恒流脈沖波的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘　要</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,各種電子設(shè)備對(duì)于電源的性能、重量、體積、效率提出了更高的要求,目前開(kāi)關(guān)電源的控制方式多釆用電壓控制型技術(shù)。電壓控制型存在響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)。針對(duì)電壓控制型電路的缺點(diǎn),最近十幾年發(fā)展起來(lái)了電流控制型技術(shù),它具有很好的快速響應(yīng)，因此,對(duì)其進(jìn)行研究設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。</p><p&

2、gt;　　本論文是在研究分析了開(kāi)關(guān)電源的基本原理以及UC3846芯片與TLP250芯片的功能與特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于UC3846的電流型全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的恒流高頻開(kāi)關(guān)電源。主要進(jìn)行了輸入整流電容濾波、高頻變壓器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路和控制電路等主要元器件和電路模塊的選型與參數(shù)設(shè)計(jì)。論文所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源的輸入為市電220V交流，輸出電壓為24V，電流為5A，開(kāi)關(guān)頻率為90khz。</p><p>　　最后基于原理分析與

3、計(jì)算，搭建全橋拓?fù)鋵?shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：輸入整流濾波電壓符合理論分析，控制電路的調(diào)試也基本符合要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞: PWM控制 ； 全橋電路 ； 高頻變壓器 ； UC3846</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development o

4、f power electronics technology, various kinds of electronic equipment for the performance of the power, weight, volume and efficiency put forward higher request, the control mode of switch power supply more bright type w

5、ith voltage control technology. Voltage control type shortcomings slow response speed and so on. For voltage control circuit fault type, type the current control technology developed in recent ten years, it has the very

6、good quick response, therefore, </p><p>　　This paper is lie on the research and analysis of the full bridge topology of switch power supply principle , UC3846 and TLP250 chip on the basis of the function and

7、 characteristics. Designed a current mode based on UC3846 full bridge topology structure of high frequency switching power supply with constant current. It contains input rectifier capacitance filter,high-frequency trans

8、former design,drive circuit, control circuit of the main components and circuit module selection and parameter desi</p><p>　　The last it based on the principle analysis and calculation, build full bridge top

9、ology experiment platform. Experimental results show that the input rectifier filter voltage accord with theoretical analysis, the control circuit of the PWM pulse meet the requirements, has the good waveform features, v

10、arious technical indicators can meet the power requirements of experimental platform.</p><p>　　Key words: PWM control; full bridge topology; high frequency transformer; UC3846</p><p><b&g

11、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論3</b></p><p>　　1.1 課題研究背景3</p><p>　　1.2 開(kāi)關(guān)電源的基本原理3</p><p>　　1.3 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)4</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源的分類5<

12、;/p><p>　　1.5 本文主要做的工作5</p><p>　　1.6 本論文結(jié)構(gòu)6</p><p>　　1.7 本章小結(jié)6</p><p>　　2 開(kāi)關(guān)電源的控制模式介紹7</p><p>　　2. 1 PWM電壓控制模式7</p><p>　　2.2 PWM電流控制模式

13、8</p><p>　　2.2.1 電流控制模式簡(jiǎn)介8</p><p>　　2.2.2 峰值電流控制模式9</p><p>　　2.2.3 滯環(huán)電流控制模式10</p><p>　　2.3 斜坡補(bǔ)償電路的基本原理和設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.3.1 斜率補(bǔ)償?shù)幕驹?1</p>

14、<p>　　2.3.2 斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　2.4 本章小結(jié)14</p><p>　　3 DC/DC全橋變換電路參數(shù)設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.1 輸入整流與濾波電路15</p><p>　　3.2 全橋電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　3.2.1 主

15、電路結(jié)構(gòu)的選擇16</p><p>　　3.2.2 MOSFET的選擇17</p><p>　　3.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)17</p><p>　　3.3.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)要求17</p><p>　　3.3.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法18</p><p>　　3.3.2.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)

16、介18</p><p>　　3.4 輸出與整流濾波21</p><p>　　3.4.1 輸出整流電路21</p><p>　　3. 4.2 輸出濾波電路21</p><p>　　3.5 本章小結(jié)22</p><p>　　4 控制電路設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.1 U

17、C3846芯片簡(jiǎn)介23</p><p>　　4.1.1 引腳說(shuō)明24</p><p>　　4.2 軟啟動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.3 UC3846振蕩頻率與死區(qū)時(shí)間25</p><p>　　4.4 電流與電壓反饋電路的設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.4.1 采用電流互感器檢測(cè)的電流

18、反饋電路26</p><p>　　4.4.2 電壓反饋電路設(shè)計(jì)27</p><p>　　4.5 TLP250驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.6 斜率補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.7 本章小結(jié)30</p><p>　　5 全橋拓?fù)浞抡媾c實(shí)驗(yàn)分析31</p>&l

19、t;p>　　5.1 調(diào)試31</p><p>　　5.2 本章小結(jié)34</p><p><b>　　結(jié) 論34</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p>

20、<b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景</p><p>　　電源是各種電子設(shè)備的組成部分，其性能好壞直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠地持續(xù)性工作。目前常用的是直流穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)電源兩大類。由于開(kāi)關(guān)電源本身能耗較低，電源效率比普通線性穩(wěn)壓電源高很多，因此被大量用于電子計(jì)算機(jī)、通訊、家電等各個(gè)行業(yè)。由于開(kāi)關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，有必

21、要對(duì)其原理進(jìn)行掌握、對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)有所了解。開(kāi)關(guān)電源(Switch Mode Power Supply，即SMPS)被譽(yù)為高效節(jié)能型電源，它是穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，開(kāi)關(guān)電源主要經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段。早期的開(kāi)關(guān)電源全部由分離元件構(gòu)成，不僅開(kāi)關(guān)頻率低和效率低，而且電路復(fù)雜，不易調(diào)試。在20世紀(jì)70年代研制出的脈寬調(diào)制器集成電路，對(duì)開(kāi)關(guān)電源中的控制電路實(shí)現(xiàn)了集成化，有效減小體積。20世紀(jì)80年代問(wèn)世的單片開(kāi)關(guān)

22、穩(wěn)壓器。隨著各種類型單片開(kāi)關(guān)電源集成電路的問(wèn)世，AC/DC電源變換器的集成化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。</p><p>　　隨著全球?qū)δ茉磫?wèn)題的重視，電子產(chǎn)品的耗能問(wèn)題將越發(fā)引人關(guān)注，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著效率低、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。為了提高效率，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，效率很高，穩(wěn)壓范圍寬，而且還具有穩(wěn)壓精度

