄生晶閘管誤導(dǎo)通,形成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)擎住效應(yīng)，使IGBT失控。故應(yīng)注意限制IGBT集電極電流的最大值編，本系統(tǒng)柵極外加串聯(lián)電阻Rg，以延長(zhǎng)其關(guān)斷時(shí)間，減小dUCE/dt的值。（5）由于IGBT在電力電子設(shè)備中多用于高電壓，所以驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)與控制電路在電位上嚴(yán)格隔離本系統(tǒng)中，采用了TLP521光耦進(jìn)行隔離。（6)IGBT的柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)盡量簡(jiǎn)單實(shí)用和可靠，自身最好帶有對(duì)IGBT的保護(hù)功能，并有較強(qiáng)的抗干擾性.驅(qū)動(dòng)電路與IGBT的連線要盡量短,并采用絞線或同軸電纜線.本次設(shè)計(jì)采用的是富士公司的EXB系列(EXB840）直接驅(qū)動(dòng)IGBT。第2章控制及驅(qū)動(dòng)電路分析2.1逆變電路組成介紹電路的原理圖如下圖2—1所示：圖2—1逆變電路系統(tǒng)原理圖12V的直流電源經(jīng)逆變電路你變成電壓較小的頻率為50HZ的電能，經(jīng)變壓器變壓后升為稍大于220V的電壓，由于此時(shí)的電能中含有大量的諧波,故需經(jīng)LC濾波器濾波，此時(shí)電路的輸出為220V，50HZ的電能。由于電路本身或外界的干擾:如溫度、干擾信號(hào)的影響，輸出可能會(huì)偏離規(guī)定值,電路通過采樣，將采樣電壓信號(hào)反饋給脈沖輸出電路即門極控制電路芯片UC3524的相應(yīng)引腳，引起脈沖輸出占空比的變化，通過控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，從而調(diào)節(jié)電壓的輸出。如果輸出電壓變大,采樣電壓信號(hào)及輸入U(xiǎn)C3524相關(guān)引腳的電流相應(yīng)變大，UC3524輸出的脈沖占空比就會(huì)減小，晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)的開通時(shí)間就會(huì)減小,從而逆變電路輸出電壓減小,這樣，電路輸出電壓就會(huì)向220V回歸。為了電路工作的安全,本電路設(shè)計(jì)有過電壓、過電流保護(hù)和欠電壓保護(hù)。當(dāng)電路出現(xiàn)過電壓或過電流時(shí)，采樣信號(hào)相應(yīng)增大,采樣電路將信號(hào)送給UC3524，UC3524可減小脈沖輸出占空比的變化或直接將芯片關(guān)斷,待人工檢查及修復(fù)后重新啟動(dòng)工作。當(dāng)電源供電不足且經(jīng)過反饋調(diào)節(jié)后輸出仍不能滿足需要時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)輸出電壓過低的情況，此時(shí)欠壓保護(hù)電路工作并發(fā)出報(bào)警,待人工檢查電路或更換電池后電路重新啟動(dòng)工作路。本電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,由UC3524集成芯片模塊、驅(qū)動(dòng)放大模塊、逆變主電路模塊、變壓器模塊、過電壓過電流保護(hù)模塊等部分組成.以下針對(duì)這些模塊做詳細(xì)介紹.2。2UC3524具體分析2.2。1UC3524驅(qū)動(dòng)控制集成電路UC3524是雙端驅(qū)動(dòng)集成電路,由于其性能優(yōu)良，在逆變電路中得到廣泛的應(yīng)用，無論是低壓變換電路還是大功率開關(guān)電源,都可由其組成可靠性較高的電路。該系列的雙端輸出驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部電路如圖2-2所示.UC3524內(nèi)部振蕩器的周期T=RTCT，電容的取值范圍為1000pF~0.1μF，電阻RT的取值為1。8～100KΩ，其最高振蕩頻率為300VTHZ.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?jī)山M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)輸出脈寬并聯(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，振蕩頻率為開關(guān)頻率的兩倍；單端并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，開關(guān)頻率等于振蕩頻率。 電源中UC3524的各腳功能及外圍元件作用如下：1腳：內(nèi)部誤差檢測(cè)放大器A的差分放大器反相輸入端.可通過外部取樣電壓對(duì)其進(jìn)行供電.2腳：誤差放大器A的正相輸入端，可將16腳輸出的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓經(jīng)分壓作為誤差檢測(cè)的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)1腳取樣電壓升高時(shí)，差分放大器輸出電壓降低,送至脈寬調(diào)制器B，使輸出脈沖占空比減小。差分放大器的輸出電壓與輸出脈沖占空比有近似的線性關(guān)系，輸出電壓為3。5V時(shí)，脈沖占圖2-2UC3524內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)空比為45％；輸出電壓降為1.5V時(shí)，脈沖占空比降為10%；輸出電壓為1V時(shí)，脈沖占空比為零，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出.1、2腳間的共模輸入電壓在1.8～3。4V范圍內(nèi)。3腳：內(nèi)部振蕩器鋸齒波輸出端，如果不用顯示內(nèi)部波形，此引腳可以懸置不用。4、5腳：分別為開關(guān)電流限制放大器的+、-取樣輸入端。開關(guān)電流可通過外接電流取樣電阻,變成與電流成正比的取樣電壓，輸入4、5中的任意引腳,當(dāng)取樣電壓升到200mV時(shí)，輸出脈沖占空比降低為最大占空比的25%；取樣電壓升到210mV時(shí)，占空比變?yōu)榱?驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷.4、5引腳共模輸入電壓在—0.7~+1V范圍內(nèi)。6腳:外接定時(shí)電阻，設(shè)定RT的充電電流也即控制RT的充電時(shí)間。7腳：外接定時(shí)電容。CT的值和RT共同決定振蕩周期：T=RT（KΩ）CT（μF）。8腳：接地端.9腳：誤差放大器的輸出端,用以接入電容與電阻組成的相位校正電路，以穩(wěn)定誤差放大電路的工作狀態(tài)，防止高頻自激。10腳：PWM脈沖輸出控制端,當(dāng)此輸入1V以上的高電平時(shí)，將誤差放大器輸出端(即PWM比較器B的輸入端)電平鉗位于0.3V，使輸出脈沖占空比為零,驅(qū)動(dòng)脈沖被關(guān)斷.此高平關(guān)斷特點(diǎn)既可用于電源OFF/ON人為控制，也可用于過電壓保護(hù)等電路。11、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?？芍苯咏o晶閘管門極供電，來觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通；若晶閘管所需導(dǎo)通電流太大，可接一級(jí)NPN型三極管構(gòu)成達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，形成較大的觸發(fā)電流，增強(qiáng)其觸發(fā)能力。12、13腳：內(nèi)部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí)NPN雙極型三極管的集電極引出端。通過大電阻將其與外接電源相連，使其反偏，即可在射極輸出脈沖電流。15腳:電源的輸入端。 16腳:5V基準(zhǔn)電壓輸出端。最大電流為50mA，在輸入電壓允許范圍內(nèi)其誤差小于1%.如果外設(shè)保護(hù)電路,也可組成高穩(wěn)定度的5V電源。2。2。2UC3524輸出波形UC3524的內(nèi)部振蕩頻率6、7引腳外接的RT、CT決定,T=RT（VTΩ)CT（μF）。脈沖輸出引腳11、14引腳輸出脈沖電流為晶閘管供電，此時(shí)為兩路輸出,每路的輸出頻率為振蕩頻率的1/2,振蕩器的波形及輸出脈沖波形均為矩形波。如圖2—3所示。2.3驅(qū)動(dòng)放大電路當(dāng)加上正柵極電壓時(shí),管子導(dǎo)通；當(dāng)加上負(fù)柵極電壓時(shí)，管子關(guān)斷。IGBT具有和雙極型電力晶體管類似的伏安特性，隨著控制電壓UGE的增加,特性曲線上移.開關(guān)電源中IGBT通過UCZ的電平變化，使其在飽和與截止兩種狀態(tài)下工作。實(shí)用驅(qū)動(dòng)法有直接驅(qū)動(dòng)法和隔離驅(qū)動(dòng)法,下面對(duì)兩種方法進(jìn)行介紹。圖2—3振蕩器的波形及輸出脈沖波形圖2—4有正負(fù)偏壓的直接驅(qū)動(dòng)電路圖2—5變壓器隔離驅(qū)動(dòng)圖2—6光耦合隔離驅(qū)動(dòng)(1）直接驅(qū)動(dòng)法直接驅(qū)動(dòng)法有兩種電路形式。如圖2—4所示，為了使IGBT穩(wěn)定工作，一般要求雙電源供電方式，即驅(qū)動(dòng)電路要求采用正、負(fù)偏壓的兩電源方式，輸入信號(hào)經(jīng)整形器整形后進(jìn)入放大級(jí)，放大級(jí)采用有源負(fù)載方式以提供足夠的門極電流.為消除可能出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，IGBT的柵射極間接入了RC網(wǎng)絡(luò)組成的阻尼濾波器.此種驅(qū)動(dòng)電路適用于小容量的IGBT.（2）隔離驅(qū)動(dòng)法圖2-5為最簡(jiǎn)單的變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路，適用于小容量的IGBT。圖2—6為光電耦合隔離驅(qū)動(dòng)電路,采用雙電源供電的方式。當(dāng)VG使發(fā)光二極管有電流流過時(shí)，光電耦合器HU的三極管導(dǎo)通,R1上有電流流過，場(chǎng)效應(yīng)管T1關(guān)斷，在VC的作用下，經(jīng)電阻R2、T2管的基—發(fā)射器有了偏流，T2迅速導(dǎo)通，經(jīng)RG柵極電阻,IGBT得到正偏而導(dǎo)通.當(dāng)VG沒有脈沖電壓時(shí),發(fā)光二極管不發(fā)光，作用過程相反，T1導(dǎo)通使T3導(dǎo)通，－Vc經(jīng)柵極電阻RG加在IGBT得柵、射極之間,使IGBT迅速關(guān)斷.本文所用的驅(qū)動(dòng)放大電路是由相連組成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)充當(dāng)?shù)?。達(dá)林頓管是一重復(fù)合三極管，他將兩個(gè)三極管串聯(lián)，第一個(gè)管子的發(fā)射極接第2個(gè)管子的基極，所以達(dá)林頓管的放大倍數(shù)是本電路設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)放大環(huán)節(jié)是由兩個(gè)圖2—7驅(qū)動(dòng)放大電路NPN型三極管兩個(gè)三極管放大倍數(shù)的乘積。所以它的特點(diǎn)是放大倍數(shù)非常高,達(dá)林頓管的作用一般是在高靈敏的放大電路中放大非常微小的信號(hào)。其電路結(jié)構(gòu)如圖2-7所示。V1與V3、V2與V4分別形成一對(duì)達(dá)林頓管。11腳輸出的脈沖電流輸入V1的基極，經(jīng)過V1與V3的放大，在V3的集電極上形成與射極基本相同大小的電流，由于V3的集電極與晶閘管的門極相連，在集電極上接一定阻值的電阻，可在門極上形成正向電壓，從而使晶閘導(dǎo)通。V2與V4用于放大14腳的輸出脈沖,用于觸發(fā)晶閘管VT2。驅(qū)動(dòng)放大電路由外部附加電源VCC進(jìn)行供電。第3章主電路設(shè)計(jì)3。1推挽式電路推挽式電路是一種放大電路，它按功放輸出級(jí)放大元件的數(shù)量，可以分為單端放大器和推挽放大器。單端放大器的輸出級(jí)由一只放大元件（或多只元件但并聯(lián)成一組）完成對(duì)信號(hào)正負(fù)兩個(gè)半周的放大。單端放大機(jī)器只能采取甲類工作狀態(tài)。

