基于sg3525的半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器畢業(yè)設(shè)計(jì)

頁(yè)第1章緒論1.1本課題研究的目的和意義電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱(chēng)電源供應(yīng)器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，我們的衣食住行離不開(kāi)電源，科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、辦公學(xué)習(xí)、文化娛樂(lè)、交通、國(guó)防建設(shè)、教育、環(huán)境保護(hù)、宇宙探索等等，哪一樣也少不了電源。而電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓技術(shù)比較成熟。并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性好、輸出紋波電壓小、使用可靠等特點(diǎn)。但調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射集之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低，一般只有45%左右，另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，于是它很難滿足電子設(shè)備發(fā)展的要求。從而促成了高效率、體積小、重量輕的開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。開(kāi)關(guān)電源就是以其效率高、功率密度高而在電源領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位。隨著PWM技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，開(kāi)關(guān)電源以其高的性價(jià)比得到了廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很多，常用的電路拓?fù)溆型仆?、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中，在半橋電路中，變壓器初?jí)在整個(gè)周期中都流過(guò)電流，磁芯利用充分，且沒(méi)有偏磁的問(wèn)題，所使用的功率開(kāi)關(guān)管耐壓要求較低，開(kāi)關(guān)管的飽和壓降減少到了最小，對(duì)輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由于以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。1.2國(guó)內(nèi)外技術(shù)發(fā)展概況1955年美國(guó)羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端，1957年美國(guó)查賽（JenSen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國(guó)科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開(kāi)關(guān)電源。1994年我國(guó)原郵電部作出重大決策，要求通信領(lǐng)域推廣使用開(kāi)關(guān)電源以取代相控電源。開(kāi)關(guān)電源的使用為國(guó)家節(jié)省了大量銅材、鋼材和占地面積。由于變換效率提高，能耗減少，降低了電源周?chē)h(huán)境的室溫，改善了工作人員的環(huán)境。我國(guó)郵電通信部門(mén)廣泛采用開(kāi)關(guān)電源,極大地推動(dòng)了它在其它領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。值得指出的是，近兩年來(lái)出現(xiàn)的電力系統(tǒng)直流操作電源，是針對(duì)國(guó)家投資4000億元用于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的供電工程改造、提高輸配電供電質(zhì)量而推出的，它已開(kāi)始采用開(kāi)關(guān)電源以取代傳統(tǒng)的相控電源。如今，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100KHz、用MOSFET制成的500KHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開(kāi)關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周?chē)娮釉O(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過(guò)，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱(chēng)為諧振式開(kāi)關(guān)?，F(xiàn)在對(duì)這種開(kāi)關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。1.321世紀(jì)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展展望能源在社會(huì)現(xiàn)代化方面起著關(guān)鍵作用。電力電子技術(shù)以其靈活的功率變換方式，高性能、高功率密度、高效率，在21世紀(jì)必將得到大力發(fā)展，而開(kāi)關(guān)電源是電力電子技術(shù)中占有很大比重的一個(gè)重要方面。1.半導(dǎo)體和電路器件是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的重要支撐功率半導(dǎo)體器件仍然是電力電子技術(shù)發(fā)展的“龍頭”，電力電子技術(shù)的進(jìn)步必須依靠不斷推出的新型電力電子器件[2]。功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)由于單極性多子導(dǎo)電，顯著地減小了開(kāi)關(guān)時(shí)間，因而很容易地便可達(dá)到1MHz的開(kāi)關(guān)工作頻率而受到世人矚目。但是MOSFET，提高器件阻斷電壓必須加寬器件的漂移區(qū)，結(jié)果使器件內(nèi)阻迅速增大，器件的通態(tài)壓降增高，通態(tài)損耗增大，所以只能應(yīng)用于中小功率產(chǎn)品。為了降低通態(tài)電阻，美國(guó)IR公司采用提高單位面積內(nèi)的原胞個(gè)數(shù)的方法。功率MOSFET，500V、TO220封裝的HEXFET自1996年以來(lái)，其通態(tài)電阻以每年50%的速度下降。對(duì)于肖特基二極管的開(kāi)發(fā)，最近利用Trench結(jié)構(gòu)，有望出現(xiàn)壓降更小的肖特基二極管，稱(chēng)作TMBS-溝槽MOS勢(shì)壘肖特基，而有可能在極低電源電壓應(yīng)用中與同步整流的MOSFET競(jìng)爭(zhēng)。超容電容器是電容器件近年來(lái)的最新進(jìn)展，美國(guó)的麥克韋爾公司一直保持著超容電容技術(shù)的世界領(lǐng)先地位。超容電容器采用了獨(dú)特的金屬/碳電極技術(shù)和先進(jìn)的非水電解質(zhì)，具有極大的電極表面和極小的相對(duì)距離?