綜合課程設(shè)計(jì)

1、北京石油化工學(xué)院 BEIJING INSTIYUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY 綜合課程設(shè)計(jì)題目： 6KW開關(guān)電源設(shè)計(jì)院（系、部）：信 息 工 程 學(xué) 院 姓 名：李端陽(yáng)學(xué) 號(hào)：130741班 級(jí)：電132專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化任課教師：張紅潔2016年01月19日·北京 信息工程學(xué)院目 錄綜合課設(shè)任務(wù)書 1一、題目介紹 2二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及思想 4三、電路設(shè)計(jì) 53.1 主電路選型 53.1.1 整流電路設(shè)計(jì) 53.1.2 全橋電路設(shè)計(jì) .73.1.3 電壓型逆變電路設(shè)計(jì) 8四、控制電路設(shè)計(jì) 94.1 PWM控制94.2 UC3842電流型PWM集成控

2、制芯片10五、緩沖電路設(shè)計(jì) 13六、功率因數(shù)校正電路.16 7.1功率因數(shù)校正技術(shù)16 7.2單相功率因數(shù)校正電路的基本原理.17七、電路元器件選型 18八、心得體會(huì) 22九、參考文獻(xiàn) 23十、附錄25綜合課設(shè)任務(wù)書題目：6KW開關(guān)電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)目的綜合課程設(shè)計(jì)是學(xué)生學(xué)完專業(yè)基礎(chǔ)課后的實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。使學(xué)生加深對(duì)所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程內(nèi)容的理解和掌握，了解工程設(shè)計(jì)的一般方法與步驟。設(shè)計(jì)基本條件：輸入電壓：交流三相380（1±10%）V，50Hz輸出電壓：額定直流220V，調(diào)節(jié)范圍180280V輸出電流：最大20A輸入功率因數(shù)：不低于0.92

3、 工作溫度：040課程設(shè)計(jì)任務(wù)1、主電路設(shè)計(jì)，具體包括主電路選型，輸入整流電路設(shè)計(jì)，DC-DC電路設(shè)計(jì)，并完成相應(yīng)參數(shù)計(jì)算與器件選擇2、控制電路設(shè)計(jì)。確定控制電路結(jié)構(gòu)3、功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)（選作）4 、繪制原理圖、編寫說明書設(shè)計(jì)要點(diǎn)1、 了解開關(guān)電源的原理與特點(diǎn)，了解幾種開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案并作出選擇。2、 掌握常用電力電子器件、無源器件等參數(shù)計(jì)算依據(jù)與器件選擇原則。3、 了解影響開關(guān)電源穩(wěn)定性和效率的因素，及提高的具體措施。一、題 目 介 紹開關(guān)電源概念的引入人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄

4、、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類。微型低功率開關(guān)電源開關(guān)電源正在走向大眾化，微型化。開關(guān)電源將逐步取代變壓器在生活中的所有應(yīng)用，低功率微型開關(guān)電源的應(yīng)用要首先體現(xiàn)在，數(shù)顯表、智能電表、手機(jī)充電器等方面。現(xiàn)階段國(guó)家在大力推廣智能電網(wǎng)建設(shè)，對(duì)電能表的要求大幅提高，開關(guān)電源將逐步取代變壓器在電能表上面的應(yīng)用。反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源與一般串聯(lián)式開關(guān)電源的區(qū)別是，這種反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的電壓是負(fù)電壓，正好與一般串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的正電壓極性相反；并且由于儲(chǔ)能電感L只在開關(guān)K關(guān)斷時(shí)才向負(fù)載輸出電流，因此，在相同條件下，反轉(zhuǎn)式串聯(lián)開關(guān)電源輸出的

5、電流比串聯(lián)式開關(guān)電源輸出的電流小一倍。開關(guān)電源的定義一般的電源，如市電、干電池或者蓄電池為原始電源，一般不能直接給設(shè)備供電，也就是設(shè)備工作時(shí)需要的電壓與原是電源電壓不一樣，原始電源必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能達(dá)到設(shè)備所需要的電壓，其功率變換的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示。廣義的說，凡是采用電力電子器件作為開關(guān)管，通過對(duì)開關(guān)管的高頻開關(guān)與關(guān)斷控制，將一種電能形態(tài)轉(zhuǎn)換成為另一種電能形態(tài)的裝置，叫做開關(guān)變換器。以開關(guān)變換器為主要組成部分，用閉環(huán)自動(dòng)控制來穩(wěn)定輸出電壓，并在電路中加入保護(hù)環(huán)節(jié)的電源，叫做開關(guān)電源（Switching Mode Power Supply,SMPS）。如果用DC-DC變換器作為開關(guān)電源的開關(guān)

