高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、摘要電子設(shè)備離不開電源，電源供給電子設(shè)備所需要的能量，這就決定了電源在電子設(shè)備中的重要性。電源的質(zhì)量直接影響著電子設(shè)備的工作可靠性，所以電子設(shè)備對電源的要求日趨增高?，F(xiàn)有的電源主要由線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類組成。這兩類電源由于各自的特點而被廣泛應(yīng)用。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點是穩(wěn)定性好、可靠性高、輸出電壓精度高、輸出紋波電壓小。它的不足之處是要求采用工頻變壓器和濾波器，它們的重量和體積都很大，并且調(diào)整管的功耗較大，是電源的效率大大降低，一般情況均不會超過50%。但它的優(yōu)良的輸出特性，使其在對電源性能要求較高的場合仍得到廣泛的應(yīng)用。相對線性穩(wěn)壓電源來說，開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點更能滿足現(xiàn)代電子設(shè)備的要

2、求，從20世紀(jì)中期開關(guān)電源問世以來，由于它的突出優(yōu)點，使其在計算機、通信、航天、辦公和家用電器等方面得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代線性穩(wěn)壓電源之勢。本課題是設(shè)計一種基于sg3525 pwm控制芯片為核心構(gòu)成的高頻開關(guān)電源電路。關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源、sg3525、pwm目錄1 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源概述11.1 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源簡介11.2 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展?fàn)顩r21.3高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理32設(shè)計任務(wù)與分析42.1 任務(wù)要求42.2任務(wù)分析43 系統(tǒng)設(shè)計方案53.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計53.2 功率變換器電路設(shè)計63.2.1 全橋功率變換器工作原理63.2.2全橋功率變換器控制方式73.3控制

3、電路設(shè)計83.3.1 sg3525結(jié)構(gòu)和功能介紹83.3.2控制電路的設(shè)計93.4 驅(qū)動電路設(shè)計103.5 輔助電源電路設(shè)計113.6過流檢測及保護(hù)電路設(shè)計133.6.1電力電子器件的緩沖電路133.6.2 電力電子器件的保護(hù)電路133.7整流器輸出電路設(shè)計15小結(jié)與體會16附錄1818高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計1 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源概述1.1 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源簡介電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域,沒有它的存在，現(xiàn)代的各種電力設(shè)備和給我們生活帶來方便的各種電器將不可能實現(xiàn)。有相當(dāng)一部分設(shè)備和電器是使用直流電的，而接入家庭的是都是交流電，這就需要電源轉(zhuǎn)換成所需的直流電。各種ac-dc電源中高頻

4、開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕等突出優(yōu)點，而得到了廣泛應(yīng)用。開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點有：（1）效率高：電源按硬開關(guān)模式工作時開關(guān)損耗大，高頻化可以縮小電源的體積重量，但開關(guān)的損耗更大了，為此研究開發(fā)出開關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù)，即零電壓(zvs) /零電流(zcs)軟開關(guān)技術(shù)，有效的提高了開關(guān)電源的效率。最近國外小功率ac-dc開關(guān)電源模塊(48/12v)總效率可達(dá)到88%；48/5vac-dc開關(guān)電源模塊的效率可達(dá)到92-93%，二十世紀(jì)末，國產(chǎn)的50-100a輸出，全橋移相zv-zcs-pwm開關(guān)電源模塊的效率超過93%。（2）可靠性和穩(wěn)定性較好；（3）體積小、重量輕：

5、例如在九十年代中期30a/48v開關(guān)整流器模塊采用移相全橋zvs-pwm技術(shù)后，僅重7kg。比用pwm技術(shù)的同類產(chǎn)品，重量下降40%。（4）對供電電網(wǎng)電壓的波動不敏感，在電網(wǎng)電壓波動較大的情況下，仍維持較穩(wěn)定的輸出。 高頻穩(wěn)壓電源要求高功率密度，外型尺寸小，高效率，高可靠性，高功率因數(shù)，以及智能化，低成本，emi小，分布電源結(jié)構(gòu)等?，F(xiàn)在功率mosfet和igbt己完全取代功率晶體管和中小電流的晶閘管，使開關(guān)電源的高頻化有了可能：器件的工作頻率可達(dá)400khz(ac-dc開關(guān)變換器)和1mhz(dc-dc開關(guān)變換器)，超快恢復(fù)功率二極管和mosfet同步整流技術(shù)的開發(fā)，也為研制高效，低電壓輸出(

