PWM型半橋開關(guān)電源設(shè)計說明

1、 . PWM型半橋開關(guān)電源設(shè)計 摘要開關(guān)電源是現(xiàn)代電力電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響子設(shè)備性能，其體積的大小也直接影響到電子設(shè)備整體的體積。本設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)進(jìn)行了方案設(shè)計，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路，研制了150W(15V、10A)板橋開關(guān)電源。整個系統(tǒng)包括主電路、控制電路和驅(qū)動電路三部分容。系統(tǒng)主電路包括單相輸入整流、半橋式逆變、高頻交流輸出，輸出整流、輸出濾波幾部分。控制電路包括主電路開關(guān)管控制脈沖的產(chǎn)生和保護(hù)電路。論文具體地介紹了主電路、控制電路、驅(qū)動電路等各部分的設(shè)計與實驗過程，包括元器件的選取以與參數(shù)計算。本設(shè)計中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525A、光電耦合芯

2、片PG817和半橋驅(qū)動芯片IR2110。設(shè)計過程中充分利用了SG3525A的控制性能，具有寬的可調(diào)工作頻率，死區(qū)時間可調(diào)，具有輸入欠電壓鎖定功能和雙路輸出電流。介紹了開關(guān)電源的相關(guān)知識，從開關(guān)電源的工作原理，組成，特點等方面進(jìn)行闡述，把開關(guān)電源的分類，主要技術(shù)指標(biāo)，典型結(jié)構(gòu)，技術(shù)要點與其開關(guān)器件進(jìn)行了系統(tǒng)的說明，同時在基于PWM技術(shù)的基礎(chǔ)上。圍繞高頻變壓器、PWM控制與驅(qū)動電路等模塊，設(shè)計了一臺功率為150W、輸出電壓為+15V的半橋式開關(guān)穩(wěn)壓電源，并給出了具體設(shè)計步驟。關(guān)鍵詞開關(guān)電源；半橋；SG3525A；高頻變壓器；MOSFETDesign of half Bridge Switching

3、 Mode Power Supply Based on PWM technologyLI Qianguang(Grade 08,Class 2,Major Electric engineering, Electric engineering and automation Dept, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723003,Shannxi)Tutor: Yan QunminAbstractSwitching mode power supply (SMPS) is a significant part of the power elect

4、ronics, which effects the performance and volume of the electronic equipment. The scheme has made a plan of designs based on the task of design, designed corresponding hardware circuit and developed 150W(15V、10A) half-bridge Switch power supply, it also can display voltage.The system included three

5、parts: the main circuit part, the control circuit part and driving circuit. And the main circuit part consisted of one-phase input rectification. The control circuit involved two parts: One is the circuit brings the pulse controls the switches in main circuit, and the other is the protect circuit. A

6、nd then detailedly recommended the designs of main circuit, control circuit and driving circuit, including selected components and calculated parameter. The CMOS chip that is applied in the design is PWM Controller SG3525、optical coupler Circuit PC817、half bridge drive chipIR2110. The controlled fea

7、ture of PWM Controller SG3525A is fully utilized in the process of design, which has wide adjustable operating frequency and dead time, input under voltage lock function and twin channel output current. A half bridge switching modepower supply (SMPW)technology is introduced The detailed design metho

8、d of high frequency transformer.PWM control and dirce circuit is procided A 150W half birdgs SMPS using this method is design .At last,the experimental waveforms are presented.Key words SMPS half birdge;SG3525A;high frequency transformer;Mosfet42 / 42畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在

9、指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得與其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了意。作 者 簽 名：日 期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：使用授權(quán)說明本人完全了解大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？?/p>

10、以公布論文的部分或全部容。作者簽名： 日 期：學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮

11、印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日目 錄緒論5第一章概述61.1 開關(guān)電源概述61.1.1 開關(guān)電源的工作原理61.1.2 開關(guān)電源的組成71.1.3 開關(guān)電源的特點71.2 開關(guān)電源的分類81.3 開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)10第二章開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與比較122.1 開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)122.1.1 串聯(lián)電源典型結(jié)構(gòu)122.1.2 并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)122.1.3 正激電源開關(guān)結(jié)構(gòu)132.1.4 反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)142.1.5 半橋開關(guān)源結(jié)構(gòu)142.1.6 全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)152.2 開關(guān)電源技術(shù)要點162.2

12、.1 電源電路的組成與主要特點162.2.2 倍壓/橋式整流自動切換17第三章開關(guān)電源的控制與PWM技術(shù)183.1 開關(guān)器件183.1.1 開關(guān)器件的特征183.1.2 開關(guān)器件的組成183.1.3 開關(guān)器件的分類183.1.4 電力場效應(yīng)晶體管MOSFET193.2 PWM調(diào)制技術(shù)213.2.1 PWM逆變電路與其控制方法213.2.2 PWM 跟蹤控制技術(shù)233.2.3 PWM整流電路與其控制方法24第四章 PWM半橋式開關(guān)電源的設(shè)計284.1主電路結(jié)構(gòu)與其工作原理294.2 電源系統(tǒng)框圖與部分介紹294.3 高頻變壓器設(shè)計304.4 PWM控制電路324.5 隔離驅(qū)動線路324.6 結(jié)論