6、變換器時(shí)，就稱為只留開關(guān)電源。這也就是說DC-DC變換器是開關(guān)電源轉(zhuǎn)換的核心，是開關(guān)電源主電路的主要組成部分輸出直流電壓輸入電壓：交流或者直流需要供電的設(shè)備設(shè)備設(shè)備開關(guān)變換器控制電路圖1-2 功率變換的結(jié)構(gòu)框圖開關(guān)電源的分類開關(guān)電源是現(xiàn)代電子電器和電子設(shè)備（如電視機(jī)、VCD播放機(jī)、計(jì)算機(jī)、測(cè)試儀器、生物醫(yī)學(xué)儀器等）的心臟和動(dòng)力。現(xiàn)代開關(guān)電源分為直流開關(guān)電源和交流開關(guān)電源兩類，前者輸出質(zhì)量較高的直流電，后者輸出質(zhì)量較高的交流電。開關(guān)電源的核心是電力電子變換器。電力電子變換器是應(yīng)用電力電子器件將一種電能轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N或多種形式電能的裝置，按轉(zhuǎn)換電能的種類，可分為四種類型：1） 直流-直流（DC-DC

7、變換器），它是將一種直流電能轉(zhuǎn)換成另一種或多種電壓直流電能的變換器，是直流開關(guān)電源的主要部件；2） 逆變器（DC-AC變換器），是將直流電變換為交流電的電能變換器，是交流開關(guān)電源和不間斷電源（UPS）的主要部件；3） 整流器（AC-DC變換器），是將交流電轉(zhuǎn)換成為一種或多種電壓直流電能變換器，又稱為離線式變換器；4） 交-交（AC-AC變頻器），是將一種頻率的交流電直接轉(zhuǎn)換為另一種恒定頻率或可變頻率的交流電，或是將變頻交流電直接轉(zhuǎn)換為恒頻交流電的電能變換器。這四類變換器可以是單相變換，也可以是雙向變換的。單相電能變換器只能將電能從一個(gè)方向輸入，經(jīng)變換后從另一方向輸出；雙向電能變換器可實(shí)現(xiàn)電能的

8、雙向流動(dòng)。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及思想開關(guān)電源一般主要由主電路、開關(guān)電源控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。為了達(dá)到交-直，交-交，直-直，直-交四種電路的轉(zhuǎn)換，使得電路的效率達(dá)到最高，功耗最小，并且與此同時(shí)又不能破壞本身電路的組成的效果，因此我們要對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐房梢詫⑹须娹D(zhuǎn)換為所需的直流輸出電壓。設(shè)計(jì)的主要思想框圖：輸出直流電220V輸入三相交流電380V濾波整流逆變變壓器整流濾波圖2-1 設(shè)計(jì)框圖過同壓保護(hù)電源主電路通過輸入整流濾波、DC-DC變換、輸出整流濾波將市電轉(zhuǎn)為所需要的直流電壓。開關(guān)電源的主回路可以分為:輸入整流濾波回路、全橋電路、輸出整流濾波三部分。輸入整流

9、濾波回路將交流電通過整流模塊變換成含有脈動(dòng)成分的直流電，然后通過輸入濾波電容使得脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。全橋電路將濾波得到的直流電變換為高頻的方波電壓，通過高頻變壓器傳送到輸出側(cè)。最后，由輸出整流濾波回路將高頻方波電壓濾波成為所需要的直流電壓或電流，主回路進(jìn)行正常的功率變換所需的觸發(fā)脈沖由控制電路提供。一般控制電路應(yīng)具有以下功能:控制脈沖產(chǎn)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、電壓反饋控制電路、各種保護(hù)電路、輔助電源電路。為了使開關(guān)電源設(shè)備正常的工作，使電源的各個(gè)組成部分都能發(fā)揮其最大的效能，就必須讓電源的各個(gè)組成部分相互協(xié)調(diào)、相互協(xié)作、在電源的研制與設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)這方面的問題給予足夠的重視。三、主電路設(shè)計(jì)

