基于UC3524的開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、 PAGE40 / NUMPAGES45洛 陽(yáng) 理 工 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題目：基于UC3524的開關(guān)電源設(shè)計(jì)2013年5月16日基于UC3524的開關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要隨著開關(guān)電源在計(jì)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(duì)其需求量日益增長(zhǎng), 并且對(duì)電源的效率、體積、重量與可靠性等方面提出了更高的要求。電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)。信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)

2、展。開關(guān)電源中的功率調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，具有功耗小、效率高、穩(wěn)壓圍寬、溫升低、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、視頻音響、家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng)用。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。本論文是基于芯片UC3524的開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，半橋，全橋，推挽,UC3524Switching Power Based on UC3524 ChipABSTRACTWiththe switch power source extensive use in the field of computer, commun

3、icate by letter, aeronautics and astronautics, instrument appearance and domestic appliances etc., people increases by gradually to whose need amounts, have brought forward higher request to aspect such as power source efficiency, bulkfactorand reliability. The electric power electronic technology d

4、evelopment,specially highefficiency component IGBT and the MOSFET rapid development, enhancesthe switching power supply operating frequency to the quite highlevel, enable it to have the high stability and high performance-price ratioand so on the characteristic. One of switching power supply technol

5、ogymain uses is serves for the information industries. The informationtechnology development also set a higher request to the power source technology, thus promoted the switching power supply technology development.Switching power supply in the power adjustment control work in the off state, with lo

6、w power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic circuits. High frequency converter switching power su

7、pply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback.This paper is based on UC3524 chip switching power supply system design.KEY WORDS: Switching power supply，Half bridge，The bridge，The push-pull， UC3524目錄TO

8、C o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc7517 前言 PAGEREF _Toc7517 1 HYPERLINK l _Toc4073 第1章 開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí) PAGEREF _Toc4073 2 HYPERLINK l _Toc24119 1.1 開關(guān)電源的概述 PAGEREF _Toc24119 2 HYPERLINK l _Toc4075 1.1.1 開關(guān)電源的組成 PAGEREF _Toc4075 2 HYPERLINK l _Toc476 1.1.2 開關(guān)電源的工作原理 PAGEREF _Toc476 3 HYPERLINK l _Toc4914 1.1.3

9、開關(guān)電源的特點(diǎn) PAGEREF _Toc4914 4 HYPERLINK l _Toc12993 1.2 開關(guān)電源主要結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc12993 4 HYPERLINK l _Toc25878 1.2.1 串聯(lián)式結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc25878 4 HYPERLINK l _Toc14334 1.2.2 并聯(lián)式結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc14334 5 HYPERLINK l _Toc27324 1.3開關(guān)電源的電路 PAGEREF _Toc27324 6 HYPERLINK l _Toc21648 1.3.1 開關(guān)電源電路 PAGEREF _Toc21648 6 HY

10、PERLINK l _Toc17307 1.3.2 多電源電路的特點(diǎn) PAGEREF _Toc17307 7 HYPERLINK l _Toc6351 1.4 開關(guān)器件的選擇與驅(qū)動(dòng) PAGEREF _Toc6351 7 HYPERLINK l _Toc31336 1.4.1 電力二極管 PAGEREF _Toc31336 7 HYPERLINK l _Toc6514 1.4.2 電力場(chǎng)效應(yīng)管 PAGEREF _Toc6514 9 HYPERLINK l _Toc31362 1.4.3 絕緣柵雙極晶體管 PAGEREF _Toc31362 10 HYPERLINK l _Toc16317 1.4

11、.4 緩沖電路 PAGEREF _Toc16317 11 HYPERLINK l _Toc3575 第2章 開關(guān)電源的變換電路 PAGEREF _Toc3575 13 HYPERLINK l _Toc1015 2.1 基本變換電路 PAGEREF _Toc1015 13 HYPERLINK l _Toc4258 2.1.1 自激型推挽電路 PAGEREF _Toc4258 13 HYPERLINK l _Toc11408 2.1.2 橋式變換電路 PAGEREF _Toc11408 17 HYPERLINK l _Toc10534 2.1.3 半橋變換電路 PAGEREF _Toc10534

