大功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、2016屆畢業(yè)設(shè)計(jì)方案課題名稱：大功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)所在學(xué)院 牽引與動(dòng)力學(xué)院 班 級(jí) 動(dòng)車134班 姓 名 李 升 學(xué) 號(hào) 201313220451 指導(dǎo)老師 完成日期 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與答辯記錄班級(jí)學(xué)號(hào)姓名總得分課題名稱考核項(xiàng)目及分值考核內(nèi)容分值評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分設(shè)計(jì)過程20選題的應(yīng)用性、工藝性、綜合性、先進(jìn)性、和經(jīng)濟(jì)性。查閱文獻(xiàn)資料、參考書、使用工具書的能力。55432分析和解決問題方面的能力，創(chuàng)造性，獨(dú)立工作能力。55432工作態(tài)度與遵守紀(jì)律情況。1010864設(shè)計(jì)結(jié)果40文字的簡潔性、通暢性，條理性與邏輯性。1010864論據(jù)正確充分、分析計(jì)算準(zhǔn)確、使用公式與引用數(shù)據(jù)的正確性。1010864

2、完成設(shè)計(jì)任務(wù)，貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)，圖樣、數(shù)據(jù)表格、說明書質(zhì)量。1010864設(shè)計(jì)方案比較選擇的正確合理性，設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路方面的獨(dú)到性和創(chuàng)新性。1010864答辯情況40闡述課題的設(shè)計(jì)思路、主要依據(jù)、結(jié)論、體會(huì)和改進(jìn)意見。1010864回答問題的準(zhǔn)確性、敏銳性、全面性，語言表達(dá)能力，邏輯條理性。3030241812指導(dǎo)老師評(píng)價(jià)指導(dǎo)教師簽名答辯記錄與答辯評(píng)價(jià)答辯教師簽名2016屆畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 課題名稱：多路輸出單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)2、 指導(dǎo)老師：鄧小木三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1、課題概述:開關(guān)電源是通過控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)

3、能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源內(nèi)部關(guān)鍵元器件工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，本身消耗的能量很低，電源效率可達(dá)80%一90%，比普通線性穩(wěn)壓電源效率提高近一倍。本課題是設(shè)計(jì)多路輸出單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。主電路采用多路輸出單端反激變換器結(jié)構(gòu)，采用控制芯片UC3844實(shí)現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，系統(tǒng)工作頻率在50kHZ，輸出+/-5V/0.5A（共4路），+/-12V/1A,，24V/1A 共7路隔離的電壓。2、設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求：1. 設(shè)計(jì)任務(wù) 1）多路輸出高頻開關(guān)變壓器設(shè)計(jì)； 2）UC3844外圍電路設(shè)計(jì)； 3）開關(guān)電源保護(hù)電路設(shè)計(jì)； 4）用PROTEL DXP繪制電路原

4、理圖，并制作PCB； 5）開關(guān)電源焊接、調(diào)試；2 技術(shù)指標(biāo)1）開關(guān)電源的輸入電壓：AC 185250V2）開關(guān)電源輸出電壓及電流：+/-5V/0.5A（共4路），+/-12V/1A,，24V/1.5A3）開關(guān)電源的開關(guān)頻率：50kHZ4）開關(guān)電源的效率：80%四、設(shè)計(jì)參考書 1）張占松，蔡宣三開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)M，北京：電子工業(yè)出版社，2004 2）周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華開關(guān)電源實(shí)用電路M，北京：中國電力出版社，2006 3）黃繼昌電源專用集成電路及其應(yīng)用M，北京：人民郵電出版社，2006 4）王增福，李昶，魏永明新編常用穩(wěn)壓電源電路M，北京：電子工業(yè)出版社，2006 5）黃俊，王兆安電力電

5、子變流技術(shù)M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006五、設(shè)計(jì)說明書要求1、封面2、目錄3、內(nèi)容摘要(200-400字左右，中英文)4、引言5、正文（設(shè)計(jì)方案比較與選擇，設(shè)計(jì)方案原理、分析、論證，設(shè)計(jì)結(jié)果的說明及特點(diǎn)）6、結(jié)束語7、附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等)六、 設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 第1周：資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路。 第2-3周:設(shè)計(jì)要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)。 第47周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，完成初稿。 第7-10周：第一次檢查，了解設(shè)計(jì)完成情況。 第11周：第二次檢查設(shè)計(jì)完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。第12周：畢業(yè)答辯與綜合成績?cè)u(píng)定。七、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及論文要求1、畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯要求答辯前三天，每個(gè)學(xué)生應(yīng)按時(shí)

6、將畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書或畢業(yè)論文、專題報(bào)告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。學(xué)生答辯時(shí)，自述部分內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評(píng)價(jià)。答辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識(shí)、設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨(dú)立工作能力、創(chuàng)新能力。2、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文要求文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯(cuò)別字，不允許抄襲。圖紙要求:按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。曲線圖表要求：所有曲線、圖

7、表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。摘 要大功率開關(guān)電源在日常的生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用,尤其在軍事、醫(yī)療和絕緣測試等領(lǐng)域應(yīng)用更為頻繁。傳統(tǒng)的大功率開關(guān)電源采用線性電源技術(shù)的較多,這種結(jié)構(gòu)形式造成電源整體效率較低,性能一般,體積大,重量沉。隨著開關(guān)電源技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,各類用途的直流電源都傾向于采用開關(guān)電源技術(shù)。開關(guān)電源以其線性電源無法比擬的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)己經(jīng)成為電源行業(yè)的主流形式。開關(guān)電源技術(shù)應(yīng)用于大功率電源領(lǐng)域,使大功率電源變得體積小,重量輕,效率高,性能更好。在本文中，主要對(duì)大功率開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)參數(shù)、控制電路工作原理等進(jìn)行重點(diǎn)講述，指出

8、其常特點(diǎn)并詳細(xì)分析結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵詞：大功率；脈沖觸發(fā)電路；回饋電路。AbstractHigh power switching power supply has been widely used in daily production and life, especially in the fields of military, medical and insulation testing. The traditional high power switching power supply adopts linear power supply technology, which causes the

9、 overall efficiency of the power supply is low, the performance is general, the volume is large, the weight is heavy. With the development of the technology of switching power supply, DC power supply tends to use switching power supply technology. Switching power supply with its linear power can not

10、 match the characteristics and advantages of the power industry has become the mainstream form. Switching power supply technology is applied to the field of high power supply, which makes the power supply of high power supply small, light weight, high efficiency and better performance.In this paper,

