全橋開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源

1、濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄第一章 前言11.1 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r11.2 開(kāi)關(guān)電源定義21.3 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史及其應(yīng)用范圍21.4 開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)分析研究41.5 全橋開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用技術(shù)41.6 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及參數(shù)4第二章 電子元器件及部分電路介紹62.1 二極管組成電路分析62.1.1 整流橋電路72.1.2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路82.2 三極管及其組成電路分析92.2.1 圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路102.2.2 共射放大電路102.3 場(chǎng)效應(yīng)管及其組成電路分析122.3.1 場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路12第三章 全橋拓?fù)湓?43.1基本工作原理143.2 全橋變換器設(shè)計(jì)163.2.1

2、 最大導(dǎo)通時(shí)間、初級(jí)繞組圈數(shù)選擇163.2.2 初級(jí)電流、輸出功率、輸入電壓的關(guān)系163.2.3 初級(jí)線徑的選擇163.3 變壓器初級(jí)隔直電容的選擇17第四章 UC3895芯片外圍電路設(shè)計(jì)184.1 UC3895介紹184.1.1 UC3895原理框圖及特點(diǎn)184.1.2 UC3895引腳功能19 4.2 UC3895 外圍電路計(jì)算20第五章 全橋開(kāi)關(guān)電源硬件設(shè)計(jì)225.1 穩(wěn)壓恒流電路的設(shè)計(jì)225.2 輔助電源的設(shè)計(jì)235.3 主功率板總圖255.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)26結(jié)束語(yǔ)27參考文獻(xiàn)28致謝29I 摘要：本文重點(diǎn)介紹了由UC3895構(gòu)成的相移諧振PWM 控制器的工作原理和他的應(yīng)用，進(jìn)一步設(shè)

3、計(jì)了由UC3895構(gòu)成的全橋移相零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）PWM 開(kāi)關(guān)電源。全橋開(kāi)關(guān)電源采用了圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路，并且驅(qū)動(dòng)電路以隔離的方式驅(qū)動(dòng)MOS開(kāi)關(guān)管，以此來(lái)提高電源的穩(wěn)定性；UC3895采用了ZVS技術(shù)使開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗減小，提高了整個(gè)電路的工作效率。此次開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)重點(diǎn)分析了全橋開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管的零電壓開(kāi)通和零電流關(guān)斷的過(guò)程以及全橋開(kāi)關(guān)的工作原理，而且還闡述了全橋開(kāi)電源相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，以及全橋開(kāi)關(guān)電源今后的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢(shì)。本文選擇了全橋拓?fù)洌治隽穗娫吹耐鈬娐?。UC3895自身帶有自適應(yīng)延遲時(shí)間設(shè)置以及其他的增強(qiáng)邏輯功能，而且UC3895采用了BCDMOS制造工藝，這就使得UC3895的整體

4、性能有了很大的提高。關(guān)鍵詞：全橋穩(wěn)壓技術(shù)；零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)；全橋移相控制技術(shù)。ABSTRACT：This paper mainly introduces the composed of UC3895 phase shift resonant PWM controller working principle and application, further designed composed of UC3895 full bridge phase shifting zero voltage switching (ZVS) PWM switching power supply.Full bridge

5、 adopted the totem poles switch power supply drive circuit, and drive circuit in the form of isolated drive MOS switch tube, in order to improve the stability of the power supply;UC3895 adopted ZVS technology reduce switch tube conduction losses, improve the work efficiency of the whole circuit.The

6、switching power supply design focuses on analyzing the whole bridge opening of zero voltage switch power switch tube and zero current turn off process and the working principle of the full bridge switch and also expounds the application of the whole bridge open power supply related fields, as well a

7、s the whole bridge switching power supply development direction and development trend in the future.This article chose the full bridge topology, the periphery of the power supply circuit is analyzed.UC3895 itself with enhanced adaptive delay time Settings, and other logic function, and BCDMOS UC3895

8、 adopted manufacturing technology, which makes UC3895 overall performance has the very big enhancement.Keywords: zero voltage switching technology； full bridge phase shifting control；resonant converter。1 第一章 前言 小型開(kāi)關(guān)電源主要是以反激拓?fù)錇橹?，反激低噪聲、抗干擾、高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的的小型電源小型化以及高效率主要是由高頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，因此目前都在不斷地開(kāi)發(fā)出高效率新型元器件，特別是不斷

