CDCD開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

CDCD開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì),cdcd,開(kāi)關(guān)電源,設(shè)計(jì) 題　　目： 高頻軟開(kāi)關(guān)逆變式充電器 I摘 要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，用電設(shè)備對(duì)電源的要求不斷提高， 開(kāi)關(guān)電源正逐步向著高效率、大功率密度、高可靠性、低電磁抗干擾、無(wú)噪聲、維修方便等方向發(fā)展。瞬時(shí)同步整流技術(shù)由于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快和具有自然限流等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛地應(yīng)用。本文在分析 DC-DC 技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)之上，用 Buck 電路，運(yùn)用 MAX767 系列芯片研究一條簡(jiǎn)潔的途徑實(shí)現(xiàn) DC-DC 直流變換，即應(yīng)用同步整流技術(shù)控制方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)變換器高效工作。該變換器主電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，可以實(shí)現(xiàn)輸入： DC 4.5～5.5V，輸出DC 5V/3.3A 的設(shè)計(jì)。分析其系統(tǒng)工作原理的過(guò)程，為該變換方法和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)，通過(guò)同步整流技術(shù)的方法和應(yīng)用 MOSFET 管的設(shè)計(jì)，較理想的實(shí)現(xiàn)了 DC-DC 變換器的設(shè)計(jì)要求。最后，運(yùn)用這些設(shè)計(jì)成功的設(shè)計(jì)出 DC-DC 直流變換器。本文主要介紹 Buck 電路和 MAX767 系列 DC 設(shè)計(jì)，工作原理和主要參數(shù)的設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)的外特性和穩(wěn)定性作了分析。關(guān)鍵詞：DC-DC 直流變換; 同步整流技術(shù); MOSFET 管IIAbstractWith the development of the electronic technology, the higher requirement of Power Supply are raised including high efficiency, high power density, low EMI, and rapid dynamic response. A hysterics-band instantaneous current control PWM Technique is popularly used because of its simplicity of implementation, fast current control response, and inherent peak current limiting capability.The design of the foundation of upper，with buck circuit，handle max767 series chip look into a slip of compact avenue realize dc-dc direct current transform，namely application synchronous rectification technical control means，came realize convector highly active wrought of the text at analyses dc-dc technological development. be one's turn convector trunk feeder structure simplicity credibility，could realize import：DC 4.5～5.5v，output dc 5V / 3.3ABoth that of analyses his system principle of operation course，for be one's turn transform method and application supply know clearly rationale，through the medium of synchronous rectification technical means and application MOSFET table design，compare ideal realize know clearly dc-dc convector' design requirement.At the last，handle these be designed for wrought 'thought out dc-dc dc converter to.The design， combine versus systemic external characteristic and stability did know clearly analyses of the both text mostly introduce buck circuit and max767 series DC design， principle of operation and major parameter.keyword：dc-dc direct current transform synchronous rectification technology mosfet tube。III目錄摘 要 ...................................................................................................................................IAbstract....................................................................................................................................II第一章 緒 論.........................................................................................................................11.1 PWM 技術(shù)歷史和現(xiàn)狀...................................................................................................11.2 高頻軟開(kāi)關(guān)逆變式充電機(jī)............................................................................................2第二章 主電路的設(shè)計(jì).........................................................................................................32.1 整流濾波電路...............................................................................................................32.2 