電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)全橋式小功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　全橋式小功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著全球?qū)G色環(huán)保問(wèn)題的不斷關(guān)注和開(kāi)關(guān)電源在電氣電子各個(gè)領(lǐng)域中的優(yōu)良

3、表現(xiàn), 社會(huì)對(duì)其的需求量在不斷的加大, 開(kāi)關(guān)電源也因?yàn)槠涓咝?、小體積、輕重量等多方面的優(yōu)勢(shì)在很多領(lǐng)域逐步取代了傳統(tǒng)的連續(xù)工作的線性電源，但同時(shí)人們對(duì)這種電源的效率、體積、重量、功率因素及可靠性等方面提出了更高的要求。開(kāi)關(guān)變換器的高頻化、集成化、小型化、低噪聲化、高可靠性化發(fā)展也是當(dāng)今社會(huì)的不斷追求和努力的方向，目前，開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究熱點(diǎn)主要有新型高頻高功率半導(dǎo)體器件開(kāi)發(fā)，外圍新器件的開(kāi)發(fā)，同步整流技術(shù)優(yōu)化，電磁兼容優(yōu)化，高性能數(shù)字控制，

4、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和參數(shù)的最優(yōu)化，低電壓，大電流電源的開(kāi)發(fā)等方面。隨著研究的不斷深入和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源的工作頻率，效率將不斷提高，體積將不斷減小，性能將更加穩(wěn)定，品種也將越來(lái)越多。</p><p>　　近年來(lái)開(kāi)關(guān)電源的高頻變換器出現(xiàn)了推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等多種形式，新型的軟開(kāi)關(guān)控制技術(shù)也有零電壓和零電流兩種。本文介紹了一款基于UC3825的小功率移相全橋零電壓軟開(kāi)關(guān)控制方式的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，采

5、用市電供電，帶隔離變壓器，給出了DC-DC變換器、PWM控制及驅(qū)動(dòng)電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)思路,并使用ORCAD/Pspice軟件對(duì)開(kāi)關(guān)電源主電路系統(tǒng)性能進(jìn)行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果顯示,該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源效率高，輸出電壓穩(wěn)定，電路設(shè)計(jì)較完善，性能穩(wěn)定。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；移相全橋；軟開(kāi)關(guān)技術(shù)</p><p><b>　　Abstract</b><

6、/p><p>　　With the global keeping attention on the problem of environmental protection and the switching power supply has good performance in all fields of electrical and electronic, the demands of switching pow

7、er supply keep increasing.Because of its high efficiency, small size, light weight, and many other advantages, the switching power supply gradually replace the traditional linear power in many fields. But people need hig

8、her requirement for the efficiency, volume, weight, power factor and reliabilit</p><p>　　In recent years, there are push-pull, full bridge, half bridge, single-ended forward and single-ended flyback and othe

9、r forms of switching power supply frequency converter, the new soft-switching control technology has zero voltage and zero current. The thesis describes a switching power supply with low power phase-shift full-bridge zer

10、o-voltage soft-switching control based on UC3825,with electricity supply of 220V and isolation transformers, DC-DC converter, PWM control and drive circuit of the</p><p>　　Key words: switching power supply;

11、phase-shift full-bridge; Soft-switching technology</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒 論2</b></p><p>　　1.1 本文

12、的設(shè)計(jì)任務(wù)2</p><p>　　1.2 本文的設(shè)計(jì)方案2</p><p>　　第2章 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)5</p><p>　　2.1軟開(kāi)關(guān)的定義5</p><p>　　2.2軟開(kāi)關(guān)的分類5</p><p>　　2.3全橋移相控制方式5</p><p>　　第3章 PWM控制芯片UC38

13、257</p><p>　　3.1 UC3825簡(jiǎn)介7</p><p>　　3.2 UC3825的基本特性7</p><p>　　3.3 UC3825的工作原理8</p><p>　　第4章 主電路的選型與設(shè)計(jì)11</p><p>　　4.1 開(kāi)關(guān)電源主電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11</p><p&

14、gt;　　4.2 主電路主要參數(shù)的計(jì)算11</p><p>　　4.3 高頻變壓器的計(jì)算與設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.4 隔離變壓器與整流電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.5 輸入濾波電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.6 輸出濾波電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.7主

15、開(kāi)關(guān)元件計(jì)算與選型17</p><p>　　4.8吸收電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　第5章 控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算20</p><p>　　5.1控制電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　5.2鋸齒波電路的參數(shù)計(jì)算20</p><p>　　5.3電壓反饋比較電路的參數(shù)計(jì)算21</p><

16、;p>　　5.4過(guò)流保護(hù)電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　5.5 控制輸出電路的設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.6 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.7 軟開(kāi)關(guān)電路的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.8 控制電路電源的設(shè)計(jì)24</p><p>　　5.9 系統(tǒng)原理圖25</p&g

17、t;<p>　　第6章 基于ORCAD的開(kāi)關(guān)電源仿真25</p><p><b>　　結(jié)論28</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　前 言</b></p&

18、gt;<p>　　能源問(wèn)題在全球越來(lái)越受到重視，人們對(duì)電子產(chǎn)品的能耗問(wèn)題也變得愈來(lái)愈關(guān)注，怎樣提高供電效率，降低功耗成為一個(gè)需要迫切解決的問(wèn)題。而傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源電路存在著效率低、體積大、消耗銅鐵量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。于是為了提高效率，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。</p><p>　　開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源（Switching Mode Power Supply，SMPS），在這

19、種電源中，起調(diào)整穩(wěn)壓控制功能的器件始終工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換。隨電力電子技術(shù)在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源因具有體積小、重量輕、發(fā)熱量低、效率高、紋波小、噪音低等優(yōu)良特性廣泛應(yīng)用在諸如計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、攝像機(jī)、游戲機(jī)等電子設(shè)備上。</p><p>　　20世紀(jì)50年代，美國(guó)宇航局為搭載火箭開(kāi)發(fā)了重量輕、小型化開(kāi)關(guān)電源。1955年美國(guó)人羅耶發(fā)明了自激震蕩晶體管單

20、變壓器的推挽DC-DC變換器，開(kāi)始了開(kāi)關(guān)電源的實(shí)際應(yīng)用研究。1957年查賽發(fā)明了自激推挽雙變壓器變換器。1964年美國(guó)人正式提出沒(méi)有工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的思路，并在1969年成功研制了25KHz的開(kāi)關(guān)變換器電源。</p><p>　　20世紀(jì)70年代開(kāi)始，開(kāi)關(guān)電源因體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)與設(shè)備中。但就在這個(gè)時(shí)期研究人員同時(shí)也認(rèn)識(shí)到了開(kāi)

21、關(guān)電源中硬開(kāi)關(guān)的不足，開(kāi)始了對(duì)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。全諧振變換器技術(shù)就是在70年代最先出現(xiàn)的工作模式。接著在20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)了準(zhǔn)諧振和多諧振變換器技術(shù)，末期又發(fā)明了零開(kāi)關(guān)變換器技術(shù)。20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)零轉(zhuǎn)換技術(shù)。到了21世紀(jì)，人們開(kāi)始關(guān)注綠色環(huán)保問(wèn)題。考慮到開(kāi)關(guān)電源的節(jié)能和低污染，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)產(chǎn)生了，并得到了很廣泛應(yīng)用，從此使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入了一個(gè)新的階段。</p><p>　　隨著軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