13、33PWM型半橋式開關(guān)電源總體電路圖34致35參考文獻(xiàn)36英文文獻(xiàn)37中文翻譯40緒論隨著開關(guān)電源在計算機(jī)、通信、航空航天、儀器儀表與家用電器等方面的廣泛應(yīng)用，人們對其需求量日益增長，并且對電源的效率、體積、重量與可靠性等方面提出了更高的要求。為了適應(yīng)市場需求，全球各開關(guān)電源制造廠商不斷推出各種性價比很高的產(chǎn)品或模塊。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。PWM半橋式開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約資源與保護(hù)環(huán)境方面都具有深遠(yuǎn)的意義。從另一方面來說，PWM半橋式開關(guān)電源的技術(shù)追求也日趨高漲和發(fā)展趨勢亦漸廣泛，而且派生出了很多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域研制和開發(fā)的

14、難度變得更大了，這就更有很多的研究價值和技術(shù)發(fā)展的空間了。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中，在半橋式變換器電路中，變壓器初級在整個周期中都有電流流過，磁芯利用更加充分。它克服了推挽式電路的缺點，所使用的功率晶體管耐壓要求較低；其次，晶體管的飽和壓降也減少到最??；再者，對輸入濾波電容電壓要求也比較低。由于以上諸多因素，半橋式變換器在高頻開關(guān)電源設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。本次設(shè)計從兩個部分進(jìn)行，第一部分介紹了開關(guān)電源基礎(chǔ)知識和理論，第二部分具體介紹開關(guān)電源的設(shè)計步驟和具體電路與元件的設(shè)計計算。開關(guān)電源理論部分在第一節(jié)分別講述了開關(guān)電源的開

15、關(guān)電源的工作原理、開關(guān)電源的特點；第二節(jié)介紹了開關(guān)電源的分類第三節(jié)介紹了開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)；第四節(jié)介紹了開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)、串聯(lián)電源典型結(jié)構(gòu)、并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、正激電源開關(guān)結(jié)構(gòu)、反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、半橋開關(guān)源結(jié)構(gòu)、全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)；第五節(jié)介紹了開關(guān)電源技術(shù)要點、電源電路的組成與主要特點、倍壓/橋式整流自動切換；第六節(jié)介紹了開關(guān)器件、開關(guān)器件的特征、開關(guān)器件的組成、開關(guān)器件的分類；第七節(jié)介紹了PWM調(diào)制技術(shù)詳細(xì)說明了PWM逆變電路與其控制方法、PWM跟蹤控制技術(shù)與PWM整流電路與其控制方法。設(shè)計部分從電源的主電路圖，模塊框圖，高頻變壓器的設(shè)計，PWM控制與驅(qū)動電路等進(jìn)行了詳細(xì)的說明。第一章 概述

16、 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 隨著開關(guān)電源在計算機(jī)、通信、家用電器等方面的廣泛應(yīng)用，人們對其需求量增長和效率、體積、重量與可靠性等方面要求更高。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。在半橋式變換器電路中，變壓器初級在整個周期中都流過電流，磁芯利用得更加充分。它克服了推挽式電路的缺點，所使用的功率晶體管耐壓要求低，半橋式變換器在高頻開關(guān)電源設(shè)計中得

17、到廣泛的應(yīng)用。1.1 開關(guān)電源概述1.1.1 開關(guān)電源的工作原理開關(guān)電源的原理可以用圖1.1進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓經(jīng)過開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓變成矩形脈沖電壓。這個脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓（a） 電路圖；（b）波形圖圖1.1 開關(guān)電源的工作原理 為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： （1-1）式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；Ton表示開關(guān)S在一個開關(guān)周期中的導(dǎo)通時間。開關(guān)電源直流輸出電壓與輸入電壓之間有如下關(guān)系： （1-2）由式（1-1）和（

18、1-2）可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時間，即可改變脈沖占空比，從而達(dá)到輸出電壓的目的。不變，只改變來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)節(jié)（PWM）。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式的開關(guān)電源用的比較多。1.1.2 開關(guān)電源的組成開關(guān)電源的基本組成如圖1-2所示。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動器是開關(guān)信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動要求；信號源產(chǎn)生控制信號，該信號由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號、PFM信號或其它信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋

19、信號進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此以外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動、過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。DC/DC變換器驅(qū)動器信號源比較放大器圖1.2 開關(guān)電源的基本組成DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以與工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。1.1.3 開關(guān)電源的特點 開關(guān)電源具有如下特點：（1）功耗小、效率高。開關(guān)電源結(jié)構(gòu)原理方框圖中的晶體管在激勵信號的驅(qū)動下，其工作狀態(tài)處于導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右。在一些

20、技術(shù)先進(jìn)的國家，可以做到幾百或者上千kHz。晶體管V飽和導(dǎo)通時，雖然電流較大，但管壓降很??；截止斷開時，雖然管壓降很大，但通過的電流幾乎為零。這就使得開關(guān)晶體管V在其整個工作過程中的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高。（2）體積小、重量輕。沒有了笨重的工頻降壓變壓器。由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度地降低，因而省去了體積和重量都較大的散熱片。由于這兩方面的原因，故開關(guān)電源的體積小、重量輕。（3）穩(wěn)壓圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是通過激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的，輸入電壓的波動變化，可以通過改變占空比的方式來進(jìn)行補(bǔ)償，這樣在輸入電壓變化或波動較大時，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以，開關(guān)電源的穩(wěn)壓圍很寬

21、，穩(wěn)壓效果較好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型和混合調(diào)制型三種。這樣開關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓圍寬的優(yōu)點，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多較靈活，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要和要求，靈活選用各種形式的穩(wěn)壓方法。（4）濾波效率高，不需要叫大容量的濾波電容。開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz左右，是線性電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500倍。在一樣波紋輸出電壓的要求下，采用開關(guān)電源時，濾波電容的容量只是線性電源中濾波電容容量的1/5001/1000。濾波電容容量減小以后，整個電源的體積和重量也相應(yīng)地有所減小。