11、 the structure, technical parameters and working principle of high power switching power supply are mainly described.Key words: high power; pulse trigger circuit; feedback circuit.目 錄摘 要VAbstractVI第1章 緒 論11.1高壓直流電源簡介11.2高壓開關(guān)電源簡介21.3高壓開關(guān)電源發(fā)展趨勢3第2章 大功率開關(guān)電源的基本原理52.1 大功率開關(guān)電源的組成52.2 DC-DC 變換器拓?fù)涞倪x擇62.2.1

12、DC-DC 變換器逆變電路拓?fù)?2.2.2 DC-DC 變換器次級(jí)整流拓?fù)?02.3 全橋式逆變拓?fù)淇刂品绞?52.4 本章小結(jié)17第3章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)183. 1 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)183.2開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求183.3 電路結(jié)構(gòu)框圖193.3.1輸入整流濾波電路193.3.2 單相逆變橋203.3.3 輸出整流濾波電路203.4 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)203.4.1 整流橋203.4.2 輸入整流電容213.4.3 輸入濾波電感223.5 逆變電路的設(shè)計(jì)223.5.1 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇223.5.2 確定電路工作頻率f223.5.3 選用高壓開關(guān)管233.6 輸出整流濾波電路24

13、3.6.1 輸出整流二極管243.6.2 輸出濾波電感253.6.3 輸出濾波電容253.7 輸出整流濾波電路263.7.1 輸出整流二極管263.7.2 輸出濾波電感263.7.3 輸出濾波電容27第4章 開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)284.1開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)284.1 移相PWM控制芯片UC3879 的特性1112284.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)1314304.2.1 驅(qū)動(dòng)脈沖變壓器的設(shè)計(jì)314.2.2 驅(qū)動(dòng)放大電路的設(shè)計(jì)314.3反饋電路設(shè)計(jì)1516324.3.1 反饋電路結(jié)構(gòu)324.4 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)334.5開關(guān)電源維修34第5章 總 結(jié)36致 謝37參考文獻(xiàn)38第1章 緒論1.1 高壓直流

14、電源簡介高壓直流是指大?。妷焊叩停┖头较颍ㄕ?fù)極）都不隨時(shí)間（相對(duì)范圍內(nèi)）而變化，比如干電池。脈動(dòng)直流電是指方向（正負(fù)極）不變，但大小隨時(shí)間變化，比如：我們把50Hz的交流電經(jīng)過二極管整流后得到的就是典型脈動(dòng)直流電，半波整流得到的是50Hz的脈動(dòng)直流電，如果是全波或橋式整流得到的就是100Hz的脈動(dòng)直流電，它們只有經(jīng)過濾波（用電感或電容）以后才變成平滑直流電，當(dāng)然其中仍存在脈動(dòng)成分（稱紋波系數(shù)），大小視濾波電路得濾波效果。傳統(tǒng)的高壓直流電源通常用工頻交流電源經(jīng)升壓變壓器升壓、整流濾波而得。如圖1-1所示,其中T為升壓變壓器,C為濾波電容,R1、R2為電阻主要起限流保護(hù)的作用。對(duì)于電壓不是很高

15、的場合,可用半波整流電路,全波或橋式整流電路得到直流電壓。圖1-1 整流電路在實(shí)際應(yīng)用中升壓變壓器之前要加自藕調(diào)壓器,通過調(diào)整自藕調(diào)壓器實(shí)現(xiàn)調(diào)整高壓直流輸出的目的。這類整流電路優(yōu)點(diǎn)是接線簡單,缺點(diǎn)是所用設(shè)備、組件的電壓較高,體積、重量和占地面積大,一般只能作為試驗(yàn)室內(nèi)使用。電路工作過程是這樣的,在正弦波負(fù)半周電源通過V2對(duì)C1充電,在正弦波的正半周,電源C2和同時(shí)對(duì)C1充電,C2上獲得的電壓約為電源電壓的峰值和C1上電壓的和,因此,經(jīng)過幾個(gè)周期后,C2上的電壓約為變壓器輸出電壓峰值的2倍。若要更高的直流電壓,可以把幾級(jí)倍壓電路串接在一起,每一級(jí)都能獲得約2倍峰值電壓的直流電壓。若有n級(jí)串聯(lián),則

16、可得到2n倍的直流電壓,但級(jí)數(shù)越多,內(nèi)阻抗越大,實(shí)際輸出電壓比預(yù)期值小得越多,同時(shí)脈動(dòng)系數(shù)也越大。因此,級(jí)數(shù)不宜太多,一般不超過5級(jí)。圖1-2倍壓整流電路1.2 高壓開關(guān)電源簡介隨著電力電子器件和相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,作為用電設(shè)備心臟的電源系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化。以開關(guān)方式工作的直流穩(wěn)壓電源以其體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓效果好的特點(diǎn),正逐步取代傳統(tǒng)電源的位置,成為電源行業(yè)的主流形式。高壓直流電源領(lǐng)域也同樣深受開關(guān)電源技術(shù)影響,并已廣泛地應(yīng)用于系統(tǒng)之中。應(yīng)用電力電子器件產(chǎn)生高壓直流的結(jié)構(gòu)框圖見圖1.3,交流電源經(jīng)整流單元整流、濾波后,變成低壓直流,逆變單元由控制單元控制,使低壓直流電壓逆變成高頻方

17、波電壓,經(jīng)高頻變壓器形成高頻高壓的方波電壓,然后經(jīng)高壓整流輸出變成直流高壓,電壓反饋單元將輸出的高壓信號(hào)反饋到控制單元，只要調(diào)整控制單元的設(shè)定電壓,就可調(diào)節(jié)直流高壓的輸出電壓。其中整流單元通常采用不可控橋式整流,結(jié)合電感和電容加以濾波逆變單元根據(jù)所含開關(guān)管數(shù)量,可以分為單管、雙管(半橋式和推挽式)和四管(橋式）,根據(jù)開關(guān)頻率和電流電壓參數(shù)不同,開關(guān)組件多用IGBT和MOSFERT；和高頻變壓器最重要的參數(shù)是頻率,通常頻率在幾KHZ至幾十KHZ之間。圖1-3 應(yīng)用電力電子器件的高壓直流電源的結(jié)構(gòu)圖采用開關(guān)電源技術(shù)的高壓直流電源具有體積小,重量輕,控制精度高,穩(wěn)定度高,紋波系數(shù)低,保護(hù)速度快等優(yōu)點(diǎn)