22、、高頻開(kāi)關(guān)器件技術(shù)的出現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)正向高效率、高頻率、輕便化的方向上迅速發(fā)展。世界各國(guó)都在大力研制開(kāi)發(fā)新型開(kāi)關(guān)電源，因這是節(jié)約能源的重大舉措。目前，開(kāi)關(guān)電源已成為當(dāng)今電力和電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。國(guó)內(nèi)外對(duì)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不同領(lǐng)域都有了很多新的研究熱點(diǎn)。</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 本文的設(shè)計(jì)任務(wù)&l

23、t;/p><p>　　本設(shè)計(jì)做的是一個(gè)小功率帶變壓器隔離的全橋式開(kāi)關(guān)電源，供電電源采用市電。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是開(kāi)關(guān)電源的主電路和控制電路，和其他的一些輔助電路。并利用Pspice軟件對(duì)開(kāi)關(guān)電源的主電路進(jìn)行仿真。開(kāi)關(guān)電源需要滿足下列指標(biāo)要求：</p><p>　?。?）輸出電壓Uo可調(diào)范圍：20V～50V；</p><p>　?。?）最大輸出電流IOmax：4A；</

24、p><p>　?。?）Io從0變到4A時(shí)，負(fù)載調(diào)整率SI≤5%（U2=40V）；</p><p>　　（4）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP≤1V（U2=36V,Uo=40V,Io=4A）；</p><p>　　（5）DC-DC變換器的效率 ≥70%（U2=36V,Uo=40V,Io=4A）；</p><p>　　（6）具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流

25、IO（th）=4.5±0.2A</p><p>　　要求設(shè)計(jì)出電路圖，包括主電路、控制電路以及選用相應(yīng)的元器件（包括參數(shù)設(shè)計(jì)，最后利用Pspice軟件仿真驗(yàn)證指標(biāo)）。</p><p>　　1.2 本文的設(shè)計(jì)方案</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源一般是由變壓器，整流濾波電路，DC-DC變換器，控制電路，保護(hù)電路等電路構(gòu)成。本設(shè)計(jì)的核心部分，進(jìn)行功率變換的DC-D

26、C變換器，采用全橋式變換電路，此外還有軟啟動(dòng)、過(guò)流保護(hù)、噪聲濾波等電路。通過(guò)資料的查閱，設(shè)計(jì)出了元器件參數(shù)，然后選擇合適的器件，設(shè)計(jì)出完整的電氣原理總圖，如圖1.1所示。</p><p>　　1.全橋式DC-DC變換器。全橋式DC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖1.2所示，電路中有四個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1，Q2，Q3和Q4，其中，Q1和Q4同時(shí)導(dǎo)通，Q2和Q3同時(shí)導(dǎo)通，并且兩組開(kāi)關(guān)管輪流導(dǎo)通半個(gè)周期。這樣在高頻變壓器的副邊繞組兩

27、端分別形成相位相反的交流電壓，Q1，Q4導(dǎo)通時(shí)，二極管D5處于導(dǎo)通狀態(tài)，Q2，Q3導(dǎo)通時(shí)，二極管D6處于導(dǎo)通狀態(tài)，在負(fù)載端形成矩形電壓脈沖，因此通過(guò)調(diào)整Q1和Q4，Q2和Q3兩組開(kāi)關(guān)管的的導(dǎo)通時(shí)間就可以調(diào)整輸出電壓的占空比，從而調(diào)整輸出電壓的平均值，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。</p><p>　　2.隔離變壓器和整流濾波電路。本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源變壓整流電路如圖1.3所示，先把220V的市電通過(guò)隔離變壓器轉(zhuǎn)變成36V

28、的交流電，對(duì)電網(wǎng)中的雜波、瞬間過(guò)電壓進(jìn)行過(guò)濾吸收。再通過(guò)橋式電路，將36V交流電轉(zhuǎn)變成波動(dòng)的直流電，然后經(jīng)電感電容進(jìn)行濾波，從而得到平穩(wěn)的直流電壓，為DC-DC變換器供電。</p><p>　　3.PWM控制電路。本文設(shè)計(jì)的控制電路</p><p>　　是由兩片UC3825為核心組成的脈寬控制電路，如圖1.4所示，控制芯片通過(guò)內(nèi)部震蕩電路、電壓比較電路等其</p><p

29、>　　他相關(guān)電路，能夠使其輸出端輸出控制電壓，每塊芯片電路輸出兩路，然后通過(guò)變壓器隔離驅(qū)動(dòng)功率管交替開(kāi)通和關(guān)斷，產(chǎn)生高頻的開(kāi)關(guān)電壓，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)高頻變壓器進(jìn)行電壓的變換。此電路還設(shè)計(jì)反饋電路，將輸出電壓的大小變化反饋到UC3825中，使芯片通過(guò)檢測(cè)輸出電壓的變化調(diào)整脈寬的占空比，從而能夠精確地調(diào)整輸出電壓值，達(dá)到穩(wěn)壓的效果。</p><p>　　4.阻容吸收裝置。因?yàn)榇碎_(kāi)關(guān)電源中的電源采用220V的市電，而市電

30、電網(wǎng)中很容易會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓，這種過(guò)電壓如果通過(guò)隔離變壓器耦合到開(kāi)關(guān)電源中，會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)電源中的器件產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀器件，所以在變壓器的輸入端要設(shè)置阻容吸收裝置。同時(shí)，基于電路中電感的存在，四個(gè)功率管開(kāi)關(guān)的時(shí)候，會(huì)在器件的兩端形成很高的過(guò)電壓，這樣的過(guò)電壓也很可能會(huì)超過(guò)器件的耐壓而使器件被擊穿，造成不可挽回的后果，所以，在四個(gè)功率管的兩端也應(yīng)設(shè)置阻容吸收裝置。此外在輸出端上的整流二極管，同樣因?yàn)殡姼械拇嬖诙a(chǎn)生過(guò)壓，也需要在整流二極管

31、兩端設(shè)置阻容吸收裝置。</p><p>　　5.輸出濾波電路。輸出濾波是將高頻變壓器產(chǎn)生的矩形波電壓通過(guò)電感電容濾波，得到平穩(wěn)的輸出電壓供給負(fù)載。本設(shè)計(jì)使用倒L型濾波電路，通過(guò)計(jì)算選型能夠得到十分穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>　　6.過(guò)流保護(hù)裝置。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，該開(kāi)關(guān)電源需要具備過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流IO（th）=4.5±0.2A。本設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)功能，在輸出

32、電路中串聯(lián)一個(gè)小電阻，通過(guò)小電阻檢測(cè)輸出電路的電流，進(jìn)而反饋給PWM控制芯片，當(dāng)輸出電流超過(guò)設(shè)定值，控制芯片即封鎖輸出脈沖，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的作用。</p><p>　　7．開(kāi)關(guān)電路的優(yōu)化，軟啟動(dòng)和軟開(kāi)關(guān)電路。以上部分組成的開(kāi)關(guān)電路，能形成最基本的開(kāi)關(guān)功能，其輸出電壓就能夠十分穩(wěn)定。但是，在實(shí)際應(yīng)用中還有很多不足，最主要的是開(kāi)關(guān)損耗，而且頻率越高損耗越大。另外，在整個(gè)電源通電的一瞬間，由于電路中的電容以及受控制電

33、路的影響，電路中會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，此沖擊電流會(huì)對(duì)器件造成很大的影響，所以我們采用軟啟動(dòng)電路和零電壓軟開(kāi)關(guān)電路來(lái)抑制電路上電時(shí)的沖擊電流。</p><p><b>　　第2章 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)</b></p><p><b>　　2.1軟開(kāi)關(guān)的定義</b></p><p>　　因?yàn)楣β书_(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程在實(shí)際中不是瞬間的，