9、地改進(jìn)次級(jí)側(cè)二極管的管壓降、變壓器電容器小型化。該電源電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，總體發(fā)熱量降低，電磁干擾能力增強(qiáng)，并且運(yùn)行可靠，輸出電源質(zhì)量高，是一種高效率的小功率開(kāi)關(guān)電源。簡(jiǎn)單介紹一個(gè)小型電源的原理圖，控制電路主要是由控制芯片OB2530來(lái)控制完成的，另外還加入必要的外圍電路：反饋電路，它是由過(guò)流保護(hù)電路，過(guò)壓保護(hù)電路，穩(wěn)壓電路等組成控制電路。主電路是由整流/濾波電路，Buck電容，高頻變壓器等組成。下圖1.1 OB2530電路原理圖。圖1.1 OB2530電路原理圖1.1 開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r 電力電子技術(shù)在近代社會(huì)正在以一個(gè)高速度不斷的創(chuàng)新發(fā)展，高頻開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用的領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛：1.P

10、C終端設(shè)備，2.通訊家用電器，3.工業(yè)電源，4.航空航天等各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)的電子行業(yè)正迅速崛起，電子產(chǎn)品正在經(jīng)歷一個(gè)迅速發(fā)展的階段。手機(jī)，電腦等PC設(shè)備尤為突出。因此電源的需求與應(yīng)用也變的很迫切。電源有幾種比較常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：1.Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，2.Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，3.推挽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，4.正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，5.反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，6.半橋/全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。其中小功率的開(kāi)關(guān)電源反激拓?fù)鋺?yīng)用的很普遍，技術(shù)已經(jīng)很成熟（150W）以下的開(kāi)關(guān)電源。大功率的開(kāi)關(guān)電源一些工業(yè)電源半橋/全橋拓?fù)鋺?yīng)用的比較廣泛。20世紀(jì)80年代PWM寬帶脈沖調(diào)制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，PWM技術(shù)主要應(yīng)用于電力電子行業(yè)。風(fēng)力發(fā)電，電機(jī)調(diào)速

11、，直流供電等重要領(lǐng)域。PWM技術(shù)的發(fā)展對(duì)節(jié)能環(huán)保方面有一定的積極的意義。正如像臺(tái)達(dá)這些電源大廠的企業(yè)理念“節(jié)能，環(huán)保，愛(ài)地球”極大的提高了電源的效率，這也對(duì)應(yīng)了如今國(guó)家提倡的節(jié)能減排的戰(zhàn)略要求。PWM有很多種的控制方法:1.等脈寬PWM法2.隨機(jī)PWM法3.SPWM法等十幾種方法控制方法。后面我們還會(huì)詳細(xì)的講解PWM脈寬調(diào)制技術(shù)。1.2 開(kāi)關(guān)電源定義線性電源是高頻開(kāi)關(guān)電源迅速發(fā)展和進(jìn)步的基礎(chǔ)，通俗的說(shuō)開(kāi)關(guān)電源是在線性穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上發(fā)展進(jìn)步的。開(kāi)關(guān)電源是開(kāi)關(guān)器件（如：三極管，晶體管等）工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的電源。開(kāi)關(guān)電源中有四大類基本電力電子電路： AC-DC 電路 DC-AC 電路 AC-AC 電

12、路 DC-DC 電路開(kāi)關(guān)電源在實(shí)際應(yīng)用中，比以上四種電子電路范圍要窄的很多。換句話將就是要同時(shí)具備以下的三個(gè)基本條件的電源可稱之為開(kāi)關(guān)電源,這三個(gè)基本條件就是：1.開(kāi)關(guān) 2.高頻3.直流。1.3 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史及其應(yīng)用范圍 線性穩(wěn)壓電源是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展基礎(chǔ)。在開(kāi)關(guān)電源還沒(méi)有出現(xiàn)的時(shí)候，許多工業(yè)控制設(shè)備、PC電源等工作電源都是采用線性穩(wěn)壓電源。但是因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)的不斷跟進(jìn)使得我們需要功能越來(lái)越強(qiáng)大更加完善的開(kāi)關(guān)電源。這就使得市場(chǎng)迫切需要1.體積小2.效率高3.重量輕4.性能好的新型高頻開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展最為強(qiáng)大的動(dòng)力莫過(guò)于它巨大的市場(chǎng)價(jià)值當(dāng)然還有能源方面的能源意義。新型電力電子器件的創(chuàng)