6、u<3v)的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件。電流型控制及多環(huán)控制已得到較普遍應(yīng)用，電荷控制，一周期控制，數(shù)字信號處理器(dsp)控制等技術(shù)的開發(fā)及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制，使電子電源動態(tài)性能有很大提高，電路也有大幅度簡化。電源裝置是電力電子技術(shù)應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，在現(xiàn)代的各種電力設(shè)備中都得到里廣泛的應(yīng)用。特別是在小型及各種家用電器和電子設(shè)備中大量使用了各種ac/dc轉(zhuǎn)化電路，其中高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕等突出優(yōu)點而得到最為廣泛的應(yīng)用。1.2 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展?fàn)顩r （1）高頻化開關(guān)電源采用高頻開關(guān)調(diào)制，容易實現(xiàn)功率等級密集化。理論分析和實踐經(jīng)驗表明，電器產(chǎn)品的變壓器

7、、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。由于功率電子器件的工作頻率上限逐步提高，促使許多原來傳統(tǒng)設(shè)備高頻化。開關(guān)電源一般采用10khz100 khz的高頻調(diào)制，隨著軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展，工作頻率還在不斷提高。（2）電源電路的模塊化、集成化模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。常見的的器件模塊含有一單元、兩單元、六單元直至更多單元器件。電源單元的模塊化，使單個有限功率等級的電源可以采用均流技術(shù)、熱拔插技術(shù)并聯(lián)，既擴大了功率容量，滿足了大電流輸出的要求，又通過增加功率很?。ㄏ鄬φ麄€系統(tǒng)來說）的冗余電源模塊極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。模塊化電源出現(xiàn)單模塊故障，也

8、不會影響系統(tǒng)的正常工作，而且為修復(fù)提供了充分的時間。（3）綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義：首先是節(jié)電，其次這些電源要減少對電網(wǎng)及其他電器的污染，國際電工委員會（iec）對此制定了一系列電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)（emc）,如iec555、iec917、iec1000等。我國電磁兼容問題已廣泛受到政府、企業(yè)和消費者的關(guān)注，參照相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)，制定了gb/t4365-1995等100多項電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)，emc認(rèn)證工作也于1999年正式開展。20世紀(jì)末，各種有源濾波器和功率因數(shù)補償方案及專用芯片的生產(chǎn)，為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器

9、件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn)，現(xiàn)代電源技術(shù)在實際需要的推動下將快速發(fā)展，從而設(shè)計出性能更優(yōu)良的開關(guān)電源。1.3高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源是需要直流電設(shè)備中常用的ac-dc轉(zhuǎn)換電源，它的作用是把公網(wǎng)上的220v交流電轉(zhuǎn)換成適用的直流電。公網(wǎng)上的工頻交流電先整流濾波為固定直流，通過功率變換（高頻逆變）得到2050khz的高頻交流，然后再經(jīng)高頻整流與濾波，就得到所需的直流電。工頻整流濾波由橋式電路實現(xiàn)，功率變換由pwm控制芯片按周期控制開關(guān)管的導(dǎo)通實現(xiàn)，高頻整流與濾波由副邊感應(yīng)線圈、二極管和電容組成的lcd電路實現(xiàn)。公網(wǎng)上的工頻交流電可通過橋式電路整流濾波后初步轉(zhuǎn)換成固

10、定直流即圖中的直流電源u 。由pwm控制芯片控制開關(guān)管q 的導(dǎo)通與否。當(dāng)開關(guān)管q 導(dǎo)通時,忽略其飽和壓降,電源電壓u 加在主變原邊，副邊感應(yīng)電壓于二極管d 極性相反使二極管d 反偏截止,副邊電路中無電流,直流電源u 供給的能量臨時儲存于主變原邊電感中。當(dāng)開關(guān)管q 截止時,電感產(chǎn)生反壓,為上負(fù)下正，同時在副邊感應(yīng)出電壓,為上正下負(fù)與二極管d 極性相同使二極管d 導(dǎo)通,電容c 充電,同時給負(fù)載r 供電,主變原邊儲能轉(zhuǎn)移到副邊從而得到釋放。當(dāng)開關(guān)管q 重新導(dǎo)通時,電容c 給負(fù)載r 供電,同時主變原邊重新儲能,如此反復(fù)電阻r 上就得到直流電。輸出電壓的大小由原副邊匝比n、占空比d 和輸入電壓u 來決定