34、是需要一定時(shí)間的，所以功率管在開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)候電壓和電流都不為零，會(huì)產(chǎn)生損耗，此損耗稱為開(kāi)關(guān)損耗，并且其損耗會(huì)隨頻率增高而增大，制約了開(kāi)關(guān)電源的高頻率化?！败涢_(kāi)關(guān)”就是能使開(kāi)關(guān)功率管在其兩端的電壓為零時(shí)導(dǎo)通，或是使流過(guò)開(kāi)關(guān)功率管的電流為零時(shí)關(guān)斷的控制方法，是與“硬開(kāi)關(guān)”相對(duì)而言的。這種方法大大的減少了傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗，從而提高了功率變換器的傳輸效率。最理想軟開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗可以為零。</p><p><

35、b>　　2.2軟開(kāi)關(guān)的分類</b></p><p>　　軟開(kāi)關(guān)分為軟開(kāi)通和軟關(guān)斷，軟開(kāi)通又有零電壓開(kāi)通和零電流開(kāi)通，當(dāng)然軟關(guān)斷也有零電壓關(guān)斷及零電流關(guān)斷。</p><p>　　1.零電壓關(guān)斷是開(kāi)關(guān)功率管在其兩端的電壓是為零時(shí)實(shí)行關(guān)斷。其器件中的電流直到下降到斷態(tài)值后，兩端的電壓才會(huì)經(jīng)通態(tài)值下降到斷態(tài)值，從而使開(kāi)關(guān)器件截止。</p><p>　　2.

36、零電流關(guān)斷是開(kāi)關(guān)功率管中的電流從通態(tài)值下降到零后，其端電壓才從通態(tài)值上升到斷態(tài)值，從而使開(kāi)關(guān)器件截止。</p><p>　　3.零電壓開(kāi)通是開(kāi)關(guān)功率管在其兩端的電壓為零實(shí)行開(kāi)通時(shí)。其器件中的電流由斷態(tài)值上升到通態(tài)值，進(jìn)而開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通。</p><p>　　4.零電流開(kāi)通是開(kāi)關(guān)功率管在其電流為零實(shí)行開(kāi)通。其端電壓經(jīng)斷開(kāi)值下降到開(kāi)通值后，其中的電流才會(huì)由斷開(kāi)值上升到開(kāi)通值，使開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。&l

37、t;/p><p>　　2.3全橋移相控制方式</p><p>　　近年來(lái)，在全橋變換器中使用最多的一種軟開(kāi)關(guān)控制方式是結(jié)合了諧振變換技術(shù)和PWM技術(shù)的移相控制方式。主要有超前橋臂和滯后橋臂均實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)的零電壓開(kāi)關(guān)方式，超前橋臂和滯后橋臂均實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)零電流開(kāi)關(guān)方式，超前橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān), 滯后橋臂實(shí)現(xiàn)零電流開(kāi)關(guān)的零電壓零電流開(kāi)關(guān)方式的3 種方式。</p><p>

38、;　　本設(shè)計(jì)采用移相全橋零電壓軟開(kāi)關(guān)，此電路簡(jiǎn)單，只是在一般的全橋電路上增加了一個(gè)諧振電感，電路的主要結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。</p><p>　　這種電路控制方式的特點(diǎn)為在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期TS內(nèi)，每一個(gè)開(kāi)關(guān)功率管導(dǎo)通的時(shí)間都略小于TS/2，而關(guān)斷的時(shí)間都要略大于TS/2。即使是同一個(gè)半橋中上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管也要不同時(shí)處于通態(tài)，這使得每一個(gè)開(kāi)關(guān)功率管由關(guān)斷到另一個(gè)開(kāi)關(guān)功率管的開(kāi)通都必須要留有一定的死區(qū)時(shí)間。對(duì)于互為對(duì)角的兩對(duì)

39、開(kāi)關(guān)管S1-S4和S2-S3，開(kāi)關(guān)管S1的波形要比S4超前0～TS/2時(shí)間，開(kāi)關(guān)管S2的波形比S3超前0～TS/2時(shí)間，所以稱S1和S2為超前的橋臂，而稱S3和S4為滯后的橋臂。</p><p>　　移相全橋零電壓控制方式的諧振元為開(kāi)關(guān)管的并聯(lián)電容（C1、C2 、C3、C4）和串聯(lián)電感（Lr）。四個(gè)開(kāi)關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通是通過(guò)電感儲(chǔ)存的能量對(duì)開(kāi)關(guān)管的兩端并聯(lián)的輸出電容充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其工作過(guò)程如圖2.2所示。&

40、lt;/p><p>　　t0～t1時(shí)段：S1與S4都導(dǎo)通，直到t1時(shí)刻S1關(guān)斷。</p><p>　　t1～t2時(shí)段：t1時(shí)刻S1關(guān)斷后，C1、C2與Lr構(gòu)成諧振回路，諧振開(kāi)始時(shí)uA(t1)=Ui（圖2.1中A點(diǎn)的電壓），在諧振過(guò)程中，uA不斷下降，直到uA=0，開(kāi)關(guān)管寄生的反向二極管VDS2導(dǎo)通，iLr通過(guò)VDS2續(xù)流。</p><p>　　t2～t3時(shí)段：t2時(shí)刻S

41、2開(kāi)通，由于VDS2導(dǎo)通，因此S2開(kāi)通時(shí)電壓為零，開(kāi)通過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，S2開(kāi)通后，電路狀態(tài)也不會(huì)改</p><p>　　變，繼續(xù)保持到t3時(shí)刻S4關(guān)斷。</p><p>　　t3～t4時(shí)段：t4時(shí)刻開(kāi)關(guān)S4關(guān)斷后，C3、C4與Lr構(gòu)成諧振回路，諧振過(guò)程中iLr不斷減小，B點(diǎn)（如圖2.1）電壓不斷上升，直到開(kāi)關(guān)管寄生的反向二極管VDS3導(dǎo)通；這種狀態(tài)維持到t4時(shí)刻S3開(kāi)通，S3開(kāi)通時(shí)

42、VDS3導(dǎo)通，因此S3是在零電壓的條件下開(kāi)通，開(kāi)通損耗為零。 </p><p>　　t4～t5時(shí)段：S3開(kāi)通后，iLr繼續(xù)減小，下降到零后反向，再不斷增大，直到t5時(shí)刻iLr=IL/kT，iVD1下降到零而關(guān)斷，電流IL全部轉(zhuǎn)移到變壓器副邊的整流二極管VD2（如圖2.1）中。 </p><p>　　t0～t5時(shí)段正好是開(kāi)關(guān)周期的一半，而在另一半開(kāi)關(guān)周期t5～t0時(shí)段中，電路的工作的過(guò)程與

43、t0～t5時(shí)段完全對(duì)稱。</p><p>　　從以上分析，可以得到以下結(jié)論：全橋逆變電路其開(kāi)關(guān)器件能在零電壓的情況開(kāi)通，是通過(guò)諧振電容（與開(kāi)關(guān)管并聯(lián)的電容）和諧振電感（串聯(lián)電感）的諧振作用，當(dāng)諧振電容電壓過(guò)零是，開(kāi)關(guān)管內(nèi)部寄生的二極管開(kāi)通，將漏源兩端的電壓鉗制為零伏，此時(shí)將開(kāi)關(guān)管開(kāi)通，變?yōu)榱汶妷洪_(kāi)通。使開(kāi)關(guān)管的損耗在理論上幾乎為零。</p><p>　　第3章 PWM控制芯片UC3825