13、新以及高頻率的開(kāi)關(guān)管的出現(xiàn)給開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展提供條件。在上世紀(jì) 60 年代末，巨型晶體管（GTR）的出現(xiàn)，在工程的不斷努力下使得采用高工作頻率的開(kāi)關(guān)電源得以問(wèn)世，那時(shí)確定的開(kāi)關(guān)電源的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一直沿用至今，如上文我們已經(jīng)提到過(guò)的Buck拓?fù)?，Boost拓?fù)?，推挽變換器，正激變換器，反激變換器，半橋/全橋拓?fù)涞?。電源的開(kāi)關(guān)頻率這幾年得到了很大的提升完全得益于MOSFET 在開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的使用，使得電源體積變得更小，重量變得更輕，功率密度也得到了改善。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率不斷的提高也引起了很多的問(wèn)題，比如電磁干擾問(wèn)題，為了能夠更好的解決電磁干擾的問(wèn)題就出現(xiàn)了一個(gè)新的技術(shù)，軟開(kāi)關(guān)技術(shù)開(kāi)關(guān)電路它的出現(xiàn)使得開(kāi)

14、關(guān)電源技術(shù)進(jìn)一步提升。在后來(lái)在上世紀(jì) 90 年代開(kāi)始，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)成為了開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的瓶頸，工程師們也不斷的去想各種辦法去提高開(kāi)關(guān)電源的功率因數(shù)（PFC）。出現(xiàn)了功率因數(shù)校正技術(shù)（PFC）可以分為： 1.主動(dòng)式PFC 2.被動(dòng)式PFC 目前除了對(duì)直流輸出電壓的輸出紋波要求極高的場(chǎng)合外，高頻開(kāi)關(guān)電源慢慢的取代了線性穩(wěn)壓電源，主要用于小功率場(chǎng)合。比如：電視機(jī)、電腦、計(jì)算機(jī)、各種電子儀器儀表的電源。在比較多的中大容量范圍，開(kāi)關(guān)電源慢慢取代了相控電源，比如：1.通信電源領(lǐng)域2.電鍍裝置3.電焊機(jī)4.工業(yè)設(shè)備等的電源等。開(kāi)關(guān)電源的主電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部分。我們一般根據(jù)以下的三個(gè)原則對(duì)開(kāi)關(guān)

15、電源斤西瓜以下分類根據(jù)： 1. 電能回饋能力 2. 輸出端與輸入端是否電氣隔離 3. 電路的結(jié)構(gòu)形式。我們可以發(fā)現(xiàn)隔離型電路在實(shí)際應(yīng)用中較廣泛推廣。而非隔離型電路較少如圖 1.2 電源拓?fù)浞植紙D：反激拓?fù)浞歉綦x非反饋型開(kāi)關(guān)電源正激拓?fù)涓綦x全橋拓?fù)涓綦x半橋拓?fù)浞歉綦x反饋型圖1.2 電源拓?fù)浞植紙D1.4 開(kāi)關(guān)電源控制技術(shù)分析研究 開(kāi)關(guān)電源可以分為電壓控制模式和電流控制模式兩種控制模式：雙環(huán)控制電壓控制模式電源控制模式電流控制模式單環(huán)控制 單電流模式控制技術(shù)可以較好地解決大功率電源的并聯(lián)問(wèn)題， 電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能更好，變壓器的偏磁情況、電源模塊的過(guò)載或短路保護(hù)等得到明顯的改善。所以在電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中

16、電流模式得到廣泛的應(yīng)用。1.5 全橋開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用技術(shù) 1.PWM高頻調(diào)制技術(shù) 2.軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 3.處理網(wǎng)側(cè)諧波電流 4.提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)以上先進(jìn)的的電力電子技術(shù)的應(yīng)用引入高效、高性能、高功率因數(shù)和低污染的新趨勢(shì)。使得電源的發(fā)展： 1.正向高頻化 2.高功率密度 3.高功率因數(shù) 4.高可靠性和高智能化1.6 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容及參數(shù)本次設(shè)計(jì)采用相移脈寬調(diào)制諧振控制器UC3895芯片，這種介紹了UC3895的外圍電路設(shè)計(jì)以及在開(kāi)關(guān)源中的應(yīng)用。UC3895是相移諧振DC/DC變換的PWM 控制器，UC3895的功能及特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)。1. UC3895增加了自我適應(yīng)的延遲時(shí)間設(shè)置還有其他的邏輯功能模塊設(shè)置。

17、2. 先進(jìn)的BCDMOC工藝制造用在了這顆芯片的身上，使得UC3895的性能得到了很大的提高。特別是處理信號(hào)的速度上。3.這顆芯片也是一種DC/DC變換器的控制芯片。4.UC3895內(nèi)部設(shè)置有軟開(kāi)關(guān)設(shè)置，所以它能實(shí)現(xiàn)全橋零電壓軟開(kāi)關(guān)功率變換電路,他也有控制電路簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定可靠。文中同時(shí)也有介紹 ZVS 逆變電路的各個(gè)開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)的工作模式，系統(tǒng)的闡述了各個(gè)電子元器件的性能參數(shù)以及他們的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，還有設(shè)計(jì)了UC3895外圍電路設(shè)計(jì)包括延遲時(shí)間的設(shè)定，逆變電路的設(shè)計(jì)，不可控整流電路的設(shè)計(jì)，電壓檢測(cè)反饋電路設(shè)計(jì)，過(guò)電流保護(hù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以及他們的動(dòng)態(tài)電路的分析及簡(jiǎn)單計(jì)算，不管電路怎么設(shè)計(jì)，工程