11、。2設(shè)計任務(wù)與分析2.1 任務(wù)要求初始條件：設(shè)計高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源，主電路采用半橋或全橋變換器，電壓：+12v，電流20a，功率300w。要求完成的主要任務(wù): 1. 系統(tǒng)總體方案設(shè)計。2. 功率變換器電路設(shè)計。3. 驅(qū)動電路（如sg3525）及輔助電源（如lm317）電路設(shè)計。4. 過電流檢測與保護(hù)電路設(shè)計。5. 整流器輸出電路設(shè)計。2.2任務(wù)分析本次能力拓展訓(xùn)練要求設(shè)計高頻穩(wěn)壓電源，輸出電壓+12v，電流20a，功率300w。一般電壓小于100v，選用全波整流輸出。典型的由uc3824 構(gòu)成的他激型反激開關(guān)電源常應(yīng)用于低于100w 的場合，不適合本次設(shè)計。本次設(shè)計采用全橋變換器，采用sg352

12、5 pwm控制芯片。3 系統(tǒng)設(shè)計方案3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計高頻開關(guān)電源主要由輸入環(huán)節(jié)、功率變換電路以及控制驅(qū)動保護(hù)電路3大部分組成。如圖3.1為高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本框圖。圖3.1 高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本框圖高頻開關(guān)電源由以下幾個部分組成：一、主電路從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過程，包括：1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過濾，同時也阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定

13、可靠的直流電源。本設(shè)計方案的主電路采用單相交流輸入，全橋變換的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逆變器主開關(guān)器件采用vmosfet，開關(guān)頻率去50khz。二、控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對整機進(jìn)行各種保護(hù)措施。本設(shè)計方案的控制、驅(qū)動電路集成芯片為sg3525。三、檢測電路除了提供保護(hù)電路中正在運行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表數(shù)據(jù)。四、輔助電源提供所有單一電路的不同要求電源。本設(shè)計的輔助電源采用lm317實現(xiàn)。3.2 功率變換器電路設(shè)計功率變換電路是開關(guān)電源的核心部分，針對整流以

14、后不同的直流電壓功率變換電路有多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本此設(shè)計采用的是全橋變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。3.2.1 全橋功率變換器工作原理全橋變換器由四個晶閘管組成，相對于半橋而言，功率晶體管及其驅(qū)動裝置相應(yīng)的增加1倍，成本較高，但可用在要求功率較大的場合，有四個開關(guān)管組成兩個橋臂。兩個橋臂分別導(dǎo)通激勵高頻功率變壓器，進(jìn)行能量變換，但是存在開關(guān)管“直通”的危險。 全橋電路原理圖如下圖3.2所示。由四個功率開關(guān)器件v1v4組成，變壓器t連接在四橋臂中間，相對的兩只功率開關(guān)器件v1、v4和v2、v3分別交替導(dǎo)通或截止，使變壓器t的次級有功率輸出。當(dāng)功率開關(guān)器件v1、v4導(dǎo)通時，另一對v2、v3則截止，這時v2和v3

15、兩端承受的電壓為輸入電壓uin在功率開關(guān)器件關(guān)斷過程中產(chǎn)生的尖峰電壓被二極管v5v8箝位于輸入電壓uin。圖3.2 全橋電路原理圖在全橋變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，主變壓器只需要一個原邊繞組，通過正、反向的電壓得到正、反向磁通，副邊有一個中心抽頭繞組采用全波整流輸出。因此，變壓器鐵心和繞組的最佳利用，使效率、功率密度得到提高。功率開關(guān)在非常安全的情況下運作。在一般情況下，最大的反向電壓不會超過電源電壓，四個能量恢復(fù)二極管能消除一部分由漏感產(chǎn)生的瞬間電壓。這樣無須設(shè)置能量恢復(fù)繞組，反激能量便得到恢復(fù)利用。當(dāng)然，全橋變換器需要功率元件較多。在導(dǎo)通的回路上，至少有兩個管壓降，因此功率損耗也比雙晶體管推挽式變

16、換器1 倍。但是在高壓離線開關(guān)電源系統(tǒng)中，這些損耗還是可接受的。另外，能量恢復(fù)（再生）方式，由于有四個二極管，損耗略有增加。3.2.2全橋功率變換器控制方式全橋變換器本質(zhì)上有三種基本的控制方式：雙極性控制、有限雙極性控制和移相控制。雙極性控制方式控制電路簡單，技術(shù)成熟，但開關(guān)器件通常工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管的電流和電壓尖峰很高，需要很大的安全工作區(qū)；移相控制方式是國內(nèi)外電源界研究的熱門課題，但尚存在不足；有限雙極性控制方式具有更多的優(yōu)越性，是中、大功率應(yīng)用場合的理想控制方式。本次設(shè)計選用有限雙極性控制方式。3.3控制電路設(shè)計控制電路的核心是根據(jù)反饋控制原理，將期望輸出電壓信號與實際輸出電壓信號