44、</p><p>　　3.1 UC3825簡(jiǎn)介</p><p>　　UC3825是一款針對(duì)開(kāi)關(guān)電源的高頻率高效率PWM控制芯片，它使用電壓控制模式，其最高工作頻率可達(dá)1MHz，帶有基準(zhǔn)電壓輸出、軟啟動(dòng)和過(guò)流保護(hù)模塊。其脈寬比較器的輸入端可以用負(fù)載輸出的電壓信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。使用UC3825的開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載

45、調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都較高。因此UC3825是比較理想的PWM控制芯片。</p><p>　　3.2 UC3825的基本特性</p><p>　　UC3825的封裝形式與引腳圖如圖3.1所示，下面介紹各引腳的功能：</p><p>　　（1）引腳1（INV）：閉環(huán)系統(tǒng)中接反饋信號(hào)，為誤差放大器反相輸入端，用于形成電壓比較電路。</p><p>

46、;　?。?）引腳2 (NV)：此腳為與INV端行比較的誤差放大器同相輸入端。通常是設(shè)置的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　?。?）引腳（3E/A Out）：與INV端構(gòu)成比例積分反饋電路的誤差放大器的輸出端。</p><p>　?。?）引腳4（Clock）：兩片PWM芯片鏈接運(yùn)行時(shí)，提供給芯片同步時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘輸出端。輸出與震蕩頻率一致的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　

47、（5）引腳5和引腳6 (CT和RT)：這兩腳設(shè)置芯片的工作時(shí)鐘，通過(guò)接不同的電容和電阻，形成不同的鋸齒波信號(hào)。</p><p>　?。?）引腳7（Ramp）：此腳為斜坡補(bǔ)償端。</p><p>　?。?）引腳8 (Soft Start)：此引腳接一個(gè)電容，在整個(gè)電路上電時(shí)可以抑制電路的沖擊電流，為軟啟動(dòng)端，有保護(hù)功率元件的作用。</p><p>　?。?）引腳9 (

48、ILIM/SD)：此引腳具有過(guò)流保護(hù)的功能，只要將輸出電流反饋至此端，當(dāng)電源輸出短路情況或者輸出電流過(guò)大出時(shí)，即一旦超過(guò)內(nèi)部設(shè)定值，芯片可以迅速封鎖輸出，讓整個(gè)電路處于關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　（9）引腳10，引腳13和引腳15（Gnd，Pwr Gnd和Vcc）：這些腳分別接信號(hào)地，功率地，和電源電壓。</p><p>　?。?0）引腳11和引腳14（Out A和Out B）：這兩腳

49、輸出互補(bǔ)的高低驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。</p><p>　　（11）引腳13和引腳16 (Vc和Vref)：引腳13是為了能夠獲得足夠的驅(qū)動(dòng)能力或者配合不同的驅(qū)動(dòng)電壓等級(jí)設(shè)置的驅(qū)動(dòng)電路的電壓輸入端，設(shè)計(jì)者可以隨意調(diào)整。引腳16為穩(wěn)定的5.1V基準(zhǔn)電壓輸出端。</p><p>　　UC3825具有的特點(diǎn)：</p><p>　?。?）既能作為電壓型控制器，也可作為電流型PWM集成

50、控制器。</p><p>　?。?）實(shí)際工作開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1MHz。</p><p>　?。?）傳輸延遲時(shí)間為50ns。</p><p>　?。?）雙推挽大電流輸出，峰值可達(dá)1.5A。</p><p>　?。?）內(nèi)部有寬頻帶誤差放大器。</p><p>　?。?）雙脈沖抑制和完全鎖存的邏輯電路。</p>&

51、lt;p>　?。?）電流脈沖的逐個(gè)限制。</p><p>　　（8）最大占空比的設(shè)置和上電軟啟動(dòng)。</p><p>　　（9）精度高達(dá)±1%的參考電壓。</p><p>　　（10）1.1mA的低啟動(dòng)電流和欠電壓時(shí)的鎖定。</p><p>　　3.3 UC3825的工作原理</p><p>　　UC38

52、25的內(nèi)部電路包含多個(gè)功能的子模塊，有鋸齒波和時(shí)鐘產(chǎn)生，誤差放大與比較，電源和內(nèi)部故障檢測(cè)，軟啟動(dòng)，過(guò)流保護(hù)和輸出邏輯控制驅(qū)動(dòng)等模塊，框圖如圖3.2所示。</p><p>　　1.鋸齒波和時(shí)鐘產(chǎn)生模塊。此模塊的邏輯電路如圖3.3所示。引腳5接芯片內(nèi)部3V的穩(wěn)定電壓，引腳6接芯片內(nèi)部的一個(gè)恒流源。如果引腳5和對(duì)地端接上一個(gè)電阻，電阻上就會(huì)流過(guò)電流Ir，芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)檢測(cè)引腳5上的電流而產(chǎn)生一個(gè)與之一樣的恒定充電電流I

53、c=Ir。如果在引腳6和對(duì)地端接一個(gè)電容，這個(gè)充電電流Ic就對(duì)電容C進(jìn)行恒流充電，CT端電壓就會(huì)呈線性的斜坡增加（如圖所示），在剛開(kāi)始的時(shí)候，引腳6端電壓較低，與之連接的電壓比較器輸出為低電平，圖中的兩個(gè)三極管截止?？墒钱?dāng)引腳6端的電壓大于遲滯比較器的預(yù)定值時(shí)，電壓比較器的輸出跳變?yōu)楦唠娖?，使兩個(gè)三極管迅速開(kāi)通，與引腳6連接的三極管使電容C中的電荷迅速釋放，與引腳4連接的三極管開(kāi)通，Clock端就輸出高電平。當(dāng)外接電容的電壓降至使遲滯比

54、較器的輸出為低電平后，兩個(gè)三極管截止。然后外接電容重新進(jìn)行恒流充電，電路進(jìn)入下一個(gè)工作周期，線性度良好的鋸齒波信號(hào)就是在這樣過(guò)程中不斷產(chǎn)生的。</p><p>　　2.誤差放大與比較模塊，此模塊構(gòu)成如圖3.2所示，由引腳1,2,3連接成的一個(gè)反相誤差放大器和一個(gè)電壓比較器組成。電壓比較器通過(guò)誤差放大器將電路輸出的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換后與引腳7接入鋸齒波電壓相比較，隨之輸出高低電平。由此可得：比較器輸出的高低電平時(shí)間是由誤

55、差放大器的輸出電壓與鋸齒波電壓相比較決定的。若誤差放大電壓越小，比較器輸出的高電平時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。由此就形成了工作波形如圖3.4所示的基本PWM控制功能。</p><p>　　3.電源欠壓保護(hù)和內(nèi)部故障檢測(cè)模塊。如圖3.2下方所示，兩個(gè)電壓比較器組成了此模塊的功能。電源欠壓保護(hù)通過(guò)輸入電源電壓與一個(gè)9V的穩(wěn)定電壓進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)，內(nèi)部故障檢測(cè)通過(guò)由穩(wěn)壓器得到的基準(zhǔn)電壓與一個(gè)4V電壓進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)。只有當(dāng)電源電壓和基