推挽放大器的輸出級(jí)有兩個(gè)“臂"（兩組放大元件),一個(gè)“臂"的電流增加時(shí),另一個(gè)“臂"的電流則減小,二者的狀態(tài)輪流轉(zhuǎn)換.對(duì)負(fù)載而言，好像是一個(gè)“臂”在推，一個(gè)“臂"在拉,共同完成電流輸出任務(wù)。盡管甲類放大器可以采用推挽式放大，但更常見的是用推挽放大構(gòu)成乙類或甲乙類放大器。對(duì)于推挽電路，有以下優(yōu)點(diǎn):①電壓輸出特性很好。由于它的兩個(gè)控制開關(guān)VT1和VT2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對(duì)稱，并且開關(guān)電源在整個(gè)工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，并且它是所有開關(guān)電源中電壓利用率最高的開關(guān)電源,它在輸入電壓很低的情況下，仍能維持很大的功率輸出，所以被廣泛應(yīng)用于低輸入電壓的DC/AC逆變器，或者DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中.②是一個(gè)輸出電壓特性非常好的開關(guān)電源。它經(jīng)橋式整流或全波整流后，其輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數(shù)Sv和電流脈動(dòng)系數(shù)Si都很小，因此只需要一個(gè)很小值的儲(chǔ)能濾波電容或儲(chǔ)能濾波電感，就可以得到一個(gè)電壓紋波和電流紋波都很小的輸出電壓。③開關(guān)電源的工作效率很高。它的變壓器屬于雙極性磁極化,磁感應(yīng)變化范圍是單極性磁極化的兩倍多，并且變壓器鐵心不需要留氣隙，因此,它的變壓器鐵心的導(dǎo)磁率比單極性磁極化的正激或反式開關(guān)電源變壓器鐵心的導(dǎo)磁率高很多倍；這樣變壓器初、次級(jí)的線圈匝數(shù)可比單極性磁極化變壓器初、次級(jí)的線圈匝數(shù)少一倍以上，漏感以及銅損耗都比單極性磁極化變壓器小很多。圖3-1推挽電路原理圖④驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。它的兩個(gè)開關(guān)器件有一個(gè)公共接地端，相對(duì)于半橋式或全橋式開關(guān)電源來說，驅(qū)動(dòng)電路要簡(jiǎn)單很多，這也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的逆變電路也可用半橋電路或全橋電路替代,如圖3-1所示。但與推挽電路相比，半橋式以及全橋電路都有一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是當(dāng)兩個(gè)控制開關(guān)VT1和VT2處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時(shí)候，兩個(gè)開關(guān)器件會(huì)同時(shí)出現(xiàn)一個(gè)半導(dǎo)通區(qū),即兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)處于接通狀態(tài)；這是因?yàn)殚_關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時(shí)候，相當(dāng)于對(duì)電容充電,它從截止?fàn)顟B(tài)到完全導(dǎo)通狀態(tài)需要一個(gè)過渡過程；而開關(guān)器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到截止?fàn)顟B(tài)的時(shí)候，相當(dāng)于對(duì)電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個(gè)過渡過程;當(dāng)兩個(gè)開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間,就會(huì)同時(shí)出現(xiàn)半導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)接通,會(huì)對(duì)電源電壓產(chǎn)生短路，在兩個(gè)控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個(gè)電流并沒有通過變壓器負(fù)載。因此，在兩個(gè)控制開關(guān)VT1和VT2分別處于導(dǎo)通和截止的過渡期間,兩個(gè)開關(guān)器件將會(huì)產(chǎn)生很大的功率損耗.而推挽電路則不會(huì)存在這種損耗。因?yàn)?當(dāng)控制開關(guān)VT1將要關(guān)斷的時(shí)候，開關(guān)變壓器的兩個(gè)初級(jí)線圈N1繞組和N2繞組都會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，而N2繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)正好與輸入電流的方向相反;此時(shí)，即使是VT2開關(guān)器件處于半導(dǎo)通或全導(dǎo)通狀態(tài),在短時(shí)間內(nèi)，在VT2組成的電路中都不會(huì)出現(xiàn)很大的工作電流,并且在電路中，兩個(gè)控制開關(guān)也不存在直接串通的回路；因此不會(huì)像半橋式，以及全橋式開關(guān)電源那樣出現(xiàn)兩個(gè)控制開關(guān)同時(shí)串通的可能性，這也是推挽式開關(guān)電源的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于推挽電路,也有它的缺點(diǎn)：它的兩個(gè)開關(guān)器件需要很高的耐壓,其耐壓必須大于工作電壓的兩倍，因此在高電壓交流供電設(shè)備中很少使用。另外，直流輸出電壓可調(diào)整式推挽開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍比反激式開關(guān)電源輸出電壓的調(diào)整范圍小很多,并且需要一個(gè)儲(chǔ)能濾波電感；因此不宜用于要求負(fù)載電壓變化范圍太大的場(chǎng)合，特別是負(fù)載很輕或經(jīng)常開路的場(chǎng)合。