畢業(yè)論文--大功率直流開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　開關(guān)電源具有效率高、體積小、重量輕等顯著特點(diǎn)。目前世界各國都有廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)大容量高頻開關(guān)電源的研究和開發(fā)已成為當(dāng)今電力電子學(xué)的主要研究領(lǐng)域，并派生了很多新的研究方向。本文的主要內(nèi)容就是研制一種高性能、大功率直流開關(guān)電源。</p><p>　　本文詳細(xì)分析了高性能、大功率直流開關(guān)電源的工作原理，

2、并提出了主電路和控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編制，并對(duì)電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。</p><p>　　在分析原理的基礎(chǔ)上，本文從三相橋式不控整流、全橋變換器、高頻變壓器、濾波電路等環(huán)節(jié)對(duì)該系統(tǒng)的主電路進(jìn)行了闡述，同時(shí)探討了該電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大功率的解決方案，即采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行。本文還探討了多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的自動(dòng)均流技術(shù)，并詳細(xì)介紹了基于平均值的

3、自動(dòng)均流電路。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于UC3825控制芯片的PWM控制電路。</p><p>　　本文研制的直流開關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)，而且還具有換檔、遠(yuǎn)程控制等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而驗(yàn)證了理論分析的正確性，具有廣闊的應(yīng)用前景。</p><p>　　關(guān)鍵詞:DC-DC變換器，開關(guān)電源，均流，高頻變壓器，PWM控制</p>

4、<p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Switching power has many remarkable characteristics such as high efficiency,smallness and lightness. Countries all over the world have extensive application

5、in switching power, especially research on large capacity high-frequency switching powernowadays has already become the main research field of power electronics and many new research directions has derived from it. The m

6、ain content of this paper is to develop a kind of high performance, large capacity adjustable switching power.</p><p>　　This paper has analyzed the theory of high performance, large capacity adjustable switc

7、hing power in detail, and has proposed the main circuit and control circuit designation. On this basis, this paper schemed out the hardware circuit and software and has carried on the debugging and modification of the ha

8、rdware and software of the switching power.</p><p>　　On the basis of analyzing the theory, this paper has discussed 3-phase uncontrolled rectifier, the full-bridge converter, high-frequency transformer, and

9、filter of the main circuit of this switching power system. This paper explained the solution of this large capacity power system at the same time, namely some power modules are to be connected in parallel. This paper als

10、o has studied current sharing circuit while some power modules were being connected in parallel, in the part of current sharin</p><p>　　Direct current switching power studied in this paper has many character

11、istics such as adjustable output voltage, heavy output current, low voltage ripple and so on. It also has the functions of changing output voltage gear, remote-control etc.The experimental result indicated that the switc

12、hing power has reached the design demand, thus it has proved the exactness of the theory analyses, so, this switching power has wide application fields.</p><p>　　Keywords: DC-DC converter, switching power,

13、current sharing, high-frequency transformer, PWM control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　第1

14、章 緒論1</b></p><p>　　1.1 開關(guān)電源的發(fā)展及國外現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 國內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展及現(xiàn)狀1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)的整體分析和選擇3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)整體概述3</p><p>　　2.2 DC-DC變換器的選擇4</p&g

15、t;<p>　　2.2.1硬開關(guān)式全橋變換器4</p><p>　　2.2.2 諧振式全橋變換器5</p><p>　　2.3 控制電路的實(shí)現(xiàn)5</p><p>　　2.4 整流濾波回路的選擇6</p><p>　　第3章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求

16、7</p><p>　　3.2 主電路組成框圖7</p><p>　　3.2.1 輸入整流濾波電路8</p><p>　　3.2.2 單相逆變橋9</p><p>　　3.2.3 輸出整流濾波電路9</p><p>　　3.3 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3.1 整

17、流橋9</p><p>　　3.3.2 輸入整流電容10</p><p>　　3.3.3 輸入濾波電感11</p><p>　　3.4 逆變電路的設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.4.1 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇11</p><p>　　3.4.2 確定電路工作頻率f11</p><p>

18、　　3.4.3 高頻變壓器的計(jì)算11</p><p>　　3.5 輸出整流濾波電路15</p><p>　　3.5.1 輸出整流二極管15</p><p>　　3.5.2 輸出濾波電感16</p><p>　　3.5.3 輸出濾波電容16</p><p>　　第4章 控制電路的設(shè)計(jì)18</p>

19、<p>　　4.1 PWM集成控制器的基本原理18</p><p>　　4.2 高速脈寬調(diào)制器UC382519</p><p>　　4.2.1 主要特點(diǎn):19</p><p>　　4.2.2 極限參數(shù):20</p><p>　　4.2.3 內(nèi)部電路工作原理20</p><p>　　4.3 UC3

20、825的調(diào)試23</p><p>　　4.4 反饋電路的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.5保護(hù)電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5.1軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5.2過流過壓保護(hù)28</p><p>　　4.6 輔助電源30</p><p>　　4.7 均

21、流電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.7.1 概述32</p><p>　　4.7.2 開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)常用的均流方法32</p><p>　　第5章 鉛酸蓄電池34</p><p>　　5.1 蓄電池充電理論基礎(chǔ)34</p><p>　　5.2 蓄電池的常規(guī)充電方法34</p><p

22、>　　5.2.1 恒壓充電方式35</p><p>　　5.2.2 恒流充電方式35</p><p>　　5.2.3 恒流--恒壓充電方式36</p><p>　　5.3 快速充電技術(shù)36</p><p>　　第6章 總結(jié)與展望37</p><p><b>　　謝 辭38</b>

23、;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　附錄40</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 開關(guān)電源的發(fā)展及國外現(xiàn)狀</p><p>　　開關(guān)電源在通信系統(tǒng)中得到了