，F(xiàn)在已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出多種具有廣泛適用范圍的超容電容器單元和組件，單元容量小到10F，大到2700F。超容電容器可方便地串聯(lián)組合成高壓組件或并聯(lián)組合成高能量存儲(chǔ)組件。超容電容器組件現(xiàn)可提供650V的高壓高能量應(yīng)用。超容電容器具有廣泛的應(yīng)用前景。使用超容電容器可以使半導(dǎo)體、造紙、紡織等各種工業(yè)高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)免受電力波動(dòng)或短暫中斷所造成的巨大損失；超容電容器能為醫(yī)院或公用事業(yè)單位等在必須使用應(yīng)急發(fā)電機(jī)電源時(shí)，提供過(guò)渡電源，構(gòu)成短期不間斷電源。對(duì)于新型電能車(chē)或混合電能車(chē)，超容電容器可作為電池的補(bǔ)充甚至替代物。2.電路集成和系統(tǒng)集成及封裝工藝電力電子產(chǎn)品或電路的發(fā)展方向是模塊化、集成化。具有各種控制功能的專(zhuān)用芯片，近幾年發(fā)展很迅速，如功率因數(shù)校正(PFC)電路用的控制芯片；軟開(kāi)關(guān)控制用的ZVS、ZCS芯片；移相全橋用的控制芯片；ZVT、ZCTPWM專(zhuān)用控制芯片；并聯(lián)均流控制芯片；電流反饋控制芯片等。功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路(PowerIC)和IPM。IPM以IGBT為功率開(kāi)關(guān)，將控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。由于外部接線、焊點(diǎn)減少，可靠性顯著提高。集成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。電路集成的進(jìn)一步發(fā)展方向是系統(tǒng)集成。如現(xiàn)在的逆變器是將200～300個(gè)零件裝配在一起成為一個(gè)系統(tǒng)。這樣做法要花很多時(shí)間和人工，成本也高，也難于做得體積很小。美國(guó)VICOR公司生產(chǎn)的第一代電源模塊受生產(chǎn)技術(shù)、功率、磁元件體積和封裝技術(shù)的限制，密度始終未能超過(guò)每立方英寸80W。近年來(lái)，推出的第二代電源模塊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也改為模塊式，達(dá)到高度集成化和全面電腦化。功率密度已經(jīng)達(dá)到了每立方英寸120W。電源模塊內(nèi)含元件只有第一代產(chǎn)品的1/3，由115個(gè)減為35個(gè)。第二代電源模塊的控制電路只含兩個(gè)元件，被稱(chēng)作“大腦”(Brain)?！按竽X”是兩片厚膜電路，由VICOR公司自己的無(wú)塵室自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，其總體積很小，取代了第一代產(chǎn)品中的約100個(gè)控制元件，體積縮小了60%。第二代產(chǎn)品的另一個(gè)突破是變壓器的改良，采用屏蔽式結(jié)構(gòu)和鍍銅磁芯，把初級(jí)和次級(jí)線圈分置左右兩邊而溫升很低。寄生電容和共模噪聲也很低。變壓器處理功率的密度達(dá)到了每立方英寸1000W，溫升只有3℃。第二代產(chǎn)品功率器件的管芯直接焊接在基板上，以取代第一代TO-200封裝，可以提高散熱效率，降低寄生電感、電容和熱阻。電力電子技術(shù)是重要的支撐科技，每一領(lǐng)域無(wú)一不和電力電子有關(guān)，都在起著重要作用，而開(kāi)關(guān)電源是其中的一個(gè)重要方面，有著深遠(yuǎn)的美好前景[3]。1.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和目標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)半橋式開(kāi)關(guān)電源變換器，內(nèi)容包括整個(gè)電路框圖的確定、主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定、電路的設(shè)計(jì)、主要元器件參數(shù)的計(jì)算與選型、實(shí)際電路的制作與調(diào)試、各主要參數(shù)的測(cè)量與數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)目標(biāo)：輸入電壓范圍：AC175～AC245V輸出電壓：DC24V輸出電流：Io=10A輸出功率：240W電源的效率：η≥80%輸出紋波噪聲：不大于100mV電壓調(diào)整率：SU≤2%電流調(diào)整率：SI≤2%輸出具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流12A1.5方案論證與總體設(shè)計(jì)1.5.1方案論證1.推挽變換器適用于低輸入電壓大功率的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于功放電路和開(kāi)關(guān)電源中。變壓器帶有中心抽頭，而且開(kāi)關(guān)管的承受電壓較高；由于變壓器原邊漏感的存在，功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的瞬間，漏源極會(huì)產(chǎn)生較大的電壓尖峰，另外輸入電流的紋波較大，因而輸入濾波器的體積較大。推挽不適用于高電壓：其一，對(duì)管子要求耐壓高，如220V整流電路中，其VCE(VDS)要達(dá)到800V以上，其二，因沒(méi)有隔直電容，容易產(chǎn)生磁偏，其三，推挽一般要對(duì)稱(chēng)的雙繞組，這樣對(duì)變壓器工，藝要求高制作困難。2.全橋變換器全橋變換器適合于較大功率場(chǎng)合，由四個(gè)功率晶體管組成，相對(duì)于半橋而言，功率晶體管及驅(qū)動(dòng)裝置個(gè)數(shù)要增加一倍，成本較高，導(dǎo)通回路上至少有兩個(gè)管壓降，因此功率損耗也大。3.正激變換器正激變換器輸出電壓受占空比的調(diào)至幅度相對(duì)于反激來(lái)說(shuō)低很多，因此要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較大，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較大；正激變換器的體積比較大。正激變換器次級(jí)峰值電壓比半橋變換器高，初級(jí)繞組匝數(shù)也是半橋的兩倍，因此半橋變換器繞組成本低，寄生電容也更小。4.反激變換器反激變換器電路比較簡(jiǎn)單，體積比較小，多用于功率較小的場(chǎng)合或是多路輸出的場(chǎng)合，不需要加磁復(fù)位繞組，變壓器既有儲(chǔ)能的功能，又具有變壓和隔離的功能。反激變換器瞬態(tài)控制特性較差，它的變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈的漏感比較大，所以變壓器效率低。5.半橋式變換器半橋式變換器開(kāi)關(guān)管的穩(wěn)態(tài)關(guān)斷電壓等于直流輸入電壓，而不像推挽、單端正激或交錯(cuò)正激拓?fù)淠菢訛檩斎腚妷旱膬杀?。而?duì)于推挽等拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，兩倍的電網(wǎng)整流電壓將超過(guò)其開(kāi)關(guān)管的安全耐壓容限。與正激變換器和反激變換器相比，半橋式變換器穩(wěn)壓范圍寬，更突出的是它在一定范圍內(nèi)輸出電壓與輸入電壓變化無(wú)關(guān)。