56、準(zhǔn)電壓都正常穩(wěn)定時(shí)，后方電路才正常工作，從而使芯片正常工作。如果有一個(gè)電壓不穩(wěn)定，后方電路就會(huì)使輸出驅(qū)動(dòng)電路停止工作，從而達(dá)到保護(hù)主電路的目的。</p><p>　　4.軟啟動(dòng)模塊。因?yàn)檎麄€(gè)電路剛上電的瞬間，電路輸出電壓值很小，反饋給給誤差放大電壓值比較大，誤差放大的電壓接近飽和，進(jìn)而使輸出端的占空比接近最大，使驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓極高，形成很大的沖擊電流，很有可能會(huì)損壞開(kāi)關(guān)器件。軟啟動(dòng)模塊是就是在引腳8外接一個(gè)充電

57、電容，使該腳上的電壓不能突變?yōu)?V。在電路剛上電時(shí)封鎖了誤差放大器的電源地，使誤差放大器在這一瞬間喪失作用。然后芯片內(nèi)部的恒流源持續(xù)對(duì)引腳外接的電容進(jìn)行充電，使“inhibit”三極管基極電壓逐漸升高，使之逐漸導(dǎo)通，進(jìn)而使誤差放大器逐漸獲得電源進(jìn)入工作，輸出電壓也隨著逐漸升高。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的充電，三極管完全導(dǎo)通，此時(shí)電路輸出電壓已經(jīng)升高到一定程度，誤差放大器進(jìn)入正常工作狀態(tài)。</p><p>　　5.過(guò)流保護(hù)模塊

58、。此芯片引腳9與內(nèi)部的一個(gè)電壓比較器相連，可以將外部電路輸出采樣到的電流信號(hào)通過(guò)電阻變成電壓信號(hào)，然后通過(guò)引腳9與一個(gè)1V電壓進(jìn)行比較，只要比較電壓大于1V，電壓比較器就輸出高電平，進(jìn)而封鎖驅(qū)動(dòng)輸出電壓，實(shí)現(xiàn)限流。如果之后輸出電流還在不斷增加，反饋的電壓信號(hào)增大至1.4V時(shí)，則另一個(gè)電壓比較器就會(huì)跳為高電平從而進(jìn)一步封鎖驅(qū)動(dòng)電路的脈沖，實(shí)現(xiàn)二次保護(hù)。</p><p>　　6. 輸出邏輯控制驅(qū)動(dòng)模塊。邏輯控制電路由

59、一個(gè)電壓比較器，若干個(gè)或非門，SR鎖存器和T觸發(fā)器組成。首先，誤差放大器輸出的誤差電壓（Ue）與引腳7的鋸齒波電壓比較，形成脈沖寬度與比較電壓的大小成比例的方波電壓（圖3.4中Ua波形），此方波信號(hào)通過(guò)SR鎖存器和一個(gè)或門，將信號(hào)傳遞入T觸發(fā)器中。根據(jù)Ua波形的脈沖頻率，T觸發(fā)器的輸出波形如圖中Q和Q非所示，這兩個(gè)脈沖電壓能控制兩個(gè)輸出端的或非門，使他們相繼開(kāi)通，并且兩個(gè)輸出在同一個(gè)時(shí)刻不能同時(shí)導(dǎo)通。這種相繼導(dǎo)通的驅(qū)動(dòng)方式，正是全橋式D

60、C-DC變換器所需要的驅(qū)動(dòng)方式，這樣，通過(guò)芯片內(nèi)部各個(gè)模塊，該芯片能夠通過(guò)檢測(cè)電路輸出電壓的大小調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路脈沖的占空比，從而調(diào)整電路輸出的電壓平均值，達(dá)到穩(wěn)壓的作用。</p><p>　　第4章 主電路的選型與設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 開(kāi)關(guān)電源主電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)按照要求的目標(biāo)完成一個(gè)交流輸入采用市電，帶隔離變壓器的全橋式開(kāi)關(guān)電源，

61、要求其輸出電壓調(diào)整范圍為20V～50V，最大輸出電流4A，開(kāi)關(guān)電源的效率>70%。現(xiàn)擬采用圖4.1所示的電路圖，它由變壓整流，輸入濾波，全橋式DC-DC變換器和輸出濾波電路組成，現(xiàn)分析其具體工作原理。</p><p>　　整個(gè)電路由交流220V的市電供電，通過(guò)一個(gè)熔斷器FU和電阻R11電容C33輸入隔離變壓器T1。熔斷器FU的主要起短路保護(hù)的作用，電阻R11和電容C33共同組成了輸入變壓器的阻容吸收裝置，能

62、夠吸收電網(wǎng)的瞬間過(guò)電壓，保護(hù)變壓器。隔離變壓器將220V電壓轉(zhuǎn)換成36V交流電，經(jīng)過(guò)D1～D4組成的橋式整流電路，形成脈動(dòng)的直流電壓。圖中的電感L1和電容C1共同組成了倒L型濾波電路，主要對(duì)脈動(dòng)的直流電起濾波作用，這樣就得到了平穩(wěn)的直流電壓供給DC-DC變換器。四個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1，Q2，Q3，Q4和高頻變壓器共同組成了全橋式DC-DC變換器，通過(guò)Q1、Q3和Q2、Q4兩組開(kāi)關(guān)管的輪流導(dǎo)通，在變壓器副邊繞組兩端分別形成相位相反的交流電壓，經(jīng)過(guò)

63、二極管D3和D4整流，然后經(jīng)一個(gè)倒L型濾波電路，得到穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>　　在電路工作時(shí)，四個(gè)開(kāi)關(guān)管工作在高速開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因?yàn)殡娐分须姼幸约案哳l變壓器漏感的存在，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的沖擊電壓，所以在每個(gè)開(kāi)關(guān)管邊并聯(lián)一個(gè)阻容吸收裝置，用于吸收過(guò)電壓。</p><p>　　4.2 主電路主要參數(shù)的計(jì)算</p><p>　　1.高頻變壓器次級(jí)輸出電壓。

64、本設(shè)計(jì)要求輸出電壓Uo為20V到50V可調(diào)，最大輸出電流Io為4A，同時(shí)，為了不使兩組開(kāi)關(guān)管Q1，Q2或Q3，Q4同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生短路的情況發(fā)生，必須設(shè)置一定的死區(qū)時(shí)間，即設(shè)置一組開(kāi)關(guān)管的最大占空比，這里定。所以，高頻變壓器的次級(jí)輸出電壓應(yīng)能夠在最大輸出占空比的情況下能夠保證=50V，并且不能忽略二極管的壓降，即：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><

65、p>　　式中為整流二極管D3和D4的壓降，取1V。</p><p>　　2.高頻變壓器初級(jí)輸入電壓。隔離變壓器次級(jí)輸出的交流36V電壓經(jīng)橋式整流和倒L型濾波，得到穩(wěn)定的直流電壓，考慮10%的線路損耗，這樣就可以得到高頻變壓器初級(jí)輸入電壓，即：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）

66、</b></p><p>　　式中：為MOSFET的導(dǎo)通壓降，通常取為2V。</p><p>　　由此可得高頻變壓器的匝數(shù)比： </p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　3.輸入功率和輸出功率。根據(jù)電路

67、的最大輸出電流和最大輸出電壓，可以得出電路的最大輸出功率，即：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　電源電路的輸入功率等于開(kāi)關(guān)電路的輸出功率加上電路的損耗及控制電路所消耗的功率，可近似的當(dāng)做線路的總體損耗來(lái)計(jì)算，考慮10%的電路損耗，得:</p><p><b>　?。?-6）</b><