22、（5）電路形式靈活多樣。例如：有自激式和他激式；有調(diào)寬型和調(diào)頻型；有單端式和雙端式；有開關(guān)元件為晶體管式和開關(guān)元件為可控硅式等等。設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足各種不同應(yīng)用場合的開關(guān)電源。1.2 開關(guān)電源的分類為更好、更方便地設(shè)計和使用開關(guān)電源，在此按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式、開關(guān)電源的觸發(fā)方式、電路的輸出取樣方式等多種角度，對開關(guān)電源進(jìn)行分類。1. 按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制（PWM）式、脈沖頻率調(diào)制（PFM）式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。2. 按開關(guān)電源的觸發(fā)方式 1）自激式開關(guān)電源自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖

23、變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激震蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設(shè)備的PWM式開關(guān)電源中，自激震蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在掃描電路發(fā)生故障時，電源電路仍能維持自激震蕩而有直流輸出電壓。2) 它激式開關(guān)電源它激式開關(guān)電源必須有一個震蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。3. 按電路的輸出取樣分類1) 直接輸出取樣開關(guān)電源直接輸出取樣電路在光電耦合器尚未應(yīng)用時,主要在串聯(lián)開關(guān)電源上使用;在光電耦合器使用后,開始在變壓耦合并聯(lián)開關(guān)上使用。圖1-3為直接輸出取樣電路在開關(guān)電源中的應(yīng)用實例。光電耦合器中三極管集電極電流的大小與發(fā)光二極管電流與光電耦合系數(shù)成正比關(guān)系，即(

24、1-4)當(dāng)開關(guān)電源的輸出電壓因輸入電壓升高或負(fù)載減輕而升高時，濾波電容C1兩端升高的電壓一路經(jīng)取樣電阻R1、R2取樣后，使光電耦合器V515的右下腳電壓升高，即發(fā)光二極管正極電位升高，由于VT553發(fā)射極接有穩(wěn)壓管，其發(fā)射極電位不變，所以VT553加速導(dǎo)通，集電極電位下降，于是V515的發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度增大，光電三極管阻下降，脈寬調(diào)節(jié)電路圖1.3 直接輸出取樣開關(guān)電源電路的VT5、VT1相繼導(dǎo)通，開關(guān)管VT2導(dǎo)通時間減小，是輸出電壓下降到正常值采用直接輸出取樣方式的開關(guān)電源，不見安全性好，而且具有便于空載檢修、穩(wěn)壓反應(yīng)速度快、瞬間響應(yīng)時間短等優(yōu)點。圖1.4 三端誤差取樣放大器由誤差取樣電路與

25、誤差放大電路組成的三端誤差取樣放大器見圖1.4.該放大器的電路結(jié)構(gòu)不但得到了簡化，其可靠性也得到了提高，因此目前視聽設(shè)備的開關(guān)電源大多采用這種三端誤差取樣放大器的直接取樣電路方式。2)簡介輸出取樣開關(guān)電源圖1.5 間接輸出取樣開關(guān)電源電路圖1.5是間接輸出取樣開關(guān)電源電路。該電路的特點是在開關(guān)變壓器上專門設(shè)置了一個取樣繞組，即-繞組，取樣繞組感應(yīng)的脈沖電壓經(jīng)V811整流，在濾波電容C815兩端產(chǎn)生供養(yǎng)電路取樣的直流電壓。由于取樣繞組與此取樣繞組采用了緊耦合結(jié)構(gòu)，因此濾波電容C815兩端電壓的高低，就間接反映了開關(guān)電源輸出電壓的高低，所以這種取樣方式稱為間接輸出取樣方式。間接輸出取樣方式的缺點是

26、響應(yīng)差，當(dāng)輸出電壓因輸入電壓等原因發(fā)生變化時，輸出電壓的變化需經(jīng)過開關(guān)變壓器磁耦合才能反映到取樣繞組兩端，所以穩(wěn)壓速度低，并且這種開關(guān)電源不能空載檢修，檢修時須在輸出端接替代負(fù)載。4. 按其他方式分類開關(guān)電源按功率開關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開關(guān)電源、單端反激開關(guān)電源、半橋開關(guān)電源和全橋開關(guān)電源；按功率開關(guān)管與電源供電、儲能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開關(guān)電源和并聯(lián)開關(guān)電源。1.3 開關(guān)電源的主要技術(shù)指標(biāo)開關(guān)電源主要有以下技術(shù)指標(biāo)：(1)輸入電壓變化圍：當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸入電壓發(fā)生變化時，使輸出電壓保持不變的輸出電壓的變化圍。這個圍越寬，表示電源適應(yīng)外界電壓變化的能力越強(qiáng)，電源使用圍就

27、越寬。他和電源的誤差放大、反饋調(diào)節(jié)電路的增益以與占空比調(diào)節(jié)圍有關(guān)。目前開關(guān)電源的輸入電壓變化圍已經(jīng)做到90270V，可以省去許多電器中的110V/220V轉(zhuǎn)換開關(guān)。(2)輸出阻R0：輸出電壓的變化量U0 與輸出電流的變化量I0的比值。這個比值越小，表示電源輸出電壓隨負(fù)載的變化越小，穩(wěn)壓性越好。(3)效率：電源輸出功率P0與輸入功率Pi的比值，這個比值越高，開關(guān)電源體積越小，同時可靠性也越高。目前開關(guān)電源的效率可達(dá)90%以上。(4)輸出紋波電壓：由于開關(guān)電源的穩(wěn)壓過程是一個不斷反饋調(diào)節(jié)的過程，因此在輸出的的直流電壓U0會出現(xiàn)一個疊加的波動的紋波電壓，即輸出紋波電壓。這個電壓值越小，表示電源的輸出