它的變壓器有兩組初級(jí)線圈，對(duì)于小功率輸出是個(gè)缺點(diǎn),對(duì)于大功率輸出是個(gè)優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榇蠊β首儔浩鞯木€圈繞組一般都用多股線來繞制，因此兩組初級(jí)線圈與用雙股線繞制沒有根本區(qū)別，并且兩個(gè)線圈與單個(gè)線圈相比可以降低一半電流密度。3。2變壓器的選擇變壓器是隔離型變換器的主要元件之一，其性能指標(biāo)的好與壞將直接影響整個(gè)電路的性能，因此，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)應(yīng)該細(xì)心設(shè)計(jì)為好.在變壓器制作中需要在確保變壓器的絕緣電壓的基礎(chǔ)上盡可能的減小變壓器漏感。3.2。1變壓器的結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器性能的影響變壓器的最主要作用是隔離，電器隔離性能應(yīng)符合電氣安全規(guī)則的要求。為了滿足電器安全規(guī)則的要求，通常要在變壓器的初、次級(jí)之間留有不低于3mm的絕緣邊距（爬電距離）,如圖3-2所示的邊沿空隙的方法。邊沿空隙方法（MarginWound)—-——--是在骨架邊沿留有繞線余留，以提供所需的絕緣邊距要求。這種方法一直得到比較普遍的應(yīng)用，其主要原因是繞變壓器的漆包線的絕緣強(qiáng)度不能滿足電氣安全規(guī)則的要求，特別是漆包線漆皮的針孔。這種方圖3-2變壓器的邊沿空隙繞制方式的結(jié)構(gòu)示意法的最大缺點(diǎn)是變壓器的繞線空間的浪費(fèi)和變壓器漏感的增加，尤其是小變壓器尤為嚴(yán)重，如EE16磁芯繞線框架僅有約8mm的繞線寬度，如果扣除3mm的邊沿空隙，則有效的繞線寬度僅剩下5mm，變壓器的繞線窗口的利用率大大下降，同時(shí)變壓器的漏感也隨之增加。對(duì)于50Hz變壓器，漏感增加一點(diǎn)似乎不會(huì)出現(xiàn)多大問題,但是高頻開關(guān)電源變壓器的漏感增加一點(diǎn)所付出的代價(jià)將是開關(guān)管的損耗明顯增加甚至是變壓器的漏感所產(chǎn)生的電壓尖峰將開關(guān)管擊穿，要么就是緩沖電路的損耗增加。怎樣才能取消變壓器中的邊沿空隙和初、次級(jí)間的絕緣?問題的關(guān)鍵就是改進(jìn)漆包線的質(zhì)量，單層絕緣的漆包線的最主要的缺陷是針孔(當(dāng)然也不可否認(rèn)絕緣電壓可能還不夠）,那么在制造漆包線時(shí)可以在漆包線上多涂幾次絕緣漆,這樣不僅提高了絕緣電壓，最主要的是徹底的消除了漆包線的漆皮上的針孔，這就是三重絕緣的漆包線。三重絕緣漆包線繞制法（TripleInsulated）——-次級(jí)繞組的導(dǎo)線采用三重絕緣漆包線以便任意兩層結(jié)合都滿足電氣強(qiáng)度要求。圖3-3給出三重絕緣法結(jié)構(gòu)?？梢钥闯龀跫?jí)充滿整個(gè)骨架寬度，和輔助繞組之間僅有一層膠帶，在輔助繞組上纏一層膠帶以防止損壞次級(jí)繞組圖3-3三重絕緣漆包線繞制變壓器的結(jié)構(gòu)導(dǎo)線的三重絕緣層.次級(jí)繞組纏在其上，最后包一層膠帶進(jìn)行保護(hù).注意繞線和焊接時(shí)絕緣層不被損壞。實(shí)際上用三重絕緣漆包線繞制變壓器時(shí),初、次級(jí)之間可以不附加任何絕緣（如絕緣膠帶）同樣可以保證絕緣強(qiáng)度。這樣，變壓器的繞線窗口將得到有效的利用，同時(shí)變壓器的漏感也可以減小到最小。2.5.2變壓器的繞線方法對(duì)變壓器性能的影響C型繞線方式：即折返繞制方式，這是最常用的繞線方式.圖3—4(1)示出有2層初級(jí)繞組的C型繞線。C型繞線容易實(shí)現(xiàn)且成本低，但是導(dǎo)致初級(jí)繞組間電容增加.可以看出初級(jí)繞組從骨架的一邊繞到另一邊再繞回到起始邊，這是一個(gè)簡(jiǎn)單的繞線方法。Z型繞線如圖3-4（2)所示,有2層初級(jí)繞組的Z型繞線方式?？梢钥闯鲞@種方法比C型繞線復(fù)雜，但是減少了繞組的寄生電容。圖3—4（1）變壓器初級(jí)的C型繞法圖3-4(2）變壓器初級(jí)的Z型繞法初、次級(jí)內(nèi)外繞制方法：圖3-4（1）、圖3-4（2)均為變壓器的初級(jí)繞在內(nèi)側(cè)，次級(jí)繞在外側(cè)的繞制方式，這種繞制方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單,而且通常變壓器的初級(jí)繞組的線徑細(xì)、次級(jí)線徑粗，細(xì)線繞在里邊繞制起來比較容易。但是，這種繞法的最大缺點(diǎn)是變壓器的漏感大，變壓器漏感在開關(guān)過程中需要將漏感中的儲(chǔ)能完全釋放,通常會(huì)產(chǎn)生比較高的尖峰電壓，對(duì)開關(guān)管的沖擊比較大.這個(gè)沖擊在反激式開關(guān)電源中尤為明顯。這個(gè)變壓器漏感的儲(chǔ)能必然消耗在緩沖電路或箝位電路，漏感越大，需要的緩沖電路越大，所產(chǎn)生的損耗越大，降低了開關(guān)電源的效率。因此，應(yīng)該選擇變壓器漏感比較小的繞制方法.最常見的是初級(jí)分成兩段，分別繞在次級(jí)的內(nèi)測(cè)和外側(cè)，如圖3-5所示。另一方面把初級(jí)繞組分開繞制的方法也可以減少漏電感。分開的初級(jí)繞組是最里邊第一層繞組，第二層初級(jí)繞在外邊。這需要骨架有空余引腳讓初級(jí)繞組的中心點(diǎn)連接其上，這對(duì)改善耦合有意義。圖3-5初級(jí)分開繞制示意圖如果變壓器的初、次級(jí)間要求的絕緣電壓不高或采用絕緣電壓高的漆包線，則可以采用變壓器漏感最小的繞法，即初次級(jí)繞組絞在一起繞。這樣初次級(jí)繞組所約束的磁力線大致重合，使變壓器漏感達(dá)到最小。本文采用推挽式逆變器，則僅僅需要變壓器的兩個(gè)初級(jí)之間的漏感達(dá)到最小即可。第四章保護(hù)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路用于當(dāng)電源出現(xiàn)異常情況時(shí)保護(hù)設(shè)備以及電源本身。當(dāng)主回路中發(fā)生過載，過壓等異常狀況時(shí)，停止電路元件的工作。保護(hù)電路能有效的保護(hù)逆變器件和負(fù)載不被損壞。4。