17、進(jìn)行比較，利用誤差信號對功率開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷比例進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)實際輸出電壓維持在期望輸出電壓附近的目標(biāo)。本課題選用sg3525芯片做集成控制器。3.3.1 sg3525結(jié)構(gòu)和功能介紹pwm控制芯片sg3525 具體的引腳圖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.3及圖3.4所示。其中腳16為sg352的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1）v，采用了溫度補償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5、腳6、腳7 內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)設(shè)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成sg3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器

18、是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70db左右。根據(jù)系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a償網(wǎng)絡(luò)。 圖3.3 sg3525引腳圖圖3.4 sg3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.2控制電路的設(shè)計控制電路是開關(guān)電源的核心部分，控制環(huán)節(jié)的好壞直接影響電路的整體性能，在這個電路中采用的是以sg3525芯片為核心的控制電路。如圖3.5所示,采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。誤差放大器的輸入信號是電壓反饋信號,是由輸出電壓經(jīng)分壓電路獲取,與普通誤差放大器的接法不同的是該電壓反饋接成射極跟隨器形式，反饋信號比較精確，因而可以精確地控制占空比調(diào)節(jié)輸出電壓，提高了穩(wěn)壓精度。sg352

19、5芯片振蕩頻率的設(shè)定范圍為100500khz,芯片的腳5和腳7間串聯(lián)一個電阻rd 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時間。sg3525的振蕩頻率可表示為2：f s =1/(ct (0.7rt + 3rd) 式中: ct , rt 分別是與腳5、腳6 相連的振蕩器的電容和電阻; rd是與腳7相連的放電端電阻值。此處ct、rt、rd分別為圖中的c53、r47、r48，取值分別為2200p、10k、100，即頻率為62khz。 管腳8接一個電容的作用是用來軟啟動，減少功率開關(guān)管的開機沖擊。11和14腳輸出采用圖騰柱輸出,本電路采用外加驅(qū)動隔離電路，增強了驅(qū)動能力和電源的可靠性。保護(hù)電路是開關(guān)電源中必不可少的

20、補充，在這個電路中采用了輸入過流保護(hù)、輸出過流保護(hù)、過熱保護(hù)等。輸入過流保護(hù)是通過在原邊主電路中串入小磁環(huán)，小磁環(huán)感應(yīng)電壓輸出經(jīng)過 整流橋?qū)㈦娏餍盘栟D(zhuǎn)為電壓信號（plp）經(jīng)一個三極管接至軟啟動8腳，當(dāng)原邊電流大于設(shè)定值即plp高于0.7v時則將8腳電壓拉低， 關(guān)斷3525的pwm的輸出從而保護(hù)電路。 圖3.5 控制電路3.4 驅(qū)動電路設(shè)計mosfet 為電壓控制型器件，驅(qū)動功率小，所以驅(qū)動電路也比較簡單。驅(qū)動電路要求能夠提供足夠的柵極電壓和柵極電容充電電流，并能瀉放柵極電荷。驅(qū)動部分是連接控制部分和主電路的橋梁，能夠提供適當(dāng)?shù)恼蚝头聪蜉敵鲭妷?，使igbt 可靠的開通和關(guān)斷，提供足夠大的瞬態(tài)功

21、率或瞬時電流，使igbt 能迅速建立柵控電場而導(dǎo)通，并且盡可能小的輸入輸出延遲時間，以提高工作效率。當(dāng)mosfet 容量較大時，采用圖3.6所示的驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，具有負(fù)壓關(guān)斷能力，且驅(qū)動功率大。r3、r5為串聯(lián)的柵極電阻，可以衰減由mosfet輸入電容和在柵-源電路中的任何串聯(lián)引線電感所產(chǎn)生的高頻寄生振蕩，柵極-源極gs間并聯(lián)一支5.1k-20k的電阻，可以提高mosfet的耐壓，dv/dt耐量和抗干擾能力。為了防止在柵極施加過電壓，不論測試器件還是在電路中或者其他任何時刻，都要保證加在柵源之間的電壓vgs不超過額定最大值,所以在gs間并兩只反串的穩(wěn)壓二極管1n4746，將vgs