28、性能越好。這個參數(shù)的表示方法有兩種：一是輸出波紋電壓的有效值；二是輸出波紋電壓的峰峰值Upp.(5)輸出電壓調(diào)節(jié)圍：由于電源的輸出電壓只和基準(zhǔn)電壓與輸出取樣電路的元器件參數(shù)有關(guān)，因此，輸出電壓調(diào)節(jié)圍反應(yīng)在線性電源上是穩(wěn)壓調(diào)整管集電極電流的變化圍，反映在開關(guān)電源上是開關(guān)調(diào)整管脈沖占空比D的變化圍。(6)輸出電壓穩(wěn)定性：輸出電壓隨負(fù)載的變化而變化的特性，這個變化量越小越好。它主要和反饋調(diào)節(jié)回路的增益與頻響特性有關(guān)。反饋調(diào)節(jié)回路增益越高，基準(zhǔn)電壓Ue越穩(wěn)定，輸出電壓U0的穩(wěn)定性越好。(7)輸出功率P0：電源能輸出給負(fù)載的最大功率，他和負(fù)載功率有關(guān)。為了保證電源安全，要求輸出功率有2050的裕量。第二

29、章 開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與比較2.1 開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)2.1.1 串聯(lián)電源典型結(jié)構(gòu)串聯(lián)開關(guān)電源原理圖如圖1.6所示。開關(guān)原件與功率開關(guān)晶體管VT串聯(lián)在輸入與輸出之間。正常工作時，功率開關(guān)晶體管VT在開關(guān)脈沖信號的作用下周期性的在導(dǎo)通、界之間交替轉(zhuǎn)換，是輸入與輸出之間周期性的閉合和斷開。輸入不穩(wěn)定的直流電壓通過功率開關(guān)晶體管VT后輸出周期性脈沖信號電壓，再經(jīng)脈沖整流濾波后，就可以得到平滑直流輸出電壓U0。U0和功率開關(guān)晶體管VT的脈沖占空比D有式（1-2）的關(guān)系。輸入交流電壓或負(fù)載電流的變化，會引起輸入直流電壓的變化，通過輸出取樣電路后將得到的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差值通過誤差放大器放大后控

30、制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比D，達(dá)到穩(wěn)定輸出直流電壓U0的目的。在串聯(lián)開關(guān)電源中，由于功率開關(guān)VT串聯(lián)在輸入電壓Ui和輸出電壓U0之間，因此對開關(guān)耐壓要求低。但由于輸入電壓和輸出電壓共用地線，電壓輸入與輸出間不隔離，有可能使電路板底板帶電，使用不安全，更不滿足外接AV輸入、影碟機(jī)、錄放相機(jī)的要求。因此在目前的電子裝置和視聽設(shè)備的電源電路中以較少采用長聯(lián)開關(guān)電源，而更多是采用并聯(lián)開關(guān)電源。圖2.1 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖2.1.2 并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu) 并聯(lián)開光電源原理圖如圖1.7所示：其中功率開關(guān)管VT與輸入電壓。輸出負(fù)載并聯(lián)，輸出電壓為： (1-4)圖1-7所示為一種輸出升壓型并聯(lián)開關(guān)電源，電路中有一

31、個儲能電感，適當(dāng)利用這個儲能電感，可將輸出升壓型并聯(lián)開關(guān)電源轉(zhuǎn)化為廣泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源。圖2.2 并聯(lián)開關(guān)電源原理圖變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖如圖1.8所示，功率開關(guān)管VT與開關(guān)變壓器初級線圈相串聯(lián)在電源供電輸出端，功率開關(guān)管VT再開關(guān)沖脈沖的周期性的導(dǎo)通與截止，集電極輸出的脈沖電壓通過變壓器耦合在次級得到脈沖電壓這個次級脈沖電壓經(jīng)整流濾波后的到直流輸出電壓U0。同樣，經(jīng)過取樣電路后將得到的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓UE進(jìn)行比較，其誤差電壓再被誤差放大器放大后輸出值功率開關(guān)管VT，來控制功率開關(guān)管VT的導(dǎo)通、截止，達(dá)到控制脈沖占空比的目的，從而穩(wěn)定直流輸出電壓。由于采用變壓器耦合，因此變

32、壓器的初、次級側(cè)以相互隔離，從而使初級側(cè)電路與次級側(cè)圖2.3 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖電路的分開，做到次級側(cè)路的不帶電，使用安全。同時由于變壓器耦合，因此可以使用多組次級線圈，在次級得到多組直流輸出電壓。由于變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源輸入端與輸出端不共地，即所謂的冷底板供電，因此該開關(guān)電源可外接數(shù)字通信設(shè)備，從而在電子通信設(shè)備中得到廣泛的使用。使用中應(yīng)注意，在并聯(lián)開關(guān)電源中，對功率開關(guān)管VT的耐壓要求較高，一般高于23倍電源供電電壓。2.1.3 正激電源開關(guān)結(jié)構(gòu) 正激開關(guān)電源是一種更采用變壓器耦合的降壓型開關(guān)穩(wěn)定電源，其電路圖如圖1.9所示。加在變壓器N1繞組上的電壓振幅等于輸入電壓UI功率開

