準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的設(shè)計</p><p>　　Design of Quasi-resonant switching power supply</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了目前開關(guān)

2、電源領(lǐng)域的發(fā)展概況，和典型開關(guān)電源主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。分析了存在于開關(guān)電源中的影響電源效率的因素，提出了當(dāng)今高效率功率變換要解決的問題，那就是開關(guān)管的開關(guān)損耗問題，分析了一種提高開關(guān)電源效率的實現(xiàn)方法----準(zhǔn)諧振開關(guān)電源。</p><p>　　論文針對主電路中各主要元件參數(shù)進(jìn)行了具體計算。確定各分電路和所選元器件。在控制電路設(shè)計中，經(jīng)過綜合比對選用開關(guān)電源專用芯片UC3867作為主要控制芯片，結(jié)合信號檢測技術(shù)，設(shè)

3、計具有完善控制和保護(hù)功能的電源系統(tǒng)，開關(guān)電源的效率達(dá)到85%以上。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞</b></p><p>　　變換器 軟開關(guān) 效率</p><p><b>　　Abstract </b></p><p>　　The current development of sw

4、itching power supply field is introduced. And various topology structures of main circuits of Switch power supply(SPS). Ingredients that affect the efficiency of SMPS are analized. Major problems that need to be solved i

5、n high efficiency power convert are put forward, include loss of switch, loss while switching on and etc. High efficiency power convert idea is put forward: quasi- resonant switching power supply.</p><p>　　t

6、he parameters of main components of main circuit are computed. Determine the sub-circuit and the selected components. At the same time, it points out the key factors. After comprehensive comparison, UC3867 chip is select

7、ed as the main control chip in designing of control circuit. The technology of detection is combined to compose the power supply system, which designs the perfect control and protection function. The efficiency of switch

8、ing power supply is more than 85%.</p><p>　　Keywords: converter soft switching technology efficiency</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b><

9、;/p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 選題的目的和意義2</p><p>　　1.3 課題可行性分析3</p><p><b>　　2 開關(guān)電源4</b></p><p>　　2.1 開關(guān)電源的種類及特點4</p

10、><p>　　2.2 開關(guān)電源的效率分析14</p><p>　　3 電路設(shè)計16</p><p>　　3.1 軟開關(guān)電路的種類、特點16</p><p>　　3.2 軟開關(guān)電路的選用原則19</p><p>　　4 準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的設(shè)計22</p><p>　　4.1 主電路

11、的設(shè)計22</p><p>　　4.2 軟開關(guān)的設(shè)計24</p><p>　　4.3 控制電路的設(shè)計27</p><p>　　4.4 交流濾波整流輸入的設(shè)計34</p><p><b>　　5 結(jié)論37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b&g

12、t;</p><p><b>　　致 謝39</b></p><p>　　附錄一 控制電路圖40</p><p>　　附錄二 原理圖總圖41</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b>

13、;</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的告訴發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計算機(jī)電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備控制設(shè)備等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，正是由于開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用和普及，使開關(guān)電源技術(shù)得到迅速發(fā)展。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制和

14、調(diào)節(jié)開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷，維持輸出電壓穩(wěn)定的一種電源。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。</p><p>　　隨著集成電路的集成度的提高，微型計算機(jī)的體積也隨之不斷的減小，這時線性直流穩(wěn)壓電源已不再適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)備的工作應(yīng)用。于是，開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源替代了線性電源，并使微型計算機(jī)實現(xiàn)了微型化。時至今日，幾乎所有的微機(jī)、筆記本電腦的電源適配器都是開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)。<

15、;/p><p>　　直流電源是將工頻電網(wǎng)電能轉(zhuǎn)變成直流形式電源的一種電子儀器設(shè)備。直流電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，科學(xué)研究和工程應(yīng)用實踐對電源的需求逐年增多，對其精度、性能、規(guī)格、品種、類型、體積、智能化操作等方面都提出了許多新的要求，現(xiàn)有的直流電源已經(jīng)不能滿足各領(lǐng)域中的許多要求，研究和開發(fā)適合要求的多種新型直流電源已經(jīng)成為一種客觀需求，而且其社會效益和經(jīng)濟(jì)效益都比較顯著。</p&g

16、t;<p>　　近幾年，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新一代功率器件，如MOSFET，IGBT等應(yīng)用，高頻逆變技術(shù)的逐步成熟，出現(xiàn)了大功率、高密度的開關(guān)電源，同線性電源相比較高頻率開關(guān)電源的突出特點是：效率高、體積小、重量輕、設(shè)計制造周期短。由于它的優(yōu)越特性，現(xiàn)在已逐漸取代了傳統(tǒng)的線性直流電源。采用脈寬調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)了對輸出電壓穩(wěn)壓和輸出電流的限流功能。</p><p>　　本設(shè)計采用的是半橋變換器和零電

17、流軟開關(guān)技術(shù)結(jié)合。將工頻電壓雙路整流，一路作為半橋功率變換的功率輸入，一路經(jīng)濾波穩(wěn)壓后為PWM控制電路提供穩(wěn)定工作電壓。設(shè)計具有完善控制和保護(hù)功能的電源系統(tǒng)，使我們設(shè)計的開關(guān)電源的效率達(dá)到85%以上。通過這次設(shè)計使我們掌握了開關(guān)電源設(shè)計技術(shù)，提高我們綜合運用知識的能力以及設(shè)計和開發(fā)能力，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 選題的目的和意義</p><p>

18、　　1.2.1 選題目的</p><p>　　準(zhǔn)諧振開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于電子、IT等產(chǎn)業(yè)。尤其隨著電力電子器件和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，作為用電設(shè)備心臟的電源系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化。以開關(guān)方式工作的直流穩(wěn)壓電源以其體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓效果好等特點，正逐步取代傳統(tǒng)電源的位置，成為了電源行業(yè)的主流形式。</p><p>　　通常，把開關(guān)元件上的電壓波形為正弦波狀的變換器稱為電壓諧振變換器，即

19、以零電壓開關(guān)ZVS（Zero Voltage Switching）方式工作，把流過開關(guān)的電流波形為正弦波狀的稱為電流諧振變換器，即以零電流開關(guān)ZCS（Zero Current Switching）方式工作。以上兩種變換器均稱為準(zhǔn)諧振變換器，譜振僅在開關(guān)管導(dǎo)通或截止時發(fā)生，使用了這類開關(guān)的變換器稱為部分諧振變換器。部分諧振變換器叫做準(zhǔn)諧振變換器，其中的零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)叫做軟開關(guān)。</p><p>　　20世紀(jì)