18、,因此它必然在高壓直流電源中有更廣泛的應(yīng)用。1.3 高壓開關(guān)電源發(fā)展趨勢在要求高效率、小型、輕量的背景下開關(guān)電源得到大量的普及。在高壓電源方面，工作頻率為20KHZ80KHZ的晶體管逆變器也已取代老式的市電頻率方式的電源，成為電源的主流。在高壓設(shè)備方面，作為負(fù)載的設(shè)備是多方面的，各種負(fù)載對(duì)電源的性能和功能的要求也有相當(dāng)?shù)牟町?。高壓開關(guān)電源的階段狀況和發(fā)展前景決定輸出電壓有幾KV幾百KV，輸出功率有幾W幾百w等各種各樣。高壓開關(guān)電源的一般特征如下：1、高頻率、小型、輕量2、響應(yīng)速度快，在輸入和負(fù)載急劇變化時(shí)，輸出電壓的穩(wěn)定度好3、在負(fù)載放電時(shí)，由于平滑濾波電容是小型的，以及逆變器保護(hù)電路高速動(dòng)作

19、產(chǎn)生的對(duì)通過逆變部能量的抑制效果，把流向負(fù)載側(cè)的剩余能量限制在最低限度，以保護(hù)負(fù)載。因此噪聲產(chǎn)生量也少。4、操作性好，適合作為設(shè)備內(nèi)的電源適配器。5、高穩(wěn)定度，低波紋電壓都比較容易實(shí)現(xiàn)。特別是在超高壓范圍更為有利。在國外,從70年代開始,日本的一些公司開始采用開關(guān)電源技術(shù),將市電整流后逆變?yōu)?kHZ左右的中頻,然后升壓,美國GE公司生產(chǎn)的AMX-2一移動(dòng)式X線機(jī)把蓄電池供給的直流電逆變成500Hz的中頻方波送入高壓發(fā)生器,從而減小體積和重量。進(jìn)入80年代,高壓開關(guān)電源技術(shù)迅速發(fā)展。德國西門子公司采用功率晶體管做主開關(guān)組件,將電源的開關(guān)頻率提高到20kHZ以上。并將干式變壓器技術(shù)成功的應(yīng)用于高頻

20、高壓電源,取消了高壓變壓器油箱,使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。近十年來,隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和開關(guān)器件的發(fā)展,高壓開關(guān)電源技術(shù)不斷發(fā)展。突出的表現(xiàn)是頻率在不斷提高:如Philips公司30kW以下移動(dòng)式X光機(jī)的X線發(fā)生裝置頻率達(dá)30kHZ以上,德國的霍夫曼公司高壓發(fā)生器頻率高達(dá)40kHZ。98年以后通用電氣公司和瓦瑞安公司都研制成功100kHZ X線機(jī)發(fā)生器。另外,高壓開關(guān)電源的功率也在不斷地提高,10-30kW的大功率高壓開關(guān)電源在產(chǎn)品上己很成熟,更高功率的高壓開關(guān)電源也有很快的發(fā)展,如:用于雷達(dá)發(fā)射機(jī)的140kW高壓開關(guān)電源(俄羅斯);用于脈沖功率技術(shù)中的300kW大功率恒流充電電源(美

21、國EEV公司)等等。可以看出，高壓開關(guān)電源的發(fā)展的主要趨勢是：1、頻率不斷提高2、功率不斷增加我國自年代初開始對(duì)高頻化的高壓大功率開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)行研究,分別列入了“七五”、“八五”、“九五”國家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。國家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目(85-805-01),200kV高壓直流開關(guān)電源的研制,輸出功率達(dá)20Kw;國家自然基金資助項(xiàng)目(69871002)產(chǎn)生高濃度臭氧用20kHZ高壓逆變電源的研制,電源的轉(zhuǎn)換效率>80%,輸出功率最高達(dá)20kW,電源體積降至原體積1/5,臭氧發(fā)生器體積降為原來1/6,還減少了原材料消耗靜電除塵高壓直流電源也實(shí)現(xiàn)了高頻化,采用全橋零電流開關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流電壓

22、逆變?yōu)楦哳l電壓,然后由高頻變壓器升壓,最后整流為直流高壓,在電阻負(fù)載條件下,輸出直流電壓達(dá)到55kV,電流達(dá)到15mA,工作頻率為25.6kHZ。相對(duì)而言我國高壓開關(guān)電源技術(shù)己取得了很大的進(jìn)步，但同國外相比還有很大的差距，特別是大功率高壓開關(guān)電源技術(shù)仍處在研發(fā)之中。第2章 大功率開關(guān)電源的基本原理2.1 大功率開關(guān)電源的組成一般把從交流電網(wǎng)汲取電能，輸出直流電的開關(guān)電源稱之為AC-DC變換器。如圖2-1所示，AC-DC變換器由輸入整流濾波電路和DC-DC變換器組成。輸入整流濾波電路的形式一般為整流橋并聯(lián)濾波電容，這一部分存在的問題留待第四章進(jìn)行詳細(xì)的討論。而所謂的DC-DC變換器是指把輸入的直

23、流電變換成滿足用電設(shè)備要求的直流電的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備。直流輸出交流輸入直流直流輸出DC-DC變換器輸入整流濾波電路圖2-1 AC-DC變換器組成框現(xiàn)有的DC-DC變換器技術(shù)，按照變換器的輸入和輸出之間是否具有高頻變壓器進(jìn)行電氣隔離可分為兩大類：非隔離式DC-DC變換器、隔離式DC-DC變換器。非隔離式DC-DC變換器常用的拓?fù)溆?：降壓式變換器、升壓式變換器、升降壓式變換器、丘克（Cuk）變換器、單端初級(jí)電感（SEPIC）變換器以及ZETA變換器。隔離式DC-DC變換器常用的拓?fù)溆校赫な阶儞Q器、反激式變換器、雙管正激式變換器、推挽式變換器、半橋式變換器以及全橋式變換器。隔離式DC-DC變換器輸入