12、18 HYPERLINK l _Toc16305 2.1.4 正激變換電路 PAGEREF _Toc16305 19 HYPERLINK l _Toc7895 2.1.5 反激變換電路 PAGEREF _Toc7895 20 HYPERLINK l _Toc517 2.2 不同電路的特點(diǎn) PAGEREF _Toc517 21 HYPERLINK l _Toc23499 第3章 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524 PAGEREF _Toc23499 23 HYPERLINK l _Toc29942 3.1 UC3524的簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc29942 23 HYPERLINK l _Toc25

13、778 3.1.1 UC3524的概述 PAGEREF _Toc25778 23 HYPERLINK l _Toc6073 3.1.2 UC3524結(jié)構(gòu)介紹 PAGEREF _Toc6073 24 HYPERLINK l _Toc7200 3.2 UC3524的工作原理 PAGEREF _Toc7200 26 HYPERLINK l _Toc2529 第4章 基于UC3524的電源設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc2529 28 HYPERLINK l _Toc5486 4.1 基于UC3524的高壓電源結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc5486 28 HYPERLINK l _Toc25417 4.

14、2 各電源結(jié)構(gòu)的分析 PAGEREF _Toc25417 29 HYPERLINK l _Toc7007 第5章 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展 PAGEREF _Toc7007 34 HYPERLINK l _Toc29850 5.1直流穩(wěn)壓電源市場(chǎng)概況 PAGEREF _Toc29850 34 HYPERLINK l _Toc28966 5.2開關(guān)電源的應(yīng)用前景 PAGEREF _Toc28966 35 HYPERLINK l _Toc31928 5.2.1開關(guān)電源的發(fā)展動(dòng)向 PAGEREF _Toc31928 35 HYPERLINK l _Toc727 5.2.2 我國(guó)的開關(guān)電源市場(chǎng) PAGERE

15、F _Toc727 36 HYPERLINK l _Toc32326 結(jié)論 PAGEREF _Toc32326 38 HYPERLINK l _Toc16913 辭 PAGEREF _Toc16913 39 HYPERLINK l _Toc30109 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc30109 40 HYPERLINK l _Toc15011 附錄 PAGEREF _Toc15011 41 HYPERLINK l _Toc30528 外文資料翻譯 PAGEREF _Toc30528 42前言電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、國(guó)防教育、能源開發(fā)、通信等領(lǐng)域的迅

16、猛發(fā)展，對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更高、更多的要求，如：節(jié)電、節(jié)能、節(jié)材、減重、縮體、安全、可靠、環(huán)保等。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開關(guān)電源是一種新型電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高，耗能低，使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。伴隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，電力電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，而且任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對(duì)電源的要求也越來越高。開關(guān)電源是一種利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。它以高效率、輕量、小型、安全可靠等

17、特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子控制系統(tǒng)為主導(dǎo)的各種通信設(shè)備、終端設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今時(shí)代電子信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展不可或缺的一種電源形式。主要作為高功率脈沖電源的大型軍用設(shè)備和初級(jí)電源的電源系統(tǒng),也能應(yīng)用于大電流快速充放電系統(tǒng)和通信、醫(yī)療航天、電子等眾多領(lǐng)域,其中,幾十幾百千瓦的大、高功率開關(guān)電源主要應(yīng)用于國(guó)防事業(yè)、大型科研項(xiàng)目和現(xiàn)代化工業(yè)中,因此開關(guān)電源具有非常廣闊的應(yīng)用前景。近年來，在高壓大功率的應(yīng)用場(chǎng)合，開關(guān)電源作為一種高效好型、高性能的電源己廣泛用于家用電器、電子計(jì)算機(jī)、變頻器等電子設(shè)備中。采用開關(guān)電源后，可以使相關(guān)裝置體積小、重量輕、功耗低、穩(wěn)壓圍寬，大改善了裝置的控制可靠性與保護(hù)性能

18、。第1章 開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí)1.1 開關(guān)電源的概述1.1.1開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源由以下四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，見圖1-1所示。圖1-1電源基本組成框圖DC/DC變換器： 用以進(jìn)行功率變換，是開關(guān)電源的核心部分。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。驅(qū)動(dòng)器： 開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)放大，整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求。信號(hào)源： 產(chǎn)生控制信號(hào)，由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)，也可以是PFM信號(hào)或其它信號(hào)。比較放大器：比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值，頻率，波形等，通過