20、70年代世界電源史上發(fā)生了一場革命。提高振蕩器輸出頻率可降低高壓變壓器、電抗器、平滑電容器、高壓電容器等電子器件基本性能要求和結(jié)構(gòu)體積，進(jìn)而縮小電源體積。高頻化使電源體積大幅度的減小，輕巧便攜，實用性和使用方便性明顯得到改善。實現(xiàn)準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的發(fā)展要求。</p><p>　　1.2.2 選題意義</p><p>　　隨著電力電子應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，要求電子儀器和設(shè)備的可靠性不斷提高、功

21、能不斷增加、使用趨向自動化及智能化、體積小型化。開關(guān)電源的優(yōu)勢便顯示出來，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備中，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的支撐。另一方面，由于集成電路技術(shù)的普及及應(yīng)用，也促進(jìn)了電子設(shè)備的小型化和多功能化，使電子儀器和設(shè)備的成本不斷降低。但限制開關(guān)電源體積減小和重量減輕，主要是開關(guān)電源的變壓器、電抗器等磁性元件和平滑波形的電容器作用。雖說可通過提高開關(guān)頻率、減小磁性元件和平滑電容器的尺寸，

22、卻帶來元器件損耗增大、溫升增高。同時經(jīng)開關(guān)頻率提高后，受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣不僅會影響周圍電子設(shè)備，而且還會大大降低電源裝置本身的可靠性。目前，提高開關(guān)電源工作頻率的最有效的方法，是采用軟開關(guān)技術(shù)，即在開關(guān)管導(dǎo)通時加在開關(guān)兩端的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可以減少開關(guān)損耗，又可以控制浪涌的發(fā)生，使得噪聲很小。</p><p>　　開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，

23、高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。</p><p>　　基于以上考慮，針對于準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源的設(shè)計，既可以采用零電壓開關(guān)，也可以采用零電流開關(guān)，使整個電源達(dá)到體積小、重量輕、電磁兼容性好、成本低、可靠性高等特點。</p><p>

24、;　　1.3 課題可行性分析</p><p>　　目前，世界各國正在大力研制開發(fā)新型準(zhǔn)諧振開關(guān)電源，包含新的電源理論、新型模塊化電路、新型電子器件等，以滿足電子設(shè)備小型化、高效化和高性能化的時代發(fā)展要求。</p><p>　　如何進(jìn)一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，經(jīng)歷了諧振式開關(guān)模式、無源無損耗緩沖電路和同步整流器等幾個過程。最初，阻礙開關(guān)穩(wěn)壓電源效率提高的最主要的因素是開關(guān)管的開關(guān)損耗，因

25、此在這一階段，提高開關(guān)穩(wěn)壓電源效率是以減小或消除開關(guān)損耗為目的。這種電路拓?fù)淇梢耘cPWM控制方式兼容。在這個時期，還有最具代表性的電路拓?fù)?移相零電流開關(guān)半橋變換器電路拓?fù)?，電路拓?fù)涞玫搅吮容^廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源效率的進(jìn)一步提高成為社會需求的更高目標(biāo)。用原有的改善效率的解決方案無法達(dá)到目的，需要重新以電子器件的最新發(fā)展為基礎(chǔ)，研究高效率功率變換的基本思想和實現(xiàn)方式。通過上述的措施可以將開關(guān)電源的效率提高到85%以上。</p>

26、<p>　　減小開關(guān)損耗的各種軟開關(guān)技術(shù)受到了人們的青睞，軟開關(guān)技術(shù)使開關(guān)管工作在零開關(guān)狀態(tài)，從而大大減小了開關(guān)損耗，提高了開關(guān)變換器的效率。準(zhǔn)諧振開關(guān)技術(shù)結(jié)合了諧振技術(shù)和PWM技術(shù)的優(yōu)點，代表了開關(guān)電源的一個發(fā)展方向，但在整機(jī)產(chǎn)品的普及方面還需要許多工作。本文以UC3867為核心芯片設(shè)計了一款零電流準(zhǔn)諧振開關(guān)電源。</p><p><b>　　2 開關(guān)電源</b></

27、p><p>　　2.1 開關(guān)電源的種類及特點</p><p>　　顧名思義，開關(guān)電源就是利用電子開關(guān)器件（如晶體管、場效應(yīng)管、可控硅閘流管等），通過控制電路，使電子開關(guān)器件不停地“接通”和“關(guān)斷”，使電子開關(guān)器件對輸入電壓進(jìn)行脈沖調(diào)制，從而實現(xiàn)DC/AC、 DC/DC電壓變換，以及輸出電壓可調(diào)和自動穩(wěn)壓。</p><p>　　開關(guān)電源一般有三種工作模式：頻率可變、脈沖

28、寬度固定模式，頻率固定、脈沖寬度可變模式，頻率、脈沖寬度可變模式。頻率可變、脈沖寬度固定模式多用于DC/AC逆 變 電 源 ，或DC/DC電壓變換；頻率固定、脈沖寬度可變模式和頻率、脈沖寬度可變模式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。同樣，前一種工作方式多用于DC/AC逆變電源，或DC/DC電壓變換；后兩種工作方式多用于開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　根據(jù)開關(guān)器件在電路中連接的方式，目前比較廣泛使用的開關(guān)電源，大體上可分為：

29、串聯(lián)式開關(guān)電源、并聯(lián)式開關(guān)電源、變壓器式開關(guān)電源等三大類。其中，變壓器式開關(guān)電源（后面簡稱變壓器開關(guān)電源）還可以進(jìn)一步分成：單端變換和雙端變換等多種；根據(jù)變壓器的激勵和輸出電壓的相位，又可以分成：正激式、反激式、自激式和它激式等多種。</p><p>　　下面我們先對串聯(lián)式、并聯(lián)式、變壓器式等三種最基本的開關(guān)電源工作原理進(jìn)行簡單介紹，其它種類的開關(guān)電源也將逐步進(jìn)行詳細(xì)分析。</p><p>

30、;　　2.1.1 串聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　圖2-1-a是串聯(lián)式開關(guān)電源的最簡單工作原理圖，圖2-1-a中Ui是開關(guān)電源的工作電壓，即：直流輸入電壓；K是控制開關(guān)，R是負(fù)載。當(dāng)控制開關(guān)K接通的時候，開關(guān)電源就向負(fù)載R輸出一個脈沖寬度為Ton，幅度為Ui的脈沖電壓Up；當(dāng)控制開關(guān)K關(guān)斷的時候，又相當(dāng)于開關(guān)電源向負(fù)載R輸出一個脈沖寬度為Toff，幅度為0的脈沖電壓。這樣，控制開關(guān)K不停地“接通”