24、廣泛的應(yīng)用，并已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流，而通信業(yè)的迅速發(fā)展又極大地推動(dòng)了開關(guān)電源的發(fā)展。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。同時(shí)，開關(guān)電源也在各種電子信息設(shè)備中，如計(jì)算機(jī)、充電電源等得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　隨著大功率硅晶體管的耐壓提高和二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件性能的改善，1969年終于做成了25KHz的開關(guān)電源。電源界把開關(guān)電源的

25、頻率提高到20KHz以上稱為電源技術(shù)的“20KHz革命”。經(jīng)過幾年的努力，從開關(guān)電源的電路拓?fù)湫褪降较嗯涮椎脑骷妊芯慷既〉昧讼喈?dāng)大的進(jìn)展。在電路拓?fù)湫褪缴祥_發(fā)出了單端貯能式反激電路、雙反激電路、單端正激式電路、雙正激電路、推挽電路、半橋電路、全橋電路，以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合、不同功率檔次的需要；在元器件方面，功率晶體管和整流二極管的性能也有了較大的提高。1976年美國硅通用公司第一個(gè)做出了型號(hào)為SG1524的脈寬調(diào)制(PWM, Puls

26、e Width Modulation)控制芯片，極大地提高了開關(guān)電源的可靠性，并進(jìn)一步減小了體積。</p><p>　　隨著通信用開關(guān)電源技術(shù)的廣泛應(yīng)用和不斷深入，實(shí)際工作中人們對(duì)開關(guān)電源提出了更高的要求，提出了應(yīng)用技術(shù)的高頻化、硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件控制的數(shù)字化、產(chǎn)品性能的綠色化、新一代電源的技術(shù)含量大大提高，使之更加可靠、穩(wěn)定、高效、小型、安全。在高頻化方面，為提高開關(guān)頻率并克服一般的PWM和準(zhǔn)諧振、多諧振變

27、換器的缺點(diǎn)，又開發(fā)了相移脈寬調(diào)制零電壓開關(guān)諧振變換器，這種電路克服了PWM方式硬開關(guān)造成的較大的開關(guān)損耗的缺點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了恒頻工作，克服了準(zhǔn)諧振和多諧振變換器工作頻率變化及電壓、電流幅度大的缺點(diǎn)。采用這種工作原理，大大減小了開關(guān)管的損耗，不但提高了效率也提高了工作頻率，減小了體積，更重要的是降低了變換電路對(duì)分布參數(shù)的敏感性，拓寬了開關(guān)器件的安全工作區(qū)，在一定程度上降低了對(duì)器件的要求，從而顯著提高了開關(guān)電源的可靠性。</p>

28、<p>　　1.2 國內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　建國初期，我國郵電部門的科研技術(shù)人員開發(fā)了以國產(chǎn)大功率電動(dòng)發(fā)電機(jī)組為主的成套設(shè)備作為通信電源。在引進(jìn)原民主德國FGD系列和前蘇聯(lián)BCC51系列自動(dòng)化硒整流器基礎(chǔ)上，借鑒國外先進(jìn)技術(shù)，與工廠共同研制成功國產(chǎn)XZL系列自動(dòng)化硒整流器，并在武漢通信電源廠批量生產(chǎn)，開始用硒整流器裝備通信局(站)，替換原有的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，這標(biāo)志著我國國產(chǎn)通信電源設(shè)

29、備躍到一個(gè)新的水平。</p><p>　　但后來，我國的通信電源發(fā)展相當(dāng)緩慢。1963年開始研制和采用可控硅(SC R)整流器,1965年著手研制逆變器和晶體管直流—直流(DC/DC)變換器，當(dāng)時(shí)與發(fā)達(dá)國家相比只落后五六年.后由于十年動(dòng)亂，研制工作一直停滯不前，除了可控硅整流器于1967年在武漢通信電源廠開始形成系列化生產(chǎn)，供通信設(shè)備作一次電源使用，并不斷得到改進(jìn)，性能和質(zhì)量逐步提高外，其它方面進(jìn)展十分緩慢。一直

30、到80年代才開始生產(chǎn)20KHz DC/DC變換器，但由于受元器件性能的影響，質(zhì)量很不穩(wěn)定，無法作為通信設(shè)備的一次電源使用。只是作為通信設(shè)備的二次電源使用(二次電源對(duì)元器件的耐壓及電流要求較低)。直到上世紀(jì)90年代初，我國大多數(shù)通信設(shè)備所用的一次電源仍然是可控硅整流器。這種電源工作于工頻50Hz，有龐大的工頻變壓器、電感線圈、電解電容等，笨重龐大、效率低、噪聲大、性能指標(biāo)低，不易實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。</p><p>　　

31、總的說來，開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)為:繼續(xù)向高頻、高效、高可靠、高密度化、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發(fā)展。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)的整體分析和選擇</p><p>　　2.1 系統(tǒng)整體概述</p><p>　　從大的方面講，開關(guān)電源可分成:機(jī)箱(或機(jī)殼)、電源主電路、電源控制電路三部分。機(jī)箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用。電源的主電路是負(fù)責(zé)進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換

32、的部分，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐房梢詫⑹须娹D(zhuǎn)換為所需的直流輸出電壓。而控制電路則根據(jù)實(shí)際的需要產(chǎn)生主電路所需的控制脈沖和提供各種保護(hù)功能。開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖可如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　從圖中可以看出，這幾部分是相輔相成的統(tǒng)一整體。在電源的研制和開發(fā)過程中必須對(duì)每一部分都進(jìn)行認(rèn)真的分析和研究，才能使所研制的開關(guān)電源滿足設(shè)計(jì)要求。</

33、p><p>　　電源主電路通過輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出整流濾波將市電轉(zhuǎn)為所需要的直流電壓。開關(guān)電源的主回路可以分為:輸入整流濾波回路、功率開關(guān)橋、輸出整流濾波三部分。輸入整流濾波回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過輸入濾波電容使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。功率開關(guān)橋?qū)V波得到的直流電變換為高頻的方波電壓，通過高頻變壓器傳送到輸出側(cè)。最后，由輸出整流濾波回路將高頻方波電壓濾波成為所