23、高、不使用電源變壓器等特性，是一種很理想的穩(wěn)壓電源產(chǎn)品。所以，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，開(kāi)關(guān)電源就是用通過(guò)電路控制開(kāi)關(guān)管進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓的技術(shù)，而大多數(shù)開(kāi)關(guān)電源都是基于電壓控制模式，但由于其響應(yīng)慢等缺點(diǎn)，本文根據(jù)電壓控制模式的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于電流控制模式的開(kāi)關(guān)電源。</p><p>　　1.2 開(kāi)關(guān)電源的基本

24、原理</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源就是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管對(duì)電路進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止，將直流電變流為高頻率的交流電，再讓高頻變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。它利用電容、電感的儲(chǔ)能的特性，通過(guò)可控開(kāi)關(guān)進(jìn)行高頻開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，將輸入的電能儲(chǔ)存在電容（感）里，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)層的電能再供給給負(fù)載。其輸出的功率或電壓的大小與占空比有關(guān) 。</p><p>　　高頻開(kāi)關(guān)電源由以下幾個(gè)部分組成：

25、</p><p><b>　　1 、主電路</b></p><p>　　從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程 ，包 括 ：</p><p>　?。?）輸入濾波：其作用是將電網(wǎng)存在的諧波濾除，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的諧波污染公用電網(wǎng)。</p><p>　?。?）輸入整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接不控整流變?yōu)橹绷麟?，以供進(jìn)一步變換。

26、</p><p>　?。?）逆變：將整流后的直流電轉(zhuǎn)化為高頻交流電，使得濾波器和高頻變壓器體積大大減小。</p><p>　?。?）輸出整流與濾波：提供穩(wěn)定可靠的直流電。</p><p><b>　　2 、控制電路</b></p><p>　　從輸出端取樣（電壓或者電流），經(jīng)與給定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器來(lái)改變控制頻

27、率或脈寬，達(dá)到使輸出穩(wěn)定，同時(shí)設(shè)置保護(hù)電路，使控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。</p><p><b>　　3 、檢測(cè)電路</b></p><p>　　除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。</p><p><b>　　4 、輔助電源</b></p><p>　　提供所有單

28、一電路的相互隔離的供電電源。</p><p>　　1.3 開(kāi)關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電的效率比線性電源高很多。這樣就節(jié)省了能源，因此它受到人們的青睞。但它也有缺點(diǎn)，就是電路復(fù)雜，維修困難，對(duì)電路的污染嚴(yán)重。電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路。開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下四個(gè)方面:</p><p>　　1、小型化、薄型化、輕量化、高頻化。開(kāi)關(guān)電

29、源的體積、重量主要是由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開(kāi)關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積。因此高頻化是開(kāi)關(guān)電源的主要發(fā)展方向。</p><p>　　2、高可靠性。開(kāi)關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。所以，要從設(shè)計(jì)方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用模塊化技術(shù)可滿足分布式電源系統(tǒng)的需要，提高系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)如今的開(kāi)關(guān)電源還具有自我故障預(yù)測(cè)的HMM技術(shù)

30、來(lái)檢測(cè)電源故障，提高電源供電可靠性。</p><p>　　3、低噪聲。開(kāi)關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大，單純地追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲，所以，盡可能降低噪聲影響是開(kāi)關(guān)電源的又一發(fā)展方向。</p><p>　　4、采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制。采用 CAA 和 CDD 技術(shù)設(shè)計(jì)最新變換拓?fù)浜妥罴褏?shù)，使開(kāi)關(guān)電源具有最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)和最佳工況。

31、在電路中引入微機(jī)檢測(cè)和控制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)、記錄并自動(dòng)報(bào)警等。</p><p>　　5、低輸出電壓技術(shù)。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設(shè)備的工作越來(lái)越低，這就要求未來(lái)的 DC-DC 變換器能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備的供電要求。</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展從來(lái)都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)，高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相

32、應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展電力M O S F E T 、I G B T 等新型高速器件，開(kāi)發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等方面的工作，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用。總之，人們?cè)陂_(kāi)關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊開(kāi)發(fā)低損耗回路技術(shù)。</p><p>　　1.4 開(kāi)關(guān)電源的分類</p><p>　　1、按

33、驅(qū)動(dòng)方式劃分：</p><p>　　(1)他激式幵關(guān)電源。其電源內(nèi)部備有專門(mén)獨(dú)立的振蕩電路，與振蕩器同步的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管。單端正激式開(kāi)關(guān)電源電路就是其中一例，它使用專用的脈沖寬度控制器PWM芯片或分立電路。</p><p>　　(2)自激式開(kāi)關(guān)電源。其借助于變換器自身的正反饋控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)自動(dòng)周期性開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)管起著振蕩期間和功率開(kāi)關(guān)的作用。如單管振鈴扼流圈變換器，即稱RCC變換

34、器、雙管單變壓器羅耶爾電路。</p><p>　　2、按控制方式劃分：</p><p>　　(1)脈沖寬度調(diào)制開(kāi)關(guān)電源(PWM)。這種控制電路的特點(diǎn)是,電路的工作頻率不變,通過(guò)改變脈沖寬度(占空比)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和輸出電流的調(diào)節(jié)和控制。目前大部分的開(kāi)關(guān)電源都是采用這種控制方式對(duì)電路進(jìn)行控制。</p><p>　　(2)脈沖頻率調(diào)制開(kāi)關(guān)電源(PFM)。該電路的脈沖

35、寬度(占空比)保持不變,通過(guò)改變電路的工作頻率實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓和電流的目的,自激式開(kāi)關(guān)電源</p><p>　　(3)混合型調(diào)制開(kāi)關(guān)電源(PSM)。這種電路通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度和頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行調(diào)節(jié),采用這種控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的主要缺點(diǎn)是:需要同時(shí)考慮脈寬和頻率的變化,電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。</p><p>　　3、按輸入輸出是否隔離劃分：</p><p>　　(

36、1)隔離式開(kāi)關(guān)變換器。他是高頻變壓器將變換器的一次側(cè)與二次側(cè)隔離。主要結(jié)構(gòu)有單端正激式變換器、單端反激式變換器、推挽變換器、半橋式變換器、全橋式變換器</p><p>　　(2)非隔離式開(kāi)關(guān)變換器。他在電氣上輸入與輸出不隔離的，輸入與輸出共用一個(gè)公共端。主要有BUCK變換器、BOOST變換器、GUK變換器、ZETA變換器、SEPIC變換器等。</p><p>　　1.5 本文主要做的