31、和“關(guān)斷”，在負(fù)載兩端就可以得到一個脈沖調(diào)制的輸出電壓uo。</p><p>　　圖2-1-b是串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的波形，由圖中看出，控制開關(guān)K輸出電壓uo是一個脈沖調(diào)制方波 ，脈 沖 幅 度Up等于輸入電壓Ui，脈沖寬度等于控制開關(guān)K的接通時間Ton，由此可求得串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的平均值Ua為：</p><p><b>　　（1）</b></p&g

32、t;<p>　　圖2-1 串聯(lián)式開關(guān)電源電路圖及其輸出波形</p><p>　　式中Ton為控制開關(guān)K接通的時間，T為控制開關(guān)K的工作周期。改變控制開關(guān)K接通時間Ton與關(guān)斷時間Toff的比例，就可以改變輸出電壓uo的平均值Ua 。一般人們都把 稱為占空比（Duty），用D來表示 ，即 ：</p><p><b>　?。?）</b></p>

33、<p><b>　　（3）</b></p><p>　　串聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo的幅值Up等于輸入電壓Ui，其 輸 出電 壓uo的平均值Ua總是小于輸入電壓Ui，因此，串聯(lián)式開關(guān)電源一般都是以平均值Ua為變量輸出電壓。所以，串聯(lián)式開關(guān)電源屬于降壓型開關(guān)電源。</p><p>　　串聯(lián)式開關(guān)電源也有人稱它為斬波器，由于它工作原理簡單，工作效率很高，因此其

34、在輸出功率控制方面應(yīng)用很廣。例如，電動摩托車速度控制器以及燈光亮度控制器等，都是屬于串聯(lián)式開關(guān)電源的應(yīng)用。如果串聯(lián)式開關(guān)電源只單純用于功率輸出控制，電壓輸出可以不用接整流濾波電路，而直接給負(fù)載提供功率輸出；但如果用于穩(wěn)壓輸出，則必須要經(jīng)過整流濾波。</p><p>　　串聯(lián)式開關(guān)電源的缺點是輸入與輸出共用一個地，因此，容易產(chǎn)生EMI干擾和底板帶電，當(dāng)輸入電壓為市電整流輸出電壓的時候，容易引起觸電，對人身不安全。&

35、lt;/p><p>　　2.1.2 反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　圖2-2是另一種串聯(lián)式開關(guān)電源，一般稱為反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源。這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源與一般串聯(lián)式開關(guān)電源的區(qū)別是，這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓，正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲能電感L只在開關(guān)K關(guān)斷時才向負(fù)載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電流比串聯(lián)式

36、開關(guān)電源輸出的電流小一倍。</p><p>　　在一般電路中大部分都是使用單極性電源，但在一些特殊場合，有時需要兩組電源，其中一組為負(fù)電源。因此，選用圖2-2所示的反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源作為負(fù)電源是很方便的。圖2-2中，Ui為輸入電源，K為控制開關(guān)，L為儲能電感，D為整流二極管，C為儲能濾波電容，R為負(fù)載電阻。當(dāng)控制開關(guān)K接通的時候，輸入電源Ui開始對儲能電感L加電，流過儲能電感L的電流開始增加，同時電流在儲能電感中

37、也要產(chǎn)生磁場；當(dāng)控制開關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時候，儲能電感會產(chǎn)生反電動勢，使電流繼續(xù)流動，并通過整流二極管D進(jìn)行整流，再經(jīng)電容儲能濾波，然后向負(fù)載R提供電流輸出?？刂崎_關(guān)K不斷地反復(fù)接通和關(guān)斷過程，在負(fù)載R上就可以得到一個負(fù)極性的電壓輸出。</p><p>　　圖2-2 反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源電路圖</p><p>　　2.1.3 并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理</p><p&

38、gt;　　并聯(lián)式開關(guān)電源的工作原理比較簡單，工作效率很高，因此應(yīng)用很廣泛，特別是在一些小電子產(chǎn)品中，并聯(lián)式開關(guān)電源作為DC/DC升壓電源應(yīng)用最廣。例如，很多使用干電池的手提式電器，由于干電池的電壓一般只有1.5V或3V，為了提高工作電壓，都是使用并聯(lián)式開關(guān)電源把工作電壓提高一倍。并聯(lián)式開關(guān)電源的缺點是輸入與輸出共用一個地，因此，容易產(chǎn)生EMI干擾。</p><p>　　圖2-3-a中Ui是開關(guān)電源的工作電壓，L是

39、儲能電感，K是控制開關(guān)，R是負(fù)載。圖2-3-b中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，Uo是開關(guān)電源輸出的電壓，Up是開關(guān)電源輸出的峰值電壓，Ua是開關(guān)電源輸出的平均電壓。</p><p>　　當(dāng)控制開關(guān)K接通時，輸入電源Ui開始對儲能電感L加電，流過儲能電感L的電流開始增加，同時電流在儲能電感中也要產(chǎn)生磁場；當(dāng)控制開關(guān)K由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷的時候，儲能電感會產(chǎn)生反電動勢，反電動勢產(chǎn)生電流的方向與原來電流的方向相同，因此，在負(fù)載上

40、會產(chǎn)生很高的電壓。</p><p>　　圖2-3 a是并聯(lián)式開關(guān)電源的最簡單工作原理圖b是并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的波形</p><p>　　在Ton期間，控制開關(guān)K接通，儲能濾波電感L兩端的電壓eL正好與輸入電壓Ui相等，即：</p><p>　　—— K接通期間 （4）</p><p>　　對上式進(jìn)行積分，可

41、求得流過儲能電感L的電流為：</p><p>　　—— K接通期間 （5）</p><p>　　式中iL為流過儲能電感L電流的瞬時值，t為時間變量，i（0）為流過儲能電感的初始電流，即：開關(guān)K接通前瞬間流過儲能電感的電流。一般當(dāng)占空比D小于或等于0.5時， i（0）= 0，由此可以求得流過儲能</p><p>　　電感L的最大電流ILm為

42、：</p><p>　　—— K接通期間（D = 0.5） （6）</p><p>　　式中Ton為控制開關(guān)K接通的時間。當(dāng)圖2-3-a中的控制開關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，儲能電感L會把其存儲的能量（磁能）通過反電動勢進(jìn)行釋放，儲能電感L產(chǎn)生的反電動勢為：</p><p>　　—— K關(guān)斷期間 （7）</p>&

43、lt;p>　　式中負(fù)號表示反電動勢eL的極性與（4）式中的符號相反，即：K接通與關(guān)斷時電感的反電動勢的極性正好相反。對（7）式階微分方程求解得：</p><p>　　—— K關(guān)斷期間 （8）</p><p>　　式中C為常數(shù)，把初始條件代入上式，就很容易求出C，由于控制開關(guān)K由接通狀態(tài)突然轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，流過儲能電感L中的電流iL不能突變，因此，i(Ton