19、驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)電路、過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等。線性電源相比，開關(guān)電源輸入的瞬態(tài)變換表現(xiàn)在輸出端。由于反饋放大器的頻率特性得到改善，即便提高開關(guān)頻率，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)也能得到改善。輸出端LC濾波器的特性決定著負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)。所以瞬態(tài)響應(yīng)特的改善方法可以通過降低輸出濾波器LC、提高開關(guān)頻率等方法。1.1.2開關(guān)電源的工作原理開關(guān)電源的工作原理圖如圖1-2所示；圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管。使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能

20、把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓U0。 (a)原理電路圖 (b)波形圖圖1-2 開關(guān)電源的工作原理為方便分析開關(guān)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(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)電源直流輸出電壓U0與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系： (1-2)由(1-2)式可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間TON，即可改變脈沖占空比D，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變TON來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的方式叫做脈沖寬度調(diào)制(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(jì)，易

21、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，所以PWM式開關(guān)電源用得較多。若保持TON不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓U0穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)方式開關(guān)電源。由于開關(guān)頻率不固定，所以輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變TON，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比的調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應(yīng)用。1.1.3開關(guān)電源的特點(diǎn)(1)效率高：開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達(dá)90%以上。(2)重量輕：由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，電源的

22、重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小。(3)可靠安全：在開關(guān)電源中，由于可以方便的設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保護(hù)功能可靠。穩(wěn)壓圍寬：開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)電路，還可使穩(wěn)壓圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。(4)穩(wěn)壓圍寬：開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)電路，還可使穩(wěn)壓圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。(5)功耗小：由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，所以采用開關(guān)電源可

23、以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。(6)元件數(shù)值?。?由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHz以上，所以濾波元件的數(shù)值可以大大減小。11.2 開關(guān)電源主要結(jié)構(gòu)1.2.1 串聯(lián)式結(jié)構(gòu)串聯(lián)開關(guān)電源工作原理的方框圖如圖1-3所示；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(shí)，功率開關(guān)晶體管VT在開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制脈沖的作用下周期性地在導(dǎo)通、截止之間交替轉(zhuǎn)換，使輸入與輸出之間周期性的閉合與斷開。輸入不穩(wěn)定的直流電壓通過功率開關(guān)晶體管VT后輸出為周期性脈沖電壓，再經(jīng)濾波后，就可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有關(guān)，見式(12)。圖1-3 串聯(lián)開關(guān)電源原理圖輸入交流電壓或負(fù)載電

24、流的變化，會(huì)引起輸出直流電壓的變化，通過輸出取樣電路將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓相比較，誤差電壓通過誤差放大器放大，控制脈沖調(diào)寬電路的脈沖占空比D，達(dá)到穩(wěn)定直流輸出電壓U0的目的。1.2.2 并聯(lián)式結(jié)構(gòu)并聯(lián)開關(guān)電源工作原理方框圖如圖1-4所示。圖1-4 并聯(lián)開關(guān)電源原理圖功率開關(guān)晶體管VT與輸入電壓、輸出負(fù)載并聯(lián)，輸出電壓為：(1-3)圖1-4為一種輸出升壓型開關(guān)電源，電路中有一個(gè)儲(chǔ)能電感，適當(dāng)利用這個(gè)儲(chǔ)能電感，可將并聯(lián)開關(guān)電源轉(zhuǎn)變?yōu)閺V泛使用的變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源。變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源工作框圖如圖1-5所示。 圖1-5 變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源原理圖功率開關(guān)晶體管VT與開關(guān)變壓器初級(jí)線圈相串聯(lián)接在電