34、需要的直流電壓或電流，主回路進(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。</p><p>　　控制電路是整個(gè)電源的大腦，它控制整個(gè)裝置工作并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的保護(hù)功能。一般控制電路應(yīng)具有以下功能:控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路。</p><p>　　為了使開關(guān)電源設(shè)備正常的工作，使電源的各個(gè)組成部分都能發(fā)揮其最大的效能，就必須讓電源的各個(gè)組成部分相互協(xié)

35、調(diào)、相互協(xié)作、在電源的研制與設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)這方面的問題給予足夠的重視。</p><p>　　2.2 DC-DC變換器的選擇</p><p>　　DC-DC 變換器是開關(guān)電源中實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換的部分。DC-DC 變換器的輸入電壓為三相整流電壓，電壓較大，對(duì)開關(guān)器件因此選用全橋式電路較為合適，可使變壓器磁芯和繞組得到最優(yōu)利用，使效率、功率密度等得到優(yōu)化；另一方面，功率開關(guān)在較安全的情況下運(yùn)行，最大

36、的反向電壓不會(huì)超過輸入整流濾波電路的輸出電壓。但是需要的功率元件較多，在開關(guān)導(dǎo)通的回路上，至少有兩個(gè)管的壓降，因此功率損耗也較大。由于三相整流橋提供的直流電壓較高，工作電流相對(duì)較低，這些損耗還是可以接受的。目前，常用的全橋式變換器有傳統(tǒng)的硬開關(guān)式、諧振式以及移相式，下面分別簡(jiǎn)單介紹一下。</p><p>　　2.2.1硬開關(guān)式全橋變換器</p><p>　　硬開關(guān)PWM電路曾以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控

37、制方便得到廣泛應(yīng)用，其電路結(jié)構(gòu)如圖2-2所示.在硬開關(guān)PWM電路中，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)器件在高電壓下導(dǎo)通，大電流下關(guān)斷，因此，在開關(guān)瞬間必然有大量損耗。因此，常常加入緩沖電路，如Rc吸收網(wǎng)絡(luò)。它可以限制開通時(shí)的du/dt和關(guān)斷時(shí)的di/dt，使功率器件安全正常運(yùn)行。</p><p>　　圖2-2硬開關(guān)式全橋變換器結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.2 諧振式全橋變換器</p&

38、gt;<p>　　硬開關(guān)式電路在頻率不高時(shí)其缺點(diǎn)還不是很突出，隨著頻率的提高，開關(guān)損耗和電磁干擾將變成一個(gè)十分嚴(yán)重的問題，為了解決這一問題，有人提出了諧振式軟開關(guān)的概念。諧振式軟開關(guān)和硬開關(guān)相比，主要是增加了兩個(gè)附加元件--諧振電感和諧振電容。利用諧振電感和諧振電容的諧振作用，使開關(guān)器件在正弦波的零電壓或零電流處開通或關(guān)斷。諧振變換電路有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但其基本組成部分還是通過開關(guān)器件和諧振元件L、C之間串聯(lián)或并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的，再

39、配以適當(dāng)?shù)目刂撇呗詠韺?shí)現(xiàn)開關(guān)器件的零電壓或零電流動(dòng)作。其基本電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。</p><p><b>　　零電流開關(guān)</b></p><p><b>　　零電壓開關(guān)</b></p><p>　　圖2-3諧振電路的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-3(a)為零電流(Zero-Current

40、-Switching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。Lr和Cr之間的諧振是靠S的導(dǎo)通來激勵(lì)的，利用Lr和Cr諧振形成開關(guān)器件導(dǎo)通期間的正弦波電流波形，電流過零點(diǎn)時(shí)即將開關(guān)S關(guān)斷。零電流開關(guān)對(duì)于具有存儲(chǔ)效應(yīng)的開關(guān)器件更加有效，如GTR、IGBT。</p><p>　　圖2-3(b)為零電壓(Zero-Voltage-Switching)開關(guān)，它是通過電感Lr和開關(guān)S的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)的。Lr和Cr之間的諧振是

41、靠S的關(guān)斷來激勵(lì)的，利用Lr和Cr諧振形成開關(guān)器件關(guān)斷期間的正弦波電流波形，電壓過零點(diǎn)時(shí)即將開關(guān)S導(dǎo)通。</p><p>　　2.3 控制電路的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　根據(jù)電路功能的分工可將控制電路分為幾大部分:脈沖產(chǎn)生電路、觸發(fā)電路、電壓反饋控制電路、軟啟動(dòng)電路、保護(hù)電路、輔助電源電路等，具體控制電路如圖2-4所示。從圖2-4可以看出，脈沖產(chǎn)生電路是控制電路的核心。脈沖產(chǎn)生電路根據(jù)電壓

42、反饋控制電路、保護(hù)電路以及軟啟動(dòng)電路等提供的控制信號(hào)產(chǎn)生出所需的脈沖信號(hào)，然后該脈沖信號(hào)經(jīng)過觸發(fā)電路的放大后去驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件，使開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷。</p><p>　　圖2-4電源控制電路框圖</p><p>　　控制電路輸出的PWM信號(hào)，電平幅值和功率能力均不足以驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)元件，因此選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路是必須的。驅(qū)動(dòng)電路是將控制電路輸出PWM脈沖信號(hào)經(jīng)過電隔離后進(jìn)行功率放大和電壓調(diào)整再去

43、驅(qū)動(dòng)大功率開關(guān)管，由于所提供的脈沖幅度以及波形關(guān)系到開關(guān)管的開關(guān)過程，直接影響到損耗，所以，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的最佳開通與關(guān)斷。</p><p>　　保護(hù)電路是控制電路的一個(gè)重要組成部分，為了提高電源的可靠性必須不斷完善保護(hù)電路的功能。當(dāng)前開關(guān)電源電路的主要保護(hù)功能有:過流保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、溫度保護(hù)。過流保護(hù)和過壓保護(hù)是為了保護(hù)負(fù)載和電源兩者而設(shè)置的，而欠壓保護(hù)和溫度保護(hù)是為了電源本身而設(shè)置