主電路的選型...............................................................................................................42.3 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本概念...............................................................................................62.4 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的提出與發(fā)展...........................................................................................72.5 工作過(guò)程分析...............................................................................................................92.6 全橋型電路的主電路元?dú)饧?shù)的確定.................................................................122.7 輸出濾波電路的設(shè)計(jì).................................................................................................16第三章 濾波電路和主電路的計(jì)算.......................................................................................183.1 濾波電感....................................................................................................................183.2 濾波電容....................................................................................................................193.3 開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)........................................................................................................203.4 主電路設(shè)計(jì)的具體計(jì)算.............................................................................................223.5 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)........................................................................................................27第四章 控制電路的設(shè)計(jì)及保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn).......................................................................314.1 控制方案的確定........................................................................................................314.2 PWM 信號(hào)的產(chǎn)生.........................................................................................................334.3 移相及互鎖電路........................................................................................................364.4 開(kāi)關(guān)信號(hào)的產(chǎn)生........................................................................................................384.5 恒流控制電路的設(shè)計(jì)................................................................................................394.6 調(diào)節(jié)器電路的設(shè)計(jì)....................................................................................................41IV4.7 保護(hù)電路設(shè)計(jì)............................................................................................................42參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................44致 謝.......................................................................................................................................451第一章 緒 論1.1 PWM 技術(shù)歷史和現(xiàn)狀60 年代開(kāi)始得到發(fā)展并應(yīng)用的常規(guī) PWM 功率變換技術(shù)使功率變換器的設(shè)計(jì)出現(xiàn)了很大的變化，它除去了龐大笨重的工頻變壓器，提高了電源的功率密度，減小了裝置的體積，提高了變換器的整體效率。隨著近些年來(lái)電子計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備，以及空間技術(shù)實(shí)際應(yīng)用需求的提高，要求常規(guī) PWM 變換器具有更小的體積，重量和更高的功率密度，這也意味著常規(guī) PWM 變換器要具有更高的工作頻率。然而，對(duì)于常規(guī)的 PWM 功率變換器，進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率會(huì)面臨許多實(shí)際問(wèn)題。在常規(guī) PWM 功率變換器中，一組斜對(duì)角線(xiàn)功率開(kāi)關(guān)器件同時(shí)導(dǎo)通和截止，另一組斜種角線(xiàn)上的，也同時(shí)導(dǎo)通和截止。兩對(duì)功率開(kāi)關(guān)管由驅(qū)動(dòng)電路以 P19M 控制方式交替開(kāi)通和關(guān)斷，開(kāi)通時(shí)間均不超過(guò)半個(gè)周期。功率變換是通過(guò)中斷功率流和控制占空比的方法實(shí)現(xiàn)的，工作頻率恒定。但是功率開(kāi)關(guān)管是在電壓不為零時(shí)導(dǎo)通，在電流不為零時(shí)關(guān)斷，處于強(qiáng)迫開(kāi)關(guān)過(guò)程，又稱(chēng)硬開(kāi)關(guān)過(guò)程。在硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)下工作的常規(guī) PWM 功率變換器，隨著頻率的上升，一方面功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)成比例的上升，處理功率的能力大幅下降;另一方面，過(guò)高的 d v/d t, di /d t 將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，雖然增加緩沖電路可以防止過(guò)高的 d v/d t, di /d t，但由此會(huì)增加開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗，增大功率變換器的體積和造價(jià)。為克服常規(guī) PWM 功率變換器在硬開(kāi)關(guān)的狀態(tài)下的諸多問(wèn)題，80 年代以來(lái)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)得到了深入廣泛的研究并迅速發(fā)展壯大。21.2 大功率高頻軟開(kāi)關(guān)逆變式充電機(jī)蓄電池充電設(shè)備的 基本原理就是一直流電源作用與蓄電池兩端，當(dāng)電源電壓高于蓄電池兩端時(shí)，電池處于充電狀態(tài)。在這種狀態(tài)碎隨著充電的不斷的進(jìn)行，蓄電池電動(dòng)勢(shì)增加，充電電流相應(yīng)的減少，為了使充電機(jī)能以一定的電流對(duì)蓄電池充電，則應(yīng)增加相應(yīng)的電壓，使電流穩(wěn)定在給定值上。顯然手動(dòng)充電機(jī)無(wú)法滿(mǎn)足這種要求，且超作的失誤將縮短蓄電池的使用壽命。本方案討論的就是用絕緣門(mén)極晶體管（IGBT）以及新型軟開(kāi)關(guān)諧振脈寬調(diào)制（PWM）電路的充電系統(tǒng)，系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定完成對(duì)不同個(gè)蓄電池充電?？紤]到大功率及電網(wǎng)的污染問(wèn)題，系統(tǒng)采用無(wú)控整流加 DC/DC 變換器的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1 所示： 輸 入 整 流 濾 波 濾 波驅(qū) 動(dòng)模 塊軟 啟動(dòng) PWM保 護(hù)控 制 輸 出電 流 調(diào) 節(jié) 反 饋功 率 DC/變 換 器模 塊模 塊 電 路I電 流給 定 電 流電 壓反 饋圖 1-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本方案中所提的“高頻軟開(kāi)關(guān)逆變式”一詞是指充電機(jī)系統(tǒng)的核心部分——DC/DC變換器的結(jié)構(gòu)而言。在本系統(tǒng)中 DC/DC 變換器采用的是帶輔助換流諧振開(kāi)關(guān)的全橋式PWM DD/DC 變換電路。它是在全橋式 PWM DC/DC 變換電路的基礎(chǔ)上，結(jié)合零電壓諧振開(kāi)關(guān)和零電流諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)而形成的一種新型的高頻大功率充電機(jī)。3第二章 主電路的設(shè)計(jì)電力電子技術(shù)是以電力為對(duì)象的電子技術(shù)，它在主要任務(wù)是對(duì)電能進(jìn)行控制和交換?，F(xiàn)在電力電子技術(shù)已成為信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)之間的重要接口、弱電與被控強(qiáng)電之間的橋梁。從 SCR、IGBT、SITH；從相控整流電路及周波變換電路到脈寬調(diào)制和高頻斬波電路，現(xiàn)代電力電子技術(shù)正逐漸向集成化、高頻化、全控化、電路弱電化、控制數(shù)字化和多功能化發(fā)展，本文所討論的充電機(jī)系統(tǒng)就是現(xiàn)代電子技術(shù)的產(chǎn)物。2.1 整流濾波電路整流電路由三相整流橋、充電電阻 R、短路開(kāi)關(guān) S 和濾波電容 C1 構(gòu)成，如圖 2-1所示。 CoUiui+圖 2-1 整流濾波電路當(dāng)電路加電時(shí)，開(kāi)關(guān) S 處于斷開(kāi)狀態(tài)，電網(wǎng)通過(guò)整流橋和充電電阻 R 向電容 C1 充電。電阻限流作用，防止加電時(shí)產(chǎn)生沖擊電流。4當(dāng)電容充電結(jié)束后，開(kāi)關(guān) S 閉合，將限流電阻 R 短路，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。開(kāi)關(guān) S 的動(dòng)作是由控制電路中的軟啟動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的。由于整流濾波電路所使用的是不控制元件，對(duì)電網(wǎng)影響較少，同時(shí)，以軟啟動(dòng)過(guò)程所實(shí)現(xiàn)可防止潮涌電流的產(chǎn)生。2.2 主電路的選型開(kāi)關(guān)電源的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)眾多，其中正激式、反激式和半橋型適合小功率電源使用，全橋型適合大功率電源使用，其中正激電路又可以分單管正激和雙管正激等多種。電路形式的最終確定，需要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合的具體情況來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，功率很小的電源（1-100W ） ，采用電路簡(jiǎn)單、成本低的反激型電路較好；當(dāng)電源功率在 100W 以上且工作環(huán)境干擾很大、輸入電壓質(zhì)量惡劣、輸出短路頻繁時(shí)，則應(yīng)采用正激型電路；對(duì)于功率大于 500W、工作條件較好的電源，則應(yīng)采用半橋或全橋電路較合理；如果對(duì)成本要求比較嚴(yán)，可以采用半橋電路；如果功率很大，則應(yīng)采用全橋電路；推挽電路通常用于輸入電壓比較低、功率較大的場(chǎng)合。充電機(jī)的核心部分是 DC/DC 功率變換電路。 DC/DC 變換器一般可分為自激式和他激式兩種。自激式變換電路輸出功率較小，頻率不易控制，只用于較小故在此只介紹他激式變換電路，在他激式變換電路中，開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)是由可調(diào)頻率的震蕩器給出的。下面對(duì)它激式變換電路的組成部分分別加以說(shuō)明。A．半橋式變換電路5D21LT2C0U1C3+-+-U圖 2-2 半橋式變換電路半橋式變換電路的工作原理如下所述。T1，T2 管的導(dǎo)通信號(hào)相差 180 度，且他們的導(dǎo)通時(shí)間均小于 T/2，使 T1、T2 不會(huì)導(dǎo)通。當(dāng) T1 導(dǎo)通時(shí)，電源 U1 通過(guò) T1、C3，Tr 給 C2 充電，同時(shí) C1 通過(guò) T1、C3、Tr放電，二極管 D1 導(dǎo)通，電源通過(guò)變壓器向負(fù)載輸送能量，電感儲(chǔ)存能量。當(dāng) T1 截止、T2 還未導(dǎo)通時(shí)，Tr 線(xiàn)圈電壓為零，電感 L 通過(guò) D1、D2 向負(fù)載供電。當(dāng) T2 導(dǎo)通時(shí)，電源通過(guò) T2、C3、Tr 給 C1 充電， C3 被反相充電，同時(shí) C2 通過(guò)Tr、C3 、T2 放電，二極管 D2 導(dǎo)通，電源向負(fù)載輸送能量，同時(shí)電感 L 存儲(chǔ)能量。半橋式變換電路多用于功率在 100~700W 范圍內(nèi)的高壓開(kāi)關(guān)電源中，該電路的優(yōu)點(diǎn)是電路中使用的功率開(kāi)關(guān)管所承受的電壓較低，不會(huì)超過(guò)線(xiàn)路的峰值電壓。