68、;/p><p><b>　　其中：，。</b></p><p>　　4.開(kāi)關(guān)電路的工作頻率?；谌说穆?tīng)力范圍為20Hz到20KHz，開(kāi)關(guān)電路工作頻率應(yīng)大于20KHz。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電路工作時(shí)，頻率如果低于20KHz的話，高頻的噪聲就會(huì)被人體感覺(jué)到，造成不良的影響。再者，開(kāi)關(guān)頻率的提高能夠減小濾波電感電容的大小，以及高頻變壓器的體積，從而使高頻率的開(kāi)關(guān)電源能夠做的很小。</

69、p><p>　　通過(guò)圖3.4的芯片工作電壓波形可以發(fā)現(xiàn)，芯片震蕩頻率為芯片實(shí)際輸出的驅(qū)動(dòng)電壓波形頻率的兩倍。所以在設(shè)置芯片的工作頻率就就要使其為大于40KHz，因?yàn)殡娐吩谟幸粋€(gè)周期驅(qū)動(dòng)是不工作的。從芯片資料可知UC3825是實(shí)際工作頻率可以達(dá)到1MHz的高頻率的PWM控制芯片，能完全滿足設(shè)計(jì)的要求?；陬l率越高，開(kāi)關(guān)損耗越大的考慮，這里初定芯片工作頻率為80KHz。由圖3.3的鋸齒波形成電路可以得出，充電電容的放電可

70、以近似看成是恒流放電，從芯片資料中查得其放電電流為10mA，這樣就可以算出充電電阻及電容的值：</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p>　　由于沒(méi)有的電阻供選擇，取，</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　由于沒(méi)有10.4nF的電容器供選擇，取的

71、容量為10nF，則電路的實(shí)際工作頻率為：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　可得開(kāi)關(guān)管的工作頻率為 ，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.3 高頻變壓器的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　開(kāi)關(guān)電源的核心部分，承擔(dān)了主要功率變換的作用是高頻變壓

72、器，全橋式DC-DC變換器實(shí)際上就是一個(gè)中心帶抽頭的高頻變壓器。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源的工作頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工頻，本設(shè)計(jì)中已經(jīng)達(dá)到了83KHz，它的工作狀態(tài)不同于普通的工頻變壓器。其磁性的材料，繞組都需要重新計(jì)算和設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.變壓器磁芯的選擇。因?yàn)樽儔浩髟诟哳l開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作，為了變壓器磁芯能在這種高頻率的工作電壓下能快速恢復(fù)，就要求其具有很好的去磁能力，還有工作的磁滯回線包圍的面積要盡量小。于是，本設(shè)計(jì)選用

73、TDK公司生產(chǎn)的PC40型鐵氧，它是低磁導(dǎo)率的鐵氧體磁芯，具有優(yōu)良磁導(dǎo)性能，可以適應(yīng)高工作頻率、寬范圍工作電壓、大功率輸出，而且具有適用范圍廣、熱穩(wěn)定性能高等特點(diǎn)。輸出功率很大程度上決定了磁性的大小型號(hào)，電路的輸出功率越大，磁芯的體積也就越大，本設(shè)計(jì)要求的輸出功率Po=200W，所以需要計(jì)算磁性的最大輸出功率來(lái)確定磁芯的大小型號(hào)。</p><p>　　表4.1為EI型鐵氧體磁芯的主要參數(shù)，其中：Ae為磁芯的有效截

74、面積，AL為磁芯無(wú)氣隙時(shí)的等效電感，Le為磁路長(zhǎng)度。圖4.2為EI型鐵氧體磁芯的外形尺寸，接下來(lái)計(jì)算各種型號(hào)磁芯的輸出功率，通過(guò)查資料得工程上，可以根據(jù)式（4-10）進(jìn)行近似計(jì)算。</p><p><b>　?。?-10） </b></p><p>　　式中：m為系數(shù)，對(duì)于推挽式電路取3.2；f為變壓器開(kāi)關(guān)的頻率，單位Hz；Ae為磁芯有效面積，單位CM2；AW為磁芯的

75、窗口面積，單位CM2。</p><p>　　選擇EI50型磁芯進(jìn)行計(jì)算，由表中查得：</p><p><b>　　，</b></p><p>　　由式（4-10）算得：</p><p>　　通過(guò)以上計(jì)算可以得出：本設(shè)計(jì)選用EI50型鐵氧體磁性就可以滿足電路輸出功率的要求。</p><p>　　2.

76、變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)。變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù)與最大工作磁通密度（高斯）之間的關(guān)系為：</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　式中，S為磁芯的有效截面積（），為開(kāi)關(guān)管的最大導(dǎo)通時(shí)間（s），為初級(jí)輸入的最小電壓。圖4.3為PC40鐵氧體磁芯的B-H特性曲線，設(shè)定變壓器的工作溫度為100℃，此時(shí)鐵氧體磁芯的飽和磁通B=0.4T，為使變壓器工作在線

77、性狀態(tài)下，其B-H曲線要呈線性狀態(tài)，一般取。由式（4-11）和式（4-12）求得變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)N1：</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p>　　3.變壓器次級(jí)繞組匝數(shù)。由式（4-4）求得的匝數(shù)比可以得到變壓器的次級(jí)繞組匝數(shù)N2：</p><p><b>　?。?-13）</b></p&

78、gt;<p>　　由此可以得出，高頻變壓器的初級(jí)繞組繞8匝，兩個(gè)次級(jí)繞組各繞19匝，就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.繞組導(dǎo)線規(guī)格。確定了變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞組匝數(shù)，接著就要確定繞組導(dǎo)線。一般頻率高于20KHz的變換器，因?yàn)榧w效應(yīng)的存在，導(dǎo)線的交流電阻變大了，并且電流密度在導(dǎo)線截面上分布十分的不均勻，越靠近導(dǎo)線的表面，電流密度越大，電流大都集中在導(dǎo)線的表面，從而導(dǎo)致導(dǎo)線的等效導(dǎo)電面積變

79、小，隨之而來(lái)的功率損耗也就增大了，因此減小集膚效應(yīng)的影響的最佳方法就是采用較細(xì)的導(dǎo)線。但是導(dǎo)線如果選擇過(guò)細(xì)因，變壓器工作發(fā)熱量會(huì)增大，溫度也會(huì)升高，進(jìn)而使變壓器的損耗增大。當(dāng)然導(dǎo)線如果選擇過(guò)粗，不僅會(huì)浪費(fèi)材料，而且會(huì)更加增強(qiáng)集膚效應(yīng)。因此根據(jù)變壓器的工作情況來(lái)選擇變壓器繞組導(dǎo)線粗細(xì)是最佳的。本設(shè)計(jì)采用多股細(xì)導(dǎo)線并繞的方式，這樣不僅可以減小溫升和損耗，也能減小集膚效應(yīng)。多股導(dǎo)線并繞時(shí)的導(dǎo)線直徑可由下式計(jì)算得：</p><

80、;p><b>　　(4-14)</b></p><p><b>　　(4-15)</b></p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　式中：——各繞組導(dǎo)線所需截面積（mm2）</p><p>　　——各繞組導(dǎo)線面積（mm2）</p>

81、<p>　　——n股導(dǎo)線并繞時(shí)繞組導(dǎo)線面積（mm2）</p><p>　　——各繞組有效電流（A）</p><p>　　J——電流密度，一般取3-5（A/ mm2）</p><p>　　本設(shè)計(jì)取繞組有效電流為變壓器輸入峰值電流，電流密度取5A/ mm2，同時(shí)采用5股銅線并繞，由式（4-13）（4-14）（4-15）求得：</p><p