44、+)正好等于流過儲能電感L的最大電流ILm ，所以（8）式可以寫為：</p><p>　　—— K關(guān)斷期間 （9）</p><p>　　圖2-3-a并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓uo等于：</p><p>　　—— K關(guān)斷期間 （10）</p><p>　　由（10）式可以看出，當(dāng)t=0時，即：K關(guān)斷瞬間，輸出電壓有最大值：</

45、p><p>　　—— K關(guān)斷瞬間 （11）</p><p>　　當(dāng)t等于很大時，并聯(lián)式開關(guān)電源輸出電壓的值將接近輸入電壓Ui，但這種情況一般不會發(fā)生，因為控制開關(guān)K的關(guān)斷時間等不了那么長。</p><p>　　從（11）式可以看出，當(dāng)并聯(lián)式開關(guān)電源的負(fù)載R很大或開路時，輸出脈沖電壓的幅度將非常高。因此，并聯(lián)式開關(guān)電源經(jīng)常用于高壓脈

46、沖發(fā)生電路。</p><p>　　2.1.4 正激式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓的瞬態(tài)控制特性和輸出電壓負(fù)載特性，相對來說比較好，因此，工作比較穩(wěn)定，輸出電壓不容易產(chǎn)生抖動，在一些對輸出電壓參數(shù)要求比較高的場合，經(jīng)常使用。</p><p>　　所謂正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈

47、正好有功率輸出。</p><p>　　圖2- 4是正激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖2- 4中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是開關(guān)變壓器，K是控制開關(guān)，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續(xù)流二極 管，D3是削反峰二極管，R是負(fù)載電阻。</p><p>　　在圖2- 4中，需要特別注意的是開關(guān)變壓器初、次級線圈的同名端。如果把開關(guān)變壓器初線圈或次級線圈的同名端弄反，圖2- 4就不

48、再是正激式變壓器開關(guān)電源了。</p><p>　　圖2-4 正激式變壓器開關(guān)電源電路圖</p><p>　　我們可知，改變控制開關(guān)K的占空比D，只能改變輸出電壓的平均值Ua ，而輸出電壓的幅值Up不變。因此，正激式變壓器開關(guān)電源用于穩(wěn)壓電源，只能采用電壓平均值輸出方式。</p><p>　　圖2- 4中，儲能濾波電感L和儲能濾波電容C，還有續(xù)流二極管D2，就是電壓

49、平均值輸出濾波電路。其工作原理與圖2-2的串聯(lián)式開關(guān)電源電壓濾波輸出電路完全相同，這里不再贅述。</p><p>　　正激式變壓器開關(guān)電源有一個最大的缺點，就是在控制開關(guān)K關(guān)斷的瞬間開關(guān)電源變壓器的初、次線圈繞組都會產(chǎn)生很高的反電動勢，這個反電動勢是由流過變壓器初線圈繞組的勵磁電流存儲的磁能量產(chǎn)生的。因此，在圖2- 4中，為了防止在控制開關(guān)K關(guān)斷瞬間產(chǎn)生反電動勢擊穿開關(guān)器件，在開關(guān)電源變壓器中增加一個反電動勢能量

50、吸收反饋線圈N3繞組，以及增加了一個削反峰二極管D3。</p><p>　　反饋線圈N3繞組和削反峰二極管D3對于正激式變壓器開關(guān)電源是十分必要的，一方面，反饋線圈N3繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管D3可以對反電動勢進(jìn)行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進(jìn)行充電；另一方面，流過反饋線圈N3繞組中的電流產(chǎn)生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強(qiáng)度恢復(fù)到初始狀態(tài)。</p><p&g

51、t;　　由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，此時，流過反饋線圈N3繞組中的電流正好接替原來勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值Bm返回到剩磁所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br位置，即：流過反饋線圈N3繞組中電流是由最大值逐步變化到0的。由此可知，反饋線圈N3繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢在對電源進(jìn)行充電的同時，流過反饋線圈N3繞組中的電流也在對變壓器鐵心進(jìn)行退磁。</p><p>　　2.1.5

52、 反激式變壓器開關(guān)電源工作原理</p><p>　　反激式變壓器開關(guān)電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設(shè)備中應(yīng)用最廣泛。</p><p>　　圖2-5 反激式變壓器開關(guān)電源電路圖</p><p>　　所謂反激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電

53、壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。</p><p>　　圖2-5-a是反激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖，圖2-5-a中， Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是開關(guān)變壓器，K是控制開關(guān)，C是儲能濾波電容，R是負(fù)載電阻。圖2-5-b是反激式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出波形。</p><p>　　把圖2-5-a與圖2-4-a進(jìn)行比較，如果我們把圖2-5-a中開關(guān)變壓

54、器次級線圈的同名端對調(diào)一下，原來變壓器輸出電壓的正、負(fù)極性就會完全顛倒過來，圖2-5-b所示的電壓輸出波形基本上就是從圖2-5-b的波形顛倒過來的 。不過 ，因為圖2-5-b的波形對應(yīng)的是純電阻負(fù)載，而圖2-5-b的負(fù)載是一個儲能濾波電容和一個電阻并聯(lián)。由于儲能濾波電容的容量很大，其兩端電壓基本不變，變壓器次級線圈輸出電壓uo相當(dāng)于被整流二極管和輸出電壓Uo進(jìn)行限幅，因此，圖2-5-b中輸出電壓uo的脈沖尖峰完全被削除，被限幅后的剩余電

55、壓幅值正好等于輸出電壓Uo的最大值Up，同時也等 于變壓器次級線圈輸出電壓uo的半波平均值Upa。</p><p>　　2.1.6 雙端式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　所謂雙端式變壓器開關(guān)電源，就是指在一個工作周期之內(nèi)，變壓器的初級線圈分別被直流電壓正、反激勵兩次。與單激式變壓器開關(guān)電源不同，雙端式變壓器開關(guān)電源一般在整個工作周期之內(nèi)，都向負(fù)載提供功率輸出。雙端式變壓器開關(guān)電源輸出

56、功率一般都很大，因此，雙端式變壓器開關(guān)電源在一些中、大型電子設(shè)備中應(yīng)用很廣泛。這種大功率雙激式變壓器開關(guān)電源最大輸出功率可以達(dá)300瓦以上，甚至可以超過1000瓦。</p><p>　　推挽式、半橋式、全橋式等變壓器開關(guān)電源都屬于雙激式變壓器開關(guān)電源。</p><p>　?。?）推挽式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　在雙激式變壓器開關(guān)電源中，推挽式變壓器開關(guān)電源