22、 鉗位至+-18v。圖3.6 驅(qū)動電路3.5 輔助電源電路設(shè)計 輔助電源采用lm317構(gòu)成，lm317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。317系列穩(wěn)壓塊的型號很多：例如lm317hvh、w317l等。穩(wěn)壓電源的輸出電壓可用下式計算，vo=1.25（1+r2/r1）。僅僅從公式本身看，r1、r2的電阻值可以隨意設(shè)定。然而作為穩(wěn)壓電源的輸出電壓計算公式，r1和r2的阻值是不能隨意設(shè)定的。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是vo=1.25v37v（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如lm317hva、lm317hvk等，其輸出電壓變化范圍是vo=1.25v45v），所以r

23、2/r1的比值范圍只能是028.6。其次是317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5ma。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5ma。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。如果用317穩(wěn)壓塊制作穩(wěn)壓電源時，沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。因此，在本次設(shè)計中，sg3525和exb841均需要

24、可工作在20v電壓環(huán)境下，所以設(shè)置uo 為20v，取電阻r1=200，電容c1、c2可分別去典型值0.1uf和1uf，由上式可得r=(vo/1.251)r1 =(20/1.251)×200 = 3k。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護(hù)電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。lm317構(gòu)成的輔助電源如圖3.7所示圖3.7 lm317 輔助電源電路圖3.6過流檢測及保護(hù)電路設(shè)計3.6.1電力電子器件的緩沖電路用于電能變換的電力半導(dǎo)體器件絕大多數(shù)工作在開關(guān)工作模式，開關(guān)損耗是影響其正常運行的重要因素。在硬開關(guān)工作方式下，增加緩沖電路是正確使用器件的有

25、效措施，其主要作用是：抑制開關(guān)器件的、，改變開關(guān)軌跡，減少開關(guān)損耗，使之工作在安全工作區(qū)內(nèi)。由于緩沖電路對自關(guān)斷器件的安全運行起著至關(guān)重要的作用，因此人們研究了多種緩沖電路。開關(guān)器件在開通時，緩沖電路電感中儲存有磁能，而開關(guān)器件關(guān)斷時，關(guān)斷緩沖電路中電容儲存有電能，這些能量都以熱的形式消耗在緩沖電路的電阻上。在普通晶閘管的應(yīng)用中，通常選用無極性緩沖電路。在晶閘管回路中串入電感以抑制關(guān)斷時瞬時過電壓，并且防止因過大而引起的誤觸發(fā)。采用gto、bjt、igbt等自關(guān)斷器件時，由于它們的工作頻率比scr高得多，因此有必要采用有極性緩沖電路，以便加快電容或者電感的抑制作用。應(yīng)該指出，耗能式緩沖電路能夠

26、減小開關(guān)器件的開關(guān)損耗，是因為把開關(guān)損耗從器件本身轉(zhuǎn)移至緩沖器內(nèi)，然后再消耗在電阻上，也就是說，開關(guān)器件的損耗減少了，安全運行得到了保證，但總的開關(guān)損耗并不一定減少。為了回收這部分能量，人們還研究出了各種饋能式緩沖電路，以減少實際的電能損耗。但是由于整機體積的限制和附加元件的成本問題，使饋能式緩沖器推廣應(yīng)用受到了很大的限制。3.6.2 電力電子器件的保護(hù)電路電力電子器件均有安全工作區(qū)的限制，也就是說都有電流、電壓和瞬時功耗的極限值。盡管在設(shè)計時會合理選擇器件，但一些不可預(yù)見的故障會威脅到器件的安全，所以必須采取保護(hù)措施，主要包括：（1）過電流保護(hù)：為了防止橋臂中兩個開關(guān)器件直通，通常對兩個開關(guān)

27、器件的驅(qū)動信號進(jìn)行互鎖并設(shè)置死區(qū)。由于負(fù)載短路、元器件損壞等原因，電力電子裝置會出現(xiàn)過電流或短路故障，應(yīng)該在過載及短路時對裝置進(jìn)行保護(hù)。（2）電流信號的檢測：電流檢測信號用于反饋控制及保護(hù)環(huán)節(jié)，要求取樣可靠、準(zhǔn)確。電流信號的檢測與傳送對電力電子裝置是一個很重要的環(huán)節(jié)。電流信號檢測的關(guān)鍵是正確選擇和使用檢測元件。根據(jù)響應(yīng)速度的快慢，電流檢測元件可分為慢速型電流檢測元件和快速型電流檢測元件。（3）輸出過壓保護(hù)：如果裝置反饋環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，輸出電壓可能過高，影響負(fù)載的安全，此時應(yīng)該采取封鎖驅(qū)動信號的保護(hù)措施；但負(fù)載突變往往也會引起輸出端電壓短時變化，為了不出現(xiàn)誤保護(hù)，過壓保護(hù)一般應(yīng)具有反延時特性，即過