另外，半橋式電路具有自動(dòng)平衡功能，即使由于某種原因兩只管子的導(dǎo)通時(shí)間不同，電路也會(huì)自動(dòng)使變壓器初級(jí)正負(fù)半周的伏秒積相同，避免變壓器出現(xiàn)偏磁現(xiàn)象。半橋式變換電路的整個(gè)周期中，變壓器初級(jí)一直有電流通過(guò)，變壓器的利用率高。由于在半橋式變換電路中，高頻變壓器上施加的電壓只是輸入電壓的一半，與推挽電路相比，欲輸出相同的功率則高壓開(kāi)關(guān)管必須流過(guò)兩倍的電流。 B．全橋式變換電路將半橋式變換電路中的兩個(gè)電容 C1、C2 換成兩只高反壓功率開(kāi)關(guān)管，并配以相應(yīng)6的驅(qū)動(dòng)電路，就組成了全橋式變換電路.如圖 2-3 所示。-+UiT21C3-D21C0LUo+4圖 2-3 全橋式變換電路在全橋式變換電路中，開(kāi)關(guān)管 T1 和 T4 同步通斷，T2 和 T3 同步通斷。電容 C3 用以阻斷變壓器初級(jí)線(xiàn)圈的直流成分并克服由于器件特性不對(duì)稱(chēng)而導(dǎo)致的鐵芯飽和現(xiàn)象。全橋式變換電路的高頻變壓器工作時(shí)，初級(jí)線(xiàn)圈上的電壓為電源電壓，每只開(kāi)關(guān)管的耐壓亦是電源電壓，這樣輸出功率可以增大一倍。該電路的主要不足是開(kāi)關(guān)管數(shù)目增加從而使驅(qū)動(dòng)和控制電路比較復(fù)雜。2.3 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基本概念所謂“軟開(kāi)關(guān)”通常是指功率器件工作在零電壓開(kāi)關(guān) ZVS 模式(Zero Voltage Switching)或零電流開(kāi)關(guān)模式 ZCS(Zero Current Switching)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)質(zhì)就是通過(guò)電感 L 和電容 C 的諧振，使開(kāi)關(guān)器件中的電流或兩端電壓按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化，當(dāng)電流自然流過(guò)零時(shí)，使器件關(guān)斷;當(dāng)電壓下降到零時(shí)，使器件導(dǎo)通。功率器件在零電壓或零電流條件下完成導(dǎo)通與關(guān)斷過(guò)程，將使功率器件的開(kāi)關(guān)損耗理論上為零。圖 2-4 給出了硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)的電壓和電流波形示意圖，可以對(duì)比分析。7圖 2-4 硬開(kāi)關(guān)和軟開(kāi)關(guān)的電壓.電流波形圖軟開(kāi)關(guān)的四種理想切換方式1)零電壓開(kāi)通一一功率開(kāi)關(guān)上的電壓先下降到零時(shí)或其后，功率開(kāi)關(guān)才開(kāi)始恿過(guò)電流，稱(chēng)零電壓開(kāi)通。2)零電壓關(guān)斷一一功率開(kāi)關(guān)上的電流先下降到零時(shí)或其后，功率開(kāi)關(guān)上的電壓還維持在零，則稱(chēng)零電壓關(guān)斷。3)零電流開(kāi)通一一功率開(kāi)關(guān)上的電壓先下降到零時(shí)或其前，功率開(kāi)關(guān)一直不流過(guò)電流則稱(chēng)零電流開(kāi)通。4)零電流關(guān)斷一一功率開(kāi)關(guān)上的電流先下降到零時(shí)或其后，功率開(kāi)關(guān)上的電壓才開(kāi)始上升，則稱(chēng)零電流關(guān)斷。2.4 軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的提出與發(fā)展針對(duì)常規(guī) PWM 控制的上述問(wèn)題，美國(guó) Virginia 大學(xué)的李澤元教授提出了諧振軟開(kāi)關(guān)的概念‘“。是在硬開(kāi)關(guān)逆變器拓?fù)渲幸胫C振環(huán)節(jié)，利用諧振環(huán)節(jié)的能量變化來(lái)優(yōu)化變換器中功率器件的開(kāi)關(guān)特性:開(kāi)通時(shí)，電壓先下降到零，電流再緩慢上升到通態(tài)值，關(guān)斷時(shí)電流先下降到零，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值。這樣可以解決硬開(kāi)關(guān)電路中存在的開(kāi)關(guān)損耗大的問(wèn)題，同時(shí)也解決了硬開(kāi)關(guān)變換器引起的 EMI 問(wèn)題。它一舉突破了以往硬開(kāi)關(guān)技術(shù)的局限性，使得采用諧振軟開(kāi)關(guān)逆變器的開(kāi)關(guān)頻率可以提高到很高。諧振軟開(kāi)關(guān)概念的提出引起了電力電子領(lǐng)域的一場(chǎng)革命，許多研究人員致力于諧8振理論和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究。1986 年美國(guó)威斯康辛大學(xué)的 D. M. Divan 教授提出了諧振直流環(huán)節(jié)逆變器，解決了多個(gè)諧振開(kāi)關(guān)的諧振元件作用相互影響的問(wèn)題，該電路的不足之處是在直流環(huán)節(jié)上進(jìn)行電壓諧振，開(kāi)關(guān)器件承受的電壓應(yīng)力增大。后來(lái) D. M. Divan 教授又將諧振回路放置在逆變橋之后構(gòu)成了另一種諧振逆變器一一極諧振型逆變器，雖然為開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生 ZVS 導(dǎo)通條件，但電路復(fù)雜，控制難度大。在此之后，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各國(guó)研究者進(jìn)行了不懈的努力。自 20世紀(jì) 80 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外不斷研制開(kāi)發(fā)出新的高頻軟開(kāi)關(guān)逆變器拓?fù)?，到目前為止提出了多種不同的軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)際應(yīng)用也取得了一系列成功。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)先后經(jīng)歷了串聯(lián)諧振術(shù)、準(zhǔn)諧振或多諧振技術(shù)(20 世紀(jì) 80 年代中期)、ZCS-PWM,ZVS-PWM 或移相全橋 ZVS-PW 術(shù)(20 世紀(jì) 80 年代末期)、ZCT-PWM 或 ZVT-PWM 技術(shù)(20 世紀(jì) 90 年代初期)、全橋移相 ZV ZCS-PWM 技術(shù)((20 世紀(jì) 90 年代中期))幾個(gè)發(fā)展階段。而全橋移相軟開(kāi)關(guān)逆變電路是近些年來(lái)應(yīng)用最廣泛的一種軟開(kāi)關(guān)逆變拓?fù)湫问?，如圖 2-5 所示。這種技術(shù)實(shí)際上是將諧振技術(shù)與常規(guī) PWM 變換技術(shù)的結(jié)合。其基本工作原理簡(jiǎn)述為(因IGBT 模塊內(nèi)并聯(lián)了續(xù)流二極管，而實(shí)際電路中并不需要，僅為論述方便在圖中畫(huà)出，以后各章同理):每個(gè)橋臂的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂的導(dǎo)通之間相差一個(gè)相位，即所謂移相角。通過(guò)調(diào)節(jié)此移相角的大小，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓脈沖寬度，在變壓器副邊得到占空比 D 可調(diào)的正負(fù)半周對(duì)稱(chēng)交流方波電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)相應(yīng)輸出電壓的目的。