10、3.1 主電路選型題設(shè)要求的輸出直流電壓為180伏到280伏，輸出直流電流最大為20安，由功率計(jì)算公式P=UI得，輸出功率為6000瓦左右，由于輸出功率較大，所以選擇全橋電路。而整流電路也選擇三相橋式全控整流電路。由于電源脈動(dòng)的緣故，需要在其兩段并聯(lián)電容進(jìn)行濾波。3.1.1 整流電路三相橋式不可控整流電路是最常見的三相橋式結(jié)構(gòu)，共陰極組陰極連接在一起的3個(gè)二極管（VD1，VD3，VD5）共陽(yáng)極組陽(yáng)極連接在一起的3個(gè)二極管（VD4，VD6，VD2）編號(hào)：1、3、5，4、6、2三相橋式不可控整流電路的特點(diǎn)：（1）2管同時(shí)通形成供電回路，其中共陰極組和共陽(yáng)極組各1，且不能為同1相器件。（2）對(duì)觸發(fā)脈

11、沖的要求：按VD1-VD2-VD3-VD4-VD5-VD6的順序，相位依次差60°。共陰極組VD1、VD3、VD5的脈沖依次差120°，共陽(yáng)極組VD4、VD6、VD2也依次差120°同一相的上下兩個(gè)橋臂，即VD1與VD4，VD3與VD6，VD5與VD2，脈沖相差180°。電路原理圖:圖3-1三相橋式不可控全控整流電路設(shè)二極管在距線電壓過零點(diǎn)角處開始導(dǎo)通，并以二極管VD6和VD1開始同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn)，則波形為：O圖3-2 三相橋式不可控整流電路的輸出波形時(shí) 段共陰極組中導(dǎo)通的二極管VD1VD1VD3VD3VD5VD5共陽(yáng)極組中導(dǎo)通的二極管VD6VD

12、2VD2VD4VD4VD6整流輸出電壓表3-1 三相橋式不可全控整流電路電阻負(fù)載時(shí)晶閘管工作情況設(shè)二極管在距線電壓過零點(diǎn)角處開始導(dǎo)通，并以二極管VD6和VD1開始同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)刻為時(shí)間零點(diǎn),則線電壓為；在時(shí)，二極管VD6和VD1開始同時(shí)導(dǎo)通，直流側(cè)電壓等于；下一次同時(shí)導(dǎo)通的一對(duì)管子是VD1和VD2，直流側(cè)電壓等于。這兩端導(dǎo)通過程之間的交替有兩種情況，一種是在VD1和VD2同時(shí)導(dǎo)通之前VD6和VD1是關(guān)斷的，交流側(cè)向直流側(cè)的充電電源是斷續(xù)的，如圖3-2所示；另一邊是VD1一直導(dǎo)通，交替時(shí)由交替時(shí)由VD6導(dǎo)通換向至VD2導(dǎo)通，是連續(xù)的?；诙咧g的臨界情況是，VD6和VD1同時(shí)導(dǎo)通的階段與VD1和

13、VD2同時(shí)導(dǎo)通的階段在處恰好銜接起來，恰好連續(xù)。有前面所述“電壓下降速度相等”的原則，可以確定臨界條件。3.1.2 全橋電路由于輸出功率太大達(dá)6000W左右，所以選擇全橋電路且全橋電路適用于大功率，高電壓場(chǎng)合。電路原理圖：圖3-3全橋電路圖3-4 主要輸出波形工作原理：如圖3-2所示為一個(gè)全橋電路，與半橋變換器的電路比較，兩個(gè)電容由兩個(gè)晶體管代替，同樣每個(gè)功率管并聯(lián)一個(gè)二極管。兩個(gè)橋臂V1和V3的中點(diǎn)與V2和V4的中點(diǎn)之間的電壓作為橋的輸出，在兩中點(diǎn)之間可直接連接負(fù)載或變壓器。如果要輸出直流電壓，通常在兩中點(diǎn)接變壓器的初級(jí)。同一橋柱兩個(gè)晶體管不能同時(shí)導(dǎo)通，否則將發(fā)生電源短路。只有對(duì)角兩個(gè)晶體管

14、同時(shí)導(dǎo)通，電源才能加在變壓器的初級(jí)。如果V1V4截止，或者V1和V2截止，或者V3和V4截止，則變壓器的初級(jí)電壓為零。只要遵循這一原則驅(qū)動(dòng)晶體管，就可以控制輸出電壓的大小，不同的驅(qū)動(dòng)策略可得到相同的輸出電壓。圖3-3中來濾波電容的作用：三相全波整流輸出的直流脈動(dòng)頻率300Hz，為了供給逆變平滑的直流電壓，必須輸入整流電路和逆變器之間加入濾波電容，以減小整流輸出后直流電的交流成分。濾波電容一用電解電容器。電解電容Cd往往只被人們誤解只是濾波電容。實(shí)際上，電解電容Cd除了濾波意外更重要的的作用是吸收負(fù)載電感的反饋能量，起無功功率存儲(chǔ)交換的作用。電容不僅增加了變器的效率，而且保證了逆變器的可靠運(yùn)行。