28、壓越多，保護(hù)延時越短，反之則較長。反延時的保護(hù)思想也適用于過流等保護(hù)。輸出過電壓檢測應(yīng)該設(shè)置在輸出端，輸出是交流電壓時可使用電壓互感器（變壓器）檢測；輸出是直流電壓則可采用電阻分壓或電壓霍爾取樣。（4）輸入瞬態(tài)電壓抑制：交流電網(wǎng)上使用的用電設(shè)備由于受電磁感應(yīng)、雷電天氣的影響，常常會遭受瞬態(tài)高壓的襲擊，尤其在強烈的雷電發(fā)生時電網(wǎng)上瞬時產(chǎn)生數(shù)千伏高壓是常有的事，其時間雖短，但它攜帶的能量足以在瞬間內(nèi)損壞開關(guān)電源中的電子器件。應(yīng)付這種瞬態(tài)電壓的方法很多，一種簡單的方法是在交流線路間放置金屬氧化物壓敏電阻mov，這種器件是一種可變電阻，當(dāng)瞬態(tài)電壓出現(xiàn)時，其阻值迅速地下降到最低值，將輸入電壓限制在安全范

29、圍內(nèi)，讓瞬態(tài)能量消耗在電阻體內(nèi)。選擇這種器件必須遵守兩條原則：一是mov器件的額定電壓應(yīng)大于電源穩(wěn)態(tài)最大工作電壓的20%左右；二是應(yīng)計算或估算電路可能遇到的瞬時沖擊能量的大小以確定mov器件吸收瞬態(tài)沖擊電流的額定值，然后根據(jù)器件制造商提供的產(chǎn)品說明書選擇合適的器件。（5）輸入欠壓保護(hù)：如果輸入電壓過低，開關(guān)器件的工作電流將過大，可能超過其最大電流值而燒壞。如果蓄電池過低壓供電，放電電流必然過大，可能造成蓄電池永久損壞。因此對有些裝置需要設(shè)置欠壓保護(hù)電路。（6）過溫保護(hù)：如果裝置內(nèi)部溫度過高，可能是散熱系統(tǒng)發(fā)生故障，也可能是嚴(yán)重過載，這樣會威脅開關(guān)器件的安全，應(yīng)該采取封鎖驅(qū)動信號等保護(hù)措施。溫度

30、檢測可以采用不同溫度等級的常開或常閉溫度開關(guān)。例如，70度的常閉溫度開關(guān)是指：開關(guān)一般情況下閉合，溫度達(dá)到或超過70度開關(guān)就斷開。（7）器件控制極保護(hù)：電力電子裝置中所用的主開關(guān)器件以電壓型開關(guān)器件占主導(dǎo)地位，它們的控制特性好，驅(qū)動功率小，但控制極比電流型開關(guān)器件容易損壞，應(yīng)該注意控制極的保護(hù)。此外，開關(guān)管控制極的狀態(tài)會影響器件的耐壓水平。如bjt的基極反偏的集-射極擊穿電壓比基極開路時大的多。因此，開關(guān)管斷態(tài)時，控制極最好加上反偏壓。（8）自鎖式保護(hù)電路：如果在電路發(fā)生故障時，封鎖驅(qū)動信號，故障消失后，立即放開驅(qū)動信號，不一定能夠?qū)ρb置起到保護(hù)作用。因為封鎖了驅(qū)動信號，裝置就停止運行，檢測到的信號反映不出故障，裝置可能會反復(fù)起、停，因此，對于短路等嚴(yán)重故障，應(yīng)該采用自鎖式保護(hù)電路。保護(hù)電路的類型和控制方法比較多，應(yīng)根據(jù)裝置的特點和用戶要求設(shè)計。3.7整流器輸出電路設(shè)計全波整流、倍流整流、全橋整流是輸出變換器中常用的幾種副邊整流電路。根據(jù)三種電路各自不同的特點，通常在輸出電壓較低的情況下（100v）采用全波整流電路比較合適，而在高壓輸出的情況下，應(yīng)采用全橋型整流電