1限壓保護(hù)電路輸出限壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在一定的安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時(shí)，過壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級(jí)用電設(shè)備。應(yīng)用最為普遍的過壓保護(hù)電路有如下幾種:1、可控硅觸發(fā)保護(hù)電路：圖4-1可控硅觸發(fā)保護(hù)電路圖4-2光電耦合保護(hù)電路如圖4-1所示，當(dāng)UO1輸出升高，穩(wěn)壓管(Z3)擊穿導(dǎo)通，可控硅(SCR1)的控制端得到觸發(fā)電壓，因此可控硅導(dǎo)通。UO2電壓對(duì)地短路,過流保護(hù)電路或短路保護(hù)電路就會(huì)工作，停止整個(gè)電源電路的工作。當(dāng)輸出過壓現(xiàn)象排除，可控硅的控制端觸發(fā)電壓通過R對(duì)地泄放,可控硅恢復(fù)斷開狀態(tài)。2、光電耦合保護(hù)電路:如圖4-2所示，當(dāng)UO有過壓現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)壓管擊穿導(dǎo)通，經(jīng)光耦（OT2）R6到地產(chǎn)生電流流過，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，從而使光電耦合器的光敏三極管導(dǎo)通。Q1基極得電導(dǎo)通，UC3524的10腳導(dǎo)電接入電壓，使IC關(guān)閉，停止整個(gè)電源的工作，UO為零，周而復(fù)始。3、輸出限壓保護(hù)電路:輸出限壓保護(hù)電路如圖4-3所示，當(dāng)輸出電壓升高，穩(wěn)壓管導(dǎo)通光耦導(dǎo)通，VT1基極有驅(qū)動(dòng)電壓而道通,UC3524芯片的10腳通電，電壓升高，芯片停止工作。周而復(fù)始,輸出電壓將穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)(取決于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值)。圖4—3輸出限壓保護(hù)電路 圖4-4過電壓保護(hù)電路以上介紹了三種過電壓保護(hù)電路，通過將第一種與第二種過電壓保護(hù)方法融合，形成了更加可靠、簡(jiǎn)單的過電壓保護(hù)電路,如圖4-4所示.將24V采樣壓加在壓敏二極管上，當(dāng)逆變電路輸出電壓過高時(shí)，采樣電路的采樣電壓將超過24V，此時(shí)壓敏二極管將被擊穿,電容將被充電，晶閘管門極被加上正向電壓而導(dǎo)通，12V的附加電源給UC3524的10腳供電，10腳獲得高電平，芯片停止工作,逆變電路停止工作,輸出為零。4。2限流保護(hù)電路過電流保護(hù)是當(dāng)電流超過預(yù)定最大值時(shí),使保護(hù)裝置動(dòng)作的一種保護(hù)方式。當(dāng)電源輸出超過額定負(fù)載或短路或控制電路失去控制能力時(shí)，會(huì)造成電子設(shè)備不能正常工作，或?qū)﹄娮釉O(shè)備造成損壞。過流保護(hù)電路有斷法和振蕩器調(diào)頻法。斷路法過電流保護(hù)是用在電路中串保險(xiǎn)絲，這是防范過電流最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法.當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生意外，其電流值超過保險(xiǎn)絲的熔斷值（熔斷系數(shù)一般在1.1~1。5之間)時(shí)，保險(xiǎn)絲熔斷，電路斷開，達(dá)到過電流保護(hù)的目的.但是在開機(jī)的瞬間，由于大電容的充電，會(huì)產(chǎn)生很大的浪涌電流，這個(gè)電流的大小經(jīng)常是正常工作電流的數(shù)倍,容易使保險(xiǎn)絲熔斷。易發(fā)生錯(cuò)誤判斷，這是此種保護(hù)方法的主要缺陷。振蕩器調(diào)頻法過電流保護(hù)就是通過檢測(cè)比較放大電路產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)是振蕩器的振蕩頻率發(fā)生變化，使負(fù)載電壓降低，從而達(dá)到減小負(fù)載電流的目的，通常電流保護(hù)設(shè)定值為正常值的1。1～1.3倍,能自動(dòng)恢復(fù).在輸出端有過載或短路情況發(fā)生時(shí)，此時(shí)輸出電流就會(huì)增大,檢測(cè)電阻RS上的電壓VRS會(huì)增大,在圖4-5（A）中，當(dāng)VRS的值超過V2的B-E導(dǎo)通電壓，圖4-5過電流保護(hù)電路（1)V2導(dǎo)通,由于V2的集電極接的是振蕩電路的控制端，使振蕩電路的振蕩減緩或停止振蕩電路工作.在圖4—5(B）中,VRS經(jīng)電壓比較器后輸出一個(gè)控制信號(hào)到振蕩電路，通過減小振蕩電路的振蕩頻率，減小輸出電壓，從而減小輸出電流達(dá)到保護(hù)的目的.圖4—5(B）的精度要比圖4-5（A）的精度高，因?yàn)?—5（B）設(shè)計(jì)了誤差比較和誤差放大電路.圖4-6過電流保護(hù)電路（2）如圖4-6所示，此電路圖為恒流保護(hù)電路，電路中R1與R2對(duì)VR進(jìn)行分壓,電阻R2上分得的電壓為:VR2=VR[R2/(R1+R2）]。負(fù)載電流為I0，測(cè)電阻上的電壓VRS=I0RS，電壓VS和VR2進(jìn)行比較,如果VS〉VR2，A輸出控制信號(hào)，使脈沖的頻率發(fā)生變化，使輸出電壓發(fā)生變化，從而減小負(fù)載電流。如圖4-7所示,此圖是光電耦合驅(qū)動(dòng)電流保護(hù)電路，其工作原理為：當(dāng)輸出電流過大時(shí),RS兩端的電壓升高，IC2的2腳電壓高于3腳基準(zhǔn)電壓，IC2輸出高電壓,V1導(dǎo)通,光電耦合器IC1發(fā)生光電效應(yīng),使振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化，從而控制開關(guān)管脈沖信號(hào)寬度或頻率發(fā)生變化，從而使輸出電壓降低,達(dá)到減小電流的目的.這些電路也存在著不足，即檢測(cè)電路中總串聯(lián)著RS,若檢測(cè)電阻RS的值不大，則電路保護(hù)的反應(yīng)速度不快，精度也不太高，若電阻RS過大，則電路消耗的功率就會(huì)明顯增大，檢測(cè)電阻存在著無功功率使開關(guān)電源的效率降低,為減小電阻RS無功功率的影響，應(yīng)采用檢測(cè)信號(hào)放大電路，提高保護(hù)電路的反應(yīng)速度，精度。