如果 Q1 和 Q2 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別領(lǐng)先于 Q3 和 Q4，則可定義 Q 1, Q2 組成的橋臂為超前臂，Q3, Q4 組成的橋臂為滯后臂。并在 IC 控制端對(duì)同一橋臂的兩個(gè)(Q1 與 Q2 或Q3 與 Q4)開(kāi)關(guān)管的相驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)置不同的死區(qū)時(shí)間，巧妙利用開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容和高頻變壓器的漏感作為諧振元件，使全橋變換器的四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，在電容作用下零電壓關(guān)斷，錯(cuò)開(kāi)功率器件大電流與高電壓同時(shí)出現(xiàn)的硬開(kāi)關(guān)狀態(tài)，抑制感性關(guān)斷電壓尖峰和容性開(kāi)通的管溫過(guò)高，減小了開(kāi)關(guān)損耗與干擾。但要做到以上這些，必須設(shè)計(jì)滿(mǎn)足要求的軟開(kāi)關(guān) PWM 電路拓?fù)?，同時(shí)還要合適的控制與其相配合。如圖 2－5：9圖 2-5 原邊加電容和飽和電感的 FB-ZVS/ZCS 變換電路2.5 工作過(guò)程分析為了便于下面的分析，討論前仍需作如下幾點(diǎn)假定:1.所有開(kāi)關(guān)管、二極管均為理想器件；2.飽和電感飽和時(shí)電感為零，不飽和時(shí)電感量為無(wú)窮；3.輸出濾波電感電量足夠大，在一個(gè)開(kāi)關(guān)過(guò)程中可以等效為一個(gè)恒流源；4.阻斷電容足夠大，在電流復(fù)位過(guò)程中可等效一個(gè)恒流源；5. ( 為外部實(shí)際并聯(lián)的電容)。rC?21(1)to-t1 時(shí)間段(模式 1)在這個(gè)時(shí)間段，主功率開(kāi)關(guān)管 Q1，和 Q4，導(dǎo)通，原邊電流 從電源正極經(jīng) Q1 變PI壓器原邊繞組、阻斷電容 . ，回到電源負(fù)極。 一方面通過(guò)變壓器將電源輸入的b4QPi能量傳遞給負(fù)載，另一方面給阻斷電容充電。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，飽和電感一直處于飽和狀態(tài)，原邊電流 = =n 恒定不變，這個(gè)時(shí)間段對(duì)應(yīng)的等效電路拓?fù)淙鐖D 2-6(a)所piPI0示。在這個(gè)時(shí)間段的初始時(shí)刻 ，阻斷電容上的電壓 等于一 ( ，為 的ot cbVpVcbcb正峰值)。在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)有:（2.1）?cbVcbptnI?0式中,n 為變壓器變比， 為輸出電流。在時(shí)刻 t1，開(kāi)關(guān)管 Q1，截止，這個(gè)時(shí)間0I結(jié)束。在這個(gè)模式下工作的持續(xù)時(shí)間 取決于開(kāi)關(guān)頻率和變壓器原邊的占空比。01tT??(2) 時(shí)間段(模式 2)21t?10在時(shí)刻 t1，開(kāi)關(guān)管 Q1 截止，原邊電流從 Q1，轉(zhuǎn)移到 C1，和 C2 支路中，給 C1，充電，同時(shí)給 C2 放電，因?yàn)殡娙輧啥穗妷翰荒芡蛔?，所以開(kāi)關(guān)管 Q1，是在電容 C1,和C2 的作用下零電壓關(guān)斷。這個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的等效電路如圖 2-6(b)所示。考慮到前面的假定，由于輸出濾波電感很大，負(fù)載被等效成一恒流源，故可以認(rèn)為在此段時(shí)間內(nèi)原邊電流 = =n 近似不變，類(lèi)似一個(gè)恒流源。因此電容電壓 可近似認(rèn)為在恒流源piPI0 2CV作用下線(xiàn)性下降。即PI（2.2）CtnIVic02??式中，C= C1+C2。在時(shí)刻 t2, C2 上的電壓下降到零，開(kāi)關(guān)管 Q2 的反并聯(lián)二極管D2 自然導(dǎo)通，這個(gè)時(shí)間段結(jié)束。這個(gè)時(shí)間段的長(zhǎng)度為:（2.3） 012nIVtTi??(3) t2-t3 時(shí)間段(模式 3)在時(shí)刻 t2, 下降到零，D2 導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)管 Q2 隨后可以在零電壓下完成開(kāi)通，2C原邊電流通過(guò) Q4 和 D2 續(xù)流，將電壓 箝位在零，阻斷電容 上的電壓上升到 。abVbCcbpV在這個(gè)時(shí)間段，飽和電感仍處于飽和狀態(tài)。在阻斷電容電壓 的作用下，原邊電流將cV迅速下降，并導(dǎo)致副邊電流迅速下降。輸出電流 I0 與副邊電流的差值將通過(guò)副邊整流器續(xù)流，從而將變壓器副邊和原邊短路。這個(gè)時(shí)間段的等效電路圖如圖 2-6(c)所示，其工作過(guò)程的波形如圖 2-7 所示。根據(jù)前面的假定，由于 足夠大，因此在這個(gè)時(shí)間bC段其上的電壓 = 可近似看作不變。cbVp由于電壓 等于零，變壓器原邊短路，故阻斷電容電壓 全部加在諧振電感上，a cbV這時(shí)有:（2.4）tLVnIiscbpp??0在時(shí)刻 t3，原邊電流 衰減到零，這個(gè)工作模式結(jié)束。該工作模式的持續(xù)時(shí)間為: pi（2.5） sVnItTcbp023??11圖 2-6 FB-ZVS/ZCS-PWM 變換電路工作原理(4)t3-t4 時(shí)間段(模式 4)在時(shí)刻 t3 ， 衰減到零之后，在阻斷電容電壓 的作用下 將試圖向反方向變pi cbVpi化，但這時(shí)飽和電感 己退出飽和狀態(tài)，呈現(xiàn)出較大的電感量，阻止了 的進(jìn)一步變STL化。在這個(gè)時(shí)間段，阻斷電容上的電壓保持不便，開(kāi)關(guān)管 Q4 仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，但已沒(méi)有電流流過(guò)。如果 Q4 為 IGBT 管，則其上的少數(shù)載流子可在這個(gè)時(shí)間段得到復(fù)合。由于原邊電流為零，A 點(diǎn)對(duì)地電壓為 B 點(diǎn)對(duì)地電壓為 =- 這個(gè)時(shí)間的等效0?AVBVcbp電路圖如圖 2-6 (d)所示。(5)t4—t5 時(shí)間段 (模式 5)在時(shí)刻 t4，開(kāi)關(guān)管 Q4 在零電壓、零電流狀態(tài)下關(guān)斷。在這個(gè)時(shí)間段阻斷電容上的電容繼續(xù)維持不變，主電路中的電流為零。等效電路圖如圖 2-6(e)所示。這個(gè)時(shí)間段實(shí)際上是滯后臂開(kāi)關(guān)管狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間的死區(qū)時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間段里，剩余少數(shù)載流子繼續(xù)復(fù)合移去。(6)t5-t6 時(shí)間段(模式 6)在時(shí)刻 t5，開(kāi)關(guān)管 Q3 導(dǎo)通，由于此時(shí)飽和電感器尚未進(jìn)入飽和，原邊電流 不可pi能突變，需要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能迅速上升，因此 Q3 的導(dǎo)通為零電流導(dǎo)通。Q3 導(dǎo)通后，在阻斷電容電壓和輸入電壓的共同作用下飽和電感很快又進(jìn)入飽和區(qū)。