18、師們都盡力的使電路的穩(wěn)定性和安全性進(jìn)一步提高。參數(shù)：1輸入電壓：220VAC±20%，50Hz。2輸出48V-3.3V/15A，輸出紋波50mV,開(kāi)關(guān)噪聲<200mV。3輸入對(duì)地隔離電壓1500VAC(10mA漏電流,1分鐘打壓)。4要求選用UC3895作為PWM控制芯片,全橋主電路。第二章 電子元器件及部分電路介紹 在開(kāi)關(guān)電源中，電力電子器件是完成電能轉(zhuǎn)換以及主電路拓?fù)渲凶顬殛P(guān)鍵的元件。為了降低電子元器件在工作狀態(tài)的功率損耗以及提高開(kāi)關(guān)電源的整機(jī)效率，開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管一般工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由此我們命名他們?yōu)殚_(kāi)關(guān)元器件開(kāi)關(guān)元器件的應(yīng)用極大的提高了開(kāi)關(guān)電源的效率。電力電子器件種類

19、很多，我們根據(jù)電子元器件在電路中被控制的程度進(jìn)行了一下的分類。1：不可控器件，即二極管；2：半控型器件，主要包括晶閘管及其派生器件；3：全控型器件，主要包括絕緣柵雙極型晶體管、電力晶體管、電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。隨著電子半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，他們的性能都在不斷地提高，功耗不斷的下降。這就極大的提高了開(kāi)光電源的整機(jī)的功率密度以及電源高頻話的發(fā)展。我們只有不斷地探索，創(chuàng)新了解電力電子器件的特性，這樣才能設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)電源。 二極管是最為簡(jiǎn)單普遍但在開(kāi)關(guān)電源中十分重要的電力電子器件，在開(kāi)關(guān)電源的輸入整流電路、逆變電路、輸出高頻整流電路以及緩沖電路中都有所使用。二極管的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

20、開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的二極管除電壓、電流等參數(shù)與電子電路中的二極管有較大差別外，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理是相同的，都是由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成，即P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合構(gòu)成。如圖2.1二極管。2.1 二極管組成電路分析 圖2.1 二極管2.1.1 整流橋電路 整流橋電路就是把我們用的交流電通過(guò)整流橋轉(zhuǎn)換為直流電的電路。整流電路可以分為一下三種： 1.半波整流電路 2.全波整流電路 3.橋式整流電路 這三種整流電路主要就是利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，整流二極管的導(dǎo)通電壓由輸入交流電壓提供。下圖2.2所示整流橋電路，他就是利用二極管的單向?qū)щ姷幕咎匦詠?lái)整流的電路，使交流電轉(zhuǎn)換成了直流電。達(dá)到了整流的目的。整流

21、橋電路是對(duì)半波整流電路的一種改進(jìn)。它能獲得半波整流所不能得到的下半部分的波形，這就使得整流的效率提高。橋式整流電路的原理非常簡(jiǎn)單，它就是利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。正弦波是能夠順利導(dǎo)通，負(fù)弦波是二極管2,3的作用使得電流正向流出，得到了直流電。利用二極管單向?qū)ǖ奶匦?，但也要特別注意二極管的反向耐壓值，如果超出二極管就會(huì)被擊穿，橋式整流我們由定義可以看出對(duì)輸入正弦波的利用效率比半波整流高出一倍，因?yàn)檎也ǖ呢?fù)半軸也被利用了。由此也提高了電能的利用效率。橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成直流電的第一步后面還要有直流電的濾波整流，雷擊浪涌的整改等一系列問(wèn)題。橋式整流是由4只整流二極管作橋式連接，它的封裝工藝現(xiàn)在