半橋式拓?fù)淠軐⒆儔浩鞒跫?jí)側(cè)的漏感尖峰電壓鉗位于直流母線電壓，并將漏感儲(chǔ)存的能量歸還到母線，而不是消耗于電阻元件。半橋式變換器開(kāi)關(guān)電源兩個(gè)開(kāi)關(guān)管輪流交替工作，相當(dāng)于兩個(gè)開(kāi)關(guān)電源同時(shí)輸出功率，其輸出功率約等于單一開(kāi)關(guān)電源輸出功率的兩倍。因此，半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大（最大輸出功率約為400～500W），工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數(shù)SU和電流脈動(dòng)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。綜合以上對(duì)各個(gè)變換器分析，結(jié)合本設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求，如240W的輸出功率，整流后輸出接近310V直流，效率近80%，低成本目標(biāo)，半橋式變換器具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，因此本設(shè)計(jì)采用半橋式變換器作為主拓?fù)鋄4]。1.5.2硬件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1-1原理框圖AC175V~AC245V交流電進(jìn)入電源后，首先經(jīng)過(guò)的是EMI濾波電路，濾除電源線進(jìn)線引入的外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)還有減少開(kāi)關(guān)電源本身產(chǎn)生并經(jīng)電源傳導(dǎo)出去的電磁干擾。然后進(jìn)入整流濾波電路，整流部分將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電，濾波電路將脈動(dòng)的直流電變成平滑的直流電。過(guò)電流檢測(cè)電路通過(guò)電流互感器檢測(cè)輸入電流，作用是起到過(guò)流保護(hù)。接下來(lái)進(jìn)入半橋式電路，通過(guò)PMW控制器控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通來(lái)控制半橋電路，在半橋高頻變壓器的作用下，將中間整流電路輸出的低頻電源轉(zhuǎn)換為高頻電源。最后進(jìn)入輸出濾波電路，將脈動(dòng)的直流電壓在經(jīng)過(guò)電感電容濾波就得到平滑的直流電壓，經(jīng)過(guò)輸出電壓檢測(cè)之后達(dá)到穩(wěn)定直流24V輸出。第2章半橋變換器拓?fù)浞治?.1半橋變換器工作原理半橋式變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2-1所示，波形圖如圖2-2所示。其主要的優(yōu)點(diǎn)是，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)承受電壓Vdc（與雙端正激變換器相同），而不是像推挽拓?fù)浠騿味苏ぷ儞Q器那樣為2Vdc[5]。圖2-1半橋變換器拓?fù)淙鐖D2-1不管輸入網(wǎng)壓是AC120V還是AC220V，該電路整流得到的直流電壓均為320V。當(dāng)輸入網(wǎng)壓為AC220V時(shí)，S1斷開(kāi)；為AC120V時(shí),S1閉合。S1斷開(kāi)時(shí)，輸入為220V交流電壓，電路為全波整流電路，濾波電容C1和C2串聯(lián)，整流濾波得到的直流電壓峰值約為1.41×220-2=308V；當(dāng)S1閉合時(shí)，輸入為120V交流電壓，電路相當(dāng)于一個(gè)倍壓整流器。在輸入電壓的正半周，A點(diǎn)相當(dāng)于B點(diǎn)為正，電源通過(guò)D1給C1充電，C1電壓為上正下負(fù)，峰值約為1.41×220-1=168V；在輸入電壓的負(fù)半周，A點(diǎn)電壓相對(duì)于B點(diǎn)為負(fù)，電源通過(guò)D2給C2充電，C2電壓為上正下負(fù)，峰值也為1.41×220-1=168V，這樣兩個(gè)電容串聯(lián)的輸出為336V。由此可知，當(dāng)任何一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)關(guān)斷的晶體管承受的電壓只是最大直流輸入電壓，而并非其兩倍。假設(shè)整流后輸入的直流電壓為336V，該電路工作情況如下。首先忽略小容量阻斷電容Cb，則Np的下端可近似的看做連接到C5與C6的連接點(diǎn)。通常的做法是在C5、C6兩端各并接等值放電電阻來(lái)均衡兩者的電壓，本設(shè)計(jì)中用到R2、R3,加上C5、C6的容量相等，則連接點(diǎn)處的電壓為整流輸出電壓的一半，約為168V。圖中的開(kāi)關(guān)管Q1、Q2輪流導(dǎo)通半個(gè)周期。Q1導(dǎo)通Q2關(guān)斷時(shí)，Np同名端電壓為+168V，Q2承受電壓為336V；同理，Q2導(dǎo)通Q1關(guān)斷時(shí)，Q1承受電壓也為336V，此時(shí)Np同名端電壓為-168V[7]。圖2-2主要波形圖2.2半橋變換器的漏感問(wèn)題半橋變換器不存在像單端正激和推挽拓?fù)渲心菢勇闊┑穆└屑夥鍐?wèn)題，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)管Q1、Q2分別并聯(lián)了二極管D5、D6，它將開(kāi)關(guān)管承受的尖峰電壓鉗位于Vdc。Q1導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和勵(lì)磁電流流過(guò)Q1、變壓器T1的漏感、NP并聯(lián)的勵(lì)磁電感及按匝比平方折算到初級(jí)的次級(jí)負(fù)載等效阻抗，最后流經(jīng)Cb到達(dá)C1、C2接點(diǎn)，NP同名端電壓為正；Q1關(guān)斷時(shí)，勵(lì)磁電感迫使所有繞組電壓極性反向，NP同名端電壓力圖變得很負(fù)，使Q1承受遠(yuǎn)大于Vdc的電壓并使Q2承受反壓，造成兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的損壞。但由于D6的鉗位作用，NP同名端電壓就不會(huì)低于母線電壓。同理，Q2導(dǎo)通時(shí)，勵(lì)磁電感儲(chǔ)存能量，NP同名端電壓(該端電壓接近Vdc/2)為負(fù)；Q2關(guān)斷時(shí)，勵(lì)磁電感使所有繞組電壓極性反向。NP同名端電壓力圖變得很正，但由于D5的存在，NP同名端電壓被鉗位于母線電壓。這樣，到同時(shí)間內(nèi)的漏感儲(chǔ)能就會(huì)經(jīng)D5、D6反饋給電源Vdc。第3章控制芯片的介紹3.1SG3525工作特性分析SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì)SG3525特點(diǎn)、引腳功能、工作原理進(jìn)行介紹。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(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。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器[8]。一.SG3525引腳功能及特點(diǎn)：圖3-1SG3525引腳圖1.Inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2.Noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類(lèi)型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類(lèi)型的調(diào)節(jié)器。