由于漏感很小，因此原邊電流 在這兩個(gè)電壓的共同作用下迅速線(xiàn)性上升。pi這時(shí)有:12（2.6）tLViscbpinp??在時(shí)刻 t6, 上升到等于輸出電流反射值在時(shí)刻 輸出電流全部通過(guò)變壓器副pi 0nI邊、電源再次向負(fù)載輸送能量。之后，阻斷電容 上的電壓 將向由正向負(fù)逐漸減小bCcbV開(kāi)始下半個(gè)對(duì)稱(chēng)的周期。這個(gè)工作模式的等效電路如圖 2-6(F)所示，其持續(xù)時(shí)間（2.7）incbpSVLItT???056圖 2-7 FB-ZVS/ZCS-PWM 變換電路工作波形2.6 全橋型電路的主電路元?dú)饧?shù)的確定下面介紹的設(shè)計(jì)方法適用于正激、推挽、半橋、全橋型電路，① 變壓器的設(shè)計(jì)變壓器是開(kāi)關(guān)電源中的核心元件，其他主電路器件的設(shè)計(jì)都依賴(lài)于變壓器的參數(shù)，因此首先應(yīng)對(duì)變壓器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。高頻變壓器工作時(shí)的電壓、電流都不是正弦波，因此工作狀況與工頻變壓器是不一樣的，設(shè)計(jì)公式也有所不同。需要設(shè)計(jì)的是電壓比，鐵心的形式和尺寸、各繞組匝數(shù)的、導(dǎo)體截面積等。電壓比 kt 電壓比的設(shè)計(jì)原則是電路在最大占空比和最低輸入電壓的條件下，輸出電壓仍能達(dá)到設(shè)計(jì)需要的上限，考慮到電路中的壓降，輸出電壓應(yīng)留有余量；（2.8） minaxToUDk???13kt——電壓比；Uinmin——輸入直流電壓最小值，應(yīng)選輸入電壓下限，注意考慮電壓波紋；Dmax——最大占空比；Uomax——最高輸出電壓；——電路中的壓降，應(yīng)包含整流二極管壓降和電路中的線(xiàn)路壓降等。U?②鐵心的選取 計(jì)算出電壓比后，可根據(jù)以下公式選取合適的鐵心：（2.9）tewsCePAfBDk??式中 Ae——鐵心磁路截面積；Aw——鐵心窗口面積；PT——變壓器的傳輸功率；Fs——開(kāi)關(guān)頻率——鐵心在一個(gè)工作周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的 變化范B?圍（見(jiàn)圖 2-8）圖 2-8 充電電流與電壓的關(guān)系14Dc——變壓器繞組導(dǎo)體的電流密度kc——繞組在鐵心窗口中的填充系數(shù)根據(jù)以上公式計(jì)算出鐵心應(yīng)具備的截面積——窗口面積后，可以在生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的產(chǎn)品手冊(cè)中查到合適的鐵心，使其形狀和尺寸滿(mǎn)足要求。③繞阻匝數(shù) 選定鐵心后，便可以計(jì)算繞組匝數(shù)。由于電壓比已知，可以首先計(jì)算一次或二次繞組匝數(shù)中任意一個(gè)，然后根據(jù)電壓比推算另一個(gè)。通常計(jì)算二次匝數(shù)更加容易，計(jì)算公式為（2.10）VeSNBA??式中 N——所計(jì)算的繞組的匝數(shù)；Sv——這一繞組的最大伏-秒面積 （既圖 2-9 和圖 2-10 中陰影部分）圖 2-9 電路繞組電壓.勵(lì)磁電流和變壓器工作時(shí)的磁化曲線(xiàn)15圖 2-10 雙端電路繞組電壓.勵(lì)磁電流和變壓器工作時(shí)的磁化曲線(xiàn)其定義為（2.11）0TonVtSud??——鐵心工作時(shí)的允許磁感應(yīng)強(qiáng)度；B?Ae——鐵心磁路截面積。為了保證在任何條件下鐵心不飽和，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按最大伏-秒面積計(jì)算匝數(shù)。因?yàn)殡娐分须妷旱牟ㄐ味际欠讲?，所以最大?秒面積的計(jì)算可以簡(jiǎn)化為電壓和脈沖寬度的乘積。通常計(jì)算二次側(cè)最大伏-秒面積較為方便。 對(duì)于半橋、全橋、推挽等雙端電路：（2.12） 22220maxax0 0maxmax2SSTTTon SVMAXt tOtTSudUddU???????????????????因此，二次繞組匝數(shù)的設(shè)計(jì)公式簡(jiǎn)化為正激型電路： （2.13）02SeTNBA??半橋、全橋、推挽電路：（2.14）02SeU16一次側(cè)繞組匝數(shù)可由二次側(cè)繞組和電壓比推算出來(lái)。④繞組導(dǎo)體截面積根據(jù)流過(guò)每個(gè)繞組的電流值和預(yù)先選定的電流密度，既可計(jì)算出繞組 導(dǎo)體截面積： （2.15）CcIAd?⑤變壓器設(shè)計(jì)的其他問(wèn)題包括變壓器勵(lì)磁電感和漏感的估算，以及繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)?？梢杂米儔浩鞯牡刃щ娐穪?lái)說(shuō)明勵(lì)磁電感和漏感，如圖 2-11圖 2-11 變壓器的 T 型等效電路圖中 Lm1、Lm2 為勵(lì)磁電感；Lsi 為一次側(cè)繞組的漏感，Ls2 為二次側(cè)繞組的漏感，已經(jīng)按電壓比折算到一次側(cè)。 （2.16）2011reMANLl??μ 0——真空磁導(dǎo)率；μr—— 鐵心材料相對(duì)磁導(dǎo)率；Ae——鐵心截面積；N1——一次繞組匝數(shù)；L——鐵心磁路長(zhǎng)度。由于鐵心材料的相對(duì)磁導(dǎo)率 μr 很大，因此勵(lì)磁電感通常也較大。如果鐵心未夾緊，磁路中有間隙，則勵(lì)磁電感會(huì)急劇下降，勵(lì)磁電流成倍增加，導(dǎo)致變壓器性能?chē)?yán)17重惡劣化。變壓器的漏感來(lái)源于沒(méi)有同時(shí)鉸鏈一次繞組和二次繞組的漏磁通。因此它同一、二次繞組相偶合的緊密程度緊密相關(guān)。漏感對(duì)工作電路帶來(lái)的影響主要是負(fù)面的，開(kāi)關(guān)氣件關(guān)斷時(shí)很高的 di/dt 使漏感兩端產(chǎn)生尖峰狀電壓，給開(kāi)關(guān)器件造成過(guò)電壓。雖然可以采用 Rc 吸收電路來(lái)降低過(guò)電壓，但會(huì)造成較大的損耗。過(guò)大的漏感還會(huì)造成占空比的損失。因此變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少漏感。減少漏感的方法主要是提高一二次繞組耦合的程度，如采用間隔繞組等。2.7 輸出濾波電路的設(shè)計(jì)輸出濾波電路的作用是濾除二次側(cè)整流電路輸出的脈動(dòng)直流中的交流分量，得到平滑的直流輸出。在開(kāi)關(guān)電源中通常采用一級(jí) LC 濾波電路，當(dāng)要求輸出紋波很小時(shí)，采用二級(jí) LC 濾波電路，如圖 2-12 所示。圖 2-1(a)一 級(jí) LC濾 波 電 路18圖 2-1(b)二 級(jí) LC濾 波 電 路濾波器的設(shè)計(jì)首先應(yīng)進(jìn)行電感的設(shè)計(jì)，然后再進(jìn)行電容的設(shè)計(jì)。19第三章 濾波電路和主電路的計(jì)算3.1 濾波電感設(shè)計(jì)濾波電感首先應(yīng)根據(jù)輸出電壓、輸出電流和開(kāi)關(guān)頻率，并首先選定允許的輸出電感電流紋波值，然后按公式計(jì)算電感值；正激型電路：（3.1）?2omsULfI??全橋、半橋、推挽型電路：（3.2）?4omsfI式中 L——濾波電感的值；Uon ——輸入電壓最高、占空比為 0.5 時(shí)的輸出電壓值，此時(shí)電感電流紋波最大；Fs———開(kāi)關(guān)頻率；? ——允許的電感電流最大紋波波峰峰值；計(jì)算出電感值后，根據(jù)電感值和流過(guò)電感的電流，再計(jì)算以下各項(xiàng)。（1） 計(jì)算電感鐵心(3.3)max?ewcLIAdBK?式中 Ae——鐵心磁路截面積；Aw——鐵心窗口面積；20L——電感值Imax——電感電流最大有效值?max——電感電流最大峰值；Bmax——磁路磁通密度最大值；Dc——電感繞組導(dǎo)體的電流密度；Kc——繞組在鐵心窗口的填充系數(shù)；（2） 計(jì)算繞組匝數(shù)(3.4)max?LeINBA?