22、已經(jīng)很完善。橋式整流器品種多，性能優(yōu)良，整流效率高，穩(wěn)定性好。 二極管有以下幾個(gè)參數(shù)特性： 1：最大整流電流 （IF） 2：最高反向工作電壓（Udrm） 3：反向電流（Idrm） 4：動(dòng)態(tài)電阻（Rd） 5：最高工作最高頻率（Fm） 圖2.2 橋式整流器2.1.2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 二極管的反向擊穿時(shí)它的電流在一定的范圍波動(dòng)但是二極管的電壓保持不變，利用二極管的這一特性我們就能制作成穩(wěn)壓二極管，它的主要作用就是穩(wěn)壓作用。在臨界反向擊穿電壓前穩(wěn)壓二極管都有很高電阻的半導(dǎo)體器件，這就使得穩(wěn)壓二極管的兩端的電壓是保持不變?cè)谝欢ǖ碾娏鞣秶鷥?nèi)，具有很好的穩(wěn)壓特性下圖的曲線可知，串聯(lián)起來(lái)的穩(wěn)壓二極管可以在較高

23、的電壓上使用，串聯(lián)起來(lái)的穩(wěn)壓二極管的兩端可以有很高的電壓。穩(wěn)壓電路和限幅電路根據(jù)這個(gè)特性做成的。下圖為穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線和穩(wěn)壓二極管符號(hào)表示如圖2.3（a）（b）所示。 (a) (b)圖2.3 伏安特性曲線及符號(hào) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)： 1：穩(wěn)定電壓 2：穩(wěn)定電流 3：額定功耗 4：動(dòng)態(tài)電阻 5：溫度系數(shù) 穩(wěn)壓二極管對(duì)電流的要求也很高，比如穩(wěn)壓二極管的反向電流要大于穩(wěn)壓管的最小穩(wěn)定電流在穩(wěn)壓電路中，電流如果過(guò)小的話會(huì)造成穩(wěn)壓電路不穩(wěn)定工作穩(wěn)壓二極管不穩(wěn)壓。穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)壓電流我們也要注意，不能超過(guò)穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)壓電流，超過(guò)穩(wěn)壓管最大穩(wěn)壓電流的話就會(huì)造成穩(wěn)壓管損壞。為了解決這個(gè)問(wèn)題我們?cè)诜€(wěn)

24、壓電路中要串聯(lián)了一個(gè)穩(wěn)壓電阻圖2.4中的 R來(lái)限制電流，這個(gè)電阻我們叫做限流電阻。將限流電阻的R值計(jì)算在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，才能保證穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)定狀態(tài)，起到穩(wěn)壓的作用。如圖2.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。 圖2.4 穩(wěn)壓管電路2.2 三極管及其組成電路分析 半導(dǎo)體三極管我們簡(jiǎn)稱它為三極管，也有的叫法雙極型晶體管和晶體三極管，三極管它是一種電流控制的半導(dǎo)體器件，三級(jí)管有將電流信號(hào)放大的作用，它是電源電路中的核心元件。三極管由三部分組成組成的方式如圖2.5(a)(b)分別為N溝道三極管P溝道三極管。 1.基區(qū)， 2.發(fā)射區(qū) 3.集電區(qū) 圖2.5(a) 圖2.5(b)圖2.5 N溝道三極管P溝道三極管2.

25、2.1 圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路 圖2.6是一個(gè)圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路。圖騰柱就是上下各一個(gè)晶體管，上管為NPN型三極管，下管為PNP型三極管。兩個(gè)基極極接到一起接輸入，上管的發(fā)射極和下管的集電極接到一起接輸出。來(lái)匹配電壓或者提高M(jìn)OS的驅(qū)動(dòng)能力。圖2.6 圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路2.2.2共射放大電路共發(fā)射極放大電路中，三極管的基極與發(fā)射極組成了共發(fā)射極放大電路的輸入端，脈沖信號(hào)的交流通路里看，三極管的集電極和發(fā)射極組成了共發(fā)射極放大電路的輸出端。當(dāng)放大電路以發(fā)射極是共同端時(shí)稱為共發(fā)射極放大電路。如圖2.7是阻容耦合共射放大電路圖，2.8是直接耦合共射放大電路圖。容耦合共射放大電路圖中C1是輸入電容，C2是輸出電容，三

26、極管就是起放大作用的器件，R1是基極偏置電阻，R2是集電極負(fù)載電阻。1、3端是輸入，2、3端是輸出。3端是公共點(diǎn)，通常是接地的，也稱“地”端。 圖2.7 阻容耦合共射放大電路圖2.8 直接耦合共射放大電路2.3 場(chǎng)效應(yīng)管及其組成電路分析場(chǎng)效應(yīng)晶體管有兩種類型，第一種：junction FETJFET第二種：金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管他是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電它具有單極性導(dǎo)電的特性所以也叫做單極性晶體管。單極性晶體管它是由電壓控制的半導(dǎo)體器件。單極性晶體管具有： 1. 輸入電阻高；2. 噪聲?。?. 功耗低；4. 動(dòng)態(tài)范圍大；5. 易于集成；6. 沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)