44、的。</p><p>　　輔助電源電路的功能是為控制電路供電。輔助電源的類型有很多種，既可以采用串聯(lián)線性調(diào)整型電源，也可以采用開關(guān)電源。輔助電源也可以通過高頻變壓器獲得輸出后反饋提供，輔助電源本身作為開關(guān)電源的一組負(fù)載。選取輔助電源電路形式時(shí)，只要該電源能滿足控制電路的要求即可。</p><p>　　2.4 整流濾波回路的選擇</p><p>　　整流濾波回路是開關(guān)

45、電源的重要組成部分，它可以提高電壓、電流的穩(wěn)定度，減小干擾。開關(guān)電源中分別存在輸入和輸出整流濾波回路。</p><p>　　第3章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的大功率直流開關(guān)電源主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻開關(guān)電源，確定技術(shù)指標(biāo)如下:</p><p>　　1. 輸入電壓: 3

46、80V20%</p><p>　　2. 電網(wǎng)頻率: 50Hz10%</p><p>　　3. 功率因數(shù): >0.93</p><p>　　4. 輸入過壓告警: 437V5V</p><p>　　5. 輸入欠壓告警: 320V5V</p><p>　　6. 輸出標(biāo)稱電壓: 220VDC</p><

47、;p>　　7. 輸出電壓范圍: 176-286VDC</p><p>　　8. 輸出紋波電壓: 10mV</p><p>　　9. 輸出額定電流: 5A</p><p>　　10. 輸出過壓保護(hù): 325V5V</p><p>　　11. 輸出欠壓保護(hù): 195V5V</p><p>　　12. 便于生產(chǎn)和維護(hù)&

48、lt;/p><p>　　在本課題研究的過程中，主要對(duì)大功率開關(guān)直流電源的工作原理、電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式進(jìn)行了深入研究，并結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)主電路的拓?fù)洌O(shè)計(jì)出主電路，即分別設(shè)計(jì)出濾波、整流、DC-DC變換器、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制等部分。下面就對(duì)電源主電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明。</p><p>　　3.2 主電路組成框圖</p><p>　　根據(jù)需要設(shè)計(jì)大功率開關(guān)

49、電源的技術(shù)要求，本文進(jìn)行了方案的驗(yàn)證與比較，設(shè)計(jì)如圖3-1所示的軟開關(guān)直流開關(guān)電源的主電路框圖。虛線以上是主電路，主電路主要分為輸入整流濾波、逆變開關(guān)電路、逆變變壓器和輸出整流濾波；虛線以下為控制回路，控制回路主要包括信息檢測(cè)電路、控制和保護(hù)單元、監(jiān)控單元和輔助電源。</p><p>　　圖3-1 直流開關(guān)電源的主電路框圖</p><p>　　本電源采用ZVZCS- PWM 拓?fù)?，原邊加?/p>

50、位二極管，三相交流輸入整流后，加LC濾波，以提高輸入功率因數(shù)，主功率管選用IGBT，控制電路采用UC3875移相控制專用集成芯片，電流電壓雙閉環(huán)控制。具體設(shè)計(jì)主電路如圖3-2所示，包括三個(gè)部分:(1) 輸入整流濾波電路；(2) 單相逆變橋；(3) 輸出整流濾波電路.</p><p>　　3.2.1 輸入整流濾波電路</p><p>　　三相交流電經(jīng)電源內(nèi)部EMI濾波后，加到整流濾波模塊。E

51、MI濾波器的作用是濾除功率管開關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小電源內(nèi)部對(duì)電網(wǎng)的干擾，同時(shí)又能減小其他用電設(shè)備通過電網(wǎng)傳向電源的干擾。濾波電路采用LC 濾波，電感的作用是拓開電流導(dǎo)通時(shí)間，限制電流峰值，可以提高電源的輸入功率因數(shù)。濾波電容采用四個(gè)電解電容，兩個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)使用，滿足三相整流后的高壓要求。電阻R1、R2是平衡串聯(lián)電容上的電壓，高頻電容與電解電容并聯(lián)使用，濾除高頻諧波，彌補(bǔ)電解電容高頻特性差的缺陷。</p><

52、;p>　　圖3-2 電源主電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.2.2 單相逆變橋</p><p>　　單相逆變橋采用IGBT，以滿足高壓、高功率的要求。無感電容(C7、C8)并聯(lián)在兩橋臂之間，降低兩橋臂之間電壓尖峰的干擾，諧波電感，隔直電容、、防止變壓器的直流偏磁，原邊箝位二極管減輕副邊振蕩，主變壓器起到原、副邊的隔離、耦合作用，原、副邊各一副繞組，以滿足副邊采用全橋整流的要求，原邊加

53、交流互感器，檢測(cè)原邊電流作保護(hù)用。</p><p>　　3.2.3 輸出整流濾波電路</p><p>　　采用全橋整流滿足高壓的要求，高頻濾波電感，電解電容(E5、E6、E7)，高頻電容(，)濾除高頻諧波分量，共模電感()，Y電容(、)，抑制共模分量，電流采樣電阻～，輸出二極管D14，防止電池電流反灌。</p><p>　　3.3 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)</p&

54、gt;<p>　　該電源的輸入整流濾波電路同一般大功率PWM型開關(guān)電源的輸入整流濾波電路相似。主要包括兩部分組成:整流橋和輸入濾波電路。</p><p><b>　　3.3.1 整流橋</b></p><p>　　工作頻率為50Hz，輸入為三相交流電壓380V，采用三相整流橋。</p><p>　　(1) 整流橋的耐壓:</

55、p><p><b>　　考慮最大輸入電壓</b></p><p>　　=×1.2=380×1.2=456V</p><p>　　整流二極管的峰值電壓為</p><p>　　×=380×(1＋20%)×=640V</p><p>　　取50%的裕量 64