3.Sync(引腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4.OSC.Output(引腳4)：振蕩器輸出端。5.CT(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。6.RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。7.Discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8.Soft-Start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只105的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation(引腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類(lèi)型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類(lèi)型調(diào)節(jié)器。10.Shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11.OutputA（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12.Ground(引腳12)：信號(hào)地。13.Vc(引腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。14.OutputB（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。圖3-2SG3525內(nèi)部框圖圖3-3SG3525內(nèi)部各點(diǎn)波形特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：8—35V。（2）5.1（1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz～400KHz。（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖。（9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：200mA(峰值)。二.SG3525的工作原理：SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在5腳和7腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)104的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門(mén)加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開(kāi)始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電容可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，PWM瑣存器才被復(fù)位。3.2UC3843工作原理分析1.UC3843芯片管腳排列：圖3-4UC3843的引腳圖2.主要特性用于20-50W的小功率開(kāi)關(guān)電源，管腳少，電路簡(jiǎn)單。(1)單輸出級(jí)，可以驅(qū)動(dòng)MOS、晶體管。(2)PWM芯片。(3)工作頻率500kHz。(4)低啟動(dòng)和工作電流，啟動(dòng)電流小于1mA，工作電流15mA。(5)大電流圖騰柱輸出，1A。(6)8.5V開(kāi)通7.6V關(guān)斷(7)帶欠壓封鎖保護(hù)3.引腳及功能：1腳（COMP）：誤差放大器輸出。2腳（UFB）：反饋電壓輸入端。它與內(nèi)部2.5VDC基準(zhǔn)電源比較，產(chǎn)生誤差電壓來(lái)控制調(diào)節(jié)脈沖寬度。3腳（ISENSE）：接電感電流傳感器。當(dāng)采樣電壓大于1VDC時(shí)，縮小脈沖寬度，使電源處于斷續(xù)工作狀態(tài)。4腳（RT/CT）：定時(shí)阻容端。頻率f=1.8/(CTRT)。5腳（Gnd）：地。6腳（OUTPUT）：輸出端。7腳（Vcc）：電源。10-13VDC，關(guān)閉電壓10VDC。8腳（VREF）：內(nèi)部基準(zhǔn)電源輸出，5VDC+/-0.1VDC，50mA。4.芯片原理：UC3843是一種單端輸出電流控制型電路，其最大的優(yōu)點(diǎn)是外接元器件極少，外電路裝配非常簡(jiǎn)單，其原理方框圖如下圖所示，它有兩個(gè)控制閉合環(huán)路，一個(gè)是輸出電壓反饋回誤差放大器，用于同基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓；另一個(gè)是電感(變壓器初級(jí))中電流在反饋電阻(R0)上產(chǎn)生的電壓與誤差電壓進(jìn)行比較產(chǎn)生調(diào)制脈沖的脈寬，這些都是在時(shí)鐘所限定的固定頻率下工作。由于誤差信號(hào)實(shí)際控制著峰值電感電流，故稱(chēng)其為電流型脈寬調(diào)制器，其優(yōu)點(diǎn)如下：1)線性調(diào)整率(電壓調(diào)整率)非常好，可達(dá)0.0l％/V。這是由于輸入電壓的變化立即反映為電感電流的變化，它不經(jīng)過(guò)任何誤差放大器就能在比較中改變輸出脈沖寬度，再加一級(jí)輸出電壓U。至誤差放大器控制，能夠使線性調(diào)整率更好。2)明顯改善了負(fù)載調(diào)整率。因?yàn)檎`差放大器可專(zhuān)門(mén)用于控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓變化。3)誤差放大器的外補(bǔ)償電路簡(jiǎn)化，穩(wěn)定度提高并改善了頻響，這時(shí)由于在R0上檢測(cè)出的峰值電流能代表平均電流，整個(gè)電路可看作一個(gè)誤差電壓控制源，變換器(誤差放大器)由雙極點(diǎn)變?yōu)楦邩O點(diǎn)。4)簡(jiǎn)化了過(guò)流保護(hù)電路(電流限制電路)。由于R0上感應(yīng)出尖峰電感電流，所以自然形成逐個(gè)脈沖限流電路，只要Rs上電平達(dá)到lV，脈寬調(diào)制器就立即關(guān)閉，這種峰值電感感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)可以靈敏地精確地限制輸出的最大電流。UC3843設(shè)有欠壓鎖定電路，其開(kāi)啟電壓為8.5V，關(guān)閉閥值為7.6V，UC3843的電源可以由高壓直流電通過(guò)一個(gè)降壓電阻R來(lái)提供，0.8V的啟動(dòng)關(guān)閉的差值電壓可有效地防止電路在閥值電壓附近工作時(shí)的振蕩。在uC3843的輸入端設(shè)有一個(gè)34V齊納管，保證其內(nèi)部電路絕對(duì)在34V以下工作，防止可能高壓帶來(lái)的損壞，5V的基準(zhǔn)電壓由8腳引出，基準(zhǔn)電壓再降至2.5V，為誤差放大器的同相輸入端提供基準(zhǔn)。5V的基準(zhǔn)電壓同時(shí)作內(nèi)部各部分電路的電源。UC3843的輸出為圖騰式，輸出給開(kāi)關(guān)管的平均電流為±200mA，最大峰值電流可達(dá)±1A，輸出低電平電壓為1.5V，輸出高電平電壓為13.5V，故適宜驅(qū)動(dòng)晶體管或MOSFET管。