15、四、 PWM控制電路設(shè)計(jì)在開關(guān)電源中，功率級(jí)都是直流輸入，因此電感電流是鋸齒波，將這個(gè)鋸齒波與誤差電壓比較，也能用來作為占空比的調(diào)節(jié)。因?yàn)橐€(wěn)定輸出電壓，還要電壓采樣，所以是雙環(huán)。內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是電壓環(huán)。如圖4-1所示是雙閉環(huán)控制框圖，把變換器分成兩個(gè)環(huán)路控制，電流控制環(huán)的電流取自功率開關(guān)或?yàn)V波電感中的電流，外環(huán)為電壓控制環(huán)，取自于輸出端電壓。因此在每個(gè)開關(guān)脈沖周期中不僅可以響應(yīng)負(fù)載電壓的變化，而且可以響應(yīng)負(fù)載電流的變化。其主要特點(diǎn)是：電壓環(huán)控制環(huán)路的電壓設(shè)置閾值，而在電壓閾值內(nèi)電流內(nèi)環(huán)調(diào)整開關(guān)或初級(jí)電路中的峰值電流。輸出電流正比于功率開關(guān)或?yàn)V波電感中的電流，因此整個(gè)電路還具有限流作用，電

16、流控制模式比電壓控制模式更具有優(yōu)越的電網(wǎng)調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。PWM脈寬調(diào)制器開關(guān)電源只對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，屬于電壓型控制的單環(huán)控制；而電流型控制是在電壓型控制的基礎(chǔ)上增加了電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制，使得電源的電網(wǎng)調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率及瞬間響應(yīng)特性都有所提高，且電路比較簡(jiǎn)單。-電壓調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié) PWM功率開關(guān)L負(fù)載圖4-1 PWM控制結(jié)構(gòu)接在交流電網(wǎng)上的開關(guān)電源如果不采取功率校正電路，給電網(wǎng)造成功率因數(shù)底下，電壓波形發(fā)生畸變的后果。功率因數(shù)校正分為無源型和有源型兩大類，此電路需要有源功率校正。采用Boost電路構(gòu)成的APFC電路，它成本低電路簡(jiǎn)單，是應(yīng)用最廣泛的的功率因數(shù)校正電路。與整流橋串聯(lián)的電感能減

17、小高頻噪聲，減小輸出濾波器的體積。對(duì)于接入電網(wǎng)的開關(guān)電源，一般有兩級(jí)電路，前級(jí)進(jìn)行PFC校正，后級(jí)進(jìn)行PWM諧振控制。應(yīng)運(yùn)而生的PFC和PWM的復(fù)合控制芯片面世，采用美國(guó)UC3842芯片。4.1 UC3842電流型PWM集成控制芯片： 圖4-2 UC3842引腳圖UC3842引腳功能表：引腳號(hào)引腳符號(hào)功 能引腳號(hào)引腳符號(hào)功 能1COMP補(bǔ)償端5GND地2反饋電壓輸入端6OUTPUT輸出端，圖騰柱輸出，有利于關(guān)斷3電流檢測(cè)端7電源輸入端4振蕩器電阻和電容8基準(zhǔn)端表4-1 UC3842引腳功能UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：圖4-3 UC3842內(nèi)部電路框圖4.2 芯片各個(gè)管腳的接法供電電源和基準(zhǔn)電壓：7

18、腳為即供電電源，8腳為基準(zhǔn)電壓，內(nèi)部有一個(gè)欠壓保護(hù)UVLO電路。輸入電壓高于上限電壓（UC3842為16V）時(shí)，基準(zhǔn)電源工作，一方面給內(nèi)部電路供電同時(shí)在8腳輸出基準(zhǔn)電壓=5V，芯片工作時(shí)耗電約為15mA。當(dāng)輸入電壓小于UVLO下限電壓（UC3842為10V）時(shí)，基準(zhǔn)電壓=0V輸出為零，內(nèi)部供電切除，輸入僅流過備用電流，且小于1mA，輸入電壓最高值不應(yīng)超過34V，由內(nèi)部穩(wěn)壓管限幅。由于開啟電壓與關(guān)斷電壓由UVLO遲滯比較器決定，消除了“拍合”現(xiàn)象的干擾。振蕩器：如圖4-4所示，4腳為為振蕩器，接和,一般接在基準(zhǔn)電源8腳與4腳之間，接在4腳與5腳地之間。當(dāng)<時(shí)，;當(dāng)>時(shí)，,取=7.，,