56、0×(1+50%)=960V</p><p>　　根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓等級(jí)，我們選擇整流橋的耐壓為1200V</p><p>　　(2) 整流橋的額定電流</p><p>　　因?yàn)殡娫吹妮斎牍β孰S效率變化，所以應(yīng)取電源效率最差時(shí)的數(shù)值。</p><p>　　在此，我們按一般開關(guān)電源的效率取值，取效率為80%</p>&

57、lt;p><b>　　電源的輸入功率:</b></p><p>　　P= =220×5/0.8=1375W</p><p>　　因最大輸入電流是在交流輸入電壓下限時(shí)，所以，</p><p>　　=380V×80%=304V,</p><p><b>　　最大輸入線電流: </b&

58、gt;</p><p><b>　　===2.61A</b></p><p>　　取整流橋的額定電流為10A 。</p><p>　　3.3.2 輸入整流電容</p><p>　　輸入電容器Cm決定于輸出保持時(shí)間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。E

59、為電網(wǎng)電壓最低時(shí)輸入三相橋式整流電路的輸出平均電壓:</p><p><b>　　E==Ea</b></p><p>　　其中Ea為交流輸入線電壓。</p><p><b>　　簡(jiǎn)易公式</b></p><p>　　E= 1.35×380×(1－20%)= 410V</p&

60、gt;<p>　　通過直流輸入電路的平均電流，為:</p><p><b>　　===3.35A</b></p><p>　　計(jì)算單相全波整流電路濾波電容的經(jīng)驗(yàn)公式為:</p><p>　　Cm=400～600</p><p>　　由于三相全波整流電路的基波頻率為單向電路的3倍，因此計(jì)算三相電路濾波電路的公

61、式為:</p><p>　　Cm=133～200</p><p><b>　　所以，</b></p><p>　　Cm= 200×3.35= 670uF</p><p>　　根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在實(shí)際電路中，我們選用1O00 uF/4OOV 的電解電容4只兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)組成濾波電容組。</p><

62、;p>　　3.3.3 輸入濾波電感</p><p>　　電感中最大電流為交流輸入電壓下限時(shí)通過直流輸入電路的平均電流=3.35A</p><p>　　理論上輸入濾波電感越大，電流脈動(dòng)越小，輸入功率因素越高，但受體積重量和價(jià)格的限制，并根據(jù)繞制廠家的現(xiàn)有工藝水平，選用C15×32×l05硅鋼片鐵心，線徑為1.6毫米，電感量為18mH的工頻電感。電感量的確定較難精確計(jì)

63、算，可通過實(shí)驗(yàn)確定。</p><p>　　3.4 逆變電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇</p><p>　　根據(jù)第二章的分析可知，該電源屬于大功率電源，采用全橋式功率轉(zhuǎn)換電路.</p><p>　　3.4.2 確定電路工作頻率f</p><p>　　考慮到開關(guān)管的參數(shù)、控制電路及主電路的特

64、性等因素，選取開關(guān)橋的工作頻率為30KHz。</p><p>　　3.4.3 高頻變壓器的計(jì)算</p><p>　　(1) 選擇工作磁通密度B</p><p>　　磁芯選用MX0-200鐵氧體材料。選取工作磁通密度B=900GS.</p><p>　　(2) 計(jì)算磁芯規(guī)格并計(jì)算原變繞組匝數(shù)</p><p>　　根據(jù)電源

65、所用高頻變壓器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，磁芯采用環(huán)形磁芯。</p><p>　　磁芯規(guī)格:D×d×h= 120×60×20 mm</p><p>　　D為環(huán)形磁芯的外直徑</p><p>　　d為環(huán)形磁芯的內(nèi)直徑</p><p><b>　　h為環(huán)形磁芯的厚度</b></p>&l

66、t;p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)高頻變壓器的總結(jié)公式:</p><p><b>　　= ×100</b></p><p>　　在公式中，應(yīng)取最大值。電路工作頻率為30KHz，T=33.4uS，為導(dǎo)通時(shí)間，根據(jù)計(jì)算的占空比，我們暫取11uS，為施加在原變繞組上的電壓幅值，其最大值為電網(wǎng)電壓最大時(shí)的三相整流濾波輸出值:</p><p>　　38

67、0×(1+ 20%)×=640V。</p><p><b>　　為磁芯截面積:</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　所以，計(jì)算所得高頻變壓器原邊繞組匝數(shù)為:</p><p><b>　　取整數(shù)為65T。</b></p&g

68、t;<p>　　(3) 計(jì)算副邊繞組匝數(shù)</p><p>　　按設(shè)計(jì)要求，輸出電壓最大值為286V，考慮從電源輸出端到負(fù)載之間傳輸線的壓降(取壓降<0.3V)，因此，該電源的最高輸出電壓為:</p><p>　　=325+0.3=325.3V</p><p>　　輸出整流二極管的壓降取2V:</p><p>　　濾波電感的

69、壓降取0.6V；</p><p>　　我們暫取開關(guān)橋的最大占空比=0.66；</p><p>　　因此，最高輸出電壓、額定負(fù)載時(shí)高頻變壓器副邊繞組最低電壓幅值為:</p><p>　　= (325.3+2+0.6)/0.66 = 496.8V</p><p><b>　　因此，根據(jù)公式:</b></p>&

70、lt;p><b>　　=</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　= 380×(1-20%)×1.35=410V</p><p>　　得到副邊繞組匝數(shù)為:</p><p><b>　　=</b></p>&

71、lt;p>　　因此，變壓器副邊繞組的匝數(shù)應(yīng)取整數(shù)79T。</p><p>　　原邊繞組必須重新修正，為</p><p>　　所以，變壓器原邊繞組的匝數(shù)還應(yīng)取整數(shù)65T。</p><p>　　(4) 計(jì)算實(shí)際占空比</p><p>　　在輸入電壓最低，輸出電壓最高時(shí)有最大占空比</p><p>　　= 380