（3） 計(jì)算氣隙(3.5)20_eLl?然后根據(jù)電感電流和預(yù)先選定的電流密度，可以計(jì)算出繞組截面積。3.2 濾波電容由于已知電感電流最大紋波系數(shù)，可以假設(shè)電感電流最大紋波有效值為 ?/2，而濾波阻抗：(3.6)21()CCEScsXLR????式中 Rces——濾波電容等效串聯(lián)電阻；Lces——濾波電容等效串聯(lián)電感；C——濾波電容值；w——電容的工作頻率。若根據(jù)預(yù)先選定的輸出電壓最大紋波有效值，則可按下式計(jì)算出濾波電容的阻抗；21(3.7)2?cUXI??然后根據(jù)電容手冊(cè)選取合適的電容。由于開(kāi)關(guān)電源中的輸出濾波器處理的功率很大，濾波電感的濾波容量應(yīng)留有足夠的容量，以免在輸出大電流時(shí)飽和；濾波電容需采用高頻電解電容，以提高濾波效果，減少發(fā)熱；往往采用多個(gè)小電容并列，以降低等效串連電感和等效串聯(lián)電阻。3.3 開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)1. 開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)原則 變壓器和濾波電路設(shè)計(jì)完畢后，電路中各電壓和電流參數(shù)已基本確定，就可以開(kāi)始開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)了。開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：（1）器件工作時(shí)的電壓和電流都不應(yīng)超出其安全工作區(qū)，IGBT，MOSFET 以及各種二極管，都有相應(yīng)的安全共工作區(qū)，這也是設(shè)計(jì)手冊(cè)的重要內(nèi)容。值得注意的是，開(kāi)關(guān)器件在實(shí)際電路中所承受的電流和電壓都是脈沖的，應(yīng)此脈沖工作區(qū)是最有指導(dǎo)意義的。（2）工作時(shí)的節(jié)溫不能超過(guò)最大節(jié)溫 由于半導(dǎo)體較高的溫度條件下會(huì)變成導(dǎo)體從而失去阻斷電壓的能力，因此器件工作中管芯的溫度——結(jié)溫不能超過(guò)允許值。這一上限同管芯材料和工藝有關(guān)。對(duì)于采用目前普遍使用的硅材料制造的各種高頻開(kāi)關(guān)器件，如 IGBT、MOSFET 和 GTR 而言，其結(jié)溫上限 125~125℃。器件工作中都會(huì)產(chǎn)生損耗，以熱的形式通過(guò)器件的殼體散發(fā)到周?chē)h(huán)境中，傳熱過(guò)程中結(jié)—?dú)らg就會(huì)形成溫差。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)該計(jì)算出開(kāi)關(guān)器件工作時(shí)的電壓和電流峰值，并根據(jù)安全工作區(qū)（SOA）來(lái)初步選擇器件的電壓和電流容量，然后根據(jù)估算的器件發(fā)熱功率、最高環(huán)境溫度和熱阻等參數(shù)來(lái)估算工作時(shí)的結(jié)溫，并應(yīng)留有裕量。2 變壓器二此側(cè)整流二極管的設(shè)計(jì) 流過(guò)二極管的峰值電流為22(3.8)()SonfaPE??mxa1??2DoII???流過(guò)二極管的峰值電流為(3.9)axmaxDoII所選取的二極管允許的峰值電流應(yīng)大于式（3.8）式中的 ，平均電流應(yīng)大于ax?DI（3.9）中的 Idmax.根據(jù)二極管的平均電流可以估算其通態(tài)損耗：(3.10)maxDonDPIU?式中 Ud——二極管在流過(guò)峰值電流時(shí)的通態(tài)壓降。二極管的開(kāi)關(guān)損耗可按下式計(jì)算：(3.11) ()DSonfaE??式中 Eon 和 Eoff——每次開(kāi)通和關(guān)斷損耗的開(kāi)關(guān)能量；fs——電路的開(kāi)關(guān)頻率；根據(jù)二極管的損耗功率和器件的節(jié)溫上限以及環(huán)境溫度的上限可以計(jì)算出允許的散熱熱熱阻的上限為 （3.12） jMathjcthaDonSTRP?????式中 Rthj-c ——二極管的結(jié)殼熱阻；R thc-a——散熱器的熱阻；T Jm——二極管允許的最高結(jié)溫；T aM ——技術(shù)要求中環(huán)境的上限。二極管的結(jié)殼熱阻加散熱器熱阻不能夠超過(guò)式（3.12）指出的上限，這是選取二極管及其散熱器的依據(jù)。3. 開(kāi)關(guān)管的設(shè)計(jì)流過(guò)開(kāi)關(guān)管的峰值電流為 （3.13）maxax12sOII?????????流過(guò)開(kāi)關(guān)管的最大平均電流為 （3.14）axmaxsOIDI23所選開(kāi)關(guān)管的允許峰值電流應(yīng)大于式（3.13）中的 ?smax，平均電流應(yīng)大于（3.14）中的īsmax根據(jù)開(kāi)關(guān)管的平均電流，可以估算其通態(tài)損耗；（3.15）maxSonSPIU?式中 Us——開(kāi)關(guān)管在流過(guò)峰值電流時(shí)的通態(tài)壓降。對(duì)于單集型器件，應(yīng)采用其通態(tài)電阻和流過(guò)其電流有效值技術(shù)通態(tài)損耗。開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗可以按以下式估算：（3.16）()SonfaPE??式中 Eon 和 Eoff——每次開(kāi)通和關(guān)斷耗散的開(kāi)關(guān)能量；Fs——電路的開(kāi)關(guān)頻率。根據(jù)開(kāi)關(guān)管的損耗功率（即發(fā)熱功率）和器件的結(jié)溫上限以及環(huán)境溫度的上限可以計(jì)算出允許的散熱熱阻的上限為（3.17）jMathjcthaSonsTRP?????式中 ——開(kāi)關(guān)管的結(jié)殼熱阻；thjc?——散熱器的電熱阻；ta——開(kāi)關(guān)管允許的最高結(jié)溫；jMT——技術(shù)要求中環(huán)境溫度的上限。a開(kāi)關(guān)管的結(jié)殼熱阻加熱器熱阻不能超過(guò)由式（3.17）指出的上限，是選取開(kāi)關(guān)管及其散熱器的依據(jù)。3.4 主電路設(shè)計(jì)的具體計(jì)算技術(shù)要求：1）輸入電壓：交流三相 380V（1±10%） ，50H z。2）輸出電壓：額定直流 220V，調(diào)節(jié)范圍為 0~300V。243）輸出電流：最大 30A4）輸出紋波：紋波系數(shù)不大于 0.5%。5）工作溫度:0~40 ℃主電路設(shè)計(jì)：（1）主電路的選型 該電源最大輸出功率為 30*300=9000 屬于功率較大的開(kāi)關(guān)電源，因此應(yīng)選取全橋型主電路；輸出電壓最高為 300V，考慮到二極管的耐壓，變壓器二次側(cè)應(yīng)采用全橋整流電路。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過(guò)程以便于理解，采用硬開(kāi)關(guān)電路。1．變壓器的設(shè)計(jì) 電壓比 kt 電壓比的計(jì)算按照式（3.18） 。本文中，在輸入電壓為 300V 時(shí)，選取Uin min 為整流后的直流電壓減去電壓波動(dòng)量的一半，即 440V。Dmax 同控制電路有關(guān)，此處選為 0.9。Uomax 選為最高輸出電壓 300V，ΔU 選 2V。將以上數(shù)據(jù)代入式（3.19）可得(3.18)1.Tk?2．鐵心的選取 首先按式（3.19）計(jì)算鐵心，窗囗的面積，其中 Pt 取 9000W，開(kāi)關(guān)頻率 Fs 取 50KHZ，dc 選取 4A/mm2，即 4*106A/mm2，窗口填充系數(shù) Kc 選取 0.5。