25、源供電輸入端，功率開關(guān)晶體管VT在開關(guān)脈沖信號(hào)的控制下，周期性地導(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(jí)得到脈沖電壓，這個(gè)脈沖電壓經(jīng)整流濾波后得到直流輸出電壓U0。同樣經(jīng)過取樣電路將取樣電壓與基準(zhǔn)電壓UE進(jìn)行比較被誤差放大器放大，由誤差放大器輸出至功率開關(guān)晶體管VT，通過控制功率開關(guān)晶體管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，所以變壓器的初、次級(jí)側(cè)可以相互隔離，從而使初級(jí)側(cè)電路地與次級(jí)側(cè)電路地分開，做到次級(jí)側(cè)電路地不帶電，使用安全。同時(shí)由于變壓器耦合，可以使用多組次級(jí)線圈，在次級(jí)得到多組直流輸出電壓。11.3開關(guān)電源的電路1.3.1 開

26、關(guān)電源電路1.主開關(guān)電源主開關(guān)電源的輸出功率較副電源、行輸出級(jí)二次電源的輸出功率要大。它將輸入220V交流輸入直接整流、濾波為300V左右的直流電壓，再經(jīng)過開關(guān)穩(wěn)壓調(diào)整環(huán)節(jié)中的開關(guān)調(diào)整管、開關(guān)變壓器、穩(wěn)壓控制電路、激勵(lì)脈沖產(chǎn)生電路對(duì)300V左右的直流電壓進(jìn)行DC-DC開關(guān)變換，產(chǎn)生各種所需的穩(wěn)定直流電壓輸出。主開關(guān)電源主要為主負(fù)載電路提供110145V的直流電壓。遙控待機(jī)功能是通過對(duì)主開關(guān)電源的控制實(shí)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(jí)也將停止工作，于是主負(fù)載失去了直流供電。2. 副電源副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(jiǎn)單，既可采用簡(jiǎn)易開關(guān)電

27、源也可以采用傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電路，無論負(fù)載處于正常工作狀態(tài)還是待機(jī)狀態(tài)，副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)行整流與濾波，就可以得到各種所需的直流電壓。由于它是由行輸出級(jí)經(jīng)直流-交流-直流的兩次變換，所以又稱為二次電源。行輸出級(jí)產(chǎn)生的各種直流電壓主要給顯像管各電極供電，同時(shí)也可以為視頻輸出板尾板、場(chǎng)掃描，圖像和伴音通道供電。1.3.2 多電源電路的特點(diǎn)（1） 負(fù)載均要求具有高可靠性，對(duì)電源的要求除了提供較大功率，還要求有較高的效率。（2） 電源輸入能適應(yīng)110V或220V交流供電的需求。一般要求電源對(duì)交流輸入電壓的適應(yīng)圍為90-245V，并對(duì)50Hz與60Hz輸

28、入頻率均能適應(yīng)。（3） 輸出端與輸入端隔離。輸出取樣反饋賄賂必須采用隔離元件進(jìn)行電源初、次級(jí)的隔離，以提高設(shè)備的抗干擾性和安全性。（4） 電源電路有良好的的過壓、過流、輸出短路與復(fù)位功能（5）可實(shí)現(xiàn)遙控待機(jī)功能，設(shè)計(jì)有負(fù)電源電路（待機(jī)電源）。1.4 開關(guān)器件的選擇與驅(qū)動(dòng)1.4.1 電力二極管電力二極管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管一樣，是以PN結(jié)為基礎(chǔ)，由PN結(jié)和兩端引線以與封裝組成。主要有以下三種特性：靜態(tài)特性：電力二極管的靜態(tài)特性指其伏安特性，當(dāng)電力二極管承受的正向電壓達(dá)到一定值，即門檻電壓UTO時(shí)，正向電流才開始明顯增加，處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)。與正向電流IF對(duì)應(yīng)的二極管兩端的電

29、壓UF即為其正向電壓降。當(dāng)電力二極管承受反向電壓時(shí)，只有微小而數(shù)值恒定的反向漏電流。開通過程：電力二極管的正向壓降先出現(xiàn)一個(gè)過沖UFP，經(jīng)一段時(shí)間才接近穩(wěn)態(tài)壓降，如圖1-6所示。其中，uF表示二極管壓降，iF表示二極管正向電流，tfr為正向恢復(fù)時(shí)間。電流上升率越大，UFP越高。 圖1-6 開通過程關(guān)斷過程：電力二極管經(jīng)過一段短暫的時(shí)間才能重新獲得反向阻斷能力，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。在關(guān)斷之前有較大的反向電流出現(xiàn)，并伴隨有明顯的反向電壓過沖。如圖1-7所示，URP為最大反向電壓，IRP為最大反向電流，trr為反向恢復(fù)時(shí)間(trr越小越好)。 圖1-7 反向恢復(fù)過程中電流和電壓波形電力二極管有三種主要類型