UC3843內(nèi)設(shè)置有PWM鎖存器，可保證輸出端在每一振蕩周期內(nèi)僅出現(xiàn)一個(gè)單控制脈沖，防止噪聲干擾和功率管的超功耗。內(nèi)部包括振蕩器、誤差放大器、電流比較器、PWM鎖存、5VDC基準(zhǔn)電源、輸出電路等。圖3-5UC3843的內(nèi)部框圖5VDC基準(zhǔn)電源：內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得到2.5VDC作為誤差比較器的比較基準(zhǔn)。該電源還可以提供外部5VDC/50mA。振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。RT接在4、8（REF）腳之間，CT接4、5（GND）之間。頻率f=1.8/(CTRT)。最大500KHz。誤差放大器：由UFB端輸入的反饋電壓和2.5VDC做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡(luò)，以改變?cè)鲆婧皖l率特性。輸出電路：?jiǎn)螆D騰柱輸出結(jié)構(gòu)，1A峰值驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)MOS管及雙極型晶體管。電流取樣比較器：3腳ISENSE用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE>1VDC時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。欠壓鎖定電路UVLO：開(kāi)通閾值16VDC，關(guān)閉閾值10VDC。具有滯回特性。PWM鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過(guò)一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。另外，UCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。第4章電路設(shè)計(jì)4.1EMI濾波電路設(shè)計(jì)由于開(kāi)關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程本身就是一電磁騷擾（EMD）源，它產(chǎn)生的EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的EMI信號(hào)會(huì)變得更加強(qiáng)烈和復(fù)雜。圖4-1EMI電路圖1、概念理解：共模扼流圈共模扼流圈使用一個(gè)磁心上繞制兩組電流方向相反的導(dǎo)線，使用高磁導(dǎo)率的磁心，一般匝數(shù)也很少。干擾源產(chǎn)生電流i，在磁心中產(chǎn)生方向相反的磁通，磁心中等于沒(méi)有磁通，線圈幾乎為零，因此不能抑制差模干擾信號(hào)。干擾源產(chǎn)生的同時(shí)流進(jìn)線圈的電流i，兩線圈產(chǎn)生的磁通是相同方向的，有相互加強(qiáng)作用，每一線圈共模阻抗提高，共模電流大大減弱。實(shí)際減弱量取決于共模扼流圈阻抗和負(fù)載阻抗大小之比。因此，這種繞法的電磁線圈對(duì)共模干擾有強(qiáng)的抑制作用。差模扼流圈為了對(duì)差模干擾信號(hào)起抑制作用，則共磁心的兩個(gè)線圈繞向必須相反。這樣，對(duì)共模信號(hào)抑制的電感為零，等于不起作用。在具體線路中采用哪一種繞法，要根據(jù)抑制哪一種干擾為主來(lái)決定。對(duì)扼流圈基本要求：無(wú)論對(duì)差模或共模扼流圈，無(wú)論裝設(shè)在進(jìn)線或是出線端，都要達(dá)到如下幾點(diǎn)基本要求：在干擾信號(hào)頻率下相應(yīng)在磁材料初始磁導(dǎo)率下工作阻抗要大；工作頻率下相應(yīng)在磁材料初始磁導(dǎo)率下工作阻抗要小；直流電阻要小，電感值穩(wěn)定，不隨溫度變化而產(chǎn)生大幅度變化；分布電容要小。2、電路構(gòu)造原理：電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10KHz～30KHz，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是從電源進(jìn)線引入的外界干擾，另一類(lèi)是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分差模干擾與共模干擾兩種。差模干擾是兩條電源線之間（簡(jiǎn)稱(chēng)線對(duì)線）的噪聲，共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地（簡(jiǎn)稱(chēng)線對(duì)地）的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性（EMC）的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器應(yīng)對(duì)差模、共模干擾都起到抑制作用。在上圖中C1和C2叫做差模電容，L叫做共模電感，C3和C4叫做共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對(duì)差模和共模干擾有較強(qiáng)的衰減作用。該五端器件有兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼接通大地。共模扼流圈L（亦稱(chēng)共模電感）對(duì)差模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱(chēng)作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞著低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。當(dāng)市網(wǎng)工頻電流在兩個(gè)繞組中流過(guò)時(shí)為一進(jìn)一出，產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰好抵消，使得共模電感對(duì)市網(wǎng)工頻電流不起任何阻礙作用，可以無(wú)損耗地傳輸。如果市網(wǎng)中含有共模噪聲電流通過(guò)共模電感，這種共模噪聲電流是同方向的，流經(jīng)兩個(gè)繞組時(shí)，產(chǎn)生的磁場(chǎng)同相疊加，使得共模電感對(duì)干擾電流呈現(xiàn)出較大的感抗，由此起到了抑制共模干擾的作用。實(shí)際使用中共模電感兩個(gè)電感繞組由于繞制工藝的問(wèn)題會(huì)存在電感差值，不過(guò)這種差值正好被利用作差模電感。所以，一般電路中不必再設(shè)置獨(dú)立的差模電感了。共模電感的差值電感與電容C1及C2構(gòu)成了一個(gè)濾波器。這種濾波器對(duì)差模干擾有較好的衰減。需要指出當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線經(jīng)也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。除了共模電感以外，圖中的電容C3及C4也是用來(lái)濾除共模干擾的。共模濾波的衰減在低頻時(shí)主要由電感器起作用，而在高頻時(shí)大部分電容C3及C4起作用。差模干擾抑制器通常使用低通濾波元件構(gòu)成，最簡(jiǎn)單的就是一只濾波電容接在兩根電源線之間而形成的輸入濾波電路（如圖中電容C1），只要電容選擇適當(dāng)，就能對(duì)高頻干擾起到抑制作用。該電容對(duì)高頻干擾阻抗甚低，故兩根電源線之間的高頻干擾可以通過(guò)它，它對(duì)工頻信號(hào)的阻抗很高，故對(duì)工頻信號(hào)的傳輸毫無(wú)影響。