19、則=104kHz,適當(dāng)調(diào)節(jié)電阻可以調(diào)定工作頻率。誤差放大器：如圖4-5所示是誤差放大器（Error Amplifier, EA）原理圖，2腳為電壓反饋端。是誤差放大器的反相輸入端，同相輸入端接內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓，電壓檢測(cè)信號(hào)直接接到2腳。圖4-5 誤差放大器圖4-4 振蕩器設(shè)定電路 1腳為補(bǔ)償端COMP，也是誤差放大器的輸出端。如果輸出與輸入不隔離，則1腳與2腳之間借閉環(huán)校正補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。通常是RC阻容網(wǎng)絡(luò)，同于消除電路中產(chǎn)生的振蕩。電流檢測(cè)電路：如圖4-6所示，3腳為電流檢測(cè)端，檢測(cè)電流波形為鋸齒波，與誤差放大器的誤差電壓比較。比較電壓為1V，檢測(cè)電流的最大值為,和為電流檢測(cè)的濾波電路。圖4-

20、6 電流檢測(cè)電路圖4-7所示是UC3842的主要工作波形，當(dāng)電路的供電電壓Ui低于欠壓下限時(shí)，電路只流過小于1mA的備用電流。當(dāng)供電電壓大于欠壓上限時(shí)，內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓通過Rr對(duì)Cr充電，電容上電壓Ucr按指數(shù)規(guī)律上升。當(dāng)電容電壓上升到上線電平時(shí)，與電壓型控制芯片一樣，內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，電晶體管導(dǎo)通，電容Cr放電。當(dāng)放電到電容的下限電平時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，放電晶體管截止，電容Cr。再次充電，振蕩器往復(fù)振蕩。在每次放電時(shí)發(fā)出一個(gè)振蕩頻率的脈沖OSC當(dāng)OSC脈沖下降沿，輸出OUTPUT轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，變換器輸出晶體管導(dǎo)通晶體管電流斜坡上升。晶體管檢測(cè)電流送到Isense端，與誤差放大器輸出EA比較

21、，比較輸出信號(hào)控制脈寬調(diào)制鎖存器PWM Latch翻轉(zhuǎn)。當(dāng)電流超過某一值時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖?，關(guān)斷變換器功率晶體管，結(jié)束導(dǎo)通時(shí)間。 圖45 PWM輸出波形五、緩沖電路設(shè)計(jì)電力電子裝置中可能發(fā)生的過電壓分為外因過電壓和內(nèi)因過電壓兩類。外因過電壓主要來自雷擊和系統(tǒng)中的操作過程等外部原因，包括：操作過電壓：由分閘，合閘等開關(guān)操作引起的過電壓，電網(wǎng)側(cè)的操作過電壓會(huì)由供電變壓器電磁感應(yīng)耦合，或由變壓器繞組之間的存在的分布電容靜電感應(yīng)耦合過來。雷擊過電壓：由雷擊引起的過電壓。內(nèi)因過電壓主要來自電力電子裝置內(nèi)部器件的開關(guān)過程，包括：換相過電壓：由于晶閘管或者與全控型器件反并聯(lián)的續(xù)流二極管在換相結(jié)束后

22、不能恢復(fù)阻斷能力時(shí)，因而有較大的反向電流通過，使殘存的載流子恢復(fù)，而當(dāng)其恢復(fù)了阻斷能力時(shí)，反向電流急劇減小，這樣的電流突變會(huì)因線路電感而在晶閘管陰陽(yáng)極這間或與續(xù)流二極管反并聯(lián)的全控型器件兩端產(chǎn)生過電壓。關(guān)斷過電壓：全控型器件在較高頻率下工作，當(dāng)器件關(guān)斷時(shí)，因正向電流的迅速降低而線路電感在器件兩端感應(yīng)出的過電壓。電力電子電路運(yùn)行不正?；蛘甙l(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)發(fā)生過電流現(xiàn)象。過電流分載和短路兩種情況。一般電力電子均同時(shí)采用幾種過電壓保護(hù)措施，怪提高保護(hù)的可靠性和合理性。在選擇各種保護(hù)措施時(shí)應(yīng)注意相互協(xié)調(diào)。通常，電子電路作為第一保護(hù)措施，快速熔斷器只作為短路時(shí)的部分區(qū)斷的保護(hù)，直流快速斷路器在電子電力