30、，分別是整流二極管、快速恢復(fù)二極管和肖特基二極管。其中整流二極管一般用于開關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路，其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，正向電流額定值和反向電壓額定值很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上?？焖倩謴?fù)二極管是指指恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，也稱快速二極管。該類二極管的反向恢復(fù)時(shí)間短(可低于50ns)，正向壓降也很低(0.9V左右)，但其反向耐壓多在400V以下。超快恢復(fù)二極管的快速恢復(fù)時(shí)間甚至僅為2030ns。肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間很短(1040ns)，正向恢復(fù)過程中也不會(huì)有明顯的電壓過沖。在反向耐壓較低的情況下，肖特基二極管的正向壓降也很小，明顯低于

31、快恢復(fù)二極管。其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，故效率較高。肖特基二極管當(dāng)反向耐壓提高時(shí)其正向壓降也會(huì)高，因此多用于低壓條件下。1.4.2 電力場(chǎng)效應(yīng)管 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱電力MOSFET，其特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好。但由于該管的電流容量小，耐壓低，因此它一般用于功率不超過10kW的電源電子裝置。電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，圖1-8(a)所示為N溝道電力MOSFET的結(jié)構(gòu)，圖(b)為電力MOSFET的電氣圖形符號(hào)。電力MOSFET的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏、源極間加正電源，柵、源

32、極間電壓為零，P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏、源極之間無電流流過；在導(dǎo)通狀態(tài)，即當(dāng)UGS大于開啟電壓或閾值電壓UT時(shí)，柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)消失，漏極和源極導(dǎo)電。MOSFET開關(guān)時(shí)間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是電力電子器件中最高的。由于是場(chǎng)控器件，靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。（a）部結(jié)構(gòu)斷面示意圖(b)電氣圖形符號(hào)圖 圖1-8 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 因?yàn)殡娏OSFET開關(guān)頻率

33、可達(dá)到100kHz，采用專用驅(qū)動(dòng)芯片最為理想。IR2011、IR221系列均可工作在100kHz以上。同類型的高壓板橋驅(qū)動(dòng)IC有很完善的保護(hù)機(jī)制，可以很好地應(yīng)用于半橋、全橋、三相全橋等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。1.4.3 絕緣柵雙極晶體管IGBT為三端器件，分別為柵極G、集電極C和發(fā)射極E，如圖1-9所示。IGBT的驅(qū)動(dòng)原理與電力MOSFET基本一樣，是場(chǎng)控器件，通斷由柵、射極電壓UGE決定。導(dǎo)通狀態(tài)：UGE大于開啟電壓，MOSFET形成溝道，為晶體管提供基極電流，IGBT導(dǎo)通；關(guān)斷狀態(tài)：柵、射極間施加反壓或不加信號(hào)，MOSFET的溝道消失，晶體管的基極電流被切斷，IGBT關(guān)斷。(a)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖 (b)

34、電氣圖形符號(hào) 圖1-9 IGBT的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)IGBT有如下特性(1) 開關(guān)速度高，開關(guān)損耗小。(2) 一樣電壓和電流時(shí)，安全工作區(qū)大，且具有耐脈沖電流沖擊的能力。(3) 通態(tài)壓降比MOSFET低，特別是在電流較大的區(qū)域。(4) 輸入阻抗高，輸入特性與MOSFET類似。(5) 與MOSFET和GTR相比，耐壓和通流能力進(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。51.4.4 緩沖電路1.緩沖電路的作用緩沖電路也叫吸收電路，其作用就是抑制電子元器件的部過電流和di/dt、過電壓和du/dt，減小器件的開關(guān)損耗。開通緩沖電路，也稱di/dt抑制電路，其作用是抑制di/dt、抑制器件開通時(shí)的電流過沖