本文所用的過電流保護(hù)電路為近似以上所示圖2—15，與圖2—15相比，無采樣線圈,而是直接將驅(qū)動(dòng)放大電路的射極電流通過電阻轉(zhuǎn)換為電壓送給比較器,芯片通過檢測(cè)比較器輸出電壓來改變脈沖寬度,從而改變輸出電壓與輸出電流。圖4—7過電流保護(hù)電路（3）4.2取樣電路開關(guān)電源采樣電路按采樣的不同方式分為直接采樣電路和間接采樣電路。下面通過圖解說明兩種采樣電路的工作原理。直接從開關(guān)電源輸出端取樣的方式稱為直接取樣，如圖4-8所示.VT1、VT2、VT3和R3、R5和R6以及VZD都被集成于電路內(nèi)部.實(shí)用過程中根據(jù)VZD的穩(wěn)壓值,再確定額定輸出電壓時(shí)R5、R6的比值。此類集成電路可在外電路中，例如圖4—8中R5、R6的兩端，通過并聯(lián)外接電阻，在小范圍內(nèi)改變輸出電壓。由于電壓穩(wěn)壓管VZD的限流電路無法改變，若大范圍改變R5或R6后,則輸出電壓的大圖4-8直接取樣電路幅度變動(dòng)將使VZD脫離齊納曲線最陡的部位使穩(wěn)壓效果變差。一般在R3上并聯(lián)電阻使輸出電壓降低還是在R6兩端并聯(lián)電阻使輸出電壓升高，其變化幅度均以10％為限。間接取樣從正比于開關(guān)管導(dǎo)通期的其他部分取樣，如圖4—9所示。變壓器T二次側(cè)的輸出電壓為矩形波，采樣繞組輸出電流經(jīng)二極管整流后變?yōu)橹绷鞲鶕?jù)繞組比，采樣電路輸出電壓與一次側(cè)電壓成正比關(guān)系，根據(jù)采樣電路電壓或者電流的變化將信號(hào)反饋給控制芯片UC3524，控制脈沖的輸圖4—9間接取樣電路出，使電路工作穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)所采用的取樣電路為間接取樣電路，它的優(yōu)點(diǎn)是可以減小主電路的復(fù)雜程度，排除采樣電路對(duì)主電路的干擾，又可靈敏地對(duì)主電路的變化做出快速的反應(yīng)，可根據(jù)電路的實(shí)際需要改變采樣繞組的匝數(shù)來改變?nèi)与妷狠敵鲋?。?dāng)然，它也有一定的缺點(diǎn)，增加采樣繞組要增大變壓器的體積與重量，增加設(shè)備的造價(jià)。第5章電路主要參數(shù)計(jì)算按照設(shè)計(jì)要求，輸出電壓為220V，50HZ的方波。由UC3524的引腳功能可知，6腳的RT和7腳CT共同決定電路的輸出頻率。振蕩器的輸出頻率的計(jì)算公式為:（3-1）當(dāng)UC3524為兩路輸出脈沖時(shí)，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?jī)山M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)輸出脈寬并聯(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，振蕩頻率為開關(guān)頻率的兩倍.即晶閘管的開關(guān)頻率為：（3—2)由周期與頻率之間的關(guān)系得，晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間為：.系統(tǒng)輸出的頻率為50HZ,則HZ，可選擇RT=10KΩ，CT=1μF。按輸出脈沖最大寬度為45％計(jì)算，一次側(cè)輸出電壓的計(jì)算公式為：（3—3）按此公式可得：.考慮到電路的的效率一般為90%左右，按90％計(jì)算。變壓器初、次級(jí)繞組與電壓的關(guān)系為：。由此關(guān)系式可得：?？紤]到電壓損耗,取損耗系數(shù)為1。2，則：,取整數(shù)為?？偨Y(jié)逆變電源設(shè)備廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防設(shè)施及人民生活等各個(gè)方面,是電子設(shè)備和機(jī)電設(shè)備的基礎(chǔ)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,通過對(duì)逆變電源主電路、控制電路等電氣控制電路環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)以及對(duì)電路元件參數(shù)的計(jì)算與選擇，了解了逆變電源設(shè)計(jì)的全過程,鞏固和加強(qiáng)了本專業(yè)的專業(yè)理論知識(shí)，同時(shí)設(shè)計(jì)也滿足了現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)的要求,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。在設(shè)計(jì)過程中，控制與驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。設(shè)計(jì)控制電路的目的是通過驅(qū)動(dòng)、放大電路控制系統(tǒng)主電路中功率開關(guān)元件的通斷，使系統(tǒng)裝置可靠工作.另外，由于設(shè)計(jì)時(shí)間倉(cāng)促和知識(shí)的有限，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也存在著和一些需要解決的問題。這些都需要以后在工作實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)、探索和積累經(jīng)驗(yàn)加以解決?？傊?，本畢業(yè)設(shè)計(jì)在理論上是可行的，但在具體應(yīng)用時(shí)還需要不斷改進(jìn)設(shè)計(jì)思路，提高設(shè)計(jì)方法,解決實(shí)際中遇到的新問題。參考文獻(xiàn)［1］辛伊波。開關(guān)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用［M］。西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2011.12[2]王兆安，劉進(jìn)軍。電力電子技術(shù)［M]。西安：機(jī)械工業(yè)出版社，2009。［3]劉鳳君.現(xiàn)代逆變技術(shù)及應(yīng)用［M].北京:電子工業(yè)出版社，2006.9［4］黃俊等.