24、與輸出之間存在電氣隔離，在安全性方面與非隔離式DC-DC變換器相比，具有不可比擬的優(yōu)勢。此外，由于隔離式DC-DC變換器具有高頻變壓器，可以通過選取合適的匝比使得在額定負(fù)載下，占空比處于一個(gè)合適的范圍內(nèi)，同時(shí)也使得多路輸出設(shè)計(jì)變得簡單。大功率開關(guān)電源需要從交流電網(wǎng)中汲取電能，而且一般要三相輸入，屬于AC-DC變換器。三相電源經(jīng)過輸入整流濾波電路后輸出為一個(gè)537V的高壓，大功率開關(guān)電源中的DC-DC變換器輸入為一個(gè)高壓直流電。因此對(duì)于大功率率開關(guān)電源來說，盡管隔離式DC-DC變換器的成本較高，電路較復(fù)雜，但是出于安全性考慮，大功率開關(guān)電源一般采用隔離式DC-DC變換器結(jié)構(gòu)。如圖2-2所示，隔離

25、式DC-DC變換器主要由逆變電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路三大部分組成。下面對(duì)隔離式DC-DC變換器各個(gè)部分的功能進(jìn)行簡單的介紹。1）逆變電路。由變壓器的基本原理可知，變壓器只能傳輸交流信號(hào)，而 DC-DC變換器的輸入為直流電，因此需要逆變電路把輸入的直流電轉(zhuǎn)換成高頻交流電。增加交流電的頻率，可以減小高頻變壓器的體積。2）高頻變壓器。把開關(guān)電源的輸出和輸出進(jìn)行電氣上的隔離。由逆變電路產(chǎn)生的高頻交流電，經(jīng)過高頻變壓器傳遞到開關(guān)電源輸出整流濾波部分。選擇合適的匝比，可以把電壓調(diào)整到設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。3）輸出整流濾波電路。把高頻交流電整流成直流脈動(dòng)，然后再通過濾波電路把直流脈動(dòng)中的高頻成分濾除，最終

26、得到較為平滑的直流電輸出。4）控制電路。按照給定輸出量及輸出量實(shí)時(shí)回饋量之間偏差的大小，調(diào)節(jié)逆變電路，使得DC-DC變換器跟蹤給定量輸出。圖2-2 隔離式DC-DC變換器組成DC-DC變換器中的各個(gè)組成部分都存在眾多的技術(shù)方案，而這些已有的技術(shù)方案的適用場合又各有區(qū)別。本文將通過對(duì)各種現(xiàn)有的方案進(jìn)行分析對(duì)比，從而為大功率開關(guān)電源選擇較為合理的技術(shù)方案。2.2 DC-DC 變換器拓?fù)涞倪x擇2.2.1 DC-DC 變換器逆變電路拓?fù)涫紫?，分析一下各種逆變電路拓?fù)涞拇判竟ぷ鳡顩r2，從磁芯利用率的角度來為逆變電路拓?fù)涞倪x取提供依據(jù)。圖2-3為反激式（連續(xù)電流下）磁芯工作狀態(tài)，可以看出工作在連續(xù)電流下，

27、磁芯工作在第一象限，只能被單向磁化，直流偏磁大，交流分量小，工作在局部磁化曲線上，在此種情況下磁芯的利用率較低。圖2-4為正激式磁芯工作狀態(tài)，可以看出磁芯也工作在第一象限，只能被單向磁化，磁芯的利用率較低。圖2-5為推挽、半橋、全橋磁芯工作狀態(tài)，可以看出磁芯工作在B-H坐標(biāo)的四個(gè)象限，被雙向磁化，每個(gè)周期沿著整個(gè)磁化曲線磁化一次，磁芯利用率高。而在相同的功率下，磁芯利用率和磁芯體積是相關(guān)的，磁芯利用率越大，磁芯體積越小。若將反激式、正激式這兩種拓?fù)溆玫酱蠊β书_關(guān)電源上，在變壓器的設(shè)計(jì)中，將需要采用體積很大的磁芯?；诖判纠寐实南拗疲醇な?、正激式拓?fù)漭^適用于小功率開關(guān)電源。圖2-3 反激式（

28、連續(xù)電流下）磁芯工作狀態(tài) 圖2-4 正激式磁芯工作狀態(tài)圖2-5 推挽、半橋、全橋磁芯工作狀態(tài)接著，從開關(guān)器件的電壓應(yīng)力、電流應(yīng)力和變壓器制作三方面來對(duì)比，從推挽、半橋和全橋中選取適合大功率開關(guān)電源的拓?fù)?。?）推挽式拓?fù)鋱D 2-6 所示為推挽式拓?fù)涞脑韴D，理想情況下，開關(guān)管V1、V2 所要承受的最大電壓為輸入電壓 Ui的兩倍，即： (2-1)而次級(jí)整流二極管 D1、 D2 所要承受的最大反向電壓為： (2-2)推挽式拓?fù)渥儔浩鞒跫?jí)、次級(jí)均需要中間抽頭，這樣大大增加了變壓器的制作難度，特別對(duì)于大功率開關(guān)電源的變壓器來說更是如此。圖2-6 推挽式拓?fù)洌?） 半橋式拓?fù)鋱D 2-7 所示為半橋式拓?fù)?/p>

29、的原理圖，理想情況下，開關(guān)管V1、V2 所要承受的最大電壓與輸入電壓Ui 相等，即： （2-3）高頻變壓器輸入電壓幅值僅為直流輸入電壓Ui的一半，即： （2-4）圖2-7 半橋式拓?fù)洌?） 全橋式拓?fù)?圖2-8 所示為全橋式拓?fù)涞脑韴D，理想情況下，開關(guān)管V1、V2 、V3 、V4 所要承受的最大電壓與輸入電壓Ui相等，即： (2-5)而次級(jí)整流二極管 D1、 D2 所要承受的最大電壓為： (2-6)高頻變壓器輸入電壓幅值等于直流輸入電壓Ui，即： （2-7）圖2-8 全橋式拓?fù)溆缮鲜鰧?duì)三種雙向磁化拓?fù)涞挠懻摽芍仆焓酵負(fù)渲械拈_關(guān)管電壓應(yīng)力比半橋式、全橋式拓?fù)浯笠槐丁６蠊β书_關(guān)電源一般采用