72、15;(1-20%)×1.35=410V</p><p>　　=×/= 79×410/65= 498V</p><p><b>　　=</b></p><p>　　在輸入電壓最高，輸出電壓最低的時(shí)候有最小占空比</p><p>　　=×/= 79×640/65= 777V

73、</p><p><b>　　設(shè)此時(shí)+= 1V</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　相應(yīng)的導(dǎo)通脈寬:</b></p><p>　　T/2=0.658×33.4/2=10.98uS</p><p>　　T/

74、2=0.252×33.4/2=4.2uS</p><p>　　(5) 選擇繞組導(dǎo)線線徑</p><p>　　取負(fù)載電流為額定負(fù)載電流的105%，則流過輸出電感的電流平均值為5×120% =5.25A，流過副邊繞組的電流幅值即為流過電感的電流幅值，即為</p><p>　　=5.25A/=5.25/0.658=7.98A</p>&l

75、t;p>　　其平均值 = 5.25A</p><p>　　其有效值 = 5.25A</p><p>　　考慮到存在集膚效應(yīng)，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，3OKHz時(shí)的穿透深度為0.3815mm，因此，選用的導(dǎo)線線徑不得大于0.763mm。為繞制方便，選用線徑為0.31mm的導(dǎo)線。取電流密度J=3A/mm，單根導(dǎo)線載流量為0.2264A，因而需用5.25/0.2264=23.18根，因而選用24根

76、絞合而成。</p><p>　　原邊繞組流過的電流為雙向電流，其寬度為，其幅度由折算負(fù)載電流，折算到輸出電感電流增量以及勵(lì)磁電流等三部分組成，前兩者也如副邊平均幅值電流那樣取平均折算電流幅值，即</p><p>　　=×/= 79×5.25/65= 6.1A</p><p>　　設(shè)勵(lì)磁電流幅值為折算副邊電流幅值的8%，即:</p>

77、<p>　　= 0.08×= 0.08×5.25= 0.42A</p><p>　　它是鋸齒形電流，我們將其轉(zhuǎn)換成平均值在疊加到副邊電流上。</p><p><b>　　的平均值為</b></p><p>　　=/2= 0.42/2= 0.21A</p><p>　　因此，原邊繞組等效矩形波

78、電流幅值為</p><p>　　= += 5.25+0.21= 5.46A</p><p><b>　　其有效值為:</b></p><p>　　==5.46×=4.43A</p><p>　　原邊線徑仍取0.31mm，電流密度J=3A/mm，單根導(dǎo)線載流量為0.2264A，因而需用4.43/0.2264=19

79、.57根，取整數(shù)選用0.31mm高強(qiáng)度漆包圓銅線20根絞合而成。</p><p>　　(6) 校核窗口面積</p><p>　　120×60×20磁芯窗口面積為:</p><p><b>　　= =2826mm</b></p><p>　　原邊繞組0.31mm導(dǎo)線的最大外徑可由相關(guān)文獻(xiàn)查得為0.37m

80、m，因此原邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:</p><p><b>　　=</b></p><p>　　副邊繞組占有的標(biāo)稱面積為:</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　占空系統(tǒng)為:</b></p><p>　　= (+)/= (1

81、95+140)/2826= 0.12</p><p>　　可見窗口面積綽綽有余。</p><p>　　(7) 校核繞組壓降及功耗</p><p>　　120×60×20磁環(huán)的高度為2cm，徑向厚度為3cm，設(shè)副邊繞組平均匝長(zhǎng)為15cm，由相關(guān)文獻(xiàn)查得0.31mm導(dǎo)線的銅心截面積為0.07548 mm，所以其截面積為:</p><

82、;p>　　= 23×0.07548= 1.736 mm</p><p><b>　　單個(gè)繞組的電阻為</b></p><p>　　==O.O168×(15×0.01)×79/1.736=0.11</p><p>　　純銅在25℃時(shí)的電阻率為0.0168 mm/m</p><p&g

83、t;　　式中(15×0.01)是把厘米換算成公式需要的米度量單位.</p><p><b>　　副邊繞組的功耗為:</b></p><p>　　== 5.25×0.11=3.03W</p><p>　　設(shè)原邊繞組的平均匝長(zhǎng)約為12cm，由相關(guān)文獻(xiàn)查得0.31mm導(dǎo)線的銅心截面積為0.07548 mm，所以其截面積為:<

84、/p><p>　　= 20×0.07548= 1.51mm</p><p><b>　　其中，電阻為；</b></p><p>　　==0.0168×12×0.01×65/1.51=0.08</p><p><b>　　原邊繞組的功耗為:</b></p>

85、;<p>　　== 4.43×0.658×0.08=1.03W</p><p>　　變壓器得到繞組的總損耗:</p><p>　　= += 3.03+1.03= 4.06W</p><p>　　3.5 輸出整流濾波電路</p><p>　　輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻

86、變壓器輸出的高頻交變電壓或電流編程要求的輸出電壓或電流。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。下面對(duì)輸出整流電路的各部分進(jìn)行一下分析與計(jì)算。</p><p>　　3.5.1 輸出整流二極管</p><p>　　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。</p><p>　　(1) 輸出整流二極管

87、的耐壓</p><p>　　高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值為:</p><p>　　=×=380×(1+20%)××=783.6V</p><p>　　所以加在輸出整流二極管上最高的反壓為783.6V</p><p>　　(2) 輸出整流二極管的電流</p><p>　　輸出整

88、流二極管流出的電流即為流過輸出濾波電感的電流，所以其有效值為5.25A。</p><p>　　根據(jù)以上分析，同時(shí)考慮一定的裕量，選取RURU3O12O作為輸出二極管。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。</p><p>　　3.5.2 輸出濾波電感</p><p>　　根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的公式可以得到:L﹥</p><p>　　選為額定負(fù)載

89、電流的5%，即= 5×5% =0.25A</p><p>　　T=1/=1/30×10=33.3uS</p><p>　　=(*T)/2=4.2uS</p><p><b>　　= 783.6V</b></p><p>　　此時(shí)的電感電流增量不得大于2，所以</p><p>　