電力電子技術(shù)[M］。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[5］徐德鴻。開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M]。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002［6]陳道煉。DC-AC逆變技術(shù)及其應(yīng)用［M］。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。11［7］楊旭等.開關(guān)電源技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.3［8］周志敏.開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2003[9]曲學(xué)基等。穩(wěn)定電源電路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M］.北京:電子工業(yè)出版社，2003。10［10]李愛文?，F(xiàn)代逆變技術(shù)及其應(yīng)用[M］。上海，科學(xué)出版社，2000[11]王小雙，趙靜。300W50HZ逆變電源設(shè)計(jì)［J］。西安，《車輛與工程》，2011致謝感謝尊敬的辛老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我給予悉心指導(dǎo),在我畢業(yè)設(shè)計(jì)寫作期間,老師給我提供很多專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo),沒有老師這樣的幫助,我是不會(huì)這樣順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的，借此機(jī)會(huì)，我向老師表示感謝。還要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間里，我們互相學(xué)習(xí)互幫互助，他們給我提出了很多寶貴的意見，給了我不少的幫助和支持,在此也真誠(chéng)的感謝你們.正是在這樣的一個(gè)團(tuán)結(jié)友愛，相互促進(jìn)的環(huán)境中，在和你們幫助和啟發(fā)中，才有我今天小小的收獲。通過這一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì),從開始任務(wù)到圖書館查找資料,到設(shè)計(jì)電路圖,我學(xué)到了課堂上學(xué)習(xí)不到的知識(shí)。上課時(shí)總覺得所學(xué)的知識(shí)太抽象，沒什么用途，現(xiàn)在終于認(rèn)識(shí)到了它的重要性。平時(shí)上課老師講的內(nèi)容感覺都聽明白了,但真正到了用的時(shí)候卻不怎么會(huì)用了，經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)才知道，要真正學(xué)好一門課程，并不是把每一章的內(nèi)容搞懂就行了，學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需要前后關(guān)聯(lián)，上下總結(jié)。最后感謝辛老師感謝大家給予的幫助！外文資料翻譯SwitchingPowerSupplyDesignSwitchingpowersupplyworkinhighfrequency，highpulsestate，areanalogcircuitsinaratherspecialkind.Switchingpowersupplyisdividedinto,twoformsofisolationandnon—isolated，isolatedheremainlytotalkaboutswitchingpowersupplytopologiesformbelow,non-specified,aretoisolatethepower。Isolatedpowersupplyinaccordancewiththestructureofdifferentforms，canbedividedintotwocategories：aforwardandflyback。FlybacktransformerprimarysidemeansthatwhentheVice-edgeconductioncut-off,transformerstorage。Closeoftheprimary,secondarysideconduction，theenergyreleasedtotheloadofworkstatus,generalconventionalflybackpowermultiplex，twin—tubeisnotcommon.Forwardreferstotheprimaryconductionintransformersecondarysidewhilethecorrespondingoutputvoltageisinducedintotheload,thedirecttransferofenergythroughthetransformer。Accordingtospecificationscanbedividedintoconventionalforward，includingthesingle-transistorforward,DoubleForward.Half—bridge,bridgecircuitsareallforwardcircuit。

Forwardandflybackcircuitshavetheirowncharacteristicsintheprocessofcircuitdesigntoachieveoptimalcost-effective，canbeappliedflexibly。Usuallyinthelow-powerflybackcanbeadopted.Slightlylargerforwardcircuitcanuseasingletube,medium-powercanuseDoubleForwardcircuitorhalf-bridgecircuit，low-voltagepush—pullcircuit，andthehalf—bridgeworkinthesamestate.Highpoweroutput,generallyusedbridgecircuit，lowvoltagecanbeappliedpush-pullcircuit.

