開關(guān)電源設(shè)計(jì)ppt課件

1、第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.1 小功率開關(guān)電源 6.2 大功率開關(guān)電源 6.3 逆變電源 6.4 便攜式開關(guān)電源 6.5 多輸出高精度直流電源 6.6 通訊系統(tǒng)電源 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.1 小功率開關(guān)電源小功率開關(guān)電源6.1.1 50W電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)本節(jié)以小型電源的設(shè)計(jì)為例，闡明電源設(shè)計(jì)本節(jié)以小型電源的設(shè)計(jì)為例，闡明電源設(shè)計(jì)的方法。的方法。1電源設(shè)計(jì)目的電源設(shè)計(jì)目的典型小功率電源輸入、輸出參數(shù)如下：典型小功率電源輸入、輸出參數(shù)如下：輸入電壓：輸入電壓：AC 220V；輸入電壓變動(dòng)范圍：輸入電壓變動(dòng)范圍：190240V；輸入頻率：輸入頻率：50Hz；輸出電壓：輸出電壓

2、：12V；輸出電流：輸出電流：2.5A。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 控制電路方式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關(guān)頻率的選擇決議了變換器的特性，開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動(dòng)態(tài)呼應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動(dòng)損耗、輸出整流管的損耗等會(huì)越來越突出，而且頻率越高，對(duì)磁性資料的選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)的要求會(huì)越苛刻。另外，高頻下線路的寄生參數(shù)對(duì)線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、運(yùn)轉(zhuǎn)特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。在本電源中，選定任務(wù)頻率為85kHz。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2電路構(gòu)造的選擇電路構(gòu)造的選擇小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式小功率開

3、關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，電源構(gòu)造簡(jiǎn)單，任務(wù)可靠，本錢低。與單端反激式電路，電源構(gòu)造簡(jiǎn)單，任務(wù)可靠，本錢低。與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關(guān)電流小，輸出紋波小，更電路相比，單端正激式電路開關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易順應(yīng)高頻化。用電流型容易順應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片控制芯片UC3842構(gòu)成的構(gòu)成的單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路如圖單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路如圖6-1所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-1 UC3842構(gòu)成的單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源主電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖6-1中，開關(guān)

4、管VT導(dǎo)通時(shí)VD1導(dǎo)通，次級(jí)繞組N2向負(fù)載供電，VD4截止，反響電繞組N3的電流為零；VT關(guān)斷時(shí)VD1截止，VD4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842的7腳供電，同時(shí)初級(jí)繞組N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使VD3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中的磁場(chǎng)能量不像普通的RCD磁通復(fù)位電路耗費(fèi)在電阻上，而是經(jīng)過N3泄放，因此可到達(dá)減少發(fā)熱、提高效率的目的。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)根據(jù)根據(jù)UC3842運(yùn)用方式，選用定時(shí)電阻運(yùn)用方式，選用定時(shí)電阻RT=18k，定，定時(shí)電容時(shí)電容CT=3300pF。確定開關(guān)頻率。確定開關(guān)頻率f=30kHz，周期，周期T=33.3s

5、。選電源占空比。選電源占空比D=0.5，得，得ton=TD=16.65s (6-1)選擇磁芯截面積選擇磁芯截面積S=1.13cm2，磁路有效長(zhǎng)度，磁路有效長(zhǎng)度l=6.4cm，=2000(MXO資料資料)，那么電感系數(shù)為，那么電感系數(shù)為 (6-2) H44. 4104 . 06lSL變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)N1為(6-3) SBtUNmaxoni1第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 初級(jí)繞組電感為87211NLLmH 次級(jí)繞組匝數(shù)為DUUUUNNLiVD1o12)(6-4) 式中：UVD1為整流二極管VD1的壓降，UL為輸出電感L的壓降。取UVD1+UL=0.7V，代入式(6-4)，得N2=28匝。由式(6-2)，

6、次級(jí)繞組電感為48.3222NLLmH (6-5) 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 設(shè)開關(guān)管斷開時(shí)，N1兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e=300V；反響繞組向UC3842的7腳提供任務(wù)電壓，設(shè)電容C1上的電壓UC=16V，由N3=(UC/e)N1，得N37.5，取8匝。變壓器次級(jí)電流為矩形波，其有效值為(6-6) A 77.1707.05 .2o2DII導(dǎo)線電流密度取4A/mm2，所需繞組導(dǎo)線截面積為1.77/4 0.44mm2。同樣可選擇初級(jí)繞組導(dǎo)線，初級(jí)電流有效值為(6-7) 21o10.35ANIIDN第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 導(dǎo)線截面積為 0.35/4=0.0875 mm2，選用截面積為 0.1 mm2的導(dǎo)線。取輸

7、出電感的電流變化量 IL=0.2Io=0.5 A，則輸出電感為 onoVD12tIUUULL (6-8) 式中，U2為次級(jí)繞組電壓。計(jì)算得： 4 .25VD1o2DUUUULV (6-9) 取 UVD1=0.5 V，Uo=12 V，代入式(6-8)得 L=429.57 H。 根據(jù)輸出電感上的電流 IL=Io，繞組導(dǎo)線截面積約為 2.5/4=0.65 mm2，選擇截面積為 0.75 mm2的導(dǎo)線。 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 4開關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇 由于開關(guān)管斷開時(shí)初級(jí)繞組 N1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制為 eL 300 V，交流輸入電壓經(jīng)全波整流、電容濾波后，直流輸入電壓的最大值 為 33

8、92240maxiUV (6-10) 整流二極管所承受的最高反向電壓為 6012DNNeU V (6-11) 續(xù)流二極管所承受的最高反向電壓為 6812maxiFNNUU V (6-12) 整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為 75. 21 . 1oVD2VD1III A (6-13) 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 5反響電路的設(shè)計(jì)反響電路的設(shè)計(jì)電流反響電路采用電流互感器，經(jīng)過檢測(cè)開關(guān)管上的電流反響電路采用電流互感器，經(jīng)過檢測(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖電流作為采樣電流，原理如圖6-2所示。電流互感器的輸出所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時(shí)值反響和電流平均值反響兩路，分為電流瞬時(shí)值反響和電流平均

9、值反響兩路，R2上的電壓上的電壓反映電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使反映電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使UR2變化，變化，UR2接入接入U(xiǎn)C3842的維護(hù)輸入端的維護(hù)輸入端3腳，當(dāng)腳，當(dāng)UR2=1V時(shí)，時(shí)，UC3842芯芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。經(jīng)過調(diào)理片的輸出脈沖將關(guān)斷。經(jīng)過調(diào)理R1、R2的分壓比可改動(dòng)開的分壓比可改動(dòng)開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式維護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的維護(hù)，屬于式維護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的維護(hù)，屬于截流式維護(hù)。兩種過流維護(hù)互為補(bǔ)充，使電源更為平安可截流式維護(hù)。兩種過流維護(hù)互

10、為補(bǔ)充，使電源更為平安可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率。率。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 電壓反響電路如圖6-3所示。輸出電壓經(jīng)過集成穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器反響到UC3842的1腳，調(diào)理R1、R2的分壓比可設(shè)定和調(diào)理輸出電壓，到達(dá)較高的穩(wěn)壓精度。假設(shè)輸出電壓Uo升高，集成穩(wěn)壓器TL431的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即UC3842的1腳對(duì)地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓Uo減小

11、。同樣，假設(shè)輸出電壓Uo減小，可經(jīng)過反響調(diào)理使之升高。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-2 電流反響電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-3 電壓反響電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6維護(hù)電路的設(shè)計(jì)維護(hù)電路的設(shè)計(jì)圖圖6-4所示為變壓器過熱維護(hù)電路，所示為變壓器過熱維護(hù)電路，NTC為測(cè)變壓器溫為測(cè)變壓器溫度的一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。由度的一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。由NTC、R2、運(yùn)放、運(yùn)放A1構(gòu)構(gòu)成滯環(huán)比較器。在正常任務(wù)時(shí)，變壓器溫度正常，成滯環(huán)比較器。在正常任務(wù)時(shí)，變壓器溫度正常，NTC的的阻值較大，運(yùn)放兩輸入端電壓阻值較大，運(yùn)放兩輸入端電壓U+U-，運(yùn)放的輸出電壓較高，使三極管VT飽和導(dǎo)通，將電源內(nèi)部的

12、假負(fù)載R7自動(dòng)接入。當(dāng)電源接入負(fù)載RL時(shí)，R8上的壓降使U+U，運(yùn)放的輸出電壓為零，VT截止，將R7斷開。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-5 輸出過電壓維護(hù)電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-6 空載維護(hù)電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 7調(diào)試調(diào)試在輸入電壓為在輸入電壓為220V的條件下，輸入功率是個(gè)脈沖序列，的條件下，輸入功率是個(gè)脈沖序列，周期為周期為10ms，即每半個(gè)工頻周期電源輸入端經(jīng)過整流橋?yàn)?，即每半個(gè)工頻周期電源輸入端經(jīng)過整流橋?yàn)檩斎肫交瑸V波電容充一次電。在各種不同的負(fù)載情況下，輸入平滑濾波電容充一次電。在各種不同的負(fù)載情況下，當(dāng)輸入電壓從當(dāng)輸入電壓從90V變化到變化到250V時(shí)，相應(yīng)的輸出電壓

13、的測(cè)試時(shí)，相應(yīng)的輸出電壓的測(cè)試結(jié)果如表結(jié)果如表6-1所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 表 6-1 不同負(fù)載下的輸出電壓 輸出電壓/V 輸入電壓/V 空載 半載(10) 滿載(5) 90 12.456 12.360 12.242 110 12.459 12.368 12.247 220 12.467 12.375 12.265 250 12.471 12.381 12.262 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 實(shí)測(cè)各種負(fù)載狀況下的效率如表6-2 所示。 表 6-2 不同負(fù)載下的效率 負(fù) 載 空 載 半 載(10 ) 滿 載(5 ) 輸入功率/W 3.00 20.03 36.02 輸出功率/W 0 15.29

14、 30.04 效率 0 76.34% 83.40% 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.1.2 120W/24V電源設(shè)計(jì)電源設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求以圖以圖6-7所示的所示的120W、24V開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖來闡開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖來闡明其設(shè)計(jì)步驟。設(shè)計(jì)目的為：明其設(shè)計(jì)步驟。設(shè)計(jì)目的為：輸入電壓：輸入電壓：AC 185265V，50Hz；輸出電壓：輸出電壓：DC 24V；輸出電流：輸出電流：5.0A；電壓調(diào)整率：電壓調(diào)整率：1%。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-7 120W、24V開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2器件選擇器件選擇選擇選擇TOP系列的系列的TOP248Y作為開關(guān)器件。由于作為開關(guān)器件。

15、由于TOP248Y任務(wù)在輸出功率的上限，電流設(shè)定在最大值，即任務(wù)在輸出功率的上限，電流設(shè)定在最大值，即將將TOP248Y的的X端直接與源極相連。過壓值設(shè)定在端直接與源極相連。過壓值設(shè)定在DC 450V，假設(shè)輸入電壓超越此值，那么，假設(shè)輸入電壓超越此值，那么TOP248Y將自行關(guān)斷，將自行關(guān)斷，直到輸入電壓恢復(fù)正常值時(shí)直到輸入電壓恢復(fù)正常值時(shí)TOP248Y自行恢復(fù)啟動(dòng)。頻率自行恢復(fù)啟動(dòng)。頻率選擇端選擇端F也與源極直接相連，此時(shí)開關(guān)任務(wù)頻率設(shè)定在也與源極直接相連，此時(shí)開關(guān)任務(wù)頻率設(shè)定在130kHz。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3脈沖變壓器的設(shè)計(jì)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)脈沖變壓器的初級(jí)電感脈沖變壓器的初級(jí)電感L中

16、的電流與電壓的關(guān)系為中的電流與電壓的關(guān)系為0LUIL(6-14) 式中：U0為初級(jí)電感兩端的電壓；為開關(guān)脈沖寬度。脈沖變壓器的初級(jí)電感值在3003000H之間，輸出功率大時(shí)應(yīng)取下限，反之那么取上限。變壓器初級(jí)電感值不能太小，否那么會(huì)呵斥TOP248Y中的功率MOSFET的漏極電流太大，使開關(guān)損耗添加，同時(shí)易呵斥過流維護(hù)動(dòng)作，使電源難以啟動(dòng)。同樣，初級(jí)電感值也不能太大，否那么不能滿足輸出功率的要求。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 4電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì) 次級(jí)電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流管和濾波電容。 整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行，其最大值為 10522oRLC IIA (6-15) URLC nUimax

17、 (6-16) minomax iDUUn (6-17) 式中：Uo為輸出電壓；Io為輸出電流；Ui max為最大直流輸入電壓；Dmin為開關(guān)的最小占空比；n 為脈沖變壓器的變比。 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 將 Ui max=375 V，Uo=24 V，Dmin=0.25 代入式(6-17)，得到脈沖變壓器的變比為 n 4。此時(shí)脈沖變壓器的初級(jí)勵(lì)磁電流為 51.25 A4LI (6-18) 此值遠(yuǎn)小于 TOP248Y 的漏極電流 7.2 A。 電源次級(jí)整流管在輸出電壓較低的情況下采用肖特基二極管，以減小二極管的損耗。當(dāng)輸出電壓較高時(shí)，則需要采用快恢復(fù)二極管。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作

18、整流管，以減小其反向電流對(duì)初級(jí)的影響。濾波電容 C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求， L1及 C9應(yīng)能有效地濾除開關(guān)過程所產(chǎn)生的高頻噪聲干擾。 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 5反響電路的設(shè)計(jì)反響電路的設(shè)計(jì)圖圖6-7所示電路的反響電路采用光電耦合器和可調(diào)式三所示電路的反響電路采用光電耦合器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器端穩(wěn)壓器VZD2以及以及RP6、R10、R11組成的輸出電壓調(diào)整電組成的輸出電壓調(diào)整電路，路，R5為光電耦合器的限流電阻。在啟動(dòng)瞬間，檢測(cè)的電為光電耦合器的限流電阻。在啟動(dòng)瞬間，檢測(cè)的電流經(jīng)過光電耦合器改動(dòng)流經(jīng)過光電耦合器改動(dòng)IC1控制端的電流，實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)整，以控制端的電流，實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)整，以確保電源在低電