57、是最常用的開關(guān)電源。由于推挽式變壓器開關(guān)電源中的兩個控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，其輸出電壓波形非常對稱，并且開關(guān)電源在整個工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特性也很好。</p><p>　　推挽式變壓器開關(guān)電源是所有開關(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，所以推挽式變壓器開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于DC/AC逆變器，或DC/DC轉(zhuǎn)

58、換器電路中。</p><p>　?。?）半橋式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　半橋式變壓器開關(guān)電源也屬于雙激式變壓器開關(guān)電源，從原理上來說，半橋式變壓器開關(guān)電源也屬于推挽式變壓器開關(guān)電源，它是多種推挽式變壓器開關(guān)電源家庭成員之一。在半橋式變壓器開關(guān)電源中，也是兩個控制開關(guān)K1和K2輪流交替工作，開關(guān)電源在整個工作周期之內(nèi)都向負(fù)載提供功率輸出，因此，其輸出電流瞬間響應(yīng)速度很高，電壓輸出特

59、性也很好。</p><p>　　由于半橋式變壓器開關(guān)電源的兩個開關(guān)器件工作電壓只有輸入電壓的一半，因此，半橋式變壓器開關(guān)電源比較適用于工作電壓比較高的場合。</p><p>　　圖2-6是交流輸出半橋式變壓器開關(guān)電源的工作原理圖。圖中，K1、K2是兩個控制開關(guān)，它們工作的時候，總是一個接通，另一個關(guān)斷，兩個控制開關(guān)輪流交替工作；電容器C1、C2是儲能濾波電容，同時也是電源分壓電容，它們把電

60、源電壓一分為二；一個充滿電的電容，我們可以把它看成是一個電源，因此，我們可以把電容器C1、C2看成是兩個電源串聯(lián)對變壓器負(fù)載供電；T為開關(guān)變壓器，N1為變壓器的初級線圈，N2為變壓器的次級線圈，Ui為直流輸入電壓，R為負(fù)載電阻；uo為輸出電壓，io為流過負(fù)載的電流。</p><p>　　從圖2-6原理圖中可以看出，電容器C1和C2與控制開關(guān)K1和K2正好組成一個電橋的兩臂，變壓器作為負(fù)載被跨接于電橋兩臂的中間。但

61、由于電容器C1和C2的參數(shù)或電壓基本上沒有跟隨控制開關(guān)K1和K2的導(dǎo)通和截止同步變動，并且在實際應(yīng)用中為了節(jié)省成本，經(jīng)常只使用一個電容器C1或C2，因此，我們把圖2-6的電路稱為半橋式開關(guān)電源電路，或半橋式變壓器開關(guān)電源。</p><p>　　圖2-6中，電容器C1、C2首先要被輸入電源Ui充電，兩個充滿電的電容器相當(dāng)于兩個電源串聯(lián)。當(dāng)控制開關(guān)K1接通時，電容器C1兩端的電壓被加到變壓器初級線圈N1繞組的a、b兩

62、端，電容器C1將通過變壓器初級線圈N1繞組進(jìn)行放電；同時，由于互感的作用在變壓器次級線圈N2繞組的兩端也會輸出一個與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載R的兩端，使開關(guān)電源輸出一個正半周電壓。</p><p>　　當(dāng)控制開關(guān)K1由接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時，控制開關(guān)K2則由關(guān)斷轉(zhuǎn)為接通，電容器C2兩端的電壓被加到變壓器初級線圈N1繞組的b、a兩端，電容器C2也將通過變壓器初級線圈N1繞組進(jìn)行放電；同理，由于電磁感應(yīng)的作用

63、在變壓器次級線圈N2繞組的兩端也會輸出一個與N1繞組輸入電壓成正比的電壓，并加到負(fù)載R的兩端，使開關(guān)電源輸出一個負(fù)半周電壓。</p><p>　　由于電容器C1放電電流的方向正好與電容器C2放電電流的方向相反，因此，在變壓器次級線圈N2繞組的兩端輸出電壓uo是一個脈沖寬度與控制開關(guān)K1（或K2）接通時間對應(yīng)的方波。</p><p>　　由于輸入電源Ui直接與串聯(lián)電容器C1和C2連接在一起，

64、因此，在任一時刻，當(dāng)一個電容器在進(jìn)行放電的時候，另一個電容器就會進(jìn)行充電，兩個電容器充、放電的電荷總是相等。</p><p>　　圖2-6 半橋式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　半橋式變壓器開關(guān)電源與推挽式變壓器開關(guān)電源一樣，由于兩個開關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個開關(guān)電源同時輸出功率，其輸出功率約等于單一開關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，半橋式變壓器開關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)

65、橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動系數(shù)Sv和電流脈動系數(shù)Si都很小，僅需要很小的濾波電感和電容，其輸出電壓紋波和電流紋波就可以達(dá)到非常小。</p><p>　　半橋式變壓器開關(guān)電源最大的優(yōu)點是，對兩個開關(guān)器件的耐壓要求比推挽式變壓器開關(guān)電源對兩個開關(guān)器件的耐壓要求可以降低一半。因為，半橋式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)器件的工作電壓只有輸入電源Ui的一半，其最高耐壓等于工作電壓與反電動勢之和，大約是電源電壓的兩倍，

66、這個結(jié)果正好是推挽式變壓器開關(guān)電源兩個開關(guān)器件耐壓的一半。因此，半橋式變壓器開關(guān)電源主要用于輸入電壓比較高的場合，一般電網(wǎng)電壓為交流220伏供電的大功率開關(guān)電源大部分都是用半橋式變壓器開關(guān)電源。半橋式開關(guān)電源的變壓器初級線圈只需要一個繞組，這也是它的優(yōu)點，這對小功率開關(guān)電源變壓器的線圈繞制多少帶來一些方便。但對于大功率開關(guān)電源變壓器的線圈繞制沒有優(yōu)勢，因為，大功率開關(guān)電源變壓器的線圈需要用多股線來繞制。</p><p

67、>　　半橋式變壓器開關(guān)電源的缺點主要是電源利用率比較低，因此，半橋式變壓器開關(guān)電源不適宜用于工作電壓較低的場合。另外，半橋式變壓器開關(guān)電源中的兩個開關(guān)器件連接沒有公共地，與驅(qū)動信號連接比較麻煩。</p><p>　　半橋式開關(guān)電源最大的缺點是，當(dāng)兩個控制開關(guān)K1和K2處于交替轉(zhuǎn)換工作狀態(tài)的時候，兩個開關(guān)器件會同時出現(xiàn)一個很短時間的半導(dǎo)通區(qū)域，即兩個控制開關(guān)同時處于接通狀態(tài)。這是因為開關(guān)器件在開始導(dǎo)通的時候，