23、動(dòng)作之后實(shí)現(xiàn)保護(hù)，過電流繼電器在過載時(shí)動(dòng)作。采用快速熔斷器（簡(jiǎn)稱快熔）是電力電子裝置中最有效，應(yīng)用最方泛的一種過電流保護(hù)措施。此外，常在全控型器件的驅(qū)動(dòng)電路中設(shè)置過電流保護(hù)環(huán)節(jié)，這種措施對(duì)器件過電流的響應(yīng)最快。解決方法：采用緩沖電路進(jìn)行保護(hù)。它由RCD和RLD緩沖電路復(fù)合而成，原理圖如圖6-3所示RCD和RLD緩沖電路1、 關(guān)斷緩沖電路由R、C、VD組成的雙極型功率管關(guān)斷緩沖電路如圖6-1所示。當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，電容C端電壓為晶體管飽和降壓，接近零電壓。關(guān)斷時(shí)，為給感性負(fù)載電流iL通路，二極管VD導(dǎo)通將R短路，給電容C快速充電，晶體管VT的C、E兩端電壓被電容電壓C鉗位。由于晶體管由導(dǎo)通到截止的開

24、關(guān)時(shí)間很短，電感中的電流iL基本不變，晶體管減少的電流就是電容充電增加的電流iL。如果電容C足夠大，在晶體管電流下降到零截止時(shí)，電容電壓很低，晶體管關(guān)斷損耗很低。電感電流繼續(xù)對(duì)電容充電，直至電容電壓達(dá)到晶體管截止電壓。當(dāng)晶體管再次開通時(shí)，C、E兩端電壓為零，電容C通過限流電阻R、晶體管CE極放電到零，為下一次關(guān)斷做準(zhǔn)備。假定開關(guān)期間電感電流iL為常數(shù)，在下降時(shí)間內(nèi)晶體管電流線性下降，則流經(jīng)電容電流線性增加，如果在晶體管電流下降時(shí)間tf結(jié)束時(shí)，晶體管CE兩端電壓不超過截止時(shí)承受的電壓U，則電容上的電壓為因此可選擇為保證在晶體管最小導(dǎo)通時(shí)間Tomin內(nèi)必須釋放完，時(shí)間常數(shù)小于4RC，電阻應(yīng)滿足電阻

25、消耗的能量實(shí)際上是晶體管截止時(shí)電容存儲(chǔ)的能量，為了可靠起見，選擇電阻的功率是實(shí)際損耗功率的2倍，即功率管開通時(shí)，電容C放電給功率管的附加峰值電流為2、 開通緩沖電路在電感電流（磁勢(shì)）連續(xù)的電路中，晶體管VT由截止到開通的電流上升時(shí)間內(nèi)，承受很大的開關(guān)應(yīng)力。有些電路利用變壓器的漏感延緩開通。如不能利用，一般用如圖6-2所示的RLD電路與晶體管串聯(lián)。在晶體管截止時(shí)，電感L中電流為零；當(dāng)晶體管開通時(shí)，由于電感電流不能突變，達(dá)到晶體管零電流開通。如開關(guān)頻率為f，晶體管電流上升時(shí)間為tr，開通后穩(wěn)態(tài)電流為I，截止時(shí)承受電壓為U，由對(duì)偶關(guān)系得到當(dāng)晶體管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時(shí)，電感電流不能突變，經(jīng)過電阻R，二極管

26、VD釋放電感L中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量。為保證開通時(shí)零電流開通，在最短截止時(shí)間Toffmin（必須大于4個(gè)時(shí)間常數(shù)，即）內(nèi)，確保晶體管電流下降到零，即應(yīng)滿足式中：Toffmin為晶體管最小截止時(shí)間。同樣，電阻上消耗的能量是電感里存儲(chǔ)的能量，選擇電阻的功率是實(shí)際損耗功率的2倍，則關(guān)斷時(shí)給功率管附加電壓為。 圖6-1 雙極型功率管關(guān)斷緩沖電路 圖6-2 開通緩沖電路復(fù)合緩沖電路：緩沖電路（snubber circuit）又稱吸收電路，是一直電力電子器件的內(nèi)因過壓、過流、di/dt、du/dt，減少器件的開關(guān)損耗。通常緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，開通緩沖電路稱為di/dt抑制電路l 開通緩沖電路：抑制di/d