82、>　　由求得數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論，高頻變壓器的繞組繞制時(shí)，選擇5根導(dǎo)線直徑為1mm的漆包線并繞，能夠減小變壓器集膚效應(yīng)的影響，并且能夠滿足變壓器工作時(shí)的功率耗散要求，將變壓器溫升控制在一定范圍內(nèi)。</p><p>　　4.4 隔離變壓器與整流電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　1.隔離變壓器的選擇。根據(jù)式（4-6）計(jì)算所得的電源輸入功率，選擇隔離變壓器，并留一定的裕量?？紤]到普通工頻變

83、壓器的功率選擇有限，選擇一個(gè)次級(jí)輸出電壓為36V，輸出功率為400W的普通工頻變壓器即可。</p><p>　　2.整流二極管的選型。整流二極管的選型依據(jù)主要是二極管的反向耐壓和平均整流電流，因?yàn)槎O管的工作狀態(tài)是頻繁的在導(dǎo)通與截止間切換的，當(dāng)在二極管上加反向電壓時(shí)，二極管截止，若二極管的反向耐壓不夠，在這個(gè)時(shí)候就會(huì)被擊穿使變壓器次級(jí)短路，燒毀變壓器。而二極管的平均整流電流是表征二極管通流能力的數(shù)值，在這個(gè)電流值

84、以下工作，二極管的溫升能夠控制在一定范圍內(nèi)，不至于燒毀二極管。本設(shè)計(jì)采用橋式整流電路，每組二極管有半個(gè)周期處于導(dǎo)通狀態(tài)?？紤]開(kāi)關(guān)電路的最大工作占空比以及高頻變壓器的最大輸入峰值電流，可求得整流二極管的平均整流電流：</p><p><b>　　(4-17)</b></p><p>　　按照平均整流電流的2～3倍選擇二極管的平均整流電流標(biāo)稱值，即：</p>

85、<p><b>　　(4-18)</b></p><p>　　根據(jù)隔離變壓器的輸出電壓峰值可以確定整流二極管的反向耐壓：</p><p><b>　　(4-19) </b></p><p><b>　　(4-20)</b></p><p>　　根據(jù)以上計(jì)算，可以選取

86、反向耐壓大于100V，平均整流電流大于6A的整流二極管。本設(shè)計(jì)選用P600B型普通整流二極管，其平均整流電流為6A，反向耐壓為100V，滿足設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　3.熔斷器計(jì)算與選擇。熔斷器主要起短路保護(hù)的作用，隔離變壓器一次側(cè)的熔斷器的電流計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選

87、用26982 FNQ-R-1.3 1.3A/600V，電流為1.3A，耐壓為600V。</p><p>　　4.阻容吸收裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算。市電電壓輸入隔離變壓器前需經(jīng)過(guò)R11和C33組成的阻容吸收裝置，以吸收電網(wǎng)中的過(guò)電壓，保護(hù)變壓器。阻容吸收裝置的計(jì)算公式如下：</p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b&g

88、t;　?。?-23）</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　(4-25)</b></p><p>　　由此可得變壓器的阻容吸收裝置的值，本設(shè)計(jì)使用容量為2.2uF，耐壓為600V的高耐壓鋁電容。電阻值取為300，6W的。</p><p>　

89、　5.高頻變壓器次級(jí)整流二極管的選擇。高頻變壓器次級(jí)整流二極管的工作情況較前者有一些區(qū)別，主要在于其工作的頻率。普通整流二極管的工作頻率為工頻50Hz，對(duì)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間沒(méi)有大的要求，而高頻變壓器整流二極管工作頻率為幾十KHz，這樣的工作頻率對(duì)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間有一定的要求，要求其為快速回復(fù)二極管，平均整流電流和反向耐壓可以按照輸出電流和電壓設(shè)定。本設(shè)計(jì)選用CTL12S型快恢復(fù)二極管，其正向平均整流電流為5A，反向峰值電壓為200

90、V，反向恢復(fù)時(shí)間為0.05us。</p><p>　　4.5 輸入濾波電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　交流電經(jīng)過(guò)整流電路整流之后，其方向變成直流了，但是大?。娏鲝?qiáng)度）還是處在不斷地變化之中。這種脈動(dòng)直流一般是不能直接使用的。要把脈動(dòng)直流變成波形平滑的直流，還需要增加濾波。濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。</p><

91、;p>　　濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。常用的結(jié)構(gòu)有電容濾波電路和電容濾波電路。本設(shè)計(jì)使用電感濾波電路，當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流增加時(shí)，電感線圈產(chǎn)生自感電勢(shì)阻止電流增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成為磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存于電感中；當(dāng)電流減小時(shí)，自感電勢(shì)阻止電流減小，同時(shí)將電感中的磁場(chǎng)能量釋放出來(lái)，以補(bǔ)償電流的減小。利用電感儲(chǔ)能作

92、用可以減小輸出電壓和電流的紋波，從而得到比較平滑的直流。</p><p>　　電感濾波的特點(diǎn)是，整流管的導(dǎo)電角較大（電感L的反電勢(shì)使整流管導(dǎo)電角增大），無(wú)峰值電流，輸出特性比較平坦。其缺點(diǎn)是由于鐵芯的存在，體積大，易產(chǎn)生電磁干擾。一般只使用于低電壓、大電流場(chǎng)合。為了進(jìn)一步減小負(fù)載電壓中的紋波，電感后面再接一個(gè)電容而構(gòu)成倒L型濾波電路，其性能和應(yīng)用場(chǎng)合與電感濾波電路相似。</p><p>　

93、　濾波電感的大小可由式（4-26）和（4-27）求得：</p><p><b>　?。?-26）</b></p><p><b>　?。?-27）</b></p><p>　　選擇濾波電容的大小沒(méi)有特定的規(guī)則，只要容量稍微大一點(diǎn)就可以了，還要考慮電容的耐壓。由以上計(jì)算得出，輸入濾波電路的電感值選擇100mH的電感，電容選擇

94、2200uF，耐壓為63V的普通電解電容。</p><p>　　4.6 輸出濾波電路的計(jì)算與設(shè)計(jì)</p><p>　　輸出濾波電感量的計(jì)算：</p><p><b>　?。?-28）</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　（4

95、-29）</b></p><p>　　式中取輸出電流的10%～20%，一般工程設(shè)計(jì)算法中，要求輸出濾波電感電流的最大脈動(dòng)量△I為最大輸出電流的20%，</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　即在輸出滿載電流10%的條件下，輸出濾波電感電流保持連續(xù)。</p><p>　　電容的選擇工程上

96、一般采用公式：</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p>　　因此，輸出濾波電路濾波電感取為2300uH，5A的扼流線圈。為了使穩(wěn)壓的效果更好，濾波電容為2200uF，耐壓63V的普通電解電容。</p><p>　　4.7主開(kāi)關(guān)元件計(jì)算與選型</p><p>　　場(chǎng)效應(yīng)管是一種體積小、重量輕、耗電

97、省、壽命長(zhǎng)，利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流大小的半導(dǎo)體器件，這種器件有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)和制造工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。它可有N溝道、P溝道兩種，也有為增強(qiáng)型和耗盡型，沒(méi)有特別指出時(shí)，通常稱呼的MOSFET是N溝道增強(qiáng)型的。</p><p>　　與二極管的選型類似，主開(kāi)關(guān)器件的選型，主要是確定開(kāi)關(guān)器件的正向平均電流和正向電壓峰值。根據(jù)全橋式DC-DC變換器的特點(diǎn)，每個(gè)開(kāi)關(guān)管的電壓為U