該電容的選擇主要考慮耐壓值，只要滿足功率線路的耐壓等級(jí)，并能承受可預(yù)料的電壓沖擊即可。為了避免放電電流引起的沖擊危害，CX(C1和C2)電容容量不易不宜過(guò)大，采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01mF～0.47uF，主要用來(lái)濾除差模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1uF。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1uF，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1、C2和C3、C4的耐壓值分別為275V和630V。4.2整流濾波電路設(shè)計(jì)圖4-2整流濾波電路圖整流濾波電路如上圖所示。它采用全橋式整流濾波結(jié)構(gòu)，C5、C6為濾波電容，R2、R3為均壓電阻。整流電路是利用二極管的單向?qū)ㄔ韥?lái)完成工作的，其中整流部分將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電（本文采用的是整流橋D3BA60），濾波電路將脈動(dòng)的直流電變成平滑的直流電[12]。4.3半橋電路設(shè)計(jì)該電源采用半橋式變換電路，其工作頻率45KHZ，在初級(jí)一側(cè)的主要部分是Q1和Q2功率管及C5和C6電容器。Q1和Q2交替導(dǎo)通、截止，在高頻變壓器初級(jí)繞組N1兩端產(chǎn)生一副值為Vdc1/2的正負(fù)方波脈沖電壓。能量通過(guò)變壓器傳遞到輸出端，Q1和Q2采用IRF830功率MOS管[13]。圖4-3半橋電路圖4.4控制電路分析控制電路以SG3525為主控芯片，1腳接電阻R45、R16和R92及電容C73，R45、R16和R92起到分壓的作用，C73濾波。作為誤差放大器1的反相輸入，當(dāng)Vout變化時(shí)，誤差放大器1的輸出電壓隨之改變，即與鋸齒波電壓比較電平改變。PWM比較器輸出的脈沖寬度改變，致使SG3525輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖改變從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。5腳接振蕩器地勢(shì)電容C11，6腳接振蕩器定時(shí)電阻R14。5腳和6腳構(gòu)成振蕩頻率控制端，通過(guò)改變電阻或電容的大小來(lái)改變振蕩頻率。13腳和15腳接VCC，作為啟動(dòng)電壓。11腳和14腳接入驅(qū)動(dòng)電路，12腳接GND，16腳接基準(zhǔn)電壓（VREF）。圖4-4控制電路圖4.5驅(qū)動(dòng)電路與過(guò)電流保護(hù)電路原理分析4.5.1驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖4-5驅(qū)動(dòng)電路m、n分別連接UC3525的輸出端14、11腳，a與半橋中的MOS管Q2的柵極連接，b連接Q2的源極，c連接半橋中的MOS管Q1的柵極，d連接Q1的源極。KSP2907是低電平導(dǎo)通，當(dāng)R38處為高電平時(shí)，通過(guò)D6直接驅(qū)動(dòng)Q2導(dǎo)通，此時(shí)R39處為低電平Q5導(dǎo)通，通過(guò)二極管把c點(diǎn)處電壓拉低，則Q1關(guān)斷截止。反之，則Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷截止。4.5.2過(guò)電流保護(hù)電路分析圖4-6過(guò)流保護(hù)電路圖過(guò)流保護(hù)是利用SG3525的l0腳加高電平封鎖脈沖輸出的功能。當(dāng)10腳為高電平時(shí)，SG3525的腳11及腳14上輸出的脈寬調(diào)制脈沖就會(huì)立即消失而成為零。過(guò)流信號(hào)取自輸入端的電流互感器CT，經(jīng)逆變后得到電流信號(hào)加至上圖所示過(guò)流保護(hù)電路上。過(guò)流信號(hào)加至電壓比較器LM358同相端。當(dāng)過(guò)流信號(hào)使同相端電平比反相端參考電平高時(shí)，比較器將輸出高電平，則二極管D7將從原來(lái)的反向偏置狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎驅(qū)?，并把同相端電位提升為高電平，這一變化將使得電壓比較器一直穩(wěn)定輸出高電平封鎖脈沖，本電路通過(guò)D6與SG3525的10腳連接，則SG3525停止工作，11、14腳不輸出，將自動(dòng)切斷輸入電源。在正常狀態(tài)下，比較器輸出零電平，不影響電路工作[11]。4.6輔助電源設(shè)計(jì)分析反激變換器拓?fù)湓谳敵龉β蕿?~150W的低成本電源應(yīng)用中非常廣泛，它的最大優(yōu)點(diǎn)，很明顯，就是不需要次級(jí)輸出電感。這會(huì)使反激變換器在體積和成本上占有很大優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)中輔助電源采用反激變換器如圖4-7，控制電路以UC3843為核心，輸出電壓為DC17V，輸出功率6W，效率80%，開(kāi)關(guān)頻率為82KHz，電壓反饋取自輔助繞組。圖4-7輔助電源原理圖工作過(guò)程大致為：輸入直流電壓，通過(guò)啟動(dòng)電阻啟動(dòng)芯片。芯片工作后，6腳驅(qū)動(dòng)MOS管Q3，反激變壓器工作。在Q3導(dǎo)通期間，D17反偏；在Q3截止時(shí)，D17正偏，供給負(fù)載功率。第5章參數(shù)計(jì)算及主要元器件選擇5.1主電路拓?fù)鋮?shù)計(jì)算5.1.1半橋變壓器計(jì)算技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓DC247V~DC347V；輸出電壓24V；輸出電流10A；電源的效率：η≥80%；開(kāi)關(guān)頻率。=1\*GB3①用AP法計(jì)算：(5-1)(5-2)——拓?fù)湎禂?shù)，查表得：，(5-3)查磁芯手冊(cè)知，PC40材料，EE40磁芯的窗口橫截面積，所以>(5-4)Aw——是磁芯窗口面積Ae——是磁芯有效截面積所以可以選擇PC40材料，EE40磁芯變壓器原邊匝數(shù)計(jì)算：設(shè)最大占空比,(5-5)(5-6)原邊繞組匝數(shù)(5-7)這時(shí)原邊繞組要按比例增加取NP=23（匝）=2\*GB3②變壓器副邊匝數(shù)計(jì)算：根據(jù)電感伏秒積平衡得(5-8)(5-9)副邊繞組匝數(shù)取NS=5(匝)=3\*GB3③變壓器原邊線徑確定：原邊繞組電流有效值為,(5-10)J——電流密度橫截面積：(5-11)原邊線徑：(5-12)因?yàn)樽儔浩髟?fù)邊流過(guò)的都是高頻電流，大都分的電流沿著導(dǎo)線上某一厚度或稱(chēng)之為趨膚深度的表層進(jìn)行傳導(dǎo)，可以用下面的公式等價(jià)這種關(guān)系：(5-13)其中——趨膚深度，mm；km——物質(zhì)常數(shù)，銅的物質(zhì)常數(shù)（）；f——頻率,Hz。(5-14)選25#線徑為0.454mm的漆包線因?yàn)槊娣e相等：所以取3股0.454并聯(lián)=4\*GB3④副邊線徑：副邊電流有效值為(5-15)導(dǎo)線橫截面積：(5-16)副邊線徑：(5-17)因?yàn)?