68、相當(dāng)于對電容充電，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)的時候，相當(dāng)于對電容放電，它從導(dǎo)通狀態(tài)到完全截止?fàn)顟B(tài)也需要一個過渡過程。</p><p>　　當(dāng)兩個開關(guān)器件分別處于導(dǎo)通和截止過渡過程時，即兩個開關(guān)器件都處于半導(dǎo)通狀態(tài)時半導(dǎo)通狀態(tài)時，相當(dāng)于兩個控制開關(guān)同時接通，它們會造成對電源電壓產(chǎn)生短路；此時，在兩個控制開關(guān)的串聯(lián)回路中將出現(xiàn)很大的電流，而這個電流并沒有通過變壓器負(fù)

69、載。因此，在兩個控制開關(guān)K1和K2同時處于過渡過程期間，兩個開關(guān)器件將會產(chǎn)生很大的功率損耗。為了降低控制開關(guān)過渡過程產(chǎn)生的損耗，一般在半橋式開關(guān)電源電路中，都有意讓兩個控制開關(guān)的接通和截止時間錯開一小段時間。</p><p>　　單電容半橋式變壓器開關(guān)電源比雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源節(jié)省一個電容器，這是它的優(yōu)點。另外，單電容半橋式變壓器開關(guān)電源剛開始工作的時候，輸出電壓差不多比雙電容半橋式變壓器開關(guān)電源是輸出電壓

70、高一倍，這種特點最適用于作為熒光燈電源，例如，節(jié)能燈或日光燈以及LCD顯示屏的背光燈等。</p><p>　?。?）全橋式變壓器開關(guān)電源</p><p>　　全橋式變壓器開關(guān)電源也屬于雙激式變壓器開關(guān)電源。它同時具有推挽式變壓器開關(guān)電源電壓利用率高，又具有半橋式變壓器開關(guān)電源耐壓高的特點。因此，全橋式變壓器開關(guān)電源經(jīng)常用于工作電壓高，輸出大功率大的場合。</p><p&

71、gt;　　2.2 開關(guān)電源的效率分析</p><p>　　現(xiàn)在的電源對于效率的要求越來越高了，從節(jié)能方面的要求講也是希望提高效率，但是效率提高的隨之帶來的是成本的提高，所以在效率與成本的權(quán)衡下選擇效率提高的方式，下面簡單介紹一下開關(guān)電源中提高效率的方法。</p><p>　　2.2.1 開關(guān)損耗</p><p>　　開關(guān)電源中的開關(guān)損耗占得比重是很大的，包括開關(guān)

72、元器件MOSFET和次級Diode的開關(guān)損耗，所以為了減小開關(guān)損耗，我們可以通過更改Mosfet的驅(qū)動電路來實現(xiàn)。使Mosfet的上升速度和下降速度比較快，這個樣子可以實現(xiàn)開關(guān)損耗的減小。另外Mosfet的選取也是比較重要的，我們應(yīng)該選取一些極間寄生電容比較小的Mosfet，這樣子也是可以提高開關(guān)速度。對于次級Diode的選取的話，我們可以通過選取一些Trr短的二極管，肖特基二極管。另外影響開關(guān)損耗的另一個關(guān)鍵的因素是變壓器的漏感，如果

73、可能的情況下，我們可以通過減小變壓器的漏感來減小整個開關(guān)電源的開關(guān)損耗。還有就是開關(guān)電源工作的時候，我們應(yīng)該設(shè)計的回路，盡可能的減小磁滯回線包含的面積，這個樣子也能減小開關(guān)電源的損耗，提高效率。還有就是選用諧振模式或者準(zhǔn)諧振模式的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一樣可以減少開關(guān)損耗。</p><p>　　2.2.2 導(dǎo)通損耗</p><p>　　由于各個元器件并不是理想的元器件，所以工作的時候都有壓降，這

74、個過程中就產(chǎn)生了導(dǎo)通損耗。對于Mosfet來說，他有個閾值電壓，當(dāng)Gs電壓大于閾值電壓時，就認(rèn)為Mosfet打開了，但是我們要讓他們工作在過驅(qū)動狀態(tài)，這個樣子能減小通態(tài)電阻，減小導(dǎo)通損耗</p><p>　　還有就是一個次級的整流二極管的導(dǎo)通損耗，很顯然，減小Vf可以降低導(dǎo)通損耗。</p><p>　　對于變壓器來說，提高線徑，可以減少DCR,進(jìn)而減小導(dǎo)通損耗。</p>&l

75、t;p>　　2.2.3 其它的因素</p><p>　　對于整流來說，我們可以采用同步整流的方法，用Mosfet來做，這個樣子，可以減少用二極管來整流的導(dǎo)通損耗。</p><p><b>　　3 電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1 軟開關(guān)電路的種類、特點</p><p>　　新型的軟開關(guān)電路根據(jù)發(fā)展

76、歷程可分成三類:一類是以諧振技術(shù)為代表的準(zhǔn)諧振電路, 一般采用變頻控制(PFM);第二類是零開關(guān)電路; 第三類是零轉(zhuǎn)換電路。第二類和第三類一般采用脈沖寬度控制(PWM )。</p><p>　　3.1.1 準(zhǔn)諧振型電路</p><p>　　準(zhǔn)諧振電路中電壓或電流的波形為正弦半波, 因此稱之為準(zhǔn)諧振。準(zhǔn)諧振電路可以分為零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路, 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路, 零電壓開關(guān)多諧振電路。圖

77、3-1所示為準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元。圖3-1-b所示為零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路及工作波形。電路中所增加的諧振電感Lr和諧振電容Cr與電路中的濾波電容C和濾波電感L 相比要小得多。當(dāng)軟開關(guān)電路中S關(guān)斷后, 諧振電感Lr和諧振電容Cr發(fā)生諧振, 電路中電壓或電流的波形類似于正弦半波。開關(guān)S兩端的電壓在開通前就已經(jīng)降為了零。從圖3-1-b可以看出諧振的引入使得電路的開關(guān)損耗和開關(guān)躁聲都大大下降, 但也帶來一些負(fù)面問題; 諧振電壓峰值高, 要求電

78、力電子器件的耐壓必須提高; 而諧振電流的有效值很大, 電路中存在大量的無功功率的交換,導(dǎo)致電路導(dǎo)通損耗加大; 諧振周期隨輸入電壓、負(fù)載變化而變化。</p><p>　　a 零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元　b 零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元</p><p>　　c 零電壓開關(guān)多諧振電路的基本開關(guān)單元</p><p>　　圖3-1 準(zhǔn)諧振電路的基本開關(guān)單元&l