27、象優(yōu)點(diǎn)。場(chǎng)效應(yīng)管是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。場(chǎng)效應(yīng)晶體有以下主要參數(shù)： 1.夾斷電壓； 2.飽和漏源電流； 3.開(kāi)啟電壓； 4.漏源擊穿電壓； 5.最大漏源電流。2.3.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路使用MOS管相對(duì)于三極管有以下優(yōu)點(diǎn)：1.MOS管是電壓控制的電子元器件，并且具有驅(qū)動(dòng)能力小的特點(diǎn)。2.MOS管大多都是載流子的器件，它沒(méi)有二次擊穿而且熱穩(wěn)定性比較好。所以場(chǎng)效應(yīng)晶體管是是開(kāi)關(guān)電源小型化，高效率化的重要器件。特別是在開(kāi)關(guān)電源工作在高頻時(shí)（100KHZ），MOS 的有點(diǎn)更為突出。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本形式如圖2.9 TTL驅(qū)動(dòng)MOSFET。圖2.9 T

28、TL驅(qū)動(dòng)MOSFET第三章 全橋拓?fù)湓砣珮蜷_(kāi)關(guān)電源拓?fù)淙鐖D3.1所示，全橋變換器與采用了倍壓整流電路和全橋整流電路。所以全橋電壓可以構(gòu)造出440V的離線變壓器全橋拓?fù)涞膬?yōu)點(diǎn)是初級(jí)側(cè)可以得到幅值為±VDC的方波電壓。圖3.1中全橋變換器有兩個(gè)輸出，及主輸出VOM和輔助輸出VOI.電路在工作的過(guò)程中MOS管Q1和Q4, Q2和Q3兩組MOS交替導(dǎo)通半個(gè)周期，但是如果Q1,Q2,Q3,Q4同時(shí)導(dǎo)通的話MOS管就會(huì)燒壞。不考慮MOS 的導(dǎo)通壓降的問(wèn)題，我們就會(huì)得到初級(jí)電壓幅值為VDC脈寬為t的交變方波如圖3.2方波圖。3.1基本工作原理我們知道市電的電壓是不穩(wěn)定的，所以我們得到的方波并不是

29、一致不變的，這就需要我么在電路中設(shè)置反饋環(huán)檢測(cè)輸出電壓的變化，檢測(cè)到輸出不穩(wěn)定時(shí)及時(shí)的調(diào)制脈寬及占空比，達(dá)到在市電復(fù)雜變化的情況下保證負(fù)載得到的穩(wěn)定電壓。但是負(fù)載變化時(shí)，輔助輸出的變化為百分之5-8之間。圖3.1 全橋變換器圖3.2 方波圖 由上圖我們假設(shè)晶體管MOS 的導(dǎo)通壓降為1V，肖特基整流管的壓降為0.5，輔助輸出的二極管為1V.由此我們可以計(jì)算出變壓器的電壓為： 輔助電壓計(jì)算： (3-1a) (3-1b) 主輸出電壓計(jì)算： (3-2a) (3-2b)由上面的公式我們可以看出全橋拓?fù)渑c其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理相同，當(dāng)市電出現(xiàn)變化上升或下降時(shí)，UC3895就會(huì)進(jìn)行一定比列的脈寬調(diào)節(jié)增大脈寬或減

30、小脈寬，是輸出電壓保持穩(wěn)定。就是通過(guò)保持VT乘積不（伏秒積平衡）使輸出電壓穩(wěn)定。3.2 全橋變換器設(shè)計(jì)3.2.1 最大導(dǎo)通時(shí)間、初級(jí)繞組圈數(shù)選擇 首先我們上文提到了當(dāng)四只開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，開(kāi)關(guān)管會(huì)燒毀。這就要求開(kāi)關(guān)管最大導(dǎo)通時(shí)間（由公式（3-1b）和（3-2b）可知）出現(xiàn)在直流輸入電壓最低的時(shí)候不超過(guò)半周期的百分之80。從而避免開(kāi)關(guān)管燒壞。根據(jù)電壓方程我們正確的選擇匝比、，使其在一定的電壓范圍內(nèi)變換器仍能保持穩(wěn)定的輸出。3.2.2 初級(jí)電流、輸出功率、輸入電壓的關(guān)系我們假設(shè)設(shè)計(jì)的變換器的效率為百分之90，因此我們可以得到一個(gè)轉(zhuǎn)換關(guān)系，輸入的直流電壓為最小值，選擇的占空比0.8，忽略開(kāi)關(guān)管的到導(dǎo)