27、t，減小開通損耗l 關(guān)斷緩沖電路：吸收關(guān)斷損耗，抑制du/dt如下兩種電路：l 0開通時(shí)，如果沒有抑制電路，電流會(huì)迅速上升，di/dt很大有抑制電路。有則不同，0開通時(shí)，緩沖電容6先通過5向0放電，使電流i6先上一個(gè)小臺(tái)階，以后由于抑制電路中得2，i6緩慢上升。l 0關(guān)斷時(shí)，沒有緩沖電路和抑制電路使得過電壓和du/dt增大，也使得2中積蓄的能量不能釋放。有則不同，0關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過4向6分流，減輕0的負(fù)擔(dān)，2中積蓄的能量也可以通過3向1釋放六、功率因數(shù)校正電路6.1 功率因數(shù)校正技術(shù)以開關(guān)電源為代表的各種電力電子裝置給工作生產(chǎn)和和會(huì)生活帶來了極大的進(jìn)步，然而也帶來了一些負(fù)面的問題。通常，開

28、關(guān)電源的輸入級(jí)采用二級(jí)管構(gòu)成的不可控容性整流電路。這種電路的有點(diǎn)事結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高，但缺點(diǎn)是輸入電流不是正弦波。究其產(chǎn)生這一問題的原因，在于二極管整流電路不具有對(duì)輸入電流的可控性，當(dāng)電源電壓高于電容電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源電壓低于電容電壓時(shí)，二極管不導(dǎo)通，輸入電流為零，這樣就形成了電源電壓峰值附近的電流脈沖。解決這一問題的辦法就是對(duì)電流脈沖的幅度進(jìn)行抑制，使電流波形盡量接近正弦波，這一技術(shù)成為功率因數(shù)校正（Power Factor Corrrection,PFC）技術(shù)。根據(jù)采用的具體方法不同，可以分為無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。無源功率因數(shù)校正技術(shù)通過二極管整流點(diǎn)了中增加

29、電感、電容等無源元件和二極管元件，對(duì)電路中的電流脈沖進(jìn)行抑制，以降低電流諧波含量，提高功率因數(shù)。有源功率因數(shù)校正技術(shù)采用全控開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)電路對(duì)輸入電流的波形進(jìn)行控制，使之成為與電源電壓同向的正弦波，總諧波含量可以降低至5%一下，而功率因數(shù)能提高0.995，徹底解決整流電路的諧波污染和功率因數(shù)低的問題，從而滿足現(xiàn)行最嚴(yán)格的諧波標(biāo)準(zhǔn)，因此其應(yīng)用越來越廣泛。7.2單相功率因數(shù)校正電路的基本原理開關(guān)電源中常用的單相有源PFC電路以及其主要波形如圖所示 直流電壓給定信號(hào)Ud*和實(shí)際的直流電壓Ud比較后送入電壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流指令信號(hào)Id,Id和整流后的正弦電壓和相乘得到直流輸入直流

30、輸入電流的波形指令信號(hào)I*，該指令信號(hào)和實(shí)際直流電感電流信號(hào)比較后，通過滯環(huán)對(duì)開關(guān)器件進(jìn)行控制，便可是輸入直流電流跟蹤指令值，這樣交流側(cè)電流波形將近似成為與交流電壓同相的正弦波，跟蹤誤差再由滯環(huán)環(huán)寬所決定的范圍內(nèi)。由于采用升壓斬波電路，只要輸入電壓不高于輸出電壓，電感L的電流就完全受開關(guān)S的通斷控制。S開通時(shí)，電感L的電流增長(zhǎng)，S關(guān)斷時(shí)，電感L的電流下降。因此控制S的占空比按正弦絕對(duì)值規(guī)律變化，且與輸入電壓同相，就可以控制電感L的電流下降。從而使輸入電流的波形為正弦波，且與輸入電壓同相，輸入功率因數(shù)為不低于0.92。七、電路元器件選型6.1 二極管選型VD1VD6整流二極管選型參數(shù)：二極管承受

31、的最大反壓為變壓器二次線電壓峰值：考慮二倍安全裕量二極管額定電壓為1200V；二極管承受的最小電壓：電流最大值：，為了安全起見，流過二極管的電流為負(fù)載電流最大值，考慮二倍裕量，二極管額定電流為25A，故整流電路二極管型號(hào)為：MUR30120快速恢復(fù)二極管VD7VD10續(xù)流二極管選型參數(shù)（依據(jù)開關(guān)管的參數(shù)選型）：續(xù)流二極管電流值為36A，考慮安全裕量額定電流為72A，額定電壓為1200V，型號(hào)為MURP72120。VD11VD14整流二極管選型參數(shù)：=233.3V 二極管承受的最大電壓為取兩倍安全裕量為660V，故額定電壓為700V考慮二倍安全裕量，額定電流為40A故型號(hào)為：MUR40706.2