，所以選25#線徑為0.454mm的漆包線由面積相等所以取16股0.454并聯(lián)5.1.2電感的計(jì)算技術(shù)指標(biāo)為：(5-18)(5-19)(5-20)(5-21)(5-22)，(5-23)電感確定：(5-24)所以取原邊峰值電流：，(5-25)峰值比有效值大，為保留有足夠余量令等于J的單位為，將其化成:=(5-26)、、、為國(guó)際單位L——電感量——為氣隙橫截面積——為磁密擺幅——為電流有效值——為銅線面積——為電流密度——為填充系數(shù)——電感峰值電流取0.6，取0.25T，（溫升是時(shí)）(5-27)因EE40AP=1.38>0.1516所以選磁心型號(hào)EE40(5-28)?。ㄔ眩庀洞_定：因?yàn)榘才喹h(huán)路定則：磁阻(5-29)：2300很小可忽略；真空磁導(dǎo)率，為磁導(dǎo)率，為氣隙磁阻，氣隙長(zhǎng)度，為原邊電感量(5-30)線徑確定：(5-31)(5-32)(5-33)選25#線徑為0.454mm的漆包線由面積相等：股，取14股0.454m并聯(lián)5.1.3驅(qū)動(dòng)變壓器和電流互感器1.驅(qū)動(dòng)變壓器：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取EE250.33mm線徑1:1的原邊30匝副邊30匝30匝2.電流互感器：一般經(jīng)驗(yàn)值原邊單匝副邊100匝3.隔直電容：(5-34)取/400V5.2輔助電源變壓器計(jì)算輔助電源技術(shù)指標(biāo)為：輸出電壓為DC17V；輸出功率6W；效率80%；開(kāi)關(guān)頻率為82KHz計(jì)算是在DCM下：=1\*GB3①最小和最大輸入電流為=2\*GB3②輸入功率為(5-35)=3\*GB3③最小輸入電壓時(shí)平均電流(5-36)=4\*GB3④負(fù)載最重時(shí)臨界連續(xù)（時(shí)）取=5\*GB3⑤反激電壓有，所以反激電壓：(5-37)=6\*GB3⑥原邊峰值電流(5-38)=7\*GB3⑦周期為(5-39)=8\*GB3⑧選pc40材料（按算）：磁密擺幅：若要超過(guò)它則磁通飽和，取磁密峰值：=9\*GB3⑨選EE25，橫截面積=10\*GB3⑩計(jì)算原邊繞組匝數(shù)：(5-40)因?yàn)?5-41)取匝原邊電感量：(5-42)二次側(cè)繞組的匝數(shù)：(5-43)取匝二次側(cè)峰值電流：(5-44)二次側(cè)電感量：(5-45)輔助繞組匝數(shù)：芯片工作電流10mA（穩(wěn)定工作），啟動(dòng)電流1mA令所以匝氣隙：(5-46)原邊繞組線徑：原邊電流有效值（均方根值）：選電流密度，橫截面積：所以原邊線徑：(5-47)取32#線徑為0.203mm的漆包線副邊繞組線徑：副邊線徑(5-48)取25#線徑為0.454mm的漆包線輔助繞組：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選28#線徑為0.32mm的漆包線5.3其他電路參數(shù)計(jì)算1.電流取樣電阻(5-49)可取，本設(shè)計(jì)中經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證取兩個(gè)并聯(lián)2.啟動(dòng)電阻可取選擇（耐壓，電流）完全符合條件3.輸入濾波電容：效率公式為：(5-50)輸入功率為：(5-51)(5-52)因兩電容均分輸入電壓所以取即可4.輸出濾波電容：紋波電壓：(5-53)因?yàn)檩敵鲭妷簽?4V，所以所以取即可5.吸收回路計(jì)算：(5-54)經(jīng)驗(yàn)值：R取即可，(5-55)取電容即可5.4主要芯片及元器件選擇1.場(chǎng)效應(yīng)管選擇：本設(shè)計(jì)為AC175～AC245V/DC24V240W的開(kāi)關(guān)電源，在半橋逆變電路中是采用型號(hào)為IRF830的場(chǎng)效應(yīng)管作為開(kāi)關(guān)管，各項(xiàng)指標(biāo)為VDS=500V，VDGR=500V，VGS=±30V，ID=5.9A(Tmb=25℃；VGS=10V)，ID=3.7A(Tmb=100℃；VGS=10V)，IDM=24A，PD=125W(Tmb=25℃)，TSTG=-55℃～150℃，均滿足要求。2.主芯片：控制電路采用芯片SG3525，因其是雙路交替輸出，其他功能見(jiàn)第三章講解。3.輔助電源控制芯片：因?yàn)樾酒琔C3843只有8個(gè)引腳，外電路接線簡(jiǎn)單，所用元器件少，并且性能優(yōu)越，成本低廉，驅(qū)動(dòng)電平非常適合于驅(qū)動(dòng)MOS管，占空比可達(dá)100%，啟動(dòng)和關(guān)閉閥值為8.5V/7.6V，所以輔助電源采用UC3843為主控芯片。4.二極管的選擇：整流橋采用D3SBA60各項(xiàng)指標(biāo)為VRM=600V，IF(AV)=4A(TC=108℃)，IF(AV)=2.3A(TC=25℃)，IFSM=80A，VF=1.05V，IR=10uA，TSTG=-40℃～150℃也滿足要求。IN4148是屬于一般的二極管，小電流常用的頻率較高，輸出小電流用的。是高速開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)比較迅速，適用于信號(hào)頻率較高的電路進(jìn)行單向?qū)ǜ綦x。因此，在本設(shè)計(jì)中的其他二極管選擇IN4148。第6章測(cè)試數(shù)據(jù)與分析6.1本設(shè)計(jì)用到的儀器儀表本設(shè)計(jì)在制作、調(diào)試、測(cè)試過(guò)程中用到一些儀器儀表，分別是福祿克數(shù)字萬(wàn)用表、數(shù)字萬(wàn)用表、電感表、直流穩(wěn)壓電源、DS5062CE數(shù)字示波器、安培表、接觸調(diào)壓器、磁盤(pán)與滑線變阻器等。6.2電源主要技術(shù)參數(shù)測(cè)試6.2.1電壓調(diào)整率的測(cè)試表6-1電壓調(diào)整率測(cè)試數(shù)據(jù)輸入電壓175V220V245V輸出電壓23.85V24.1V24.3V在最小和最大輸入電壓下分別測(cè)試輸出電壓，在額定輸入電壓時(shí)測(cè)試輸出電壓，所以電壓調(diào)整率：，滿足設(shè)計(jì)要求不大于2%。6.2.2電流調(diào)整率的測(cè)試輸入電壓為額定220V不變，空載時(shí)輸出電壓：24.5V；滿載時(shí)輸出電壓：24.1V，所以電流調(diào)整率：，滿足設(shè)計(jì)要求不大于2%。6.2.3電源效率的測(cè)試表6-2電源效率測(cè)試數(shù)據(jù)輸出電流2A5A7A8A10A輸出電壓24.4V24.3V24.26V24.2V24.1V輸出功率48.8W121.5W169.8W193.6W241W輸入電流0.32A0.76A0.89A0.96A1.15A輸入電壓220V220V220V220V220V圖6-1效率曲線圖測(cè)試過(guò)程中逐漸減小負(fù)載，增加輸出電流值，對(duì)輸出電壓和輸入電流進(jìn)行測(cè)試，取了幾個(gè)點(diǎn)的值進(jìn)行記錄，算出每個(gè)點(diǎn)的效率繪制上圖效率曲線。輸入功率等于輸出功率加上損耗功率，效率公式為：(6-1)相對(duì)來(lái)說(shuō)損耗一定，輸出功率逐漸增加，所以效率也逐漸增加。6.3電源主要波形測(cè)試6.3.1輸出紋波噪聲的波形圖6-2紋波電壓波形電路輸出的紋波噪聲如上圖所示，由圖可以看出輸出主要紋波噪聲約為100mV，基本滿足設(shè)計(jì)不大于100mV的要求。6.3.2主電路MOSFET的驅(qū)動(dòng)波形圖6-3單個(gè)MOSFET波形圖6-4雙MOSFET波形從圖6-3中可以看出，驅(qū)動(dòng)電壓在14V以上，完全符合要求，占空比約為0.4，從圖6-4中可以清晰看出兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通，死區(qū)時(shí)間為2uS。