90、　L===4.94×10H</p><p>　　所以選取濾波電感為4.94×10H</p><p>　　3.5.3 輸出濾波電容</p><p>　　(1) 根據(jù)輸出紋波電壓來計(jì)算濾波電容的大小:</p><p>　　C===11.66×10F</p><p>　　(2) 根據(jù)輸出電壓動(dòng)態(tài)

91、幅度來求出濾波電容的大小</p><p><b>　　C=</b></p><p>　　其中，為輸出電流的最大值取5A，Vp為電源從滿載突變到空載時(shí)輸出電壓的上沖幅度，取該值為22lV</p><p>　　因此，輸出濾波電容為:</p><p><b>　　C==334uF</b></p>

92、;<p>　　取以上兩者最大值，并考慮一定裕量，最后取C= 5OOuF</p><p>　　第4章 控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 PWM集成控制器的基本原理</p><p>　　PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋控制，可滿足穩(wěn)定電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還

93、有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　1. 當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時(shí)，開關(guān)自動(dòng)關(guān)斷；</p><p>　　2. 自動(dòng)消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，并開關(guān)電源輸出端3OOHz以下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；</p><p>　　3. 多臺(tái)開關(guān)電源并聯(lián)工作時(shí)，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力；</p><p>　　4.

94、 具有更快的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng):</p><p>　　圖4-1脈寬調(diào)制集成控制器的框圖及其波形圖</p><p>　　常用的脈寬調(diào)制(PWM)型集成控制器如圖4-1所示的幾個(gè)部分組成。基準(zhǔn)電壓和采樣反饋信號(hào)通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號(hào)和鋸齒波(或三角波)比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。有些控制器僅有一個(gè)輸出端，而多數(shù)控制器都設(shè)有用觸發(fā)器和“與”門電路組成的相位分離器，用它來

95、將單-脈沖變換成交替變化的二路脈沖輸出，用于供驅(qū)動(dòng)推挽和橋式變換器中的功率開關(guān)管，此時(shí)變換器的工作頻率等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器振蕩頻率的一半。當(dāng)然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅(qū)動(dòng)單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管，此時(shí)開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率就等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器的頻率。</p><p>　　4.2 高速脈寬調(diào)制器UC3825</p><p>　　根據(jù)我們所設(shè)計(jì)的系

96、統(tǒng)的要求，我們選用的PWM集成控制器為UC3825。下面將詳細(xì)介紹此芯片的主要特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用及調(diào)試。</p><p>　　4.2.1 主要特點(diǎn):</p><p>　　適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路；</p><p>　　實(shí)際開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；</p><p>　　輸出脈沖最大傳輸延遲時(shí)間為50ns；</p><

97、p>　　具有兩路大電流推拉式輸出(峰值電流為2A)；</p><p>　　內(nèi)有寬頻帶誤差信號(hào)放大器；</p><p>　　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)；</p><p>　　帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯；</p><p><b>　　具有軟啟動(dòng)控制；</b></p>

98、<p>　　內(nèi)有逐脈沖限流比較器；</p><p>　　具有全周期再啟動(dòng)的封鎖式過流比較器；</p><p>　　啟動(dòng)電流很小--(典型值為10OmA):</p><p>　　欠壓鎖定--16V∕1OV(B型)</p><p>　　在欠壓鎖定期間，輸出低電平；</p><p>　　可調(diào)整的帶隙基準(zhǔn)電壓；<

99、;/p><p>　　可調(diào)的上升沿封鎖閥值，可調(diào)低上升沿噪音。</p><p>　　4.2.2 極限參數(shù):</p><p>　　電源電壓(15，B腳) 22V</p><p>　　輸出腳電流(流出或流入) (11，14腳)</p><p>　　直流

100、 0.5A</p><p>　　脈沖(0.5ms) 2.2A</p><p>　　地線(12腳) -0.2V</p><p><b>　　模擬輸入</b></p><p>　　(l，2，7腳)

101、 -0.3～-7V</p><p>　　(9，8腳) -0.3～-6V</p><p>　　時(shí)鐘輸出電流(4腳) -5mA</p><p>　　誤差放大器輸出電流(3腳) 5mA</p><p>　　軟啟動(dòng)電流(8腳)

102、20mA</p><p>　　震蕩器充電電流(5腳) -5mA</p><p>　　功耗(溫度60℃) 1W</p><p>　　儲(chǔ)存溫度范圍 -65～-150℃</p><p>　　焊接溫度(焊接時(shí)間為10s) 300℃</p>

103、;<p>　　(注:所有電壓均以地線電壓為基準(zhǔn)；流入管腳的電流為正值。)</p><p>　　4.2.3 內(nèi)部電路工作原理</p><p>　　該芯片內(nèi)部電路如圖4-2所示。它由振蕩器、PWM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、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)器等組成。我們將詳細(xì)介紹各部分的情況，以理解芯片的工作原理。</p>&

104、lt;p>　　圖4-2 UC3825內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　(1) 振蕩器</b></p><p><b>　　圖4-3振蕩電路</b></p><p><b>　　(2) 上升沿封鎖</b></p><p>　　圖4-4上升沿封鎖工作波形</p

105、><p>　　(3) 大電流輸出電路</p><p>　　圖4-5功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　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PGND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

106、干擾。每個(gè)輸出端(OUT)到和PGND之間，都應(yīng)加入一只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鉗位在電源電壓，這對(duì)任何電感性和電容性負(fù)載都是必要的。</p><p>　　4.3 UC3825的調(diào)試</p><p>　　UC3825是控制電路的核心，通過前面的介紹，我們知道，這種PWM集成控制器集成了很多的功能，以前需