33、關(guān)管VT導(dǎo)通時間TON為開關(guān)脈沖寬度，變壓器次級側(cè)開關(guān)脈沖電壓經(jīng)二極管Vi整流變?yōu)橹绷?。圖2.4 正激開關(guān)電源電路這種開關(guān)電源中功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時，變壓器初級繞組勵磁電流最大值為： （1-5）式中，LN1表示變壓器初級繞組N1的電感量；D表示脈沖占空比；T表示脈沖開關(guān)周期。正激開關(guān)源的特點是，當(dāng)初級側(cè)的功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時，電源輸入側(cè)的能量由次級側(cè)二極管V1經(jīng)輸出電感L為負(fù)載供電；當(dāng)功率開關(guān)管VT斷開時，有續(xù)流二極管V2=繼續(xù)為負(fù)載供電，并由消磁繞組N3和消磁二極管V3將初級繞組N1的勵磁回饋到輸入端。2.1.4 反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)電路如圖1-10所示，當(dāng)功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時，

34、輸入側(cè)的電能以磁能的形式儲存在變壓器的初級線圈N1中，由于同名端關(guān)系，次級側(cè)二極管V1不導(dǎo)通，負(fù)載沒有電流流過。當(dāng)功率開關(guān)晶體管VT斷開時，變壓器次級繞組以輸出電壓U0為負(fù)載供電，并對變壓器進(jìn)行消磁。反激開關(guān)電源電路簡單，輸出電壓U0即可高與輸入電壓Ui又可低于輸入電壓，一般適用在輸出圖2.5 反激開關(guān)電源電路功率為200W以下的開關(guān)電源中。當(dāng)要求電源開關(guān)輸出功率更大，如在200W400W圍時，可采用半橋開關(guān)電源，他在一些較大負(fù)載的電路中被普遍采用。2.1.5 半橋開關(guān)源結(jié)構(gòu) 半橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)電路與波形圖如圖1.11所示，兩個功率開關(guān)管VT1和VT2在開關(guān)脈（a） 電路圖；（b） 波形圖圖2.

35、6 半橋開關(guān)電源電路與波形沖信號作用下，交替的導(dǎo)通與截止。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通，VT2截止時，輸入電壓Ui經(jīng)VT1、變壓器初級繞組N1與電容C2為變壓器初級線圈N1勵磁，同時經(jīng)次級側(cè)二極管V1、繞組N2給負(fù)載供電。所以，初級測電源通過功率開關(guān)管VT1、VT2交替給變壓器供電。變壓器初級側(cè)的脈沖電壓峰值為Ui/2。同樣，電容C1、C2上的電壓也分別為Ui/2。半橋開關(guān)電源最大的優(yōu)點是自動平衡能力強(qiáng)，不易使變壓器由于VT1、VT2的導(dǎo)通時間不一致而產(chǎn)生磁飽和顯現(xiàn)，是功率開關(guān)管VT1、VT2損壞。這是因為，VT1、VT2導(dǎo)通時間不一致時，變壓器初級側(cè)N1繞組的勵磁電流大小不一樣，致使電容C1、C2上的

36、電壓不不相等，勵磁電流越大，則對應(yīng)的電容器電壓越小，從而起到自動平衡的作用。但是由于每個開關(guān)管中流過的電壓只有輸出電源電壓的的一半，因此要輸出同樣的功率，每個功率開關(guān)管中流過的電流就要增大一倍。300W左右的開關(guān)電源多采用半橋式。同時，半橋開關(guān)電源中需要避免功率開關(guān)VT1、VT2的共態(tài)導(dǎo)通問題，否則將是兩個功率開關(guān)損壞。這點可以通過使VT1、VT2功率開關(guān)管的導(dǎo)通間相互錯開來解決。這一相互錯開的的最小時間成為死區(qū)時間。2.1.6全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)源電路與波形如圖1-12所示。由4個功率開關(guān)管VT1、VT2、VT3、VT4組成一個電橋形式的電路，其中，由VT1與VT4、VT2與VT3分別組成兩個導(dǎo)

37、通回路，當(dāng)VT2、VT3的觸發(fā)控制信號有效時，VT1、VT4的觸發(fā)控制信號無效，VT2、VT3導(dǎo)通時，輸入電壓Ui經(jīng)VT2、變壓器的初級線圈N1和VT3形成電流回路，加之變壓器初級線圈，的電壓為電源電壓Ui,并經(jīng)次級側(cè)二極管V1整流、濾波后為負(fù)載供電。同理，當(dāng)VT2、VT3關(guān)短，VT1、VT4導(dǎo)通時，輸入電壓Ui從和VT2、VT3導(dǎo)通時的電流相反的方向為變壓器初級線圈N1勵磁，并通過次級線圈N2和整流二極管V2為負(fù)載供電，這樣再次級得到如Up所示的脈沖波形。 和半橋開關(guān)電源相比，由于家在全橋變壓器初級線圈上的電壓、電流比半橋開關(guān)電源的各大一倍，因此在一樣的電源供電電壓Ui下，全橋開關(guān)電源的輸出

38、功率是半橋電源開關(guān)的4倍。全橋電源開關(guān)廠用在輸出功率較大的場合。（a） 電路圖；（b） 波形圖圖2.7 全橋開關(guān)電源與波形圖同樣，在全橋電源開關(guān)中也存在4個功率開關(guān)管VT1、VT2、VT3、VT4的共態(tài)導(dǎo)通問題。這點可以通過設(shè)置死區(qū)時間的方法來克服。2.2 開關(guān)電源技術(shù)要點2.2.1 電源電路的組成與主要特點1. 電源電路主要由開關(guān)電源、副電源、輔助電路組成。(1) 主開關(guān)電源主開關(guān)電源的輸出功率較副電源、輔助電路的輸出功率要大。它將220V的交流輸入直接整流、濾波為300V左右的直流電壓，在經(jīng)過電源穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開關(guān)調(diào)節(jié)管、開關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵脈沖產(chǎn)生電路對300V左右的直流電壓