30、三相輸入，直流母線上的電壓約為537伏。對(duì)于具有如此高的直流母線電壓的大功率開關(guān)電源來說，推挽式拓?fù)湓陂_關(guān)管電壓應(yīng)力上的缺點(diǎn)是致命的，此外其變壓器需要初級(jí)中間抽頭結(jié)構(gòu)也為變壓器的制作帶來困難，所以推挽式拓?fù)洳皇鞘诌m合大功率開關(guān)電源。而半橋式拓?fù)浜腿珮蚴酵負(fù)涞拈_關(guān)管的電壓應(yīng)力一樣，但是由于半橋式拓?fù)涓哳l變壓器輸入電壓只有全橋式拓?fù)涞囊话耄栽谕容敵龅墓β氏?，半橋式拓?fù)涞妮斎腚娏魇侨珮蚴酵負(fù)涞?倍，開關(guān)管的電流應(yīng)力是也是全橋式拓?fù)涞?倍。所以盡管全橋式拓?fù)涞尿?qū)動(dòng)電路復(fù)雜、成本高，但是當(dāng)功率大到一定程度，開關(guān)器件的電壓和電流額定值、磁性元件的體積成為開關(guān)電源功率增大的瓶頸時(shí)，全橋式拓?fù)涑蔀榇蠊?/p>

31、率開關(guān)電源較為合適的選擇。2.2.2 DC-DC 變換器次級(jí)整流拓?fù)湓陂_關(guān)電源中常用的次級(jí)整流拓?fù)溆?：全波整流、全橋整流和倍流整流。下面詳細(xì)分析這三種不同整流拓?fù)涞墓ぷ?，以確定各種整流拓?fù)涞倪m用情況。（1） 全波整流拓?fù)淙鐖D2-9 所示，對(duì)于全波整流拓?fù)洌?dāng)高頻變壓次級(jí)電壓Vs為正時(shí)，二極管D1導(dǎo)通、D2截止，二極管D1、濾波電感L、電容C和負(fù)載R構(gòu)成回路。此時(shí)濾波電感兩端電壓為正，電感電流線性增長，處于儲(chǔ)能狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器兩端電壓為零時(shí)，次級(jí)繞組電壓也為零，此時(shí)初級(jí)繞組電流為零，而次級(jí)由于濾波電感的存在需要通過D1、D2 進(jìn)行續(xù)流，由于二極管 D1、D2 兩個(gè)續(xù)流回路理論上是對(duì)稱的，二極

32、管 D1、D2同時(shí)導(dǎo)通且各通過濾波電感電流的一半。此時(shí)輸出電壓加在濾波電感兩端，電感兩端電壓為負(fù)，電感電流線性下降，電感處于能量釋放狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器次級(jí)電壓V 為負(fù)時(shí)，二極管D2 導(dǎo)通、D1 截止，二極管D2、濾波電感 L、電容C 和負(fù)載 R 構(gòu)成回路。此種狀態(tài)下，除了通過電流的繞組和二極管不一樣外，其他的工作狀態(tài)與高頻變壓器次級(jí)電壓Vs為正時(shí)的情況相同。全波整流各點(diǎn)波形如圖2-10 所示。圖2-9 全波整流拓?fù)鋱D2-10 全波整流各點(diǎn)波形全波整流拓?fù)渲恍枰?個(gè)整流二極管，在濾波電感儲(chǔ)能期間，只有一個(gè)二極管導(dǎo)通，有著較小的導(dǎo)通損耗和電壓降，特別適用于低壓輸出的大功率開關(guān)電源應(yīng)用。另外，全波整

33、流拓?fù)渲恍枰粋€(gè)濾波電感，較為簡單。但是，全波整流拓?fù)湫枰哳l變壓器次級(jí)中間抽頭結(jié)構(gòu)，會(huì)給高頻高頻變壓器的設(shè)計(jì)和制造帶來困難，且外部接線和焊接也難以處理4。整流二極管承受的最大電壓為高頻變壓器次級(jí)最大電壓的兩倍，故不太適用于高電壓輸出的大功率開關(guān)電源的應(yīng)用。（2） 全橋整流拓?fù)淙鐖D 2-11 所示，對(duì)于全橋整流拓?fù)洌?dāng)高頻變壓器次級(jí)電壓Vs為正時(shí)，二極管 D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止，二極管D1、D4、電感L、電容C 和電阻R構(gòu)成回路。此時(shí)濾波電感兩端電壓為正，濾波電感電流線性增長，處于儲(chǔ)能狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器兩端電壓為零時(shí)，次級(jí)繞組電壓也為零，此時(shí)初級(jí)繞組電流為零，而次級(jí)由于濾波電感的存在需

34、要通過D1、D2、D3、D4進(jìn)行續(xù)流，由于兩個(gè)續(xù)流回路都是對(duì)稱的，二極管D1、D4通過濾波電感電流的一半，二極管D2、D3通過濾波電感電流的另外一半，以實(shí)現(xiàn)對(duì)濾波電感的續(xù)流。此時(shí)輸出電壓加在濾波電感兩端，電感兩端電壓為負(fù)，電感電流線性下降，電感處于能量釋放狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器次級(jí)電壓Vs為負(fù)時(shí)，二極管D2、D3導(dǎo)通、D1、D4截止，二極管D2、D3、濾波電感L、電容C和負(fù)載R構(gòu)成回路。此種狀態(tài)下，除了通過電流的二極管不一樣外，其他的工作狀態(tài)與高頻變壓器次級(jí)電壓V 為正時(shí)的情況相同，全橋整流各點(diǎn)波形如圖 2-12 所示。圖2-11 全橋整流拓?fù)鋱D2-12 全波整流各點(diǎn)波形全橋整流拓?fù)湫枰?個(gè)整流二

35、極管，在濾波電感儲(chǔ)能期間，有兩個(gè)二極管導(dǎo)通，有著較大的導(dǎo)通損耗和電壓降，不適用于低電壓大電流輸出的大功率開關(guān)電源應(yīng)用。而其整流二極管承受的最大電壓為高頻變壓器次級(jí)的最大電壓，電壓應(yīng)力較小，適用于高電壓輸出的大功率開關(guān)電源的應(yīng)用。此外，全橋整流拓?fù)洳恍枰行某轭^的高頻變壓器，便于高頻變壓器的設(shè)計(jì)、制造和外部接線、焊接。（3） 倍流整流拓?fù)淙鐖D 2-14 所示，對(duì)于倍流整流拓?fù)洌?dāng)高頻變壓器次級(jí)電壓Vs為正時(shí)，二極管 D2導(dǎo)通，D1截止，電感L1、電容C、電阻R和二極管D2構(gòu)成回路。而電感L2、二極管D2、電容C和電阻R構(gòu)成電感L2的續(xù)流回路。此時(shí)電感L1兩端電壓為正，電感L1電流線性增長，處于儲(chǔ)