37、工作</p><p>　　本文所作的工作主要分為以下四個(gè)方面</p><p>　　1、分析電流控制型PWM全橋拓?fù)潆娐返墓ぷ髟怼?lt;/p><p>　　2、對(duì)主電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),研究主電路中各元件的選擇主要包括:輸入輸出整流濾波電路、開(kāi)關(guān)管選擇、高頻變壓器設(shè)計(jì)等等。</p><p>　　3、研究UC3846控制芯片的功能,對(duì)控制電路進(jìn)行設(shè)

38、計(jì)</p><p>　　4、進(jìn)行理論分析和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。</p><p>　　1.6 本論文結(jié)構(gòu)</p><p>　　論文的主要結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　1、介紹了課題的研究背景和開(kāi)關(guān)電源的原理與發(fā)展方向。</p><p>　　2、對(duì)電壓控制模式和電流控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比。</p><

39、;p>　　3、介紹了主電路和高頻變壓器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　4、對(duì)控制電路進(jìn)行具體的分析和設(shè)計(jì)。</p><p>　　5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果,主要介紹了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,主要有輸入整流濾波和控制電路輸出的波形。</p><p><b>　　1.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了課題的研

40、究背景,并介紹了開(kāi)關(guān)電源的基本原理和開(kāi)關(guān)電源的分類以及發(fā)展方向,接著介紹了本文的主要工作和主體結(jié)構(gòu)。</p><p>　　2 開(kāi)關(guān)電源的控制模式介紹</p><p>　　2. 1 PWM電壓控制模式</p><p>　　對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)頻率通常為一設(shè)定的恒定值,通過(guò)控制電路來(lái)調(diào)節(jié)主電路脈沖寬度來(lái)改變占空比,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓或電流的目的?？刂撇蓸有盘?hào)主要有輸

41、出電壓、輸入電壓、開(kāi)關(guān)管峰值電流、輸出電流以及輸出電感電流等等。由這些信號(hào)可以組成單環(huán)或多環(huán)控制系統(tǒng)。這種閉環(huán)反饋控制模式稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM) 。下面主要介紹常用的兩種PWM控制模式,電壓控制型和電流控制型,并詳細(xì)分析了這兩種電路的基本工作原理,各自的優(yōu)缺點(diǎn)等等。</p><p>　　電壓模式控制是最早應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源中的一種模式。圖 2.1所示為 PWM 電壓模式的原理圖。電源輸出電壓Uo 與參考電壓Uer

42、f經(jīng)誤差放大器A 比較放大后, 又經(jīng)PWM比較器N 比較, 由鎖存器輸出占空比隨誤差電壓信號(hào)Ue 變化的一系列脈沖, 再驅(qū)動(dòng)控制用的開(kāi)關(guān)晶體管VT, 使輸出電壓Uo 穩(wěn)定。</p><p>　　圖2.1 PWM電壓控制模式</p><p>　　電壓模式控制的主要優(yōu)點(diǎn)有:</p><p>　　1、單環(huán)控制，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；</p><p>　　2、較

43、大的斜升坡幅度將提供良好噪聲裕度；</p><p>　　3、低輸出阻抗有利于多輸出。</p><p><b>　　同時(shí)具有以下缺點(diǎn)：</b></p><p>　　1、響應(yīng)慢；2、補(bǔ)償復(fù)雜</p><p>　　從反饋特點(diǎn)來(lái)看，在反饋回路中，只有輸出電壓信號(hào)被采樣，并將其轉(zhuǎn)化為 PWM 信號(hào)控制輸出電壓，因此該反饋模式被稱為

44、電壓模式。</p><p>　　2.2 PWM電流控制模式</p><p>　　2.2.1 電流控制模式簡(jiǎn)介</p><p>　　以電流信號(hào)作為采樣控制信號(hào)的控制電路稱為電流模式控制PWM電流控制模式。圖2.2是電流控制模式：</p><p>　　圖2.2 電流控制模式</p><p>　　由圖2.2可見(jiàn), 它是一

45、個(gè)雙環(huán)控制系統(tǒng), 既保留了電壓型控制器的輸出電壓反饋控制部分, 又增加了一個(gè)反饋環(huán)節(jié), 它的電路工作原理是: Uo 與Uer f經(jīng)A 比較放大后, 得到Ue, 由恒頻時(shí)鐘脈沖置位鎖存器輸出脈沖驅(qū)動(dòng)VT 管導(dǎo)通, 電源電路中因輸出電感的作用使脈沖電流逐漸增大, 當(dāng)電流在采樣電阻Rs 上的電流信號(hào)電壓Us 幅度達(dá)到Ue 電平時(shí), 脈寬比較器的狀態(tài)反轉(zhuǎn), 鎖存器復(fù)位, 驅(qū)動(dòng)撤除, 功率管關(guān)斷, 電路逐個(gè)地檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流脈沖, 控制電源輸出。&

46、lt;/p><p>　　電流控制模式的主要優(yōu)點(diǎn)有：</p><p>　　1、具有良好的線性調(diào)整率和快速的輸入輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)。</p><p>　　2、消除了輸出濾波電感帶來(lái)的極點(diǎn)和系統(tǒng)的二階特性,使系統(tǒng)不存在有條件的環(huán)路穩(wěn)定性問(wèn)題, 具有最佳的大信號(hào)特性。</p><p>　　3、固有的逐個(gè)脈沖電流限制, 簡(jiǎn)化了過(guò)載保護(hù)和短路保護(hù), 在推挽電路和全

47、橋電路中具有自動(dòng)磁通平衡功能。多電源單元并聯(lián)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)均流。</p><p><b>　　同時(shí)缺點(diǎn)如下：</b></p><p>　　1、需要雙環(huán)控制, 增加了電路設(shè)計(jì)和分析的難度。</p><p>　　2、因電流上升率不夠大, 在沒(méi)有斜坡補(bǔ)償時(shí), 當(dāng)占空比大于50%時(shí), 控制環(huán)變得不穩(wěn)定, 抗干擾性能差。</p><p&