31、通壓降，則輸出的公式為： （3-3）即 （3-4）3.2.3 初級(jí)線徑的選擇 因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)定的占空比為0.8，則電流的有效值為，由上式（3-3）可知： 即： （3-5）我們假設(shè)電流的密度為600圓密耳每有效值安培則： 總圓密耳數(shù)= （3-6）3.3 變壓器初級(jí)隔直電容的選擇 圖3.1(a)中,在變壓器的初級(jí)側(cè)我們串聯(lián)了一個(gè)沒(méi)有極性的隔直電容，這樣做的目的是為了避免磁通不平衡的問(wèn)題。全橋開(kāi)關(guān)電源的磁通不平衡雖然不是很嚴(yán)重，但也會(huì)發(fā)生。晶體管一對(duì)半周期開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間可能與另一半導(dǎo)通時(shí)間存在一定的誤差；還有就是開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通壓降也肯能存在不同。這些參數(shù)的不同和一些其他因素的差異都會(huì)導(dǎo)致變換器初級(jí)側(cè)的伏

32、秒積不平衡導(dǎo)致磁通不平衡導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管的損壞。添加初級(jí)隔直電容可以避免磁通不平衡的問(wèn)題，保證了電源的穩(wěn)定性。第四章 UC3895芯片外圍電路設(shè)計(jì)4.1 UC3895介紹 在全橋變換器中，開(kāi)關(guān)管的損耗是造成效率低的一個(gè)主要原因，這就使我們常說(shuō)的開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗。開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗產(chǎn)生的主要原因就是在它導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候，開(kāi)關(guān)管的電壓和電流不為零，我們就稱這種開(kāi)關(guān)的方式為硬開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)管本身存在寄生電感，電容，隨意在導(dǎo)通，關(guān)斷的時(shí)候開(kāi)關(guān)管會(huì)產(chǎn)生很大的電磁干擾。這就促進(jìn)了軟開(kāi)關(guān)的誕生。 導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候，開(kāi)關(guān)管的電壓和電流為零稱為軟開(kāi)關(guān)。就是應(yīng)用LC諧振技術(shù)降低開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，關(guān)斷的時(shí)候和降低。是開(kāi)關(guān)損耗降低，提高

33、開(kāi)關(guān)頻率。UC3895就是用于驅(qū)動(dòng)和控制諧振直流交換器。4.1.1 UC3895原理框圖及特點(diǎn) 下圖4.1是UC3895的原理框圖。UC3895內(nèi)部集成了包括1.誤差放大器2. PWM 比較器3.PWM鎖存器4.延時(shí)電路5.輸出驅(qū)動(dòng)電路等。圖4.1 UC3895原理框圖4.1.2 UC3895引腳功能下圖4.2是UC3895封裝的引腳排列及介紹： 1. EAN腳是UC3895內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端。 2. EAOUT是UC3895是內(nèi)部誤差放大器的輸出端。 3. RAMP腳是UC3895是內(nèi)部誤差PWM 比較器的反相輸入端。 4. REF腳是UC3895內(nèi)部5V 的基準(zhǔn)電壓。它的功能就是為

34、內(nèi)部電路供電，同時(shí)還可提供 5mA 電流為外部負(fù)載。 5GND腳 UC3895內(nèi)部為除輸出級(jí)外，芯片內(nèi)電路的地。 圖4.2 UC3895封裝的引腳排列 6. SYNC 腳為UC3895內(nèi)部振蕩器的同步端。 7. CT腳為UC3895內(nèi)部振蕩器定時(shí)電容。 8. CT腳為UC3895內(nèi)部振蕩器定時(shí)電阻。 9、10.DELAB、 DELCD 為UC3895內(nèi)部輸出端間的延時(shí)調(diào)整。 調(diào)整4只開(kāi)關(guān)管的死區(qū)時(shí)間。 11. UC3895內(nèi)部自適應(yīng)延時(shí)設(shè)定電路。 12. CS腳為UC3895內(nèi)部電流取樣。 13、14、17、18.OUTAOUTD 腳為UC3895內(nèi)部四個(gè)互補(bǔ)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)器的輸出端。最大輸出驅(qū)動(dòng)

35、電流為 100mA。 15. VDD腳為UC3895內(nèi)部電源電壓端。接 1.0F 以上的旁路電容。 16. PGND腳為UC3895內(nèi)部輸出級(jí)接地端。 19. S/DISB腳為UC3895內(nèi)部軟啟動(dòng)/關(guān)斷端。 20. EAP腳為UC3895內(nèi)部誤差放大器的同相輸入端。4.2 UC3895外圍電路計(jì)算 UC3895相移諧振變換器簡(jiǎn)化電路如圖4.3相移諧振變換器簡(jiǎn)化電路。圖4.3 相移諧振變換器簡(jiǎn)化電路電阻RT和電容CT計(jì)算出振蕩器的工作頻率。震蕩周期近似的由式（4-1）估算。 （4-1）振蕩器通過(guò)對(duì)外部的定時(shí)電容的充放電來(lái)工作的充電電流有RT決定如式（4-2）。 （4-2）振蕩器輸出的時(shí)鐘脈沖波