107、要用分立單元完成的功能，現(xiàn)在都可以通過UC3825來完成，它的-般用法如圖5-7所示。</p><p>　　圖4-6 UC3825的工作電路</p><p>　　圖4-6中，為參考電壓，在我們?cè)O(shè)計(jì)的電路中的用途是供給線性光耦合器控制部分的電壓； 和用來調(diào)節(jié)PWM的最大占空比和振蕩頻率；輸入是從端口2進(jìn)入，OutA和OutB是PWM信號(hào)的輸出端口，信號(hào)的幅值由端口13的決定。OutA和Out

108、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)。通過實(shí)驗(yàn)我們測(cè)得端口2的數(shù)值范圍為:0.945V～2.132V，根據(jù)系統(tǒng)的具體情況，最大占空比我們?cè)O(shè)計(jì)為=40%，因?yàn)楣β蔒OSFET的截止時(shí)間比導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，如果過大，將會(huì)導(dǎo)致橋臂短路的情況。</p><p>　　通過實(shí)驗(yàn)可知，UC3825的2腳輸入和OutA、OutB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UC382

109、5的2腳輸入為，輸出的PWM信號(hào)占空比為D。從表4-1中的數(shù)據(jù)可以看出，端口2的數(shù)值范圍為:0.945V～2.132V，而PWM脈沖信號(hào)的占空比在0%～40%之間變化，與上述的結(jié)論是吻合的。</p><p>　　表4-1 UC3825輸入與輸出占空比的關(guān)系</p><p>　　4.4 反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　高頻開關(guān)電源是一個(gè)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流

110、反饋控制，外環(huán)是電壓反饋控制。電流反饋控制很簡(jiǎn)單，只需在開關(guān)變換器和高頻變壓器之間加上一個(gè)檢測(cè)電流的互感器，將檢測(cè)值引入到UC3825的第9個(gè)管腳限流端(I LIM ) ,系統(tǒng)就可以在負(fù)載過大的時(shí)候關(guān)斷輸出，這種情況在前面的部分已經(jīng)介紹；下面我們?cè)敿?xì)介紹電壓反饋控制。</p><p>　　反饋電壓從主電路輸出端直接實(shí)時(shí)采樣，與整定電壓比較后輸入到比例積分放大器，其輸出值經(jīng)過隔離后輸入到UC3825的第2個(gè)管腳，以

111、控制PWM信號(hào)的占空比從而控制主電路輸出電壓的變化。其中隔離部分的具體電路如圖4-8所示。在圖4-7中，指的是一個(gè)精密線性光禍，因?yàn)榉答侂妷菏侵苯訌闹麟娐返妮敵龆瞬蓸?，由于主電路和控制電路是需要隔離的，所以光耦隔離是必不可少的，但是，一般光禍的輸出是不能反應(yīng)輸入的大小的，我們選用線性光耦合器，即可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離，又可以實(shí)現(xiàn)比例傳輸，為了實(shí)現(xiàn)精確地控制，我們選用了一種精密線性光禍合器。</p><p>　　圖4-7

112、 線性光耦隔離的電壓反饋電路</p><p>　　由圖4-8中可以看出，這個(gè)精密線性光耦合器是由一個(gè)紅外光LED照射分叉配置的一個(gè)隔離反饋光二極管和一個(gè)輸出光二極管。反饋光二極管吸收LED光通量的一部分而產(chǎn)生控制信號(hào)。該信號(hào)可用來調(diào)節(jié)LED的驅(qū)動(dòng)電流，這種技術(shù)可用來補(bǔ)償LED的時(shí)間和溫度特性的非線性。輸出光二極管產(chǎn)生的輸出信號(hào)與LED發(fā)出的伺服光通量成線性比例。在應(yīng)用中，我們用運(yùn)放作為輸入以驅(qū)動(dòng)LED，反饋光二極

113、管產(chǎn)生的電流流過,接到運(yùn)放的反向輸入端。光電流的值滿足: =/，此電流與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提供足夠的電流以保持運(yùn)放的正向和反向輸入端等電壓。同理，我們得到:</p><p><b>　　=/</b></p><p>　　表示正向增益，則我們定義此電路的傳輸增益為，應(yīng)滿足如下的關(guān)系:</p><p&g

114、t;<b>　　=/</b></p><p>　　可見，輸入與輸出滿足如下的關(guān)系:</p><p><b>　　=(/)</b></p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，LED應(yīng)工作在1-1OmA左右，在此范圍內(nèi)，傳輸增益為0.9～1.10之間的一個(gè)值，它的線性誤差為±0.25%。</p><p&g

115、t;　　此電路的關(guān)鍵是線性光禍要工作在其線性范圍內(nèi)，需要選擇合適的前置運(yùn)放和計(jì)算電路中的電阻值。</p><p>　　選擇線性光耦合器能很好地完成隔離和比例傳輸?shù)墓δ埽似骷倪x用和外圍參數(shù)的選擇都很成功，實(shí)驗(yàn)效果滿意。</p><p>　　下面我們將設(shè)計(jì)一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。實(shí)質(zhì)上，如果在應(yīng)用中，直接將反饋信號(hào)接入到輸入端，則效果并不是很好，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)，在反饋電路中，加入了一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，以

116、達(dá)到的對(duì)輸出的更好控制效果。如圖4-8所示。圖4-8中，表示整定電壓，表示反饋電壓，由主電路輸出直接通過比例系數(shù)K反饋到慣性環(huán)節(jié)中，和C組成的比例積分電路構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器，以減少系統(tǒng)的超調(diào)，降低系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度。由運(yùn)放的性質(zhì)知: =，中幾乎無電流，所以:</p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　可得如下的式子:</b>

117、;</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　由上兩式得:</b></p><p><b>　　==</b></p><p><b>　　整理化簡(jiǎn)可得:&l

118、t;/b></p><p><b>　　=()()-- </b></p><p><b>　　假設(shè)滿足:</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　則上式可表示為:</b></p><p>&

119、lt;b>　　=（）-</b></p><p><b>　　其中:</b></p><p><b>　?。ǎ?-比例部分；</b></p><p><b>　　---積分部分</b></p><p>　　由前面的論述可知，在1.871V-4.680V之間變化，