36、能狀態(tài)；電感L2兩端電壓為負(fù)，電感L2電流線性減少，處于能量釋放的狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器兩端電壓為零時(shí)，次級(jí)繞組電壓為零，為此初級(jí)繞組電流為零，為此電感L1通過二極管D1、電容C和電阻R回路續(xù)流，電感L1兩端電壓為負(fù)，濾波電感L1電流性減少，處于能量釋放的狀態(tài)，電感L2電流性減少，處于能量釋放的狀態(tài)。當(dāng)高頻變壓器次級(jí)電壓Vs為負(fù)時(shí)，二極管D1導(dǎo)通，D2截止，電感L2、電容C、電阻R和二極管D1構(gòu)成回路。而電感L1、二極管D1、電容D1、電容C和電阻R構(gòu)成電感L1的續(xù)流回路。此時(shí)電感L2兩端電壓為正，電感L2電流性增長，處于儲(chǔ)能狀態(tài)；電感L1兩端電壓為負(fù)，電感L1電流線性減少，處于能量釋放的狀態(tài)5。

37、倍流整流拓?fù)渲恍枰?個(gè)整流二極管，在濾波電感儲(chǔ)能期間，只有一個(gè)二極管導(dǎo)通，有著較小的導(dǎo)通損耗和電壓降，特別適用于低壓輸出的大功率電源開關(guān)應(yīng)用。而且倍流整流拓?fù)洳恍枰行某轭^的高頻變壓器，便于高頻變壓器的設(shè)計(jì)、制造和外部接線、焊接。倍流整流拓?fù)湫枰?個(gè)濾波電感器，相對(duì)復(fù)雜。在相同輸出電壓的條件下，整流二極管承受的最大電壓與全波整流拓?fù)湟粯?，故不太適用于高電壓輸出的大功率開關(guān)電源的應(yīng)用。倍流整流拓?fù)浯嬖跓o效的電感回路，需要滿足一定條件才能抑制該無效回路產(chǎn)生的影響。圖2-14 倍流整流拓?fù)溆缮鲜鰧?duì)全波整流、全橋整流和倍流整流三種拓?fù)涞脑砑捌鋬?yōu)缺點(diǎn)的分析，可以得到以下結(jié)論：全橋整流拓?fù)溥m用于高壓輸出

38、的大功率開關(guān)電源應(yīng)用；全波整流、倍流整流拓?fù)溥m用于低壓輸出的大功率開關(guān)電源應(yīng)用。 圖2-15 倍流整流各點(diǎn)波形文獻(xiàn)6經(jīng)詳細(xì)分析指出，當(dāng)輸出負(fù)載電流較小時(shí)，由于電流波動(dòng)產(chǎn)生的損耗較為明顯, 所以只有一個(gè)濾波電感且電流波動(dòng)較小的全波整流拓?fù)涓鼮楹线m；當(dāng)輸出負(fù)載電流較大時(shí)，倍流整流通過兩個(gè)電感的紋波電流的相互抵消來減小輸出紋波電流，從而降低對(duì)輸出濾波器的要求，所以此時(shí)倍流整流拓?fù)涓鼮楹线m。2.3 全橋式逆變拓?fù)淇刂品绞綄?duì)于全橋式逆變拓?fù)鋪碚f，常用的控制方式有雙極性控制和移相控制7。下面分析上述兩種控制方式。（1） 雙極性PWM控制雙極性PWM控制的開關(guān)時(shí)序如圖2-16 所示。四個(gè)開關(guān)管均采用 PWM

39、控制方式，開關(guān)管V1、V4 一組、V2、V3 一組，同一組內(nèi)的開關(guān)管同時(shí)開通同時(shí)關(guān)斷，兩組開關(guān)管分別輪流導(dǎo)通，每組開關(guān)管導(dǎo)通不超過半個(gè)開關(guān)周期。當(dāng)開關(guān)管V1、V4 導(dǎo)通時(shí)，直流母線電壓Vin加在高頻變壓器的初級(jí)繞組上，此時(shí)開關(guān)管V2、圖2-16 雙極性PWM控制V3 都承受著電壓Vin；當(dāng)開關(guān)管V2、V3 導(dǎo)通時(shí)，直流母線電壓Vin反向加在高頻變壓器的初級(jí)繞組上，此時(shí)，V1、V4 都承受著電壓Vin；當(dāng)開關(guān)管都處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，加在高頻變壓器初級(jí)繞組上的電壓為0，此時(shí)四個(gè)開關(guān)管承受的電壓均為Vin/2。加在高頻變壓器初級(jí)繞組上的電壓波形為方波，通過調(diào)整每組開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，即調(diào)整開關(guān)管的占空比，

40、就能夠調(diào)節(jié)電壓方波的脈沖寬度，進(jìn)而調(diào)節(jié)加在高頻變壓器初級(jí)繞組電壓有效值的大小。雙極性 PWM控制方式，由于同一橋臂的開關(guān)管不存在一個(gè)開關(guān)管關(guān)斷后另一個(gè)開關(guān)管馬上導(dǎo)通的情況，因此不存在同一橋臂開關(guān)管直通的危險(xiǎn)。（2） 移相 PWM 控制移相 PWM 控制的開關(guān)時(shí)序如圖 2-17 所示。開關(guān)管V1、V3交替導(dǎo)通，各自導(dǎo)通180°的電角度；開關(guān)管V2、V4也交替導(dǎo)通，各自導(dǎo)通180°的電角度。開關(guān)管V1、V4并非同時(shí)導(dǎo)通，而是開關(guān)管V1 導(dǎo)通在先，V4導(dǎo)通在后，兩者導(dǎo)通間隔相差一個(gè)電角度；開關(guān)管 V2、V3之間的關(guān)系與開關(guān)管V1、V4的關(guān)系是一致的。由于開關(guān)管V1先于V4導(dǎo)通，V

41、3先于V2導(dǎo)通，故把開關(guān)管V1、V3所在的橋臂稱為超前臂，把開關(guān)管V2、V4所在的橋臂稱為滯后臂。移相PWM控制得到的結(jié)果也是加在高頻變壓器初級(jí)繞組的電壓為方波，覺得方波脈沖寬度的參數(shù)為超前臂上的開關(guān)管與滯后臂上開關(guān)管相差的電角度，電角度越小，方波的脈寬就越大；電角度越大，方波的脈寬就越小。移相PWM控制是通過控制超前臂與滯后臂上開關(guān)管的電角度差來調(diào)整加在高頻變壓器初級(jí)繞組方波電壓的脈沖寬度進(jìn)而調(diào)節(jié)加在高頻變壓器初級(jí)繞組電壓有效值的大小。移相PWM控制中，同一橋臂的開關(guān)管存在直通的危險(xiǎn)，需要設(shè)置死區(qū)時(shí)間來保證安全。圖 2-17 移相 PWM 控制采用移相PWM控制，可以利用全橋式拓?fù)渲腥玳_關(guān)管