79、t;/p><p>　　3.1.2 零開關(guān)PWM電路</p><p>　　這類電路中引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生于開關(guān)過程前后，零開關(guān)PWM電路可分為零電壓開關(guān)PWM電路(ZVS—PWM)和零電流開關(guān)PWM(ZCS-PWM)。圖3-2所示為零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)PWM電路基本開關(guān)單元。其中S1為主開關(guān)，S2為輔助開關(guān)。</p><p>　　a零電壓開

80、關(guān)PWM電路基本開關(guān)單元　b零電流開關(guān)PWM電路基本開關(guān)單元</p><p>　　圖3-2 零電壓開關(guān)和零電流開關(guān)PWM電路基本開關(guān)單元</p><p>　　a ZCS—PWM的電路　b ZCS—PWM的波形圖</p><p>　　圖3-3 ZCS—PWM電路及波形圖</p><p>　　圖3-3所示為ZCS—PWM電路及波形圖，為了使主

81、開關(guān)S1零電流關(guān)斷，又引入了輔助開關(guān)S2。主開關(guān)S1首先開通, 通過開關(guān)S1 的電流逐漸增加至輸入電流值, 此時二極管VD1、VD2 關(guān)斷, 電容Cr反向充電至Vo；輔助開關(guān)S2開通后, 電容Cr與Lr2諧振, 當(dāng)電容Cr兩端電壓降至零時，二極管VD1導(dǎo)通, 電容C r 與電感Lr1、Lr2諧振至二極管VD3、VD4開通, 兩開關(guān)S1、S2實現(xiàn)ZCS關(guān)斷。此電路可以使開關(guān)S1、S2實現(xiàn)了ZCS 關(guān)斷, 但兩開關(guān)是硬開通, 電容Cr與電感

82、Lr2, 電容Cr與電感Lr1、Lr2的諧振回路要通過輸出端, 會增大輸出端的電壓波動。</p><p>　　從圖3-3可以看出, 零開關(guān)電路同諧振電路相比有很多明顯優(yōu)勢: 電壓和電流基本上是方波, 只是上升沿和下降沿較緩, 開關(guān)承受的電壓明顯降低, 電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。</p><p>　　3.1.3 零轉(zhuǎn)換PWM 電路</p><p>　

83、　這類軟開關(guān)電路仍然采用輔助開關(guān)控制諧振的開始時刻, 諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的, 因此輸入電壓和負(fù)載電流對電路的諧振過程影響很小, 電路在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)從零負(fù)載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。 電路中無功功率的交換被削減到最小, 這使得電路效率有了進(jìn)一步提高。此類電路可分為零電壓轉(zhuǎn)換PWM (ZVT—PWM)和零電流轉(zhuǎn)換PWM (ZCT—PWM)。如圖3-4所示為零電壓轉(zhuǎn)換和零電流轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元。</p>

84、<p>　　(a) 零電壓轉(zhuǎn)換基本開關(guān)單元　(b)零電流轉(zhuǎn)換基本開關(guān)單元</p><p>　　圖3-4 零電壓轉(zhuǎn)換和零電流轉(zhuǎn)換PWM 電路基本開關(guān)單元</p><p>　　圖3-5所示電路為ZVT—PWM電路及波形圖。主開關(guān)S1關(guān)斷后, 其寄生電容Cr1被恒流充電至輸出電壓VO, 為輔助開關(guān)S2提供ZV-ZCS關(guān)斷, 此時二極管VD0及VD4導(dǎo)通; 開關(guān)S2關(guān)斷后, 電感Lr與

85、開關(guān)S2寄生電容Cr2發(fā)生諧振至開關(guān)S2兩端電壓等于VO, 二極管VD3導(dǎo)通; 當(dāng)流過電感L r 的電流減少至零時, 電感Lr與開關(guān)S1、S2的寄生電容Cr1、Cr2諧振, 諧振結(jié)束時, 開關(guān)S 1 和S 2 兩端電壓與流過兩開關(guān)的電流均為零, 開關(guān)S 1 和S 2 實現(xiàn)了ZV - ZCS 開通。 此電路使開關(guān)S 1、 S 2 實現(xiàn)ZV - ZCS 開通, S1 實現(xiàn)了ZV S 關(guān)斷, 二極管的反向恢復(fù)得到抑制, 開關(guān)電壓電流應(yīng)力較小電

86、路結(jié)構(gòu)簡單。但電感L r 始終有電流流過, 導(dǎo)致電流中環(huán)流較大, 增大通態(tài)損耗。</p><p>　　a ZVT—PWM的電路　b ZVT—PWM的波形圖</p><p>　　圖3-5 ZVT—PWM電路及波形圖</p><p>　　3.2 軟開關(guān)電路的選用原則</p><p>　　開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多

87、級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(dá)（0.5~1）%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點。</p><p>　　3.2.1 輸出電流的選擇 </p><p>　　因開關(guān)電源工作效率高，一般可達(dá)到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使

88、被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： </p><p><b>　　Is=KIf </b></p><p>　　式中：Is—開關(guān)電源的額定輸出電流； </p><p>　　If—用電設(shè)備的最大吸收電流； </p><p>　　K—裕量系數(shù)，一般取1.5~1.8； </p>&l

89、t;p>　　3.2.2 接地 </p><p>　　開關(guān)電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICE1000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。 </p><p&

90、gt;　　3.2.3 保護(hù)電路</p><p>　　開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。 </p><p>　　3.2.4 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向 </p><p>　　開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲

91、、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新

92、，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源工作效率。對于高可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。 </p><p>　　模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將

93、隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。 </p><p>　　4 準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的設(shè)計</p><p>　　4.1 主電路的設(shè)計</p><p>　　準(zhǔn)諧振開關(guān)電源是一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)，它包括主回路、控制回路和保護(hù)環(huán)節(jié)等。

94、準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的系統(tǒng)圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖</p><p>　　由圖4-1可看出準(zhǔn)諧振開關(guān)電源的組成與傳統(tǒng)PWM開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)類似，有所不同的是準(zhǔn)諧振電源的功率環(huán)節(jié)是準(zhǔn)諧振變換器，控制電路采用頻率調(diào)制而不是脈寬調(diào)制。另外，準(zhǔn)諧振開關(guān)電源比PWM開關(guān)電源多了一個零檢測環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)零電壓或零電流準(zhǔn)諧振變換器。</p><

95、p>　　4.1.1 半橋變換器電路</p><p>　　半橋變換器電路如圖4-2所示:</p><p>　　圖4-2 半橋電路原理圖</p><p>　　電路的工作過程：Sl與S2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓Ud的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。</p><p>　