6.3.3輔助電源MOSFET的驅(qū)動(dòng)波形圖6-5輔助電源驅(qū)動(dòng)波形從圖中可以看出輔助電源的MOS管驅(qū)動(dòng)電壓約為14V，完全可以驅(qū)動(dòng)MOS管導(dǎo)通，它的占空比約為0.3。6.3.4主變壓器原邊繞組電壓波形圖6-6主變壓器原邊電壓波形上圖波形是在額定電壓下測(cè)試的，整流濾波得到的直流電壓峰值約為1.41×220-2=308V，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1、Q2輪流導(dǎo)通半個(gè)周期。Q1導(dǎo)通Q2關(guān)斷時(shí)，Np同名端電壓為+168V，上圖中約為160V符合要求；同理，Q2導(dǎo)通Q1關(guān)斷時(shí)，此時(shí)Np同名端電壓為-168V，上圖中約為-160V符合要求。結(jié)論充分考慮到半橋式拓?fù)潆娐返膬?yōu)點(diǎn)，例如：半橋式變壓器開(kāi)關(guān)電源輸出功率很大，工作效率很高，經(jīng)橋式整流或全波整流后，輸出電壓的電壓脈動(dòng)系數(shù)SU和電流脈動(dòng)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)到非常小等，本文采用SG3525設(shè)計(jì)制作了一款240W的半橋式變換器。通過(guò)自己的學(xué)習(xí)與分析研究確立了系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)主電路的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求計(jì)算了各元件參數(shù)，同時(shí)與主電路對(duì)應(yīng)，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的控制電路以及輔助電源，對(duì)其各個(gè)電路原理進(jìn)行了分析介紹。本設(shè)計(jì)的獨(dú)到之處在于，采用反激變換器做輔助電源提高了效率，設(shè)置了輸入過(guò)電流保護(hù)電路以及輸出過(guò)流過(guò)壓保護(hù)電路，輸入端設(shè)置了EMI濾波電路，濾除高頻雜波和同相干擾信號(hào)，同時(shí)也將電源內(nèi)部的干擾信號(hào)屏蔽起來(lái)。對(duì)所設(shè)計(jì)的電源系統(tǒng)進(jìn)行了制作與調(diào)試，經(jīng)過(guò)多次的反復(fù)試驗(yàn)，達(dá)到了輸入電壓范圍：AC175~AC245V；輸出電壓：DC24V；輸出電流：Io=10A；輸出功率：240W；電源的效率：η≥80%；輸出紋波噪聲：不大于100mV；電壓調(diào)整率：SU≤2%；電流調(diào)整率：SI≤2%；輸出具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流12A的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，實(shí)際工作的電路性能穩(wěn)定，工作安全可靠，驗(yàn)證了方案是可行的。致謝在設(shè)計(jì)完成之際，我首先要向老師表示最真摯的謝意。認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我受益匪淺。無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都給予我很大的幫助，使我得到很大的提高，這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都是一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo)。老師的為人師表也讓我欽佩，在此向?qū)煴硎旧钌畹母兄x和崇高的敬意。本次設(shè)計(jì)的完成也要感謝我身邊同學(xué)，與他們一同學(xué)習(xí)，他們給我很多信心和幫助，是他們的支持和幫助，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作順利完成，在此向各我的同學(xué)們表示由衷的謝意。由于本人學(xué)識(shí)有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，文中不免有錯(cuò)誤和待改進(jìn)之處，真誠(chéng)歡迎各位師長(zhǎng)、同學(xué)包涵，并提出寶貴意見(jiàn)。最后，感謝我的家人和朋友對(duì)我一如既往的支持和鼓勵(lì)。參考文獻(xiàn)1陳堅(jiān).電力電子學(xué)[M].高等教育出版社.2002(4):12-322張占松，蔡宣三.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）[M].電子工業(yè)出版社.2004(2):50-533劉勝利.現(xiàn)代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)第1版.電子工業(yè)出版社.2001(3):29-344王兆安，黃俊.電力電子技術(shù)[M].西安:機(jī)械工業(yè)出版社，2007(4):12-325AbrahamIPressman王志強(qiáng)等譯開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)第二版[M].電子工業(yè)出版社20066康華光，陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）[M].高等教育出版社，20057DataSheetofLtc1968.LinearTechnology.20048張?jiān)绖?，謝運(yùn)祥，何志偉.交流傳動(dòng)系統(tǒng)PWM技術(shù)的近期發(fā)展及展望[M].北京:微電機(jī)，1999，1(28):28-319DataSheetofDS18B20.DallasSenorconductor10K.P.Gokhale,A.Kawamura,R.G.Hoft.DeadbeatMicroprocessorControlofPWMInverterforSinusoidalOutputWaveformSynthesis.IEEETrans.onIndustryApplications,1998,3(22):901-901.11吳保芳，王友軍，姚國(guó)順.一種新型三相SPWM變頻電源控制電路[M].電氣自動(dòng)化.199812AbrahamPressman，王志強(qiáng)等.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006(8):60-7213梅開(kāi)鄉(xiāng).SG32525芯片在開(kāi)關(guān)(逆變)電源中的應(yīng)用[M].電工技術(shù)ELECTRONICENGINEER.200614ChungYH,BurkhartCP.ALLSolid-stateSwitchedPulserforAirPollutionControlSystem[A].12thIEEEIntermationalPulsePowerConf[C].1999(6):177~18015Atmel.AVRRISCMicrocontrollerDataBook.199916劉樹(shù)新.現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用展望[N].電力系統(tǒng)及自動(dòng)化學(xué)報(bào)，1994(3):50-53附錄畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：日期：指導(dǎo)教師簽名：日期：使用授權(quán)說(shuō)明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文