42、寄生電容和變壓器漏感等寄生參數(shù)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。對(duì)于全橋式拓?fù)?，常用的軟開關(guān)技術(shù)有ZVS 零壓開關(guān)8、ZCS零流開關(guān)9、ZVZCS零壓零流開關(guān)10。這樣就能有效減小開關(guān)損耗，降低電磁干擾。2.4 本章小結(jié)本章首先介紹了大功率開關(guān)電源的組成；然后對(duì)現(xiàn)有 DC-DC 變換器中的逆變拓?fù)?、次?jí)整流拓?fù)溥M(jìn)行分析以為大功率開關(guān)電源選擇合適的 DC-DC 變換器拓?fù)?；最后簡單介紹兩種常用的全橋式逆變拓?fù)淇刂品绞?。?章 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)3. 1 開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)開關(guān)電源的主電路主要處理電能，即功率變換。主電路主要包括輸入濾波電路、逆變電路、高頻變壓器、輸出濾波電路等部分。主電路的設(shè)計(jì)通常在整個(gè)電源的設(shè)計(jì)

43、過程中占有最為重要的地位。 3.2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要求本文設(shè)計(jì)的大功率直流開關(guān)電源主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高頻開關(guān)電源，確定技術(shù)指標(biāo)如下:1. 輸入電壓: 380V20%2. 電網(wǎng)頻率: 50Hz10%3. 功率因數(shù): >0.934. 輸入過壓告警: 437V5V5. 輸入欠壓告警: 320V5V6. 輸出標(biāo)稱電壓: 220VDC7. 輸出電壓范圍: 176-286VDC8. 輸出紋波電壓: 10mV9. 輸出額定電流: 5A10. 輸出過壓保護(hù): 325V5V11. 輸出欠壓保護(hù): 195V5V12. 便于生產(chǎn)和維護(hù)在本課題研究的過程中，主要對(duì)大功率開關(guān)直流電源的工作原理、電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和

44、運(yùn)行模式進(jìn)行了深入研究，并結(jié)合系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，確定系統(tǒng)主電路的拓?fù)?，設(shè)計(jì)出主電路，即分別設(shè)計(jì)出濾波、整流、DC-DC變換器、軟啟動(dòng)和保護(hù)控制等部分。下面就對(duì)電源主電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)說明。3.3 電路結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)需要設(shè)計(jì)大功率開關(guān)電源的技術(shù)要求，本文進(jìn)行了方案的驗(yàn)證與比較，設(shè)計(jì)如圖3-1所示的軟開關(guān)直流開關(guān)電源的主電路框圖。虛線以上是主電路，主電路主要分為輸入整流濾波、逆變開關(guān)電路、逆變變壓器和輸出整流濾波；虛線以下為控制回路，控制回路主要包括信息檢測電路、控制和保護(hù)單元、監(jiān)控單元和輔助電源。圖3-1 直流開關(guān)電源的主電路框圖本電源采用ZVZCS- PWM 拓?fù)洌吋芋槲欢O管，三相交流輸入整

45、流后，加LC濾波，以提高輸入功率因數(shù)，主功率管選用IGBT，控制電路采用UC3875移相控制專用集成芯片，電流電壓雙閉環(huán)控制。具體設(shè)計(jì)主電路如圖3-2所示，包括三個(gè)部分:(1) 輸入整流濾波電路；(2) 單相逆變橋；(3) 輸出整流濾波電路。輸入整流濾波電路三相交流電經(jīng)電源內(nèi)部EMI濾波后，加到整流濾波模塊。EMI濾波器的作用是濾除功率管開關(guān)產(chǎn)生的電壓電流尖峰和毛刺，減小電源內(nèi)部對(duì)電網(wǎng)的干擾，同時(shí)又能減小其他用電設(shè)備通過電網(wǎng)傳向電源的干擾。濾波電路采用LC 濾波，電感的作用是拓開電流導(dǎo)通時(shí)間，限制電流峰值，可以提高電源的輸入功率因數(shù)。濾波電容采用四個(gè)電解電容，兩個(gè)串聯(lián)后并聯(lián)使用，滿足三相整流后

46、的高壓要求。電阻R1、R2是平衡串聯(lián)電容上的電壓，高頻電容與電解電容并聯(lián)使用，濾除高頻諧波，彌補(bǔ)電解電容高頻特性差的缺陷。圖3-2 電源主電路結(jié)構(gòu)3.3.2 單相逆變橋單相逆變橋采用IGBT，以滿足高壓、高功率的要求。無感電容(C7、C8)并聯(lián)在兩橋臂之間，降低兩橋臂之間電壓尖峰的干擾，諧波電感，隔直電容、防止變壓器的直流偏磁，原邊箝位二極管減輕副邊振蕩，主變壓器起到原、副邊的隔離、耦合作用，原、副邊各一副繞組，以滿足副邊采用全橋整流的要求，原邊加交流互感器，檢測原邊電流作保護(hù)用。3.3.3 輸出整流濾波電路采用全橋整流滿足高壓的要求，高頻濾波電感，電解電容(E5、E6、E7)，高頻電容(，)

47、濾除高頻諧波分量，共模電感()，Y電容(、)，抑制共模分量，電流采樣電阻，輸出二極管D14，防止電池電流反灌。3.4 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)該電源的輸入整流濾波電路同一般大功率PWM型開關(guān)電源的輸入整流濾波電路相似。主要包括兩部分組成:整流橋和輸入濾波電路。3.4.1 整流橋工作頻率為50Hz，輸入為三相交流電壓380V，采用三相整流橋。(1) 整流橋的耐壓:考慮最大輸入電壓=×1.2=380×1.2=456V整流二極管的峰值電壓為×=380×(120%)×=640V取50%的裕量 640×(1+50%)=960V根據(jù)整流橋的實(shí)際電壓等