19、網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)到達(dá)規(guī)定的調(diào)整值。確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)到達(dá)規(guī)定的調(diào)整值。C3和和C4、R4組成環(huán)路補(bǔ)償電路。組成環(huán)路補(bǔ)償電路。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.2 大功率開關(guān)電源大功率開關(guān)電源6.2.1 技術(shù)目的技術(shù)目的交流輸入電壓：三相，交流輸入電壓：三相，380(120%)V，50Hz；輸出直流電壓：輸出直流電壓：0300V；輸出直流電流：輸出直流電流：020A；穩(wěn)壓穩(wěn)流精度：穩(wěn)壓穩(wěn)流精度：0.01%；效率：效率：95%；運(yùn)轉(zhuǎn)方式：運(yùn)轉(zhuǎn)方式：100%延續(xù)。延續(xù)。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.2.2 功率變換部分功率變換部分電路的功率變換部分是采用電路的功率變換部分是采用IGBT模塊組成半

20、橋式電路，模塊組成半橋式電路，如圖如圖6-8所示。此部分是開關(guān)電源的中心，其性能的好壞直所示。此部分是開關(guān)電源的中心，其性能的好壞直接影響整個(gè)電源的性能與可靠性。接影響整個(gè)電源的性能與可靠性。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-8 功率變換部分電路圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 1主電路主電路經(jīng)過經(jīng)過VD1VD6組成的三相全波整流后，得到約組成的三相全波整流后，得到約560V直流電壓，再經(jīng)輸入濾波電容直流電壓，再經(jīng)輸入濾波電容C2、C3分壓，它們各接受約分壓，它們各接受約280V電壓。當(dāng)電壓。當(dāng)VT1的門極電壓的門極電壓U1到達(dá)一定電平值時(shí)，到達(dá)一定電平值時(shí)，VT1導(dǎo)通，電容器導(dǎo)通，電容器C2經(jīng)過經(jīng)過VT1

21、的漏極和源極、變壓器的漏極和源極、變壓器T的初級(jí)繞的初級(jí)繞組放電，給次級(jí)傳送能量。當(dāng)組放電，給次級(jí)傳送能量。當(dāng)VT1截止時(shí)，截止時(shí)，VT2的門極電壓的門極電壓U2也到達(dá)一定的電平值，使也到達(dá)一定的電平值，使VT2由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，電容器由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，電容器C3經(jīng)經(jīng)T的初級(jí)繞組及的初級(jí)繞組及VT2的漏極和源極放電，給次級(jí)傳送能的漏極和源極放電，給次級(jí)傳送能量。為了防止因量。為了防止因VT1與與VT2同時(shí)導(dǎo)通呵斥直通缺點(diǎn)而損壞，同時(shí)導(dǎo)通呵斥直通缺點(diǎn)而損壞，必需求保證必需求保證VT1和和VT2的門極驅(qū)動(dòng)電壓有一個(gè)共同截止的時(shí)的門極驅(qū)動(dòng)電壓有一個(gè)共同截止的時(shí)間，稱為控制脈沖的間，稱為控制脈沖的“死區(qū)時(shí)

22、間，要求死區(qū)時(shí)間，要求“死區(qū)時(shí)間必需死區(qū)時(shí)間必需大于大于VT1和和VT2的最長(zhǎng)導(dǎo)通飽和延遲時(shí)間。的最長(zhǎng)導(dǎo)通飽和延遲時(shí)間。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2RC緩沖電路緩沖電路如圖如圖6-8所示，以所示，以VT1為例，當(dāng)為例，當(dāng)VT1截止時(shí)，電容器截止時(shí)，電容器C4經(jīng)過經(jīng)過R4充電；當(dāng)充電；當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，電容器導(dǎo)通時(shí)，電容器C4經(jīng)經(jīng)R4放電。雖然放電。雖然RC緩沖電路耗費(fèi)了一定量的功率，但卻減輕了開關(guān)管關(guān)斷緩沖電路耗費(fèi)了一定量的功率，但卻減輕了開關(guān)管關(guān)斷瞬間的電壓應(yīng)力。瞬間的電壓應(yīng)力。RC電路必需保證以下兩點(diǎn)：一是在開關(guān)管截止期間，電路必需保證以下兩點(diǎn)：一是在開關(guān)管截止期間，必需能使電容器充電到接近正偏

23、壓必需能使電容器充電到接近正偏壓UGS；二是在開關(guān)管導(dǎo)；二是在開關(guān)管導(dǎo)通期間，必需使電容器上的電荷經(jīng)過電阻全部放掉。通期間，必需使電容器上的電荷經(jīng)過電阻全部放掉。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3門極抗干擾鉗位維護(hù)電路門極抗干擾鉗位維護(hù)電路如圖如圖6-9所示，并聯(lián)在所示，并聯(lián)在IGBT的門極與發(fā)射極之間的穩(wěn)壓的門極與發(fā)射極之間的穩(wěn)壓管極性相反，串聯(lián)在一同運(yùn)用的目的是把門極正向電壓限管極性相反，串聯(lián)在一同運(yùn)用的目的是把門極正向電壓限制在制在20V以內(nèi)，將負(fù)偏壓限制在以內(nèi)，將負(fù)偏壓限制在15V以內(nèi)。把加在門極的以內(nèi)。把加在門極的電壓鉗位到預(yù)定電平，可有效地消除干擾在驅(qū)動(dòng)電路中產(chǎn)電壓鉗位到預(yù)定電平，可有效地消

24、除干擾在驅(qū)動(dòng)電路中產(chǎn)生的尖峰電壓信號(hào)對(duì)生的尖峰電壓信號(hào)對(duì)IGBT的潛在危害。的潛在危害。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-9 M57962L型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖和接線圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 4驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路IGBT的驅(qū)動(dòng)采用公用的混合集成驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部應(yīng)具有的驅(qū)動(dòng)采用公用的混合集成驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部應(yīng)具有退飽和檢測(cè)與維護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)能快速呼應(yīng)但慢退飽和檢測(cè)與維護(hù)環(huán)節(jié)，當(dāng)發(fā)生過電流時(shí)能快速呼應(yīng)但慢速關(guān)斷速關(guān)斷IGBT，并向外部電路發(fā)出缺點(diǎn)信號(hào)。本例采用，并向外部電路發(fā)出缺點(diǎn)信號(hào)。本例采用M57962L芯片，輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓均為芯片，輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓均為+15V左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)左右，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為電壓

25、為10V。圖。圖6-9為為M57962L型型IGBT驅(qū)動(dòng)器的原理圖和驅(qū)動(dòng)器的原理圖和接線圖。接線圖。IGBT的門極驅(qū)動(dòng)電路親密地關(guān)系到其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。的門極驅(qū)動(dòng)電路親密地關(guān)系到其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。門極電路的正偏壓門極電路的正偏壓UGS、負(fù)偏壓、負(fù)偏壓UGS和門極電阻和門極電阻RC的大的大小，對(duì)小，對(duì)IGBT的通態(tài)電壓、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、接受短路的通態(tài)電壓、開關(guān)時(shí)間、開關(guān)損耗、接受短路才干以及才干以及du/dt參數(shù)均有不同程度的影響。參數(shù)均有不同程度的影響。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 在IGBT的門極與源極之間，應(yīng)加11k的泄放電阻。思索正偏電壓UGS的影響，當(dāng)UGS添加時(shí)，開通時(shí)間縮短，因此開通損