98、i/2，即：</p><p><b>　?。?-31）</b></p><p>　　選用時(shí)，一般取額定電壓為正常工作時(shí)MOSFET所承受峰值電壓的2～3倍，即：</p><p><b>　　（4-32）</b></p><p>　　確定了MOSFET的峰值電壓，還需要計(jì)算開(kāi)關(guān)管工作時(shí)的平均工作電流：

99、</p><p><b>　?。?-33）</b></p><p>　　選用時(shí)，額定電流為正常工作時(shí)MOSFET所承受峰值電壓的2～3倍，即：</p><p><b>　?。?-34）</b></p><p>　　根據(jù)以上的計(jì)算數(shù)據(jù)，可選用IRF650型MOSFET為主開(kāi)關(guān)元件，圖4.4為IRF65

100、0的主要參數(shù)，圖4.5為IRF650的外形尺寸。</p><p>　　4.8吸收電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)中高頻變壓器一次側(cè)的每個(gè)開(kāi)關(guān)管和二次側(cè)的整流二極管都并聯(lián)由電阻和電容組成的吸收電路，這樣設(shè)計(jì)是為了釋放掉積蓄在變壓器漏感上能量，從而減小開(kāi)關(guān)器件和整流二極管上的浪涌電壓。不然，開(kāi)關(guān)器件在截止時(shí)產(chǎn)生的瞬間的浪涌電壓，不斷在開(kāi)關(guān)器件的柵極上重迭，很容易將開(kāi)關(guān)器件擊穿，整流二極管

101、上加阻容吸收的原因也如此。在選擇電容和電阻的時(shí)，如果在吸收電路中的選擇的電容量大，則紋波電壓就小，然而其損失的功耗也大，所以，需要選用最合適電容C和電阻R。另外，R、C接入時(shí)應(yīng)盡量靠近開(kāi)關(guān)器件和輸出二極管，同時(shí)元件間的引線要盡可能的短。通常根工程上可采用經(jīng)驗(yàn)算法，根據(jù)下表4.2所示，可以確定吸收電路的電阻值為100Ω，電容值為0.1 uF。</p><p>　　下面計(jì)算電阻的功率，計(jì)算公式如下：</p>

102、;<p><b>　?。?-35）</b></p><p>　　由于一個(gè)周期充放電各一次，所以</p><p><b>　　（4-36）</b></p><p><b>　?。?-37）</b></p><p>　　因此，電阻R51，R52，R53，R54為阻值為

103、100Ω,功率選擇1W，電容C6，C7，C11，C12為0.1uF。高頻變壓器二次側(cè)整流二極管的電阻功率選擇上參考一側(cè)的值，即R41，R42為阻值為100Ω,功率選擇1W，C41，C42為0.1uF。</p><p>　　第5章 控制電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　5.1控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　由芯片UC3825及其外圍電路組成開(kāi)關(guān)電源的控制電路，

104、能實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的形成和輸出，輸出電壓的反饋，過(guò)流保護(hù)和軟啟動(dòng)的功能。兩片UC3825芯片的引腳14和引腳11分別輸出互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過(guò)隔離變壓器驅(qū)動(dòng)四個(gè)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷；鋸齒波形成和輸入電路由引腳5、6、7共同組合完成；過(guò)流保護(hù)由圍繞引腳9組成的外圍電路實(shí)現(xiàn)，其過(guò)程為把由主電路反饋回來(lái)的的過(guò)電流信號(hào)通過(guò)電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后輸入引腳9，如果主電路中的電流過(guò)大時(shí)，即一旦超過(guò)內(nèi)部設(shè)定值就可以立即觸出發(fā)芯片內(nèi)部的過(guò)電流保護(hù)電路，鎖定芯片

105、的輸出，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)電流保護(hù)的功能；引腳8為軟啟動(dòng)端，通過(guò)外接C7電容能使電路在啟動(dòng)瞬間抑制沖擊電流，保護(hù)主電路的開(kāi)關(guān)器件；引腳16為基準(zhǔn)電壓輸出端，它能夠輸出穩(wěn)定的5.1V電壓，通過(guò)分壓電阻R8、R6和電位器Rw，能夠形成適應(yīng)于電路工作的比較電壓，主電路的輸出電壓通過(guò)分壓電阻分壓后的電壓輸入由引腳1、2、3組成的誤差放大器，形成誤差電壓，通過(guò)誤差電壓控制引腳14和引腳11的輸出占空比，達(dá)到控制輸出電壓的目的；控制電路是由隔離變壓器第二路

106、輸出經(jīng)整流濾波，再由穩(wěn)壓管Dtl形成較穩(wěn)定的15V電壓供電。由UC</p><p>　　5.2鋸齒波電路的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　在第三章第3.2節(jié)中，我們已經(jīng)討論了芯片的工作頻率以及充電電阻和電容的大小取值，即：</p><p>　　由芯片資料了解到，UC3825內(nèi)部由鋸齒波電路形成的鋸齒波波峰電壓值為2.8V，波谷時(shí)電壓為1.0V。圖5.2所示，由于芯片內(nèi)

107、部的一個(gè)電壓源的作用，實(shí)際輸入電壓比較器的鋸齒波波峰電壓值為4.05V,波谷時(shí)電壓值為2.25V，鋸齒波峰峰值為1.8V。可以依據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)確定誤差放大器的電壓值。</p><p>　　5.3電壓反饋比較電路的參數(shù)計(jì)算</p><p>　　1.電壓反饋電路的設(shè)計(jì)。電壓反饋電路就是將輸出電壓轉(zhuǎn)化成與控制電路相同電</p><p>　　壓等級(jí)的比較電壓，供控制電路參考。本

108、設(shè)計(jì)將電壓按15倍衰減，即輸出電壓為50V時(shí)，反饋電壓為3.33V。則：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　可取R18為550KΩ，R17為39KΩ。</p><p>　　2.基準(zhǔn)電壓幅值的確定。基準(zhǔn)電壓是為電壓反饋比較電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)，使輸出電壓通過(guò)誤差比較器與之相比較，兩者若穩(wěn)定相等，則開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定工

109、作；若兩者不相等，就會(huì)使誤差比較器的輸出發(fā)生變化，通過(guò)芯片內(nèi)部的控制電路控制輸出電壓，調(diào)整輸出電壓。因此，基準(zhǔn)電壓的調(diào)整范圍，應(yīng)該與電壓反饋電路的電壓范圍一致。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是輸出電壓為20V到50V可調(diào)，按照衰減15倍的電壓反饋電路，則基準(zhǔn)電壓的調(diào)整范圍為1.33V到3.33V，則：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　

110、?。?-3）</b></p><p>　　由于基準(zhǔn)電壓的波動(dòng)和分壓電阻的阻值不是非常精確，因此使基準(zhǔn)電壓的調(diào)整范圍稍大一些，以確保電路輸出的調(diào)整范圍。又因?yàn)闉橐浑娢黄?，其阻值的選擇比較少，確定其為10KΩ的電位器，由式（5-2）和（5-3）可確定，為5KΩ，為5KΩ。則基準(zhǔn)電壓的調(diào)整范圍為：</p><p><b>　　（5-4）</b></p>

111、;<p><b>　　（5-5）</b></p><p>　　這樣，確保輸出電壓能夠在20V到50V之間調(diào)整，滿足本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)任務(wù)。</p><p>　　3.誤差比較電路的設(shè)計(jì)。誤差比較電路是將基準(zhǔn)電壓與反饋電壓相比較，將他們的差值反饋到芯片內(nèi)部，改變內(nèi)部控制電路的輸出占空比，從而控制輸出電壓。因?yàn)楸壤刂瓶梢蕴岣呦到y(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，減小系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，從而提