39、進(jìn)行DC/DC開關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需穩(wěn)定的直流電壓輸出。主開關(guān)電源主要為主負(fù)載電路提供110145V的直流電壓。電源電路的遙控待機(jī)功能是通過對主開關(guān)電源的控制實現(xiàn)的，主開關(guān)電源一旦停止工作，則相應(yīng)的功率放大級也將停止工作，于是主負(fù)載失去直流供電。(2)副電源電源的主要作用是為微處理器控制電路提供+5V的供電電壓。副電源電路一般較簡單，既可采用簡易開關(guān)電源，也可采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路。無論伏在處于正常工作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)，負(fù)電源都必須正常工作。(3)輔助電路將行輸出變壓器中產(chǎn)生的行掃描脈沖進(jìn)行整流、濾波，就可以得到所需的直流電壓。由于輔助電路是將行輸出與經(jīng)直流交流直流做兩次變換，所以又稱為二次電

40、源。行輸出極產(chǎn)生的各種直流電壓主要給顯像管各電極供電，同時也可以為視頻輸出板尾板、場掃描以與圖像和伴音通道供電。2. 電源電路的主要特點電源電路的主要特點如下：(1) 由于設(shè)備都屬于高可靠性設(shè)備，對電源的要求較高，因此除了提供大的功率外，好要求具有較高的效率。(2) 為擴(kuò)大設(shè)備儀器的使用圍，要求電源電路能適應(yīng)110V和220V交流供電的需要。一般要求電源電路對交流輸入時電電壓的適應(yīng)圍為90245V，并對50Hz即60Hz輸入頻率均能適應(yīng)。(3) 為了使負(fù)載儀器設(shè)備使用安全，要求機(jī)芯為冷底板設(shè)計，所以輸出穩(wěn)壓取樣反饋回路普遍采用光電耦合器進(jìn)行電源初、次級側(cè)的隔離，以提高設(shè)備的抗干擾性和安全性。(

41、4) 要求電源電路有良好的過壓、過流、輸出短路、X射線保護(hù)與復(fù)位功能。(5) 為了保證遙控古代與功能的實現(xiàn)，電源電路一般還加有副電源電路（待機(jī)電源），副電源電路功率不大，一般在幾瓦左右，既可以采用開關(guān)電源實現(xiàn)，也可以用線性電源實現(xiàn)。2.2.2 倍壓/橋式整流自動切換 為了保證負(fù)載能在較寬的交流輸入電壓圍正常工作，如90245V，有些電源加了一個倍壓/橋式整流自動切換電路，使他在110V交流電壓下工作在倍壓整流方式，而在220V交流輸入電壓下工作在橋式整流方式，從而使負(fù)載在110V和220V兩種交流供電情況下都能正常工作。如果不采用倍壓/橋式整流自動切換，則易使開關(guān)電源在110V交流供電狀態(tài)時處

42、于欠激勵工作狀態(tài)，而在220V交流供電狀態(tài)時有易工作于過激勵狀態(tài)，不能保證開關(guān)電源處在最佳工作狀態(tài)，其效率與可靠性等指標(biāo)都可以得到保證。圖2.8 倍壓/橋式整流自動切換電路倍壓/橋式整流自動切換電路如圖1-13所示。當(dāng)輸入220交流電壓時，通過電壓檢測電路可使雙向晶閘管截止，這是電容C1、C2相串聯(lián)，整流電路為普通的整流工作方式，整流輸出電壓為U0為300V左右的直流電壓。當(dāng)交流輸入電壓為110V時，通過電壓檢測電路是雙向晶閘管V導(dǎo)通，整流電路工作在倍壓整流方式。倍壓整流方式的工作原理圖所示。倍壓/橋式整流自動切換電路可使在110V和220V交流輸入電壓下的整流濾波輸出直流電壓相差不大，從而確

43、保開關(guān)電源即可工作在交款的交流輸入電壓圍，又可以使開關(guān)電源處在最佳工作狀態(tài)，從而提高開關(guān)電源的效率和工作可靠性。但是倍壓/橋式整流自動切換電路如不能正常完成切換功能，同樣會引起負(fù)載電路的大面積損壞，設(shè)計電路時必須十分重視。第三章 開關(guān)電源的控制與PWM技術(shù)3.1 開關(guān)器件開關(guān)器件的特性與驅(qū)動是開關(guān)電源電路中關(guān)鍵的問題對開關(guān)器件的認(rèn)識和了解是電源設(shè)計和使用的基本知識。3.1.1 開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電子器件具有以下特征：(1) 能處理功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠(yuǎn)大于信息處理的電子器件(2) 開關(guān)

44、器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時阻抗很小，接近短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷是阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。(3) 開關(guān)器件的動態(tài)特性也是很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題，做電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)代替實際開關(guān)。(4) 電路中的開關(guān)器件有信息電路電件的驅(qū)動電路。(5) 為保證比值語音雖好散發(fā)的熱量而導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作是一般都安裝散熱器。導(dǎo)通時，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)電流流過；形成斷態(tài)損耗時，在開關(guān)器件開通或斷開地轉(zhuǎn)換過成中產(chǎn)生