Flybackpowersupplybecauseofitssimplestructure,andtocutthesizeofasimilarsizeandtransformerinductance，thepowersupplyinthemediumhasbeenwidelyapplied.Presentationreferredtoinsomeflybackpowersupplycandodozensofwatts,outputpowerexceeding100wattswouldbenoadvantagetothemdifficult。Undernormalcircumstances,Ithinkso,butitcannotbegeneralized，PI'sTOPchipscando300watts，anarticledescribestheflybackpowersupplycanbeontheKW,butnotseeninkind.Poweroutputandtheoutputvoltagelevel.

Flybackpowertransformerleakageinductanceisacriticalparameter，becausethepowerneedsoftheflybacktransformerstoredenergy，tomakefulluseoftransformercore,thegeneralmustbeopeninthemagneticcircuitairgap，theaimistochangethecorehysteresisbacklineoftheslope，sothattransformerscanwithstandtheimpactofalargepulsecurrent，whichisnotcoreintosaturationnon-linearstate，themagneticcircuitinthehighreluctanceairgapinthestate，generatedinthemagneticfluxleakageismuchlargerthancompletelyclosedmagneticcircuit.

Transformercouplingbetweenthefirstpoleisthekeyfactordeterminingtheleakageinductance,thecoiltobeverycloseasfaraspossiblethefirsttime，thesandwichcanbeusedaroundthelaw，butthiswouldincreasethedistributedcapacitancetransformer。Usecoreascorewithalongwindow，canreducetheleakageinductance,suchastheuseofEE,EF，EER，PQ—basedEItypemagneticcoreeffectivethangood。

Thedutycycleofflybackpowersupplies,inprinciple，themaximumdutycycleofflybackpowersupplyshouldbelessthan0。5，otherwisenoteasyloopcompensationmaybeunstable，buttherearesomeexceptions，suchastheU.S。PIhasintroducedtheTOPserieschipcanworkundertheconditionsofdutycycleisgreaterthan0。5。

Dutycyclebythetransformerturnsratiotodetermineformerdeputyside,Iamananti-shockviewis,firstdeterminethereflectedvoltage（outputvoltagereflectedthroughthetransformercouplingtheprimaryvoltagevalue），reflectingacertainvoltagerangeofvoltageincreaseisdutycycleincreases,lowerpowerloss.Reducethereflectedvoltagedutycycledecreases,increasespowerloss.Ofcourse，thisisaprerequisite，whenthedutycycleincreases,itmeansthattheoutputdiodeconductiontime,inordertomaintainoutputstability,moretimewillbetoensurethattheoutputcapacitordischargecurrent,theoutputcapacitorwillbeunderevengreaterhigh-frequencyripplecurrenterosion，whileincreasingitsheat，whichinmanycircumstancesisnotallowed。

Dutycycleincreases，changethetransformerturnsratio，transformerleakageinductancewillincrease,itsoverallperformancechange，whentheleakageinductanceenergylargeenough,canswitchtofullyoffsetthelargeaccountspacetobringlow-loss,nofurtherincreasewhenthemeaningofduty,becausetheleakageinductancemayevenbetoohighagainstthepeakvoltagebreakdownswitch。Leakageinductanceaslarge，maymaketheoutputripple,andotherelectromagneticindicatorsdeteriorated.Whenthedutyhours,thehighRMScurrentthroughtheswitch,transformerprimarycurrentrmsandloweredtheconverterefficiency,butcanimprovetheworkingconditionsoftheoutputcapacitortoreducefever.Howtodeterminethetransformerreflectedvoltage（dutycycle)

Somenetizenssaidswitchingpowersupplyfeedbackloopparametersettings，workstatusanalysis.Sincehighschoolmathematicsisratherpoor，"AutomaticControlTheory，”almostonthemake—up,andforthedoorisstillfeelingfear，andnowcannotwriteacompleteclosed—loopsystemtransferfunction，zeroforthesystem,theconceptoffeelingpolevague,seeBodeplotisonlyabouttoseeisadivergenceorconvergence，sothefeedbackcompensationcannotnonsense，butthereareanumberofrecommendations。Ifyouhavesomemathematicalskills，andthenhavesometimetolearnthentheUniversityofTextbooks,"PrinciplesofAutomaticControl”digestlookcarefullytofindout，combinedwithpracticalswitchingpowersupplycircuit，accordingtotheworkofstateforanalysis.Willbeharvested，theForumhasamessage，”coachfeedbacklooptostudythedesign，debugging,”inwhichCMGgoodanswer，Ithinkwecanreference。

Thentoday,onthedutycycleofflybackpowersupply（Iamconcernedaboutthereflectedvoltage,consistentwiththedutycycle）,thedutycyclewiththevoltageselectionswitchisrelatedtosomeearlyflybackswitchingpowersupplyusingalowpressuretube，suchas600Vor650VAC220Vinputpowerasaswitch,perhapswhentheproductionprocess,highpressuretubes，easytomanufacture,orlow—pressurepipesaremorereasonableconductionlossesandswitchingcharacteristics,asthislinereflectedvoltageca