48、gt;　　3、因控制信號(hào)來(lái)自輸出電流, 功率級(jí)電路的諧振會(huì)給控制環(huán)帶來(lái)噪聲。</p><p>　　2.2.2 峰值電流控制模式</p><p>　　針對(duì)電壓控制模式的缺點(diǎn),人們?cè)O(shè)計(jì)出了峰值電流控制模式,隨著控制芯片技術(shù)的成熟,峰值電流模式得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。峰值電流模式是一種采用固定時(shí)鐘開(kāi)啟、逐個(gè)峰值電流檢測(cè)關(guān)斷的方法。</p><p>　　輸出電壓采樣信號(hào)與參

49、考電壓在誤差放大器中進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差放大信號(hào)Vea，然后誤差信號(hào)Vea再與電感電流采樣信號(hào)在PWM 比較器中進(jìn)行比較產(chǎn)生控制信號(hào)，由于電感電流直接反應(yīng)了電路狀態(tài)的變化，且不需要經(jīng)過(guò)誤差放大器，直接輸入到系統(tǒng)的比較環(huán)，因此，峰值電流控制模式與電壓控制模式相比，具有更快的響應(yīng)速度，但是在占空比D>50%時(shí)，需要進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。</p><p>　　目前補(bǔ)償方式有兩種：1、將補(bǔ)償信號(hào)疊加在電流采樣信號(hào)上；2、將補(bǔ)償

50、信號(hào)從誤差電壓信號(hào)Vea中減去。</p><p>　　峰值電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)有:</p><p>　　1、暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)比較快，對(duì)輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化瞬態(tài)響應(yīng)也比較快。</p><p><b>　　2、控制環(huán)易于設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3、具有簡(jiǎn)單自動(dòng)的磁平衡功能</p><p>

51、;　　4、具有瞬時(shí)峰值電流限流功能</p><p>　　峰值電流模式的缺點(diǎn)有：</p><p>　　1、在占空比大于50%的時(shí)候開(kāi)環(huán)工作不穩(wěn)定,難以校正平均電流和峰值電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,需要加入斜坡補(bǔ)償電路。</p><p>　　2、由于存在兩個(gè)反饋環(huán)路,電路調(diào)試復(fù)雜。</p><p>　　3、容易產(chǎn)生次諧波振蕩。</p><

52、p>　　圖2.3 峰值電流模式原理</p><p>　　2.2.3 滯環(huán)電流控制模式</p><p>　　圖2.4 滯環(huán)電流控制</p><p>　　在這種情況下,當(dāng)電流誤差達(dá)到滯環(huán)的最低值時(shí)逆變器將會(huì)產(chǎn)生正的輸出電壓。相反,當(dāng)電流誤差達(dá)到滯環(huán)的最大值時(shí)逆變器將會(huì)產(chǎn)生負(fù)的輸出電壓。這種電流控制輸出電壓波形類似于雙極脈寬調(diào)制。</p><

53、p>　　滯環(huán)電流模式控制的優(yōu)點(diǎn)是:</p><p>　　(1)穩(wěn)定性好,不容易因噪聲而發(fā)生不穩(wěn)定振蕩，</p><p>　　(2)不需要斜坡補(bǔ)償電路。</p><p>　　滯環(huán)電流模式的缺點(diǎn)是:</p><p>　　(1)變頻控制容易產(chǎn)生變頻噪聲，</p><p>　　(2)需要對(duì)電感電流進(jìn)行全周期的檢測(cè)

54、和控制。</p><p>　　2.3 斜坡補(bǔ)償電路的基本原理和設(shè)計(jì)</p><p>　　本文電路采用TI公司的UC3846芯片,該芯片采用的峰值電流控制型技術(shù),因而存在峰值電流控制模式的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),其中一問(wèn)題是當(dāng)占空比大于50%電路開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)缺乏穩(wěn)定性,而且易發(fā)生次諧波振蕩,可以通過(guò)加入斜率補(bǔ)償電路來(lái)改善。斜坡補(bǔ)償即運(yùn)用峰值電流控制方式時(shí),通過(guò)斜率補(bǔ)償電路將振蕩電路產(chǎn)生的三角波信號(hào)的一

55、部分加到控制電路信號(hào)上,來(lái)改善控制電路的控制性能,從而讓電路處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。</p><p>　　2.3.1 斜率補(bǔ)償?shù)幕驹?lt;/p><p>　　在不考慮外部電壓環(huán)的情況下，當(dāng)恒頻電流型變換器的占空比D>50%時(shí)，就存在內(nèi)部電流環(huán)不穩(wěn)定的問(wèn)題。圖2.5是峰值電流控制的電感電流在擾動(dòng)下的波形圖，0為擾動(dòng)信號(hào)，Vea為電壓放大器輸出電流設(shè)定值，m1，m2分別為電感電流上升沿和下降

56、沿斜率。</p><p><b>　　占空比小于50%</b></p><p>　?。╞）占空比大于50%</p><p>　　圖2.5 峰值電流控制的電感電流在擾動(dòng)下的波形</p><p>　　由圖可知,經(jīng)過(guò)一個(gè)周期,由擾動(dòng)電流0引起的誤差為:</p><p>　　(2-1) &

57、lt;/p><p>　　經(jīng)過(guò)n個(gè)周期擾動(dòng)電流引起的誤差為</p><p>　　(2-2) 由公式2-2可知當(dāng)電路占空比小于50%時(shí),m2<m1電路的擾動(dòng)電流引起的誤差減小,是衰減振蕩,系統(tǒng)工作是穩(wěn)定的。當(dāng)電路占空比大于50%時(shí),m2>m1擾動(dòng)電流引起的誤差變大,電感電流信號(hào)振蕩發(fā)散,系統(tǒng)工作不穩(wěn)定,這時(shí)需要加入一定的斜坡補(bǔ)償電路使開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定工作。如圖2.6所示,在加入斜坡補(bǔ)

58、償電路之后,即使電路占空比小于或接近50%,也能改善電路的性能。</p><p>　　圖2.6 占空比大于50%時(shí)斜率補(bǔ)償</p><p>　　加入補(bǔ)償后,經(jīng)過(guò)一個(gè)周期,擾動(dòng)電流引起的誤差為:</p><p>　　(2-3)經(jīng)過(guò)n個(gè)周期擾動(dòng)電流引起的誤差為</p><p>　　(2-4) <

59、;/p><p>　　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的條件是</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　對(duì)于占空比為100%的情況,m1= 0,代入到上式中得到m>-0.5m2,圖2. 7為-m=m2,時(shí),電感電流波形?？梢钥闯鼋?jīng)過(guò)一個(gè)周期后,由擾動(dòng)電流引起的誤差已經(jīng)被消除。在實(shí)際應(yīng)用中通常選取m為m2的0.7-0.8倍。</p&