將這些數(shù)據(jù)代入式（3.19） ，得(3.19)TewscPAfBdk??按照鐵氧體鐵心生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的手冊(cè)，可以選擇鐵心型號(hào)為 EE65，其鐵心截面積為0.45*10-4m4，窗口面積為 1.86*10-7 鐵心，窗口面積為 4546 可以滿(mǎn)足要求。3．繞組匝數(shù) 選定鐵心后，便可以根據(jù)式（3.20）計(jì)算繞組匝數(shù)。(3.20)2voseSUTNBA??代入數(shù)據(jù)得 N2=40一次繞組匝數(shù)可由二次繞組匝數(shù)和電壓比推算得到，為451?4．繞組導(dǎo)體截面 根據(jù)式（3.21）可得二次繞組的導(dǎo)體截面積25(3.21)2ceIAd?代入數(shù)據(jù)得 Ac2=7.5mm2根據(jù)電壓比可以算出一次繞組導(dǎo)體的截面積：Ac1=8.2mm2（2）輸出滹波電路的設(shè)計(jì) 首先進(jìn)行電感的設(shè)計(jì)。1．濾波電感的設(shè)計(jì) 首先按公式（3.2）計(jì)算電感值，其中輸出電壓 Uom 取 300V，開(kāi)關(guān)頻率 Ft 為 50HZ，允許的電感電流最大紋波峰峰值 ΔI 取最大輸出電流的 20%，即2A，計(jì)算得L=0.25mh 計(jì)算出電感值后，根據(jù)電感值和流，按式（3.3）選定電感鐵心，其中電感值 L 取0。25mH；電感電流最大有效值 Imax 取最大輸出電流 30A，電感電流最大峰值 取max?I最大輸出電流加上電感電流最大紋波峰峰值 的一半即 11A；磁路磁通密度最大值?I?Bmax 取 0.3T；電感繞組導(dǎo)體的電流密度 dc 取 4A/mm;窗口面積為 3.69*10-4，鐵心，窗口面積積為 1.32*10-7mm2，可以滿(mǎn)足要求。再按公式（3.4）計(jì)算繞組匝數(shù)：=51LN按公式（3.5）計(jì)算氣隙，其中 μ 為真空磁導(dǎo)率， 601.2570/Hm????32.10lm???注意到鐵心由兩半對(duì)合而成功之，氣隙長(zhǎng)度 l 應(yīng)為 2 倍的鐵心間距，因此鐵心間距應(yīng)取1.2mm.然后根據(jù)熱氣電感電流和預(yù)先選定的電流密度，算出電感繞組的導(dǎo)體截面積。 2.5cLAm?2． 濾波電容的確定 由于已知電感電流最大紋波值，可以假設(shè)電感電流最大紋波值為 180，而輸出電壓最大紋波有效值取為輸出電壓下限的 0.5%，即 0.9，可以按式（3.6）計(jì)算出濾波電容的阻抗： 1.4cX??一種標(biāo)稱(chēng)容量為 470μF ，耐壓為 400V 的電解電容器，其實(shí)測(cè)容值為 416μF，串聯(lián)等26效電阻為 0.5Ω 串聯(lián)等效電感受為 0.5μH。紋波電流頻率為 100KHZ，該電容的等效阻抗為 0.6Ω，故采用一個(gè)該型號(hào)電容即可。（3）開(kāi)關(guān)器件的設(shè)計(jì)1． 變壓器二次側(cè)整流一極管的設(shè)計(jì) 基承受的反向電壓最大值為整 流電壓最大值除以變壓器電壓比 取 400V，考慮到二極管關(guān)斷時(shí)會(huì)有過(guò)電壓，并考慮到輸入電壓的浪涌等因素，因此選取二極管的耐壓不低于 600V。流過(guò)二極管的峰值電流按式（3.8）設(shè)計(jì)： max?30DIA?流過(guò)二極管的最大平均電流按式（3.9） 設(shè)計(jì)： axDI所選取的二極管的允許的峰值電流應(yīng)大于 33A，平均電流應(yīng)大于 15A根據(jù)二極管的平均電流可以近按式（3.10）估算其通態(tài)損耗， 其中二極管通態(tài)壓降 根據(jù)有關(guān)產(chǎn)品手冊(cè)取 2V：DU10DonPW?二極管的開(kāi)關(guān)損耗根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按通態(tài)損耗的 1.~2 倍估算，即2DS按式（3.11） ，根據(jù)二極管的損耗功率（即發(fā)熱功率）和器件的結(jié)溫 上限可以計(jì)算出允許的散熱熱阻的上限，其中環(huán)境溫度上限為 40℃，結(jié)溫上限取120℃： 2.6/thjcthjaRW???二極管的結(jié)殼熱阻加散熱器熱阻不能超過(guò) 2.6K/W，這是選取二極管及其散熱的依據(jù)。根據(jù)快速恢復(fù)二極管生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的手冊(cè)，一種型號(hào)為 DSEI30—06A 的二極管，其反向耐壓為 600V，正向電流為 14A，結(jié)—?dú)嶙?為 2K/W，其管殼與散熱器的thjcR?接觸熱阻典型值為 0.5K/W，這樣，散熱臺(tái)面到環(huán)境的熱阻就不能大于 0.1K/W，這意味著要用較大的散熱器并需要強(qiáng)制風(fēng)冷，不大合理。因此，選擇另一種電流容量更大的 DSEI30—06A 型，二極管，其反向耐壓為 600V，正向電流為 37A，結(jié)—?dú)嶙?7為 1K/W，管殼與散熱器的接觸熱阻典型值為 0.25K/W，散熱器臺(tái)面到環(huán)境的熱t(yī)hjcR?阻取 1。35/W，這一數(shù)值較為合理。2．開(kāi)關(guān)管的設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)管選取電力 MOSFET，其斷態(tài)耐壓為整流電壓的峰值，即590V，考慮到關(guān)斷時(shí)的過(guò)電壓以及輸入電壓的浪涌，開(kāi)關(guān)管的耐壓取 800V 以上。流過(guò)開(kāi)關(guān)管的峰值電流按式（3.13）計(jì)算 max?7.8SIA?流過(guò)開(kāi)關(guān)管的最大平均電流按式（3.14）計(jì)算： ax3.2SI所選開(kāi)關(guān)管的允許峰值電流應(yīng)大于式（3.13）中的 ，平均電流應(yīng)大于式（3.14）max?SI中的 maxSI電力 MOSFET 的通態(tài)損耗應(yīng)按其電流有效值計(jì)算，考慮到計(jì)算的簡(jiǎn)單，可以用開(kāi)關(guān)電流峰值的 來(lái)估算，即開(kāi)關(guān)管的電流有效值為 ，則開(kāi)關(guān)管的通態(tài)127.852A?損耗為 218.5SonSmaxDSonPIR??式中 ——開(kāi)關(guān)管電流有效值，為 505A；2SmaxI——開(kāi)關(guān)管通態(tài)電阻，根據(jù)手冊(cè)選取 0.6DonR?開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗可以按通態(tài)損耗的 1~1.5 倍估算：27.sPW?根據(jù)式（3.17）可以計(jì)算出允許的散熱熱阻的上限，其中器件的結(jié)溫 最大值 Tm 取 120℃環(huán)境溫度上限 TaM 為 40℃ 2./thjcthjaR????在電力 IGBT 生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的手冊(cè)中，想到 型號(hào)為 TYN-1016 的器件， 其耐壓為 800V，電流為 15A，通態(tài)電阻為 1.0 ，結(jié)—?dú)嶙?為 0.7/W,其可乘之?thjcR?機(jī)殼與散熱器的接觸熱阻為 1.25K/W.28至此主電路參數(shù)設(shè)計(jì)完畢設(shè)計(jì)結(jié)果如圖 3-1 所示。 |ì圖 3.1 所計(jì)算的主電路3.5 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路是控制電路與主電路的接口，同開(kāi)關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動(dòng)電路需要有很多的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并具有較高