電力電子裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用10

1、4、輸出整流電路輸出整流電路如圖所示： 這里的二極管D必須使用快速恢復(fù)二極管。這種二極管的開關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短，通常在開關(guān)電源中作輸出整流用。 快速恢復(fù)二極管的特點(diǎn)是它的反響恢復(fù)時(shí)間很短。定義為：二極管從正向?qū)щ姞顟B(tài)急劇轉(zhuǎn)換到截止時(shí)，管中輸出電流下降到零開始，至反向電流恢復(fù)到最大反向電流的10%所需的時(shí)間，用trr表示。 快速二極管的trr一般為幾百納秒，而超快速二極管的trr可達(dá)到幾十納秒。 該整流電路中，二極管的電流波形與輸出電路中L的電流有關(guān)。 在t0t1時(shí)間內(nèi)，ID1=IL，ID2=0； 在t1t2時(shí)間內(nèi)，ID1=ID2=1/2IL； 在t2t3時(shí)間內(nèi)，ID2=IL，ID1=0；

2、 在t3t4時(shí)間內(nèi)，ID2=ID1=1/2IL。ILID1ID2t0t1t2t3t4t5T4以后同t0。 在本例中，額定輸出電流為150A，峰值電流為300A。由于輸出電壓恒定，流入流出輸出濾波電容的平均電流為零，則L中的平均最大電流也為300A。 目前找到300A的超快速恢復(fù)二極管有困難，因此考慮使用3個(gè)100A的超快速恢復(fù)二極管并聯(lián)使用。（具體方法后述） 在此電路中，整流二極管承受的最高反向工作電壓由下式計(jì)算：N:1x2NEVHR2其中：EH為逆變橋輸入最高電壓。 2380 1.1592HEV VEVVKmVENVKNmVEVLDPSETCELDSETCELP7 .4619 . 03803

3、5. 1)()(根據(jù)前式： 考慮輸入整流電路，直流濾波電路等的內(nèi)阻影響。EL實(shí)際取450（V）。 1213503. 132NVVVVKVmDPSETCE則： VNEVHR991225922 實(shí)際選擇二極管的反向耐壓應(yīng)高于VR的1.52倍，因此實(shí)選反向耐壓200V的超快速恢復(fù)二極管。 處在高頻方波電壓下工作的二極管，由于電路結(jié)構(gòu)及器件本身分布參數(shù)的原因，其兩端工作電壓波形前后沿存在較嚴(yán)重的過沖現(xiàn)象，如圖所示：使器件正常工作受到威脅，也是電磁干擾的原因之一。為了改善這一狀況，一般情況下可在二極管兩端加RC吸收元件。電路如圖。 由于電路結(jié)構(gòu)，器件參數(shù)不同，RC不易直接計(jì)算。

4、但可通過實(shí)驗(yàn)方法得出較合理的RC參數(shù)（如用不同RC值時(shí)，用示波器觀察）。C的值一般為數(shù)千至數(shù)萬PF，R一般為幾至幾十歐姆。 要注意的是，RC元件應(yīng)以盡可能短的導(dǎo)線直接安裝在二極管兩端。5、隔離變壓器 開關(guān)電源變壓器是核心部件，其作用有三：傳輸能量、電壓變換和絕緣隔離。在開關(guān)管的作用下，將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榉讲ㄊ┘佑陂_關(guān)電源變壓器上，經(jīng)過電磁轉(zhuǎn)換，將輸入功率傳遞到負(fù)載，輸出所需要的電壓。 由于開關(guān)電源變壓器工作頻率很高，因此它的體積和重量比低頻變壓器大為縮小。開關(guān)電源變壓器的性能好壞，不僅影響變壓器本身的效率，而且還會影響到開關(guān)電源的整體技術(shù)性能和可靠性。所以在設(shè)計(jì)制作時(shí)，對磁性材料的選擇，磁芯與線