26、耗減小。UGS的添加對(duì)減小通態(tài)電壓和開通損耗有利，但是UGS不能隨意添加，由于當(dāng)添加到一定程度后，對(duì)IGBT的負(fù)載短路才干以及du/dt有不利影響，該電路采用UGS=15V。負(fù)偏電壓是很重要的門極驅(qū)動(dòng)條件，它直接影響IGBT的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。過高的du/dt產(chǎn)生較大的位移電流，使門極和源極之間的電壓上升，并超越IGBT的門極閾值電壓,產(chǎn)生一個(gè)較大的漏極脈沖浪涌電流，過大的漏極浪涌電流會(huì)使IGBT發(fā)生不可控的擎柱景象。為了防止IGBT發(fā)生這種誤觸發(fā)，可在門極加反向偏置電壓，該電路中UGS=12V。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.3 逆逆 變變 電電 源源6.3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)1主電路設(shè)計(jì)主電路設(shè)計(jì)逆變

27、電源系統(tǒng)框圖如圖逆變電源系統(tǒng)框圖如圖6-10所示。主電所示。主電路首先需將路首先需將24V直流輸入電壓變換為直流輸入電壓變換為96V、可調(diào)理的直流母線電壓。設(shè)計(jì)選用性能優(yōu)良可調(diào)理的直流母線電壓。設(shè)計(jì)選用性能優(yōu)良的的DC/DC模塊，以縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品模塊，以縮短設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品可靠性?？煽啃?。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-10 逆變電源系統(tǒng)框圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 采用VICOR系列模塊進(jìn)展逆變電源的設(shè)計(jì)，其中的DC/DC模塊采用了零電流/零電壓(ZCS/ZVS)技術(shù)，同時(shí)可以利用其I/O隔離的特性實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的隔離。本節(jié)設(shè)計(jì)中運(yùn)用兩只24V變48V、輸出功率為150W的DC/DC模塊A和模

28、塊B，輸入為A、B并聯(lián)，輸出為A、B串聯(lián)，以獲得96V的直流母線電壓。在不思索電源的損耗時(shí)，電源的最大輸出功率為300W。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 電源在正常任務(wù)時(shí)輸出電壓為36V，假設(shè)直流利用率為0.7，調(diào)制度為最大值1，那么所需直流電壓為36/0.751.4V。輸出電壓為68V時(shí)，假設(shè)直流利用率仍為0.7，調(diào)制度為最大值1，那么所需直流電壓為68/0.797V。這是空載時(shí)所需的直流電壓，當(dāng)帶重載時(shí)，由于線路阻抗和系統(tǒng)輸出阻抗的存在，所需的直流母線電壓更高，所以必需采取措施提高直流利用率。計(jì)算SPWM數(shù)據(jù)時(shí)，可適當(dāng)?shù)剡^調(diào)制，并在電路中加大濾波電容器的容量，以到達(dá)提高和穩(wěn)定直流母線電壓的目的。逆變

29、橋運(yùn)用功率MOSFET構(gòu)成三相逆變?nèi)珮颍瑸V波網(wǎng)絡(luò)中的電容采用三角形銜接方式，以加強(qiáng)濾波作用。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2維護(hù)與控制電源維護(hù)與控制電源電源在有異常情況出現(xiàn)時(shí)，有兩種切斷輸出方法：一電源在有異常情況出現(xiàn)時(shí)，有兩種切斷輸出方法：一是封鎖控制數(shù)據(jù)，選擇是封鎖控制數(shù)據(jù)，選擇ROM數(shù)據(jù)全為零的空頁，此法方便、數(shù)據(jù)全為零的空頁，此法方便、快速；二是斷開直流母線電壓，此法有利于負(fù)載的平安?？焖?；二是斷開直流母線電壓，此法有利于負(fù)載的平安。這里選擇后者。這里選擇后者。V系列模塊的系列模塊的GATE-IN端是其功率提升同步端是其功率提升同步端，也是該模塊的使能端，拉低該端電壓即可封鎖模塊。端，也是該模

30、塊的使能端，拉低該端電壓即可封鎖模塊。GATE-IN端電位為基準(zhǔn)電位，所檢測(cè)的過流、過壓信號(hào)均端電位為基準(zhǔn)電位，所檢測(cè)的過流、過壓信號(hào)均需以光電耦合與之隔離。需以光電耦合與之隔離。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.3.2 PWM控制控制1SPWM根本原理根本原理逆變過程需求控制開關(guān)管的動(dòng)作方式，使得輸出波形為正弦波。本逆變過程需求控制開關(guān)管的動(dòng)作方式，使得輸出波形為正弦波。本設(shè)計(jì)利用設(shè)計(jì)利用SPWM采樣方法對(duì)開關(guān)管進(jìn)展控制。在采樣方法對(duì)開關(guān)管進(jìn)展控制。在ROM中的中的PWM數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)是離線計(jì)算，靈敏性大。獲得離線計(jì)算，靈敏性大。獲得SPWM方法是經(jīng)過利用規(guī)那么采樣法計(jì)算方法是經(jīng)過利用規(guī)那么采樣法計(jì)算數(shù)

31、據(jù)，準(zhǔn)確地得到開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間，其原理誤差與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確地得到開關(guān)器件的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間，其原理誤差與存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)取整帶來的誤差相比可以忽略。計(jì)算程序的入口參數(shù)主要有時(shí)取整帶來的誤差相比可以忽略。計(jì)算程序的入口參數(shù)主要有3個(gè)，即個(gè)，即載波頻率載波頻率fc、調(diào)制頻率、調(diào)制頻率fM和調(diào)制度和調(diào)制度M，其中調(diào)制度代表預(yù)期的輸出幅值。，其中調(diào)制度代表預(yù)期的輸出幅值。輸出電壓切換前后的幅值相差很大，不能運(yùn)用同一個(gè)調(diào)制度，所以在輸出電壓切換前后的幅值相差很大，不能運(yùn)用同一個(gè)調(diào)制度，所以在ROM中存儲(chǔ)兩組數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)兩組數(shù)據(jù)(每組每組2KB)，經(jīng)過控制高位地址線實(shí)現(xiàn)電壓切換。，經(jīng)過控制高位地址線實(shí)現(xiàn)

32、電壓切換。在啟動(dòng)階段輸出在啟動(dòng)階段輸出68V電壓時(shí)，需適當(dāng)過調(diào)制，此時(shí)電壓時(shí)，需適當(dāng)過調(diào)制，此時(shí)SPWM就近似為梯形就近似為梯形波比較調(diào)制，使直流利用率提高；而正常任務(wù)輸出波比較調(diào)制，使直流利用率提高；而正常任務(wù)輸出36V電壓時(shí)，調(diào)制度電壓時(shí)，調(diào)制度較低，諧波含量將很少。較低，諧波含量將很少。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 按SPWM根本原理，自然采樣法中要求解復(fù)雜的超越方程，難以在實(shí)時(shí)控制中在線計(jì)算，工程運(yùn)用不多。而規(guī)那么采樣法是一種工程適用方法，效果接近自然采樣法，計(jì)算量小得多。規(guī)那么采樣法原理見圖6-11所示，三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc。自然采樣法中，脈沖中點(diǎn)與三角波一周期中點(diǎn)不重合。