36、形如圖4.4所示。 斜波電壓的斜率 是由腳EAMP 外接電容 C1 的大小決定的，兩組橋臂可以有不同的延時(shí)時(shí)間，這樣才能適應(yīng)諧振電容充電電流的不同，由式（4-3）決定計(jì)算得出。 （4-3）式中：?jiǎn)挝粸閂，單位為，單位為s。圖4.4 動(dòng)作波形 第5章 全橋開(kāi)關(guān)電源硬件設(shè)計(jì)5.1 穩(wěn)壓恒流電路的設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源要達(dá)到恒定的輸出，必須有穩(wěn)定電壓電流的反饋環(huán)路，如下圖5.1（a）（b）是我們本此次設(shè)計(jì)的恒流穩(wěn)壓反饋環(huán)路。 圖5.1（a） 恒流反饋環(huán)路 圖5.1（b） 穩(wěn)壓反饋環(huán)路 穩(wěn)壓恒流反饋環(huán)路的VC+和IO+,IO-要從輸出端取值如下圖5.2。它們的原理就是當(dāng)輸出電壓電流沒(méi)有達(dá)到額定值時(shí)，使光耦導(dǎo)通

37、或關(guān)閉以調(diào)節(jié)控制器的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓恒流的目的。 圖5.2隔離部分是一個(gè)線性光耦器件，具體參數(shù)都已標(biāo)注。5.2 輔助電源的設(shè)計(jì)輔助電源是給控制部分和驅(qū)動(dòng)部分供電的，是維持電源可靠、穩(wěn)定工作必不可少的部分。采用的方法是：輸入電壓經(jīng)過(guò)電源輸入濾波，取出電壓經(jīng)變壓器變壓，再通過(guò)全波整流、濾波，最后經(jīng)一穩(wěn)壓管得到所需的電壓值。具體電路如圖5.3所示：圖5.3 輔助電源原理圖其中，LM7815為一個(gè)三端穩(wěn)壓管，輸出電壓為+15V，能夠滿足控制電路和驅(qū)動(dòng)電路的需求。全橋整流部分可以選用DB35或MB6S（正向壓降0.8V，反向電流5uA,1A/100V）。對(duì)變壓器，用第三章介紹的設(shè)計(jì)方法,應(yīng)選用RM14或

38、EC41（FX3730）磁心，原、副邊線圈電壓分別約為220V/18V。5.3 主功率板總圖 圖5.4 主功率板總圖5.4 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路是常用的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，我們本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采用圖騰柱驅(qū)動(dòng)電路。下圖5.5是本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路。圖5.6是驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通實(shí)測(cè)圖。 圖5.5 驅(qū)動(dòng)電路IR2113是有低端功率晶體管驅(qū)動(dòng)極、高端功率晶體管驅(qū)動(dòng)極、電平轉(zhuǎn)換器等結(jié)構(gòu)組成。他把驅(qū)動(dòng)的高壓側(cè)和低壓側(cè)的MOD和IGBT所需的絕大部分功能集成在芯片內(nèi)，外圍電路的設(shè)計(jì)也非常簡(jiǎn)單。 圖5.6 驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通實(shí)測(cè)圖結(jié)束語(yǔ) 本論文在邢法玉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，經(jīng)過(guò)了4個(gè)多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了全橋開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)。從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，老師給予了我很大的幫助。這也是我在大學(xué)期間獨(dú)立完成的最大的項(xiàng)目。（1） 本次論文的課題研究主要全橋開(kāi)關(guān)電源的原理和基于UC3895芯片進(jìn)行的電源設(shè)計(jì)。深刻認(rèn)識(shí)了全橋開(kāi)關(guān)電源的工作原理，以及UC3895芯片的優(yōu)越性和先進(jìn)的制作工藝，也了解了全橋拓?fù)湟酝獾耐負(fù)湓砣绶醇?，正激，半橋等拓?fù)?。?） 本次論文設(shè)計(jì)的遺憾是沒(méi)有對(duì)電源的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行深刻的人是，只能體現(xiàn)在理論，在電源實(shí)際調(diào)試中存在著缺陷，沒(méi)有對(duì)電源做出進(jìn)一步的認(rèn)證。以后的學(xué)習(xí)生活中要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的知識(shí)。參考文獻(xiàn)1 Abraham I.Pressman.開(kāi)關(guān)電源