32、 開關(guān)管選型VT1VT4開關(guān)管選型參數(shù):為變壓器二次側(cè)電壓，由設(shè)計(jì)基本條件得出=150V，為變壓器二次側(cè)電流,為變壓器為變壓器一次側(cè)電流，=24A，IGBT模塊每只管上的平均電流額定值（全橋式整流）I=0.5I10=12A式中：為峰值系數(shù)；I為開關(guān)管管上平均電流；1.5為單位時(shí)間過載系數(shù)；1.4為IGBT的減小系數(shù)考慮安全裕量， IGBT的額定電流為72AIGBT上承受的最大電壓為： 式中為安全因數(shù)，值取1.1，1.1為波動(dòng)系數(shù)。 式中1.15為過電壓保護(hù)系數(shù)；為安全系數(shù)，一般取1.1；150為電感引起的尖峰電壓考慮安全裕量，IGBT的額定電壓為1200V。開關(guān)管的選型為：HGTG27N120

33、BN6.3 變壓器選型整流變壓器選型參數(shù)：原邊采用三角形接法，為了消除三相電中的三次諧波，副邊采用星形接法，為了得到零線。額定容量：S=6kw；高壓側(cè)電壓：所以額定取電壓：500V，整流變壓器的型號(hào)：SG-6/0.5三相干式自冷變壓器。高頻變壓器：(1)、磁芯選擇：適用于高頻的磁芯材料有鐵氧體磁芯，鐵粉磁芯以及非晶合金。設(shè)計(jì)時(shí)，要查找三類磁芯的基本特性以選擇合適的磁芯材料，在一般情況下都可選用鐵氧體材料滿足設(shè)計(jì)要求。然后在根據(jù)廠家提供的磁芯材料手冊(cè)(一般可在磁芯廠家網(wǎng)站獲得)選取具體的磁芯材料編號(hào)并獲得其具體特性參數(shù)。磁芯規(guī)格的選取通?？上裙浪阕儔浩鞯男?，然后由輸出功率和估算效率計(jì)算出變壓器

34、的輸人功率，再根據(jù)生產(chǎn)廠家給出的磁芯規(guī)格和傳送功率的關(guān)系數(shù)據(jù)來選擇。如果手頭缺少上述資料，可利用常用Ap法進(jìn)行估算選取。 式中：Ae為磁芯截面積(cm2）；AQ為磁芯窗口面積（cm2）；PT為變壓器的標(biāo)稱輸出功率（W）；Bm是磁芯工作的磁感應(yīng)強(qiáng)度（G）；是線圈導(dǎo)線的電流密度，通常取=23(A/mm2)；Km是窗口填充系數(shù)，一般取0.20.4；為開關(guān)頻率；KC是磁芯的填充系數(shù)，對(duì)于鐵氧體KC=1.0。=2A/mm2其中Ae和Aw可按下面的式子進(jìn)行估算。 根據(jù)圖中提供的磁芯尺寸，我們選擇EE118/170，其磁芯尺寸參數(shù)如表所示 EE型磁芯尺寸表6-1 EE型磁芯尺寸則，cm2，因此EE118/1

35、70磁芯的功率容量為： 而2000W、20kHz的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)功率容量為： AP=187.5可見它明顯小于功率容量乘積值204.33，符合要求。(2)變比：(3)計(jì)算高頻變壓器原邊繞組的匝數(shù)值： 取原邊匝數(shù)41。計(jì)算高頻變壓器副邊繞組的匝數(shù)值： 取整數(shù)時(shí)副邊匝數(shù)為24。(4)、計(jì)算繞組導(dǎo)線線徑副邊繞組導(dǎo)線截面積為： mm2繞組導(dǎo)線規(guī)格的選擇。高頻電流的集膚效應(yīng),使導(dǎo)線的實(shí)際導(dǎo)電截面積減小。因此。在導(dǎo)線選擇上應(yīng)使用多股導(dǎo)線并繞,副邊大電流繞組最好能使用寬而扁的銅帶,寬度與變壓器磁心窗口高度接近,厚度則受2倍的穿透深度限制。表6-2列出了高頻電流穿透銅導(dǎo)線的深度。表6-2 高頻電流穿透銅導(dǎo)線的深度 因?yàn)?所以