33、規(guī)那么采樣法使兩者重合，每個(gè)脈沖中點(diǎn)為相應(yīng)三角波中點(diǎn)，計(jì)算大為簡(jiǎn)化。三角波負(fù)峰時(shí)辰tD對(duì)信號(hào)波采樣得D點(diǎn)，過D作程度線和三角波交于A、B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)辰tA和B點(diǎn)時(shí)辰tB控制器件的通斷，脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-11 規(guī)那么采樣法 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2規(guī)則采樣法計(jì)算 規(guī)則采樣法計(jì)算公式推導(dǎo)過程如下。正弦調(diào)制信號(hào)波公式中，a稱為調(diào)制度，0 a ，T為交流電的周為交流電的周期。此時(shí)輸出電壓為期。此時(shí)輸出電壓為T253Ud1.2U (6-25)第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2掉電維護(hù)電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算掉電維護(hù)電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算為了在瞬間掉電時(shí)不喪失信息，

34、要求電源具有掉電維為了在瞬間掉電時(shí)不喪失信息，要求電源具有掉電維護(hù)功能，如要求電源正常供電時(shí)提供一低電平，而在掉電護(hù)功能，如要求電源正常供電時(shí)提供一低電平，而在掉電瞬間電壓由瞬間電壓由+5V下降到下降到4.6V這一期間提供并維持一高電平。這一期間提供并維持一高電平。掉電維護(hù)電路如圖掉電維護(hù)電路如圖6-16所示。該電路為所示。該電路為DC/DC變換模變換模塊，其中二極管塊，其中二極管VD1的作用是防止輸入電源的正、負(fù)極插的作用是防止輸入電源的正、負(fù)極插錯(cuò)以及阻止錯(cuò)以及阻止C1向輸入側(cè)放電。向輸入側(cè)放電。OC1選用選用4N27光電耦合器，光電耦合器，用以隔離輸入、輸出地線。用以隔離輸入、輸出地線。

35、第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-16 掉電維護(hù)電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) R1的計(jì)算需根據(jù)輸入電壓和使三極管飽和導(dǎo)通(UCE 0.3 V)的低電平及流過二極管的最小電流 I1確定。 取電流 I1=15 mA，則有 2 . 310153 . 04831Rk (6-26) 按供電電壓 48 V 計(jì)算損耗功率為 W7 . 0015. 0)7 . 048(mIUP (6-27) 選 RJ1W-3.2 k。 R2由 +5 V 電壓和流經(jīng)三極管的電流 I2確定。 取 I2=5mA，則有 1)100005. 0() 3 . 05(2R k (6-28) 025. 0005. 052RPW (6-29) 選 RJ

36、-0.025W-1k。 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3模塊輸出電壓調(diào)理模塊輸出電壓調(diào)理微波發(fā)生器電源的微波發(fā)生器電源的DC/DC變換模塊為了運(yùn)用方便，設(shè)變換模塊為了運(yùn)用方便，設(shè)置了輸出電壓調(diào)理端。當(dāng)輸出電流較大、傳輸線路較長(zhǎng)時(shí)，置了輸出電壓調(diào)理端。當(dāng)輸出電流較大、傳輸線路較長(zhǎng)時(shí)，為彌補(bǔ)線路上的壓降，需求將輸出電壓調(diào)高。組件的為彌補(bǔ)線路上的壓降，需求將輸出電壓調(diào)高。組件的+5V電源設(shè)置有調(diào)壓電阻電源設(shè)置有調(diào)壓電阻R3，調(diào)理原理如圖，調(diào)理原理如圖6-17所示。調(diào)理過所示。調(diào)理過程就是改動(dòng)基準(zhǔn)電壓，電阻程就是改動(dòng)基準(zhǔn)電壓，電阻R3基準(zhǔn)電壓調(diào)高后，輸出電壓基準(zhǔn)電壓調(diào)高后，輸出電壓將同比例提高。將同比例提高。

37、第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-17 輸出電壓調(diào)整電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 4維護(hù)電路維護(hù)電路VIC系列模塊的系列模塊的VI-200系列設(shè)有過流、過壓和過熱維護(hù)系列設(shè)有過流、過壓和過熱維護(hù)電路，設(shè)置的過壓維護(hù)電路采用圖電路，設(shè)置的過壓維護(hù)電路采用圖6-18所示電路。所示電路。圖6-18 過壓維護(hù)電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 5電磁兼容性設(shè)計(jì)電磁兼容性設(shè)計(jì)電源的電磁兼容性電源的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：(1) 在輸入端加在輸入端加EMI濾波器，以抑制傳導(dǎo)干擾。濾波器，以抑制傳導(dǎo)干擾。(2) 采器具有采器具有EMI功能的功能的VIC前端模塊。前端模塊。(3) 在輸

38、入線之間加電容和在輸入、輸出端子與基板間在輸入線之間加電容和在輸入、輸出端子與基板間加電容，分別抑制差模干擾和共模干擾。加電容，分別抑制差模干擾和共模干擾。(4) 良好的屏蔽是減少電磁輻射的有效措施，加寬、縮良好的屏蔽是減少電磁輻射的有效措施，加寬、縮短大電流的功率線。短大電流的功率線。微波發(fā)生器電源系統(tǒng)框圖如圖微波發(fā)生器電源系統(tǒng)框圖如圖6-19所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-19 微波發(fā)生器電源系統(tǒng)框圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.4.3 機(jī)載小型電源的設(shè)計(jì)機(jī)載小型電源的設(shè)計(jì)1機(jī)載儀表電源的小型化設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)載儀表電源的小型化設(shè)計(jì)實(shí)例機(jī)載儀表電源為一臺(tái)機(jī)載儀表電源為一臺(tái)DC/DC變換電源

39、，它可將單一變換電源，它可將單一48V直流直流變換為多種直流，以供儀器所需。設(shè)計(jì)該電源時(shí)可采用模塊電源變換為多種直流，以供儀器所需。設(shè)計(jì)該電源時(shí)可采用模塊電源組合實(shí)現(xiàn)。組合實(shí)現(xiàn)。機(jī)載儀表對(duì)電源的技術(shù)要求如下：機(jī)載儀表對(duì)電源的技術(shù)要求如下：輸入電壓：輸入電壓：48V；輸出電壓：輸出電壓：+5V，15V，24V，60V；輸出電流：輸出電流：5A，2A，1A，0.5A；穩(wěn)壓精度：穩(wěn)壓精度：1%，1%，1.5%，2%；紋波噪聲峰紋波噪聲峰-峰值：峰值：50mV，80mV，100mV；任務(wù)溫度：任務(wù)溫度：55+60。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2電源部件的設(shè)計(jì)方案電源部件的設(shè)計(jì)方案由于該電源部件輸出電壓種類多