35、，減小器件的開通損耗。關(guān)斷緩沖電路，也稱du/dt抑制電路，其作用是抑制du/dt、吸收電子元器件的換相過電壓和關(guān)斷過電壓、減小器件的關(guān)斷損耗。將開通緩沖電路和關(guān)斷緩沖電路結(jié)合在一起就可形成復(fù)合緩沖電路，如圖1-10所示。 圖1-10 緩沖電路 緩沖電路中的元件設(shè)計(jì)電容C2和電阻R2的取值可參考工程手冊(cè)或通過實(shí)驗(yàn)確定，VD2必須選用快恢復(fù)二極管，二極管的額定電流必須于主電路元器件的1/10，選用部電感小的吸收電容，盡量減小線路電感，在一些中小容量場(chǎng)合可只在直流側(cè)設(shè)一個(gè)du/dt抑制電路，對(duì)IGBT甚至可以僅并聯(lián)一個(gè)吸收電容。在實(shí)用中晶閘管一般沒有關(guān)斷過電壓只承受換相過電壓，關(guān)斷時(shí)也沒有較大的d

36、u/dt，一般采用RC吸收電路即可解決。第2章 開關(guān)電源的變換電路由開關(guān)電源結(jié)構(gòu)可知，開關(guān)穩(wěn)壓器無論何種形式(自激或它激),實(shí)際上都是由開關(guān)電路和穩(wěn)壓控制電路兩大系統(tǒng)組成。常見的電源變換電路可以分為單端和雙端電路兩大類。單端電路包括正激和反激兩類；雙端電路包括全橋、半橋和推挽三類。每一類電路都可能有多種不同的拓?fù)湫问交蚩刂品椒?。單端開關(guān)電路受開關(guān)器件做大動(dòng)作電流的限制以與變換電路的影響，其輸出功率一般在200W左右。若需要大功率電源，必須采用新的電路結(jié)構(gòu)。推挽式、半橋式、橋式開關(guān)電路可以輸出大功率，成為開關(guān)電源的主要電路形式。2.1 基本變換電路推挽式、半橋式、橋式等變換電路由于其特殊結(jié)構(gòu)，可

37、以輸出大功率，是目前開關(guān)電源的基礎(chǔ)電路形式。本節(jié)對(duì)基礎(chǔ)變換原理與結(jié)構(gòu)分析，介紹其電路主要參數(shù)的計(jì)算方法。2.1.1自激型推挽電路如圖2-1所示為推挽式開關(guān)電路的示意圖。圖2-1 推挽式開關(guān)電路脈沖變壓器TC初、次級(jí)都有兩組對(duì)稱的繞組，其相位關(guān)系如圖所示，開關(guān)管用開關(guān)S代替。如果使S1、S2交替導(dǎo)通，通過變壓器將能量傳到次級(jí)電路，使V1、V2輪流導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。由于S1、S2導(dǎo)通時(shí)脈沖變壓器TC電流方向不同，形成的磁通方向相反，因此推挽電路提高了磁芯的利用率。在四個(gè)象限，磁芯的磁化曲線都被利用，在輸出功率一定時(shí)，磁芯的有效截面積可以小于同功率的單端開關(guān)電路。此外當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率恒定時(shí)，紋波率

38、也相對(duì)較小。推挽式開關(guān)電路中，能量轉(zhuǎn)換由兩管交替控制，當(dāng)輸出一樣功率時(shí)，電流僅是單端開關(guān)電源管的一半，因此開關(guān)損耗隨之減小，效率提高。如果用同規(guī)格的開關(guān)管組成單端變換電路，輸出最大功率為150W。若使用2只同規(guī)格開關(guān)管組成推挽電路，輸出功率可以達(dá)到400500W。所以輸出功率200W以上的開關(guān)電源均宜采用推挽電路。當(dāng)濾波電感L電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓表達(dá)式為：（2-1）式中：N1、N2分別為變壓器N1繞組和N2繞組的匝數(shù)；ton為導(dǎo)通時(shí)間；T為VT的關(guān)斷時(shí)間。 圖2-1所示的對(duì)稱推挽電路也有其不足之處：1、開關(guān)管承受反壓較高。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電源電壓和脈沖變壓器初級(jí)二分之一的感應(yīng)電壓相串聯(lián)，加到開