96、　S1導(dǎo)通時，二極管VD1處于通態(tài)，S2導(dǎo)通時，二極管VD2處于通態(tài)，當(dāng)兩個開關(guān)都關(guān)斷時，變壓器繞組中的電流為零，VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。Sl或S2導(dǎo)通時電感L的電流逐漸上升，兩個開關(guān)都關(guān)斷時，電感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時承受的最高電壓為Ui。由于電容的隔離作用，半橋電路對由于兩個開關(guān)導(dǎo)通時間不對稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。</p>

97、<p>　　當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時輸出電壓的計算： </p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　如果輸出電感電流不連續(xù)，輸出電壓Uo將高于上式的計算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓為：</p><p><b>　　(13)</b></p><

98、;p>　　4.1.2 反饋和調(diào)節(jié)電路設(shè)計</p><p>　　反饋和調(diào)節(jié)電路是系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先設(shè)計反饋電路，反饋量通常由分壓電阻或電流采樣電阻上獲得。電流反饋取樣電路如圖4-3。</p><p>　　輸出電流的檢測采用檢測初級電流的方法。電路如圖4-3，通過電流互感器，初級電流只是一匝，次級經(jīng)整流后再經(jīng)濾波穩(wěn)壓取樣送至UC3867的10腳關(guān)閉端。 </p><

99、;p>　　圖4-3 反饋和調(diào)節(jié)電路</p><p>　　4.1.3 輸出電路</p><p>　　輸出電路如圖4-4所示。這里主開關(guān)變壓器的次級設(shè)計成匝數(shù)相等的兩個繞組，分別與輸出整流管VD1、VD2組成半波整流電路。L與C7組成對型π 輸出平滑電路對整流后的電流進(jìn)行平波，從而得到穩(wěn)定的電壓輸出。C6與R7組成吸收電路，以吸收輸出整理二極管通斷和所接次級線圈產(chǎn)生的浪涌電流。R8為

100、假負(fù)載電阻，使開關(guān)電源可空載運行。</p><p>　　圖4-4 輸出電路</p><p>　　4.2 軟開關(guān)的設(shè)計</p><p>　　對于開關(guān)電源大家并不陌生, 電視、電腦中使用的都是開關(guān)電源, 只是以往在電影行業(yè)中用得較少, 電影從業(yè)人員因而可能接觸較少。以前的開關(guān)電源大多數(shù)采用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM), 稱為“硬開關(guān)”(HARD SWITCH)電源。20世

101、紀(jì)60年代開始得到發(fā)展和應(yīng)用的“硬開關(guān)”功率變換技術(shù),功率開關(guān)管導(dǎo)通或關(guān)斷時, 開關(guān)上的電壓和電流不等于零, 因此, 功率管的導(dǎo)通和關(guān)斷都會有較大的功率損耗。而且, 開關(guān)頻率越高, 開關(guān)損耗越大,變換器效率大為降低。提高開關(guān)頻率是現(xiàn)代開關(guān)變換技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。開關(guān)變換器的高頻化可以使變換器的體積、重量大為減小, 從而提高開關(guān)變換器的功率密度, 提高設(shè)備的集成化程度。此外, 提高開關(guān)頻率也有利于降低開關(guān)電源的音頻噪聲和改善動態(tài)效應(yīng)。

102、同時“硬開關(guān)”電源產(chǎn)生的電磁干擾較大, 所以對解碼器、功放干擾大, 可靠性也不高, 不適合用于電影行業(yè)。</p><p>　　我們都有這樣的經(jīng)驗, 合上電閘時會產(chǎn)生火花,斷開電路時也會產(chǎn)生火花, 通常斷開電路所需時間比接通時要長, 產(chǎn)生的火花要大, 我們稱之為拉閘電弧。為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象呢? 原因是電路中有寄生電感和電容。在50Hz交流電中寄生電感起主要作用, 寄生電感流過電流時便會存儲磁場能量 ,斷開電路時電

103、感阻礙電流的變化, 產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓, 通過電火花, 電弧把磁場能量釋放掉。這部分能量是白白消耗掉的, 稱之為開關(guān)損耗, 而且會使閘刀發(fā)熱 , 燒蝕, 因此頻繁開關(guān)會導(dǎo)致閘刀損壞。如果我們能在交流電壓過零時合閘, 在接通電路瞬間電流為零, 就不會有火花產(chǎn)生; 同理在電流過零時拉閘, 斷開電路瞬間寄電感儲能為零, 也不會產(chǎn)生拉閘電弧。這樣, 開關(guān)損耗為零 , 閘刀也就不會發(fā)熱燒蝕, 工作很安全, 這就是軟開關(guān)的最原始概念。</p&

104、gt;<p>　　當(dāng)然開關(guān)電源不是閘刀, 它是通過改變通斷時間來調(diào)控輸出電壓的。其中通斷一次的能量損耗乘以開關(guān)工作頻率即為開關(guān)損耗, 為了減小體積和重量, 頻率越高越好。但是頻率升高開關(guān)損耗隨之變大, 電磁干擾變大。</p><p>　　軟開關(guān)技術(shù)在這種要求下應(yīng)運而生, 使開關(guān)電源能夠在高頻下高效率地運行。軟開關(guān)技術(shù)是應(yīng)用諧振原理, 使開關(guān)變換器的開關(guān)器件中電流或電壓按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化, 當(dāng)開關(guān)

105、管電流自然過零時, 使開關(guān)管關(guān)斷; 開關(guān)管電壓自然過零時, 使開管導(dǎo)通, 從而使開關(guān)管關(guān)斷和導(dǎo)通損耗為零, 實現(xiàn)了開關(guān)電源高頻化的設(shè)計, 提高了電源效率, 溫升亦低, 工作可靠。</p><p>　　軟開關(guān)電源的開關(guān)器件在開通或關(guān)斷的過程中,或是加于其上的電壓為零, 即零電壓開關(guān), 或是通過開關(guān)器件的電流為零, 即零電流開關(guān)。這種開關(guān)方式顯著地減小了開關(guān)過程中激起的振蕩, 可以大幅度地提高開關(guān)頻率, 為開關(guān)電源小

106、型化、高效率。</p><p>　　創(chuàng)造了條件。諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、多諧振變換器、零電壓開關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電流開關(guān)脈沖調(diào)寬變換器、零電壓轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、零電流轉(zhuǎn)換脈沖調(diào)寬變換器、移相控制零電壓轉(zhuǎn)換全橋直流/直流變換器、移相控制零電流轉(zhuǎn)換全橋直流/直流變換器及鉗位吸收技術(shù)均可實現(xiàn)軟開關(guān)電源。</p><p>　　圖4-5所示為零電流準(zhǔn)諧振開關(guān)變換器的工作原理。圖中,為諧振電感，