40、，給定的外形尺寸小由于該電源部件輸出電壓種類多，給定的外形尺寸小,且輸入電壓且輸入電壓變化范圍大變化范圍大,任務(wù)溫度范圍寬任務(wù)溫度范圍寬,所以必需選用小型、高可靠性的電源模塊。所以必需選用小型、高可靠性的電源模塊。(1) 5V(5A)電源選用電源選用GAA電源模塊。該模塊輸出為電源模塊。該模塊輸出為5V(5A)，任務(wù)，任務(wù)溫度為溫度為55+100，采用金屬殼封裝，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。，采用金屬殼封裝，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。(2) 15V(2A)電源選用電源選用VIC電源模塊。該模塊的輸出為電源模塊。該模塊的輸出為15V(3A), 任務(wù)溫度為任務(wù)溫度為-55+100，采用金屬殼封裝，其性能滿足設(shè)計(jì)

41、要求。，采用金屬殼封裝，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。(3) 24V(1A)電源選用兩塊電源選用兩塊VIC電源模塊。該模塊的輸出為電源模塊。該模塊的輸出為24V(2A)，任務(wù)溫度為，任務(wù)溫度為55+100，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。(4) 60V(0.5A)電源選用電源選用VIC電源模塊。該模塊輸出為電源模塊。該模塊輸出為30V(1A)，將兩塊串聯(lián)可得將兩塊串聯(lián)可得60V電壓，任務(wù)溫度均為電壓，任務(wù)溫度均為55+100，其性能滿足設(shè)，其性能滿足設(shè)計(jì)要求。計(jì)要求。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3電源電路的構(gòu)造電源電路的構(gòu)造圖圖6-20所示為機(jī)載儀表電源構(gòu)造圖。所示為機(jī)載儀表電源構(gòu)造圖。圖6-20

42、機(jī)載儀表電源構(gòu)造圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.4.4 機(jī)載三相交流電源的設(shè)計(jì)機(jī)載三相交流電源的設(shè)計(jì)機(jī)載交流穩(wěn)壓電源的主要功能是為特種電子系統(tǒng)中的機(jī)載交流穩(wěn)壓電源的主要功能是為特種電子系統(tǒng)中的傳感器提供交流激磁信號(hào)，要求性能穩(wěn)定、體積小、分量傳感器提供交流激磁信號(hào)，要求性能穩(wěn)定、體積小、分量輕、效率高、可靠性好。近幾年來關(guān)于交流穩(wěn)壓電源研討輕、效率高、可靠性好。近幾年來關(guān)于交流穩(wěn)壓電源研討的主要內(nèi)容之一是線性諧振型技術(shù)及其改良，以及開關(guān)型的主要內(nèi)容之一是線性諧振型技術(shù)及其改良，以及開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源。線性諧振型經(jīng)過交流穩(wěn)壓電源。線性諧振型經(jīng)過LC諧振參量的改動(dòng)使交流諧振參量的改動(dòng)使交流輸出電壓得

43、到調(diào)整，以延續(xù)可調(diào)式獲得優(yōu)越的穩(wěn)壓性能。輸出電壓得到調(diào)整，以延續(xù)可調(diào)式獲得優(yōu)越的穩(wěn)壓性能。該電源主電路中不含電力半導(dǎo)體器件，線路簡(jiǎn)單，可靠性該電源主電路中不含電力半導(dǎo)體器件，線路簡(jiǎn)單，可靠性高。但是由于線性諧振型電源存在輸入電壓范圍不夠?qū)?、高。但是由于線性諧振型電源存在輸入電壓范圍不夠?qū)?、源端空載無功電流調(diào)和波電流較大以及容易發(fā)生振蕩等缺源端空載無功電流調(diào)和波電流較大以及容易發(fā)生振蕩等缺陷，因此其開展和運(yùn)用遭到了限制，特別是在大功率場(chǎng)所陷，因此其開展和運(yùn)用遭到了限制，特別是在大功率場(chǎng)所的運(yùn)用比較少。的運(yùn)用比較少。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 開關(guān)型交流穩(wěn)壓電源采用了先進(jìn)的高頻開關(guān)電源技術(shù)，具有效率高、

44、呼應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。它先將交流電整流成脈動(dòng)的直流電，再經(jīng)過高頻脈寬調(diào)制技術(shù)，將脈動(dòng)的直流電逆變成交流電，再經(jīng)過相位跟蹤與轉(zhuǎn)換電路獲得與輸入側(cè)同頻同相的補(bǔ)償電壓，加在輸入與輸出之間，使輸出電壓穩(wěn)定。這項(xiàng)技術(shù)成為當(dāng)今交流穩(wěn)壓電源技術(shù)開展的方向。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 1電路根本原理電路根本原理機(jī)載交流穩(wěn)壓電源是一種機(jī)載交流穩(wěn)壓電源是一種AC/AC變換器，其關(guān)鍵部分變換器，其關(guān)鍵部分是單相是單相48V、400Hz AC/AC變換穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)該電源采變換穩(wěn)壓電路。設(shè)計(jì)該電源采用的是高頻用的是高頻PWM斬波器調(diào)感法構(gòu)成的新型交流穩(wěn)壓電源電斬波器調(diào)感法構(gòu)成的新型交流穩(wěn)壓電源電路，具有產(chǎn)生諧波小、抗各類電磁干

45、擾才干強(qiáng)、穩(wěn)壓精度路，具有產(chǎn)生諧波小、抗各類電磁干擾才干強(qiáng)、穩(wěn)壓精度高、動(dòng)態(tài)呼應(yīng)快等諸多優(yōu)點(diǎn)，其電路原理如圖高、動(dòng)態(tài)呼應(yīng)快等諸多優(yōu)點(diǎn)，其電路原理如圖6-21所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-21 高頻PWM斬波器式穩(wěn)壓電源電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 在圖 6-21 中，由 L1、VD1VD4、C3、VT 等構(gòu)成高頻 PWM 斬波電路。為減小 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管 VT 的開關(guān)損耗，加入了由電阻、電容和二極管等元器件組成的開通關(guān)斷緩沖電路 RCD。圖 6-21 中的電感L1和高頻 PWM 斬波支路可用等效電感 LX表示，LX是功率場(chǎng)效應(yīng)管VT 導(dǎo)通占空比的函數(shù)，經(jīng)推導(dǎo)可得： DLLX1 (6-

46、30) 式中，D 為 VT 的導(dǎo)通占空比。 同理，圖 6-21 中 LX、C2并聯(lián)電路的阻抗 Z 也是 D 的函數(shù)，即 )1 ( j22XXLCLZ (6-31) 式中， 為輸入電壓 Ui的角頻率。 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 當(dāng)輸入電壓降低或負(fù)載加重引起輸出電壓降低時(shí)，D增大，L2、C2支路呈感性，支路電流在線性電感繞組N2上的壓降與Ui同相，耦合到N3繞組上的電壓UN3與Ui串聯(lián)相加后補(bǔ)償了輸入電壓的缺乏。當(dāng)輸入電壓升高或負(fù)載減輕引起輸出電壓升高時(shí)，D減小，LX、C2支路呈容性，支路電流在線性電感繞組N2上的壓降與Ui反相，耦合到N3繞組上的電壓UN與Ui串聯(lián)相減后抵消了過剩的輸入電壓。由以上分