60、gt;<p>　　圖2.7 電感電流波形</p><p>　　2.3.2 斜坡補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2.8 斜率補(bǔ)償電路</p><p>　　圖2. 8中所示是斜率補(bǔ)償電路,通過(guò)采樣電阻Rs將電感電流的信號(hào)變成電壓信號(hào)來(lái)反饋，R1和R2值的比例決定了所加的斜坡補(bǔ)償量的大小,電容C2與R1構(gòu)成RC濾波電路可以防止電路的誤動(dòng)作.將斜率補(bǔ)償

61、電路再簡(jiǎn)化即可得到如下圖2.9所示電路：</p><p>　　圖2.9 簡(jiǎn)化的斜率補(bǔ)償電路</p><p>　　斜率補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì):</p><p><b>　　電感電流下降的斜率</b></p><p>　　(2-6) </p><p>　　初級(jí)繞組的

62、電感電流的下降斜率</p><p>　　(2-7) </p><p><b>　　初級(jí)電流反饋電壓</b></p><p>　　(2-8) </p><p><b>　　頻率振蕩電路的斜率</b>&

63、lt;/p><p>　　(2-9) </p><p>　　由疊加原理可知補(bǔ)償后的誤差放大器的輸入電壓 </p><p><b>　　(2-10)</b></p><p><b>　

64、　斜坡的補(bǔ)償值</b></p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　M是補(bǔ)償系數(shù)，取0.8。</p><p><b>　　2.4 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要對(duì)電壓控制與電流控制的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較進(jìn),對(duì)峰值電流這種電流控制型方式進(jìn)行了介紹。接著

65、對(duì)峰值電流型控制電路中存在的斜率補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究,并給出了補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　3 DC/DC全橋變換電路參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 輸入整流與濾波電路</p><p><b>　　圖3.1 主電路</b></p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的電流控制型全橋主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3.1所示

66、,其主要包括輸入輸出整流濾波電路、全橋拓?fù)?、高頻變壓器和吸收電路等。接下來(lái)將對(duì)主電路的各部分的工作原理及關(guān)鍵元器件的參數(shù)設(shè)計(jì)和選取作詳細(xì)的介紹。開(kāi)關(guān)電源輸出電壓為24V,最大額定輸出電流5A,電源的效率為80%.</p><p>　　1、整流橋的參數(shù)選擇：</p><p>　　反向重復(fù)峰值電壓：輸入電壓為220V時(shí),經(jīng)過(guò)整流后的最小直流電壓為（考慮到電源電壓的波動(dòng)）</p>

67、<p>　　= (3-1)</p><p>　　輸入電流有效值:= (3-2)</p><p>　　整流橋額定的有效值電流： (3-3)</p><p>　　綜上考慮選擇的整流橋?yàn)镵BPC2510，其主要參數(shù)為：</p><p>　　最大反向電壓經(jīng)常峰值

68、 1000V</p><p>　　電壓最大RMS 700V</p><p>　　阻斷電壓最大DC 1000V</p><p>　　最大正向平均電流 25A</p>&

69、lt;p>　　峰值正向浪涌電流單一正弦半波 300A</p><p>　　2、輸入濾波電容的選擇：</p><p>　　電源的輸入功率： W (3-4)</p><p>　　輸入電壓為220V時(shí),經(jīng)過(guò)整流后的最小直流電壓為（考慮到電源電壓的波動(dòng)）</p><p>　　(

70、3-5) </p><p>　　Vpp為輸入電容上要得到的電壓紋波峰峰值,其大小為輸入電壓峰值的5%-10%，這里取5%,則輸入濾波電容的大小為:</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　式中f等于紋波頻率, 0.7為全橋整流電流占空因數(shù)的補(bǔ)償系數(shù)。另外根據(jù)經(jīng)驗(yàn)也可得知,一般輸出1W的功率對(duì)應(yīng)輸入濾波電容可

71、取1uF。考慮到電容裕量,本文選用2個(gè)470uF/450V的電解電容并聯(lián)使用。</p><p>　　3.2 全橋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 主電路結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　全橋拓?fù)潆娐罚▓D3.2）由四個(gè)MOSFET組成,它的主要優(yōu)點(diǎn)是高頻變壓器只需要一個(gè)初級(jí)繞組,通過(guò)交流電壓得到正反向磁通,次級(jí)輸出采用帶中心抽頭式的輸出,輸出整流電路采用全

72、波整流電路。全橋拓?fù)潆娐返男屎凸β拭芏容^高。全橋拓?fù)潆娐返闹饕秉c(diǎn)是由于MOSFET管的交替導(dǎo)通,很容易造成上下管的直通炸管現(xiàn)象,因此需要采用一定的電路來(lái)避免上下開(kāi)關(guān)管的直通現(xiàn)象。</p><p>　　圖3.2 主電路功率開(kāi)關(guān)及整流輸出濾波電路</p><p>　　3.2.2 MOSFET的選擇</p><p>　　由于采用全橋電路拓?fù)?主電路開(kāi)關(guān)管在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)

73、所承受的電壓為主電路直流母線電壓。為此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,為了確保在電網(wǎng)電壓輸入波動(dòng)時(shí),電源能夠可靠的工作,MOS管的正向耐壓值應(yīng)該在358V以上(即Vinmax=358V，考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍是%。所以直流母線上的最大電流為</p><p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　由于隨著MOS管的管溫的升高,MOS管承受的最大工作電流將減小,與此同時(shí)考慮到

74、裕量,應(yīng)該選取連續(xù)漏極工作電流在2A以上的MOS管,其漏極-源極的擊穿電壓應(yīng)大于400V,所以本文選取得是IR公司生產(chǎn)的具有低柵荷的場(chǎng)效應(yīng)管IRF830,其漏極-源極的擊穿電壓為500V,連續(xù)漏極工作電流在4.5A以上。同時(shí)每個(gè)MOS管都并聯(lián)了R、C（R=100?，C=1000pf）電路用于吸收電壓尖峰，以免MOS管被擊穿。</p><p>　　3.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)</p><p>

75、　　3.3.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　高頻變壓器在開(kāi)關(guān)電源中起著重要的作用,它的主要目的是傳輸功率,實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)與輸出側(cè)的電氣隔離"同時(shí),可通過(guò)調(diào)整初次級(jí)的匝數(shù)比來(lái)改變輸出電壓,也可增加匝數(shù)不同的次級(jí)繞組,以達(dá)到獲得多路輸出電壓的目的"對(duì)功率變壓器的要求主要有以下幾個(gè)方面:</p><p>　　1、漏感要?。汗β书_(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)電壓尖峰的大小與集電極電路