39、關(guān)管集電極和發(fā)射極，因而要求開關(guān)管VECO2VCC。2、推挽電路相當(dāng)于單端開關(guān)電路的對(duì)稱組合，只有當(dāng)開關(guān)管特性、脈沖變壓器初、次級(jí)繞組均完全對(duì)稱，脈沖變壓器磁心的磁化曲線在直角坐標(biāo)第、象限所包括的面積，才和第、象限曲線面積相等，正負(fù)磁通相抵消。否則磁感應(yīng)強(qiáng)度+B和-B的差值形成剩余磁通量，使一個(gè)開關(guān)管磁化電流增大，同時(shí)次級(jí)V1、V2加到負(fù)載上的輸出電壓也不相等，從而增大紋波，推挽電路的優(yōu)勢(shì)盡失。因此，這種推挽電路目前僅用于自激或它激式低壓輸入的穩(wěn)壓變換器中。因?yàn)榈蛪汗╇姡琋1、N2匝數(shù)少，且兩繞組間電壓差也小，一般采用雙線并繞的方式來保證其對(duì)稱性圖2-2為飽和型推挽式自激變換器的基本電路。所謂

40、飽和式，是指脈沖變壓器工作在磁化曲線的飽和狀態(tài)。電路通電以后，電流經(jīng)電阻R1到正反饋繞組N3N4的中點(diǎn)，同時(shí)向VT1、VT2基極提供啟動(dòng)偏置。由于VT2的基極電路附加了R2，因此IB2、IC2小于IC1、IB1。啟動(dòng)狀態(tài)，IC1IC2的結(jié)果，使脈沖變壓器中形成的磁通N1N2，合成總磁通量為N1-N2，使VT1的導(dǎo)通電流起主導(dǎo)作用。因此，N1在各繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，正反饋繞組N3的感應(yīng)電勢(shì)形成對(duì)VT1的正反饋，使VT1集電極電流迅速增大。IC1的增大使N1激磁電流增大，磁場(chǎng)強(qiáng)度(H)的增加，使磁感應(yīng)強(qiáng)度(B)磁化曲線增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)磁心飽和點(diǎn)時(shí)，即使磁化電流再增大，也無法再使磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，即磁通量

41、的變化為零。磁通量飽和的結(jié)果，使其無變量，各繞組感應(yīng)電壓為零，VT1的正反饋消失，集電極電流IC1IB1*，并迅速減小。此過程中，正反饋繞組感應(yīng)電壓反向，使VT2導(dǎo)通，且IC2迅速增大，VT1截止。此過程中，由于磁心的飽和周而復(fù)始地進(jìn)行，VT1、VT2輪流導(dǎo)通，初始電流方向隨之不斷改變，因而在次級(jí)感應(yīng)出雙向矩形脈沖。因此推挽變換器次級(jí)可以通過全波或橋式整流向負(fù)載供電。 圖2-2飽和式推挽變換器基本電路飽和型推挽變換器中，開關(guān)管VT1、VT2必須選擇較大的ICM。因?yàn)楫?dāng)磁通量開始飽和時(shí)，脈沖變壓器等效電感也開始減小，磁通量完全飽和時(shí)等效電感為零，開關(guān)管集電極電流劇增。在Ic劇增至IcIB*時(shí)，I

42、c才開始減小。一般飽和型變換器只用在低壓變換器中，即使如此也必須嚴(yán)格設(shè)計(jì)脈沖變壓器飽和點(diǎn)的激磁電流，不能大于開關(guān)管最大允許電流。這種變換器的優(yōu)點(diǎn)是頻率比較穩(wěn)定，其翻轉(zhuǎn)過程只取決于脈沖變壓器和負(fù)載電流。 自激推挽式變換器也有不足。首先是自激推挽式開關(guān)電路的驅(qū)動(dòng)脈沖是雙向的。在圖5-2中，當(dāng)VT1導(dǎo)通期間，N3的感應(yīng)脈沖是以正脈沖形式加到VT1的基極，此時(shí)VT2處于截止?fàn)顟B(tài)，N4的感應(yīng)脈沖以負(fù)脈沖形式加到VT2基極。當(dāng)開關(guān)管或脈沖變壓器進(jìn)入飽和狀態(tài)時(shí)，首先