47、析可知，經(jīng)過對(duì)輸出電壓進(jìn)展采樣閉環(huán)反響，控制導(dǎo)通占空比D的大小，自動(dòng)改動(dòng)N3繞組上電壓的大小和相位，可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2電路參數(shù)選擇電路參數(shù)選擇將將L1和高頻和高頻PWM斬波器支路等效為一電感斬波器支路等效為一電感LX后，那后，那么圖么圖6-21所示電路可以為是一線性電路，將其中的耦合電感所示電路可以為是一線性電路，將其中的耦合電感L2、L3進(jìn)展去耦等效，并忽略進(jìn)展去耦等效，并忽略L4、C1濾波支路后，對(duì)等效濾波支路后，對(duì)等效電路運(yùn)用基爾霍夫定律列回路方程，可解得電路運(yùn)用基爾霍夫定律列回路方程，可解得)( j)2( j)(223202i0oMMMMLMLLMLLMLL

48、RLLURU(6-32) 式中：XXMLCLL221第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 由于U與Uo同相，故忽略兩者的相位差，可得i232222202220o)()(ULLLLRLMLRUMMM(6-33) 根據(jù)式(6-33)所提供的輸入和輸出電壓之間的函數(shù)關(guān)系式，即可根據(jù)系統(tǒng)需求確定L1、L2、L3，從而設(shè)計(jì)出滿足性能要求的主電路。在實(shí)踐的電路參數(shù)選擇中，為加快設(shè)計(jì)速度，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，采用根據(jù)工程估算并結(jié)合仿真軟件進(jìn)展優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 根據(jù)以下原那么估算L1、L2、L3等的參數(shù)：(1) 由L2、L3、C2等構(gòu)成正弦能量分配網(wǎng)絡(luò)，其自然諧振頻率應(yīng)設(shè)在輸入源頻率的1.52倍之間，以保證源頻

49、率變化對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響較小。在本設(shè)計(jì)中，由于電源頻率為400Hz，故網(wǎng)絡(luò)諧振頻率應(yīng)取為520800Hz。(2) N3/N2是決議輸入電壓范圍的主要參數(shù)。N3/N2過小時(shí)，輸入電壓的范圍不夠?qū)?；N3/N2過大時(shí)，那么導(dǎo)致系統(tǒng)的瞬態(tài)呼應(yīng)特性變壞，負(fù)載順應(yīng)才干下降。實(shí)踐的N3/N2取0.40.7，可獲得良好的瞬態(tài)呼應(yīng)性能和負(fù)載特性等。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) (3) 電路中由于諧波失真等目的的限制，L1不能過小。在實(shí)踐的開關(guān)控制中，由于采用的是高頻PWM方式，輸出的高次諧波只需用小容量的電容器C3即可消除。當(dāng)電源頻率為400Hz時(shí)，PWM開關(guān)頻率取80kHz。主電路選L1=20mH，C3=110pF，可濾掉

50、高頻斬波器中的高次諧波。(4) 主電路的N4和C1支路具有濾波和減少電流波形失真的功能。電容C1的取值不可過大，假設(shè)C1的值過分增大時(shí)，電路的調(diào)理極性將逆轉(zhuǎn)，不再具有穩(wěn)壓功能。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 3電路計(jì)算機(jī)仿真電路計(jì)算機(jī)仿真根據(jù)上述原那么估算得出一組參數(shù)值后，在輸出為根據(jù)上述原那么估算得出一組參數(shù)值后，在輸出為AC 48V、400Hz、50VA的條件下，運(yùn)用的條件下，運(yùn)用ISSPICE4模擬及數(shù)字模擬及數(shù)字混合電路仿真軟件對(duì)主電路進(jìn)展仿真。仿真電路如圖混合電路仿真軟件對(duì)主電路進(jìn)展仿真。仿真電路如圖6-22所所示。示。在仿真電路中，分別用電壓源在仿真電路中，分別用電壓源E1和和E2等效輸入源

51、和等效輸入源和PWM高頻脈沖源，輸出負(fù)載用一純電阻等效。在輸入分別高頻脈沖源，輸出負(fù)載用一純電阻等效。在輸入分別為為AC 55V/400Hz和和AC 40V/400Hz的條件下，電路輸入和的條件下，電路輸入和輸出的仿真波形如圖輸出的仿真波形如圖6-23所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-22 主電路的仿真電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-23 仿真輸入與輸出電壓波形 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.5 多輸出高精度直流電源多輸出高精度直流電源設(shè)計(jì)多輸出高精度直流電源時(shí)，要求每路輸出設(shè)計(jì)多輸出高精度直流電源時(shí)，要求每路輸出回路具有高精度穩(wěn)壓和隔離，可采用多個(gè)雙輸出變回路具有高精度穩(wěn)壓和隔離，可采用

52、多個(gè)雙輸出變換器來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)雙輸出變換器都有單獨(dú)的控制和換器來實(shí)現(xiàn)。每個(gè)雙輸出變換器都有單獨(dú)的控制和維護(hù)環(huán)節(jié)，從構(gòu)造上可視為一個(gè)獨(dú)立的電源，但它維護(hù)環(huán)節(jié)，從構(gòu)造上可視為一個(gè)獨(dú)立的電源，但它們間的任務(wù)是經(jīng)過同步電路和時(shí)序電路來協(xié)調(diào)的，們間的任務(wù)是經(jīng)過同步電路和時(shí)序電路來協(xié)調(diào)的，用這種方法構(gòu)成的電源實(shí)踐上是一個(gè)電源系統(tǒng)。與用這種方法構(gòu)成的電源實(shí)踐上是一個(gè)電源系統(tǒng)。與單個(gè)集中電源相比，其控制更加復(fù)雜，但性能更加單個(gè)集中電源相比，其控制更加復(fù)雜，但性能更加優(yōu)越。優(yōu)越。本節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)本節(jié)設(shè)計(jì)一個(gè)5路輸出的電源，每路輸出的電路輸出的電源，每路輸出的電壓、電流如表壓、電流如表6-3所示。該電源采用所示。該電源

53、采用3個(gè)變換器實(shí)現(xiàn)個(gè)變換器實(shí)現(xiàn)各路輸出的精細(xì)穩(wěn)壓：用變換器各路輸出的精細(xì)穩(wěn)壓：用變換器實(shí)現(xiàn)輸出實(shí)現(xiàn)輸出1，為，為單輸出電源；用變換器單輸出電源；用變換器實(shí)現(xiàn)輸出實(shí)現(xiàn)輸出2、輸出、輸出3和輸出和輸出4，為三輸出電源；用變換器，為三輸出電源；用變換器實(shí)現(xiàn)輸出實(shí)現(xiàn)輸出5和兩個(gè)和兩個(gè)+12V輔助電源，為三輸出電源。其中變換器輔助電源，為三輸出電源。其中變換器和和變換器變換器為有源鉗位正激電路，變換器為有源鉗位正激電路，變換器為反激為反激電路，次級(jí)的整流二極管均采用肖特基二極管。電路，次級(jí)的整流二極管均采用肖特基二極管。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 表 6-4 輸 出 電 壓 變換器 輸出電壓 Uo 輸出 1