76、配置，電路關(guān)斷條件以及變壓器漏感大小等因素有關(guān),因此對(duì)變壓器而言,減小漏感是十分重要的。</p><p>　　2、避免瞬態(tài)飽和：對(duì)于高頻變壓器而言如果工作磁通密度選擇較大,在通電瞬間就會(huì)發(fā)生磁飽和，由于變壓器和功率開(kāi)關(guān)管直接相連并加有較高電壓,高頻變壓器的飽和即使是很短的幾個(gè)周期,也會(huì)導(dǎo)致功率開(kāi)關(guān)管的損壞,因此有必要合理設(shè)計(jì)變壓器工作的磁通范圍,避免瞬態(tài)飽和。 </p><p>　　3、

77、考慮溫度影響：開(kāi)關(guān)電源的工作頻率較高,要求磁芯材料在較高工作頻率下的功率損耗盡可能小,隨著工作溫度的升高,飽和磁通密度的降低應(yīng)盡量特性從結(jié)構(gòu)上看,要保證變壓器的漏磁小,減小繞組的漏感便于繞制,引出線及變壓器安裝要方便，便于散熱。</p><p>　　3.3.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法</p><p>　　3.3.2.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介</p><p>　

78、　最常用的的有兩種高頻變壓器的設(shè)計(jì)方法，第一種是先求出磁芯窗口面積Aw與磁芯有效面積Ae的乘積AP，根據(jù)AP值，查找出所需磁性材料的編號(hào)；第二種方法是先求出幾何參數(shù)，查找出磁芯編號(hào)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)，前者稱為AP法，后者稱為Kg法。</p><p>　　1、本文采用的是AP法。</p><p>　　AP法的公式推導(dǎo)：原邊NP匝、副邊NS匝的變壓器，在原邊以電壓V1開(kāi)關(guān)工作時(shí)，根據(jù)法拉第定律：

79、</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　式中fs為開(kāi)關(guān)工作頻率；Bw為工作磁通密度；Ae為磁芯有效面積；Kf為波形系數(shù)，方波時(shí)為1。整理得： </p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　磁芯窗口面積Aw,乘上使用系數(shù)K0為有效面積，該面積為原邊

80、繞組Np占據(jù)的窗口面積NpA’p與副邊繞組Ns占據(jù)的窗口面積NsA’s之和，即</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p>　　每匝所占用面積與流過(guò)該匝的電流有效值I和電流密度j有關(guān)，如下式所示</p><p>　　(3-11) </p><

81、p>　　為原邊繞組每匝所占用面積，為副邊每匝繞組所占用面積整理以上有 </p><p>　　AP = (3-12)</p><p>　　Kj為電流密比例系數(shù)；X為常數(shù)，由所用磁芯確定，Pt為視在功率。而電源效率</p><p>　　(3-13) </p><p>　　2、窗口使用系數(shù)K0的確

82、定</p><p>　　窗口使用系數(shù)K0是表征變壓器或電感器窗口面積中銅線實(shí)際占有的面積量。它由導(dǎo)線截面積、匝數(shù)、層數(shù)、絕緣漆厚度及線圈紋距等決定。一般典型取值為K0=0.4，因此最終得到AP法選擇磁芯的基本公式是：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p>　　3.3.3.2 高頻變壓器的參數(shù)計(jì)算

83、 </p><p>　　選取電路的開(kāi)關(guān)頻率為90khz，選取變壓器的最大工作磁通密度Bw=1000Gs。由此可計(jì)算出功率容量乘積Ap為</p><p>　　=0.625 (3-15)</p><p>　　表一 變壓器磁芯參數(shù)</p><p>　　通過(guò)表一可以確定選擇厚型EE40磁芯,它的

84、有效中心截面積為Ae=127mm2,窗口面積為Aq=173mm2 。.則EE40磁芯的理論功率容量乘積為:</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p>　　可見(jiàn)采用采用厚型EE40磁芯,其功率容量足夠大,完全能夠滿足要求。初級(jí)繞組匝數(shù)可以通過(guò)下式計(jì)算:</p><p><b>　　(3-17)</b>

85、</p><p>　　考慮到輸入電網(wǎng)電壓的波動(dòng),與此同時(shí)為了有效減小磁化電流,本文在計(jì)算的基礎(chǔ)上初級(jí)繞組增加2匝,所以調(diào)整后的初級(jí)的繞組匝數(shù)為81匝。變壓器初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)比為</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　式中Vop為整流濾波輸出電壓的脈沖幅度,它可以由下式計(jì)算得出</p><

86、;p><b>　　(3-19)</b></p><p>　　其中Vd為肖特基二極管的導(dǎo)通壓降，選取1V；0.8為整流器輸出占空比。因此初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)比kt為:</p><p><b>　　(3-20)</b></p><p>　　取整按照9:1來(lái)計(jì)算初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的匝數(shù)比,并取整得到次級(jí)繞組的匝數(shù)為&l

87、t;/p><p><b>　　(3-21)</b></p><p>　　繞線線徑的計(jì)算過(guò)程如下:</p><p>　　變壓器的繞組在通過(guò)高頻電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生趨膚效應(yīng),趨膚效應(yīng)會(huì)使導(dǎo)體的有效電阻增加。頻率越高,趨膚效應(yīng)越顯著。所以為了避免趨膚效應(yīng)對(duì)高頻變壓器的影響,在計(jì)算漆包線線徑時(shí)要把穿透深度考慮在內(nèi),通過(guò)計(jì)算可以得出在90khz,的開(kāi)關(guān)頻率下,導(dǎo)線的

88、穿透深度的表達(dá)式如下：</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　式中,w角頻率,,為電阻率,在20度下?/m對(duì)于銅,因此穿透深度為:</p><p><b>　　(3-23)</b></p><p>　　因此漆包線應(yīng)選取線徑小于2+0.06=0. 52mm，其中0.06

89、mm是漆包線絕緣層的厚度,通過(guò)計(jì)算選取漆包線的直徑為0.52mm 。因此該漆包線的截面積為</p><p>　　S= (3-24)</p><p><b>　　初級(jí)繞組電流Ip:</b></p><p><b>　　(3-25)</b></p><p>　　初級(jí)繞組