45、開通損耗和關(guān)短損耗，總成開關(guān)損耗子來控制，在主電路和控電路之間需要一定的中間電路對控制電路的信號進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器。對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。3.1.2 開關(guān)器件的組成開關(guān)電源系統(tǒng)由控制電路、驅(qū)動電路、以與開關(guān)器件為核心的主電路組成?？刂齐娐废到y(tǒng)的工作要求形成控制信號，通過驅(qū)動電路去控制住電路中開關(guān)器件的通或斷來完成整個系統(tǒng)的功能。 開關(guān)電源系統(tǒng)中需要有檢測電路。廣義上往往其他驅(qū)動電路等主電路之外的電路都?xì)w為控制電路，從而粗略地說開關(guān)電源系統(tǒng)是由電路和控制系統(tǒng)組成。開關(guān)器件一般有三個端子，其中兩個來連接在主電路中，而第三端被稱為控制端或者控制極。

46、開關(guān)器件的通斷是通過在其控制端和一個主電路端子之間加一定的信號來控制的，這個主電路端子是驅(qū)動電路的公共端，一般是主電路電流流出期間的端子。3.1.3 開關(guān)器件的分類開關(guān)器件按照豈能被控制電路信號所控制的程度分為以下三類。（1） 半控制性器件 通過控制信號可以控制其導(dǎo)通而不能控制其關(guān)斷，晶閘管與其大部分派生器件的關(guān)斷由其在主電路中承受的電壓和電流決定。(2) 全控制型器件 通過控制信號既可控制其導(dǎo)通又可控制其關(guān)斷，又稱自關(guān)斷器件，如電力場效應(yīng)管MOSFET、門極可關(guān)斷晶閘管GTO。(3) 不可控器件不能用控制信號來控制其通斷，因此也就不需要驅(qū)動電路。如電力二極管只有兩個端子，它的通斷是由其在主電

47、路中承受的電壓和電流絕定的。3.1.4 電力場效應(yīng)晶體管MOSFET功率場效應(yīng)管又叫功率場控晶體管1.原理實際上，功率場效應(yīng)管也分結(jié)型、絕緣柵型。但通常指后者中的MOS 管，即MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。MOS 器件的電極分別為柵極G、漏極D、源極S。和普通MOS 管一樣，它也有：耗盡型：柵極電壓為零時，即存在導(dǎo)電溝道。無論VGS 正負(fù)都起控制作用。增強(qiáng)型：需要正偏置柵極電壓，才生成導(dǎo)電溝道。達(dá)到飽和前，VGS 正偏越大，IDS越大。一般使用的功率MOSFET 多數(shù)是N 溝道增強(qiáng)型。而且不同于一般小功率MO

48、S 管的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)，使用了垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，從而提高了耐壓、電流能力，因此又叫VMOSFET2.特點這種器件的特點是輸入絕緣電阻大（1 萬兆歐以上），柵極電流基本為零。驅(qū)動功率小，速度高，安全工作區(qū)寬。但高壓時，導(dǎo)通電阻與電壓的平方成正比，因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。適合低壓100V 以下，是比較理想的器件。目前的研制水平在1000V/65A 左右（參考）。其速度可以達(dá)到幾百KHz，使用諧振技術(shù)可以達(dá)到兆級。3.參數(shù)與器件特性無載流子注入，速度取決于器件的電容充放電時間，與工作溫度關(guān)系不大，故熱穩(wěn)定性好。（1）轉(zhuǎn)移特性：ID 隨UGS 變化的曲線，成為轉(zhuǎn)移特性。從下圖可以看到，隨著UGS 的

49、上升，跨導(dǎo)將越來越高。（2）輸出特性（漏極特性）輸出特性反應(yīng)了漏極電流隨VDS 變化的規(guī)律。這個特性和VGS 又有關(guān)聯(lián)。下圖反映了這種規(guī)律。爬坡段是非飽和區(qū)，水平段為飽和區(qū)，靠近橫軸附近為截止區(qū)，這點和GTR 有區(qū)別。VGS=0 時的飽和電流稱為飽和漏電流IDSS。（3）通態(tài)電阻Ron：通態(tài)電阻是器件的一個重要參數(shù)，決定了電路輸出電壓幅度和損耗。該參數(shù)隨溫度上升線性增加。而且VGS 增加，通態(tài)電阻減小。（4）跨導(dǎo)：MOSFET 的增益特性稱為跨導(dǎo)。定義為：Gfs= ID/ VGS （1-6）顯然，這個數(shù)值越大越好，它反映了管子的柵極控制能力。（5）柵極閾值電壓柵極閾值電壓VGS 是指開始有規(guī)定

50、的漏極電流（1mA）時的最低柵極電壓。它具有負(fù)溫度系數(shù)，結(jié)溫每增加45 度，閾值電壓下降10%。（6）電容MOSFET 的一個明顯特點是三個極間存在比較明顯的寄生電容，這些電容對開關(guān)速度有一定影響。偏置電壓高時，電容效應(yīng)也加大，因此對高壓電子系統(tǒng)會有一定影響。器件開通延遲時間,電荷積聚較慢。隨著電壓增加，電荷快速上升，對應(yīng)著管子開通時間。最后，當(dāng)電壓增加到一定程度后，電荷增加再次變慢，此時管子已經(jīng)導(dǎo)通。（8）正向偏置安全工作區(qū)與主要參數(shù)MOSFET 和雙極型晶體管一樣，也有它的安全工作區(qū)。不同的是，它的安全工作區(qū)是由四根線圍成的。最大漏極電流IDM：這個參數(shù)反應(yīng)了器件的電流驅(qū)動能力。最大漏源極