48、級(jí)，我們選擇整流橋的耐壓為1200V(2) 整流橋的額定電流因?yàn)殡娫吹妮斎牍β孰S效率變化，所以應(yīng)取電源效率最差時(shí)的數(shù)值。在此，我們按一般開關(guān)電源的效率取值，取效率為80%電源的輸入功率:P= =220×5/0.8=1375W因最大輸入電流是在交流輸入電壓下限時(shí)，所以，=380V×80%=304V最大輸入線電流: =2.61A取整流橋的額定電流為10A 。3.4.2 輸入整流電容輸入電容器Cm決定于輸出保持時(shí)間和直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。E為電網(wǎng)電壓最低時(shí)輸入三相橋式整流電路的輸出平均電壓:E=E

49、a其中Ea為交流輸入線電壓。簡易公式E= 1.35×380×(120%)= 410V通過直流輸入電路的平均電流，為:=3.35A計(jì)算單相全波整流電路濾波電容的經(jīng)驗(yàn)公式為:Cm=400600由于三相全波整流電路的基波頻率為單向電路的3倍，因此計(jì)算三相電路濾波電路的公式為:Cm=133200所以，Cm= 200×3.35= 670uF根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在實(shí)際電路中，我們選用1O00 uF/4OOV 的電解電容4只兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)組成濾波電容組。3.4.3 輸入濾波電感電感中最大電流為交流輸入電壓下限時(shí)通過直流輸入電路的平均電流 =3.35A理論上輸入濾波電感越大，電流脈動(dòng)

50、越小，輸入功率因素越高，但受體積重量和價(jià)格的限制，并根據(jù)繞制廠家的現(xiàn)有工藝水平，選用C15×32×l05硅鋼片鐵心，線徑為1.6毫米，電感量為18mH的工頻電感。電感量的確定較難精確計(jì)算，可通過實(shí)驗(yàn)確定。3.5 逆變電路的設(shè)計(jì)3.5.1 功率轉(zhuǎn)換電路的選擇根據(jù)第二章的分析可知，該電源屬于大功率電源，采用全橋式功率轉(zhuǎn)換電路.3.5.2 確定電路工作頻率f考慮到開關(guān)管的參數(shù)、控制電路及主電路的特性等因素，選取開關(guān)橋的工作頻率為30KHz。3.5.3 選用高壓開關(guān)管(1) 耐壓根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可以查到，全橋功率轉(zhuǎn)換電路高壓開關(guān)管上施加的最高電壓為=E，對(duì)應(yīng)于最高輸入電網(wǎng)電壓的輸入整流

51、電路的直流輸出電壓: = =640V考慮各種因素的影響取50%的裕量640×(l+50%)=960V(2) 開關(guān)電流在一些參數(shù)尚不知道的情況下，我們需要估算開關(guān)管的電流，以便選擇開關(guān)管和計(jì)算輸出濾波電路。在高頻變壓器的計(jì)算中，我們估算了實(shí)際占空比為0.658，為0.252。輸入整流濾波電路的最大輸出電流平均值:=3.3A此時(shí)，= 0.658峰值電流為3.3/0.658= 5.09A輸入整流濾波電路的最小輸出電流值:=2.23A此時(shí)，=0.252峰值電流為2.32/0.252= 8.86A所以，開關(guān)管估算最大電流值為8.86A根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果分析，我們選取三菱電機(jī)公司第三代IGBT單

52、管CM60HSA24作為高壓開關(guān)管，其耐壓為1200V，電流容許值為60A。3.5.5 隔直電容的選擇在第二章中，我們對(duì)主電路的工作模式進(jìn)行了分析，對(duì)電路的重要參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了推導(dǎo)，得出了如下關(guān)系式:T = 4 * * /DT其中: T為初級(jí)電流下降的時(shí)間；為變壓器的漏感；為占空比；變壓器的漏感與繞線工藝及磁芯形狀等有關(guān)，繞制好的變壓器漏感基本不變。在前面，我們?cè)O(shè)定電路的工作頻率為30KHz，計(jì)算得到的最大占空比=0.658，并且我們假設(shè)初級(jí)電流下降的時(shí)間為4uS，所以= =4.7uF3.6 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻變壓器輸出的

53、高頻交變電壓或電流編程要求的輸出電壓或電流。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。下面對(duì)輸出整流電路的各部分進(jìn)行一下分析與計(jì)算。3.6.1 輸出整流二極管因?yàn)檩敵龆O管工作于高頻狀態(tài)(30KHz)，所以應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。(1) 輸出整流二極管的耐壓高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值為:=×=380×(1+20%)××=783.6V所以加在輸出整流二極管上最高的反壓為783.6V(2) 輸出整流二極管的電流輸出整流二極管流出的電流即為流過輸出濾波電感的電流，所以其有效值為5.25A。根據(jù)以上分析，同時(shí)考慮一定的

54、裕量，選取RURU3O12O作為輸出二極管。該二極管的耐壓為120V，額定電流為30A。3.6.2 輸出濾波電感根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的公式可以得到:L選為額定負(fù)載電流的5%，即= 5×5% =0.25AT=1/=1/30×10=33.3uS=(*T)/2=4.2uS= 783.6V此時(shí)的電感電流增量不得大于2，所以L=4.94×10H所以選取濾波電感為4.94×10H3.6.3 輸出濾波電容(1) 根據(jù)輸出紋波電壓來計(jì)算濾波電容的大小:C=11.66×10F(2) 根據(jù)輸出電壓動(dòng)態(tài)幅度來求出濾波電容的大小C=其中，為輸出電流的最大值取5A，Vp為電源從

55、滿載突變到空載時(shí)輸出電壓的上沖幅度，取該值為22lV因此，輸出濾波電容為:C=334uF取以上兩者最大值，并考慮一定裕量，最后取C= 5OOuF3.7 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路是通過快恢復(fù)整流二極管的整流和濾波電感及濾波電容將高頻變壓器輸出的高頻交變電壓或電流編程要求的輸出電壓或電流。因?yàn)檩敵鲭妷罕容^高(22OV)，所以高頻變壓器的副邊選用橋式整流，以提高安全可靠性。下面對(duì)輸出整流電路的各部分進(jìn)行一下分析與計(jì)算。3.7.1 輸出整流二極管因?yàn)檩敵龆O管工作于高頻狀態(tài)(30KHz)，所以應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。(1) 輸出整流二極管的耐壓高頻變壓器副邊的輸出最高電壓峰值為:=×=380×(1+20%)××=783.6V所以加在輸出整流二極管上最高的反