90、的導(dǎo)線截面積（其中j為電流密度，取j=3）</p><p><b>　　(3-26)</b></p><p>　　則初級(jí)繞組所需并繞漆包線數(shù)為</p><p><b>　　(3-27)</b></p><p>　　次級(jí)繞組所需截面積:</p><p><b>　　(

91、3-28)</b></p><p>　　則次級(jí)繞組所需并繞漆包線數(shù)為</p><p>　?。ㄈ≌?） (3-29)</p><p>　　通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),初級(jí)繞組選擇1根漆包線絞合,次級(jí)繞組選擇6根漆包線絞合繞制。</p><p>　　3.4 輸出與整流濾波</p><

92、p>　　3.4.1 輸出整流電路</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的輸出整流電路主要分為以下幾種:橋式整流、全波整流、倍流整流、同步整流等。其中同步整流效率較高,成本也髙,主要用于低電壓,大電流的開(kāi)關(guān)電源電路中。本文主要采用全波整流電路,電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,整流效果好。整流二極管的選取如下:</p><p>　　由于變壓器的次級(jí)采用中心抽頭輸出,整流管所承受的最高斷態(tài)電壓為:</p&

93、gt;<p><b>　　(3-30)</b></p><p>　　考慮到漏感電壓尖峰的影響,并留有一定的余量,選擇耐壓在100V以上的整流管。由于本文的整流電路是全波整流電路,因此流過(guò)整流管的平均電流為:</p><p><b>　　(3-31)</b></p><p>　　式中,Il是輸出濾波電感電流的平

94、均值,在穩(wěn)態(tài)條件下,電感電流的平均值等于負(fù)載電流,因此整流管的電流平均值也等于負(fù)載電流的一半,所以整流管的平均電流為:</p><p><b>　　(3-32)</b></p><p>　　考慮余量,選擇額定電流在5A以上的整流管,綜合以上考慮,整流管選用兩個(gè)肖特基二極管MUR3020,其反向擊穿電壓為200V額定工作電流30A。</p><p&g

95、t;　　3. 4.2 輸出濾波電路</p><p>　　輸出濾波電路是用于濾除次級(jí)整流輸出電路中的脈動(dòng)直流電中的交流部分,從而得到比較平滑的直流電,輸出濾波電感中的電流頻率是開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。通過(guò)輸出電壓、開(kāi)關(guān)頻率和輸出電流等可以計(jì)算出輸出濾波電感的大小,同時(shí)要選定電感電流的最大波值,為了限定紋波電流的大小,要求電感電流的峰峰值小于額定電流的50%,本文選取紋波系數(shù)為額定電流的20%。濾波電感的大小為</p

96、><p><b>　　(3-33)</b></p><p>　　式中,L為輸出濾波電感值,Uinmax為電源直流母線電壓最大值,為電感電流最大紋波值,fs為電源的開(kāi)關(guān)頻率,kt=9為變壓器初次級(jí)匝數(shù)比。根據(jù)計(jì)算值和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)輸出濾波電感的值為200uH。</p><p>　　輸出濾波電容的設(shè)計(jì)：</p><p>　　本文設(shè)

97、計(jì)輸出電壓紋波的最大值為10mv通過(guò)下式可以確定輸出濾波電容的大小</p><p><b>　　(3-34)</b></p><p>　　uf (3-35)</p><p>　　在實(shí)際選擇濾波電容時(shí),由于開(kāi)關(guān)電源輸出功率較大,為保證輸出濾波效果,濾波電容的容量應(yīng)較大,通常采用多個(gè)高頻電解電容并聯(lián),可以降低等效串聯(lián)電感

98、和電阻。故選用4只50V/100uf的電解電容并聯(lián)。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要分析了全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),按照24V/5A的輸出參數(shù),對(duì)高頻變壓器進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì),并給出了計(jì)算步驟和繞制方法。完成了輸入和輸出整流濾波電路的分析和參設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　4 控制電

99、路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的全橋拓?fù)涞目刂齐娐分饕刂破?、軟啟?dòng)電路、電流反饋電路、斜坡補(bǔ)償電路等?？刂齐娐肥情_(kāi)關(guān)電源的核心部分。下面將對(duì)控制電路各部分功能電路進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和介紹。</p><p>　　4.1 UC3846芯片簡(jiǎn)介</p><p>　　UC3846電流PWM控制器特點(diǎn)：</p><p>

100、　　(1)自動(dòng)前饋補(bǔ)償。</p><p>　　(2)可編程控制的逐個(gè)脈沖限流功能。</p><p>　　(3)推挽輸出結(jié)構(gòu)下自動(dòng)對(duì)稱校正。</p><p>　　(4)負(fù)載響應(yīng)特性好。</p><p>　　(5)可并連運(yùn)行，適用于模塊系統(tǒng)。</p><p>　　(6)內(nèi)置差動(dòng)電流檢測(cè)放大器，共模輸入范圍寬。</p&

101、gt;<p>　　(7)雙脈沖抑制功能。</p><p>　　(8)大電流圖騰柱式輸出，輸出峰值電流500mA。</p><p>　　(9)精密帶隙基準(zhǔn)電源，精度士1%。</p><p>　　(10)內(nèi)置欠電壓鎖定電路。</p><p>　　(11)內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。</p><p>　　(12).具有外部

102、關(guān)斷功能。</p><p>　　(13)工作頻率高達(dá)500KHz</p><p>　　其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.1</p><p>　　圖4.1 UC3846內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4.1.1 引腳說(shuō)明</p><p>　　UC3846采用16引腳（DIL - 16、SOIC-16）和20引腳（PLCC - 20、

103、LCC - 20）兩種封裝形式。下面以DIL - 16封裝為例進(jìn)行介紹，其引腳排列如圖1—40所示。</p><p>　　UC3846有16個(gè)引腳各引腳的功能如下（圖4.2）:</p><p>　　圖4.2 UC3846引腳</p><p>　　·C/S SS（引腳1）：限流信號(hào)/軟啟動(dòng)輸入端。該端可接給定信號(hào)。</p><p>

104、　　·VREF (引腳2)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端輸出一溫度特性極佳的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　·C/S-(引腳3)：電流檢測(cè)比較器反相輸入端。該端接電流檢測(cè)信號(hào)。</p><p>　　·C/S+(引腳4)：電流檢測(cè)比較器正相輸入端。該端接給定信號(hào)。</p><p>　　·E/A+(引腳5)：誤差放大器同相輸入端。在閉環(huán)或