5、圈的結(jié)構(gòu)，繞制工藝等都要有周密考慮。 開關(guān)電源變壓器工作于高頻狀態(tài)，分布參數(shù)的影響較大，這些分布參數(shù)包括漏感、分布電容等。電流在導(dǎo)體中的趨膚效應(yīng)，對變壓器的影響也十分明顯。 開關(guān)電源變壓器的工作狀態(tài)與開關(guān)電源電路工作原理有關(guān)，功率不同、電路不同，對開關(guān)電源變壓器也提出了不同的設(shè)計(jì)要求。 在本例中，變壓器工作在雙極性狀態(tài)，鐵心工作在整個(gè)磁滯回線區(qū)域，變壓器的效率比單極性工作狀態(tài)的高出許多，適合大功率電源采用。 本例變壓器工作頻率為20KHZ，適合選用錳鋅鐵氧體軟磁材料制作的磁芯繞制變壓器，例如：R2KB。錳鋅鐵氧體磁性材料的結(jié)構(gòu)很多。常用的有EE、EC、G、H型等。設(shè)計(jì)參數(shù)的確定：1、磁感應(yīng)強(qiáng)度

6、B與電流密度J 磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流密度是變壓器在給定設(shè)計(jì)條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須給出的設(shè)計(jì)參數(shù)。當(dāng)工作頻率、磁芯尺寸給出后，變壓器功率P與B和J的乘積成正比。JBP 當(dāng)變壓器尺寸一定時(shí)，B和J選得高一些，則某一給定尺寸的磁芯可輸出更大的功率，反之為了得到某一給定的輸出功率，B和J選得高一些，變壓器尺寸就可小一些，因而可減小體積，減輕重量，降低成本。 B和J值的提高受到電性能各項(xiàng)技術(shù)要求的制約，B值過高，激磁電流過大，造成波形畸變嚴(yán)重，鐵心溫度升高會影響電路工作安全和增加輸出電壓紋波；J值過高銅損增大，線圈溫升將會超過規(guī)定值。因此，確定磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流密度時(shí)，應(yīng)把對電性能的要求和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)合起來。 開

7、關(guān)電源變壓器在選擇磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，主要考慮的是溫升，因?yàn)闇厣拗屏俗儔浩鞯目倱p耗。（1）確定磁感應(yīng)強(qiáng)度B 需考慮兩個(gè)問題：當(dāng)輸入電壓達(dá)到設(shè)計(jì)最高值時(shí)，磁芯不飽和；變壓器總損耗產(chǎn)生的溫升滿足要求。 理論與實(shí)踐表明，在給定溫升條件下，當(dāng)磁芯損耗與銅線損耗相等時(shí)，開關(guān)電源變壓器的輸出功率最大。 設(shè)計(jì)時(shí)初選磁感應(yīng)強(qiáng)度可根據(jù)功率P（W），工作頻率f（KHZ），平均溫升 （ ）按圖查出系數(shù)KB ，再按下式計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度。CmBBKB式中：B-工作磁感應(yīng)強(qiáng)度（T） KB-磁感應(yīng)強(qiáng)度系數(shù) Bm-磁性材料最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）磁性材料不同，Bm不同。如：R2K 0.3T（2）計(jì)算變壓器銅耗Pm溫升與q值的關(guān)系

8、根據(jù)溫升條件來確定變壓器總損耗，減去磁芯損耗即得出銅耗，再根據(jù)銅耗來計(jì)算電流密度。計(jì)算銅耗應(yīng)在磁芯規(guī)格確定后進(jìn)行。cbtmGPSqPmPq式中 tsbPcG變壓器銅耗（W）變壓器單位表面所散耗的平均功率（W/ CM2 ）變壓器表面積（CM2）在工作磁感應(yīng)強(qiáng)度和頻率下單位質(zhì)量的磁芯損耗（W/kg）磁芯質(zhì)量（kg）（3）計(jì)算電流密度JmmGZPJJmPZmG式中電流密度（A/mm2）銅耗（W）銅耗因子zzZ5 .2345 .23496. 1z環(huán)境溫度（ ）變壓器溫升（ ）銅線質(zhì)量（kg）3109 . 8mwmmKSlGmlwS式中線圈平均匝長（cm）磁芯窗口面積（cm2）mK銅線窗口占空系數(shù)2、變壓器和線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)（1）銅線占空系數(shù)銅線占空系數(shù)定義線圈繞制因數(shù)（2）平均匝長 1）線圈平均匝長線圈平均匝長2）各繞組平均匝長各繞組平均匝長（3）變壓器表面積 變壓器表面積（或稱散熱面積）包括線圈散熱面積和磁芯散熱面積，磁芯散熱面積是指扣除被線圈