54、輸出 2 輸出 3 輸出 4 輸出 5 輸入 2436 V 5.0 V，15 A 9.0 V，5.0 A 12.0 V，3.5 A 15.0 V，2.5 A -9 V，1.0 A 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.5.1 系統(tǒng)的構(gòu)造與原理系統(tǒng)的構(gòu)造與原理圖圖6-24是多輸出高精度直流電源系統(tǒng)的構(gòu)造圖，由是多輸出高精度直流電源系統(tǒng)的構(gòu)造圖，由3個(gè)變換個(gè)變換器、輸入濾波器、同步電路和檢測(cè)維護(hù)電路四大部分組成。每個(gè)器、輸入濾波器、同步電路和檢測(cè)維護(hù)電路四大部分組成。每個(gè)變換器都構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的可任務(wù)電源，用以提供相應(yīng)的輸出。變換器都構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的可任務(wù)電源，用以提供相應(yīng)的輸出。圖圖6-24所示系統(tǒng)的任務(wù)原理如

55、下：在接通輸入后，先由三極所示系統(tǒng)的任務(wù)原理如下：在接通輸入后，先由三極管和穩(wěn)壓管等構(gòu)成的一線性穩(wěn)壓器啟動(dòng)變換器管和穩(wěn)壓管等構(gòu)成的一線性穩(wěn)壓器啟動(dòng)變換器的的PWM控制電控制電路，產(chǎn)生具有最大占空比輸出的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)變換器路，產(chǎn)生具有最大占空比輸出的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)變換器的主開關(guān)，的主開關(guān)，從而使其觸發(fā)一個(gè)從而使其觸發(fā)一個(gè)D觸發(fā)器，產(chǎn)生兩列反相的方波，經(jīng)微分后分觸發(fā)器，產(chǎn)生兩列反相的方波，經(jīng)微分后分別作為變換器別作為變換器和變換器和變換器的同步控制信號(hào)。這樣使得變換器的同步控制信號(hào)。這樣使得變換器和變換器和變換器的任務(wù)頻率一樣，相位相差的任務(wù)頻率一樣，相位相差180。此電路的構(gòu)造還可。此電路的構(gòu)造還可減

56、小輸入電流紋波。變換器減小輸入電流紋波。變換器和變換器和變換器的任務(wù)頻率是的任務(wù)頻率是100kHz，變換器變換器的任務(wù)頻率是的任務(wù)頻率是200kHz。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-24 多輸出高精度直流電源系統(tǒng)的構(gòu)造圖 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 為了保證系統(tǒng)的可靠任務(wù)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩套檢測(cè)維護(hù)電路(其輸出信號(hào)分別為SD-DRV、SD-PWM)。其中檢測(cè)維護(hù)電路用以防止輸入過壓或欠壓，以及輸出Uo5的過壓。一旦這些缺點(diǎn)發(fā)生后，便產(chǎn)生一個(gè)SD-DRV信號(hào)去封鎖變換器和變換器的驅(qū)動(dòng)電路，同時(shí)也封鎖變換器的PWM控制器，結(jié)果是整個(gè)系統(tǒng)關(guān)機(jī)，從而維護(hù)系統(tǒng)的各個(gè)部分。另一檢測(cè)維護(hù)電路那么用來維護(hù)變換器和變換器的輸

57、出過壓和過流，假設(shè)某個(gè)變換器產(chǎn)生過壓或過流，那么經(jīng)由脈沖構(gòu)成和放大部分組成的維護(hù)電路產(chǎn)生SD-PWM信號(hào)封鎖變換器和變換器的PWM控制器，從而中止兩個(gè)變換器的任務(wù)。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 輸入EMI濾波器的設(shè)計(jì)既要滿足EMI的要求，又要滿足輸入浪涌電流以及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求。由于接入EMI后，經(jīng)常會(huì)由于它的輸出阻抗和后置變換器的輸入阻抗的匹配問題而引起振蕩，為消除振蕩，經(jīng)常要加大電容，從而會(huì)引起浪涌電流的添加，因此它的設(shè)計(jì)也需折衷思索。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 6.5.2 控制單元原理控制單元原理電源系統(tǒng)有電源系統(tǒng)有3個(gè)功率級(jí)，其中兩個(gè)采用有源鉗位正激變個(gè)功率級(jí)，其中兩個(gè)采用有源鉗位正激變換器，用以實(shí)

58、現(xiàn)主要的輸出，第三個(gè)那么采用反激電路，換器，用以實(shí)現(xiàn)主要的輸出，第三個(gè)那么采用反激電路，以實(shí)現(xiàn)輔助電源和第以實(shí)現(xiàn)輔助電源和第5個(gè)輸出。電源系統(tǒng)各部分控制電路的個(gè)輸出。電源系統(tǒng)各部分控制電路的原理如下。原理如下。1變換器變換器和變換器和變換器的的PWM控制電路控制電路變換器變換器和變換器和變換器的的PWM控制電路包括電壓和電流控制電路包括電壓和電流檢測(cè)電路、誤差放大電路、斜坡補(bǔ)償電路、檢測(cè)電路、誤差放大電路、斜坡補(bǔ)償電路、PWM發(fā)生器、發(fā)生器、同步控制器和驅(qū)動(dòng)器等。其中將驅(qū)動(dòng)器放在變換器的初級(jí)，同步控制器和驅(qū)動(dòng)器等。其中將驅(qū)動(dòng)器放在變換器的初級(jí)，如圖如圖6-25所示。將其他控制單元放在變換器的次

59、級(jí)，而在它所示。將其他控制單元放在變換器的次級(jí)，而在它們之間采用一個(gè)脈沖變壓器加以隔離，如圖們之間采用一個(gè)脈沖變壓器加以隔離，如圖6-26所示。所示。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-25 初級(jí)控制電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 圖6-26 次級(jí)控制電路 第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 兩個(gè)UC1822A是集成PWM控制器，經(jīng)由同步電路CD4013B、雙D觸發(fā)器產(chǎn)生的兩列尖脈沖加至每一UC1822A的6腳，使兩控制器產(chǎn)生同頻且反相的控制信號(hào)，每個(gè)控制器都將檢測(cè)的開關(guān)電流加上斜坡信號(hào)，由PWM輸出信號(hào)端9腳產(chǎn)生，加至各自芯片的電流端7腳。電壓信號(hào)UC1經(jīng)取樣電阻分壓和誤差放大器補(bǔ)償后產(chǎn)生一輸出信號(hào)加至3腳，此信號(hào)與

60、7腳信號(hào)比較后產(chǎn)生輸出占空比信號(hào)PWMV3、PWMV4，再由脈沖變壓器隔離和初級(jí)驅(qū)動(dòng)器UC1707產(chǎn)生兩路互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)變換器的主管和鉗位管。適宜的參數(shù)設(shè)計(jì)，尤其是電壓補(bǔ)償器和斜坡補(bǔ)償?shù)倪x擇，將使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地任務(wù)。第6章 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 2反激變換器的控制電路反激變換器的控制電路系統(tǒng)的變換器系統(tǒng)的變換器產(chǎn)生兩個(gè)輔助電源產(chǎn)生兩個(gè)輔助電源UCCP、UCCS和和一個(gè)主輸出，兩個(gè)輔助電源分別作為初級(jí)控制電路和次級(jí)一個(gè)主輸出，兩個(gè)輔助電源分別作為初級(jí)控制電路和次級(jí)控制電路的供電電源。其控制電路的供電電源。其PWM控制同樣采用控制同樣采用UC1822A，原，原理與變換器理與變換器和變換器和變換器的的