51、電壓VDSM：它由器件的反向擊穿電壓決定。最大漏極功耗PDM：它由管子允許的溫升決定。漏源通態(tài)電阻Ron：這是MOSFET 必須考慮的一個參數(shù)，通態(tài)電阻過高，會影響輸出效率，增加損耗。所以，要根據(jù)使用要求加以限制。4.絕緣柵型雙極晶體管（IGBT）IGBT是功率MOSFET和雙極型功率晶體管組合在一起的復(fù)合功率器件。既有MOSFET的通斷速度快、輸入阻抗高、驅(qū)動電路簡單與驅(qū)動功率小等優(yōu)點，又具有大功率雙極晶體管的容量大和阻斷電壓高的優(yōu)點。根據(jù)IGBT是MOSFET和雙極型功率晶體管的復(fù)合器件，它具有以下特點。（1）IGBT的輸入級是是MOSFET，在柵極G和發(fā)射極E之間加上驅(qū)動電壓時，MOSF

52、ET便進(jìn)入導(dǎo)通（或關(guān)斷）狀態(tài)。因此IGBT是一種電壓控制器件。（2）在IGBT中，MOSFET的開關(guān)速度非?？?，所以IGBT的開關(guān)速度取決于等效晶體管的開關(guān)速度。（3）當(dāng)在IGBT的集電極和發(fā)射極之間施加負(fù)電壓時，由于PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，在集電極和發(fā)射極之間不可能有電流流過。由于IGBT比MOSFET多了一個PN結(jié)，使IGBT比MOSFET具有更高的耐壓。（4）IGBT處于導(dǎo)通時，的大小能反映過流情況。因此，通過測量來識別過流情況，一旦高于某一數(shù)值表明出現(xiàn)過流情況時，可控柵極電壓快速變?yōu)?或負(fù)電壓，使IGBT快速截止，實現(xiàn)對IGBT的過流保護(hù)。通過以上分析可以看出，IGBT具有正反相阻斷電壓高

53、、通態(tài)電流大與通過電壓來控制其導(dǎo)通或關(guān)斷等特點。廣泛的作為功率開關(guān)器件用于開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源中。3.2 PWM調(diào)制技術(shù)3.2.1 PWM逆變電路與其控制方法PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應(yīng)用十分廣泛，目前中小功率的逆變電路幾乎都采用了PWM技術(shù)。逆變電路時PWM控制技術(shù)最為重要的應(yīng)用場合。PWM逆變電路也可分為電壓型和電流型兩種。目前實際應(yīng)用的PWM逆變電路幾乎都是電壓型電路。在電壓型逆變電路的PWM控制中，運(yùn)用調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波作為載波。因為等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左

54、右對稱，當(dāng)它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波相交時，如果在交點時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波形。開關(guān)電源大多采用的是三相橋式PWM型逆變電路，如圖1-14所示，這種電路都是采用雙極性控制方式。采用雙極性方式時，在調(diào)制信號的半個周期，三角波載波不再是單極性的，而是有正有負(fù)，所得的PWM波也是有正有負(fù)。在的一個周期，輸出的PWM波形只有±Ud兩種電平。在調(diào)制信號和載波信號的交點時刻控制各開關(guān)器件的通斷。U、V和W三相的PWM控制通常公用一個三角波載波,三相的調(diào)制信號、和依次

55、相差120°。U、V和W各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律一樣，現(xiàn)以U相為例來說明。當(dāng)>時，給上橋臂V1以導(dǎo)通信號，給下橋臂V4以關(guān)斷信號，則U相相對于直流電源假象中點N的輸出電壓。當(dāng)<時，給V4 以導(dǎo)通信號，給V1以關(guān)斷信號，則。V1 和V4的驅(qū)動信號始終是互補(bǔ)的。當(dāng)給V1（V4）加導(dǎo)通信號時，可能是V1（V4）導(dǎo)通，也可能是二極管VD1（VD4） 續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來決定。V相和W相的控制方式都和U相一樣。電路的波形如圖1-15所示。在電壓型逆變電路的PWM控制中，同一相上下兩個橋臂的驅(qū)動信號都是互補(bǔ)的。但實際上為了防止上下兩個橋臂直通而造成短路，在上下兩臂

56、通斷切換時要留小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時間。死區(qū)時間的長短主要由功率開關(guān)器件的關(guān)斷時間來決定。這個死區(qū)時間將會給輸出的PWM波形帶來一定影響，使其稍稍偏離正弦波。圖3.1 三相橋式PWM型逆變電路圖3.2 三相橋式PWM逆變電路波形PWM調(diào)制方式可分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。在PWM控制電路中，載波頻率與調(diào)制信頻率信號之比稱為載波比。調(diào)制方式正式根據(jù)載波和信號波是否同步與載波比的變化情況而確定的。（1）異步調(diào)制載波信號和調(diào)制信號不保持同步的調(diào)制方式稱為異步調(diào)制。在異步調(diào)制方式中，通常保持載波頻率固定不變，因而當(dāng)信號波頻率變化時，載波比N是變化的。同時，在信號波的半個周期，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負(fù)半周期的脈沖不對稱，半周期前后1/4周期的脈沖也不對稱。當(dāng)信號波頻率較低時，載波比N 較大，一周期的脈沖數(shù)較多，正負(fù)半周期脈沖不對稱和半周期前后1/4周期脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，PWM波形接近正弦波。當(dāng)信號波頻率增高時，載波比N 減小，一周期的脈沖數(shù)減少，PWM 脈沖不對稱的影響就變大，有時信號波的微小變化還會產(chǎn)生PWM 脈動的跳動。這就使得輸出PWM 波和正弦波的差異變大。對于三相PWM 型逆變電路來說，三相輸出的對稱性也變差。因此，在采用異步調(diào)制方式時，希望采用較高的載波頻率，以使在信