105、開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端都接給定信號(hào)。</p><p>　　·E/A-(引腳6)：誤差放大器反相輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該端接輸出反饋信號(hào)。根據(jù)需要，可在該端與引腳7之間接入不同功能的反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成比例，積分，比例積分等類型的閉環(huán)調(diào)節(jié)器。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端直接與7腳相連，構(gòu)成跟隨器。</p><p>　　·COMP(引腳7)：誤差放大器輸出端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，根據(jù)需要，可在該端與引

106、腳6之間接入不同功能的反饋網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成比例，積分，比例積分等類型的閉環(huán)調(diào)節(jié)器。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中該端可直接與引腳6相連，構(gòu)成跟隨器。腳8振蕩器的外接電容端。</p><p>　　·CT(引腳8)：振蕩定時(shí)電容接入端。</p><p>　　·CR(引腳9)：振蕩定時(shí)電阻接入端。</p><p>　　·Sync（引腳10）：同步信號(hào)輸入端。在該端輸

107、入一方波信號(hào)可實(shí)現(xiàn)控制器的外同步。該端亦可作為同步脈沖信號(hào)輸出端，向外電路輸出同步脈沖信號(hào)。</p><p>　　·A OUT（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。</p><p>　　·GND（引腳12）：信號(hào)地。</p><p>　　·Vc（引腳13）：輸出級(jí)偏置電壓輸入端。</p><p&

108、gt;　　·B OUT（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互不輸出端。</p><p>　　·VIN（引腳15）：偏置電源輸入端。</p><p>　　·Shutdown(引腳16)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。</p><p>　　4.2 軟啟動(dòng)保護(hù)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由于本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源的輸

109、出濾波電容較大,如果不采用軟啟動(dòng)電路,剛開(kāi)機(jī)時(shí)的輸出電壓會(huì)突然建立從而形成很大的充電電流,疊加在負(fù)載電流上,它不僅會(huì)使MOS管由于過(guò)流燒毀,而且易引發(fā)過(guò)流保護(hù)電路發(fā)生誤動(dòng)作。為此開(kāi)關(guān)電源控制電路必須具PWM輸出脈沖電壓的軟啟動(dòng)功能。由UC3846構(gòu)成的電流型控制電路如圖4.3所示,R1、 R2和電容C1,構(gòu)成了一幵機(jī)軟啟動(dòng)電路。當(dāng)引腳1上的電壓低于0.5V時(shí),UC3846的兩個(gè)輸出端將沒(méi)有輸出,通過(guò)對(duì)電容C1的充電可以很簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)電路軟

110、啟動(dòng)功能。電容C1取值的大小決定的啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),C1的大小選擇左右大小1uf的電解電容。</p><p>　　圖4.3 UC3846的控制電路</p><p>　　4.3 UC3846振蕩頻率與死區(qū)時(shí)間</p><p>　　UC3846的工作頻率由下式?jīng)Q定： </p><p>　?。≧為k?, C為uF）

111、 (4-1)</p><p>　　式中,Rt的取值范圍在1-500k?之間，Ct的選擇應(yīng)于100pF。 </p><p>　　由于設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)頻率為90khz。本文的定時(shí)電容Ct選擇為1000pF,通過(guò)上式可以推導(dǎo)出定時(shí)電阻12.2k?。全橋拓?fù)潆娐吠ㄟ^(guò)上下對(duì)管交替導(dǎo)通進(jìn)行工作,當(dāng)電路占空比達(dá)到或接近50%時(shí),有可能發(fā)生上下管直通炸管的現(xiàn)象,因此需

112、要設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間防止上下管直通。8腳上的電壓波形為據(jù)齒波,其下降時(shí)間對(duì)應(yīng)著死區(qū)時(shí)間,死區(qū)時(shí)間可通過(guò)下式計(jì)算得出:</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　C3的取值為1000pF ,對(duì)于較大的定時(shí)電阻R4,死區(qū)時(shí)間為:</p><p><b>　　（4-3）</b></p>&

113、lt;p>　　4.4 電流與電壓反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1 采用電流互感器檢測(cè)的電流反饋電路</p><p>　　在全橋電路中,常常采用電流互感器來(lái)檢測(cè)電流,利用電流互感器既可以提高開(kāi)關(guān)電源效率,還可以達(dá)到電氣隔離的目的,是比較理想的選擇。因此本文采用電流互感器檢測(cè)初級(jí)電流。如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 電流反饋電路

114、</p><p>　　電流互感器的初級(jí)和次級(jí)繞組匝數(shù)比為1: 12。電流互感器次級(jí)輸出采用全橋整流電路,Rs為電流采樣電阻,Rs的計(jì)算過(guò)程如下：</p><p>　　電流互感器的次級(jí)采樣電流為：</p><p>　?。?-4）Vref為芯片內(nèi)部電壓基準(zhǔn),其值為5V,R1和R2 是分壓電阻,均是lk?,根據(jù)電感電流能達(dá)到的最大峰值電流Imax以及變壓器變比kt和互感器

115、匝數(shù)比ks可得到電流互感器次級(jí)采樣電流是：</p><p>　　（4-5） 其中=6A 為電流紋波系數(shù)取0.2</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　4.4.2 電壓反饋電路設(shè)計(jì)</p><p>　　直接通過(guò)分壓電阻對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，將采

116、樣電壓信號(hào)接入U(xiǎn)C3846N的誤差放大器反向輸入端引腳6。當(dāng)采樣電壓小于2.5V時(shí)，誤差放大器正向和反向輸出電壓，經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3846N的輸出信號(hào)占空比變大，輸出電壓上升，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　圖4.5 電壓反饋電路</p><p>　　4.5 TLP250驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路連接控制電路和主電路,

117、是電源的重要組成部分,在主電路為高壓供電的電路中,為了保證人身的安全和控制電路的良好運(yùn)行,往往采用具有電氣隔離功能的驅(qū)動(dòng)電路。隔離的方法有兩種:變壓器隔離和光電耦合器隔離,采用變壓器隔離的好處是不需要獨(dú)立電源,延時(shí)較小,主要缺點(diǎn)是輸出寬脈沖時(shí),變壓器容易飽和。光電隔離驅(qū)動(dòng)電路,其優(yōu)點(diǎn)是輸出波形較好,缺點(diǎn)是需要獨(dú)立的輔助電源供電。本文采用TLP250驅(qū)動(dòng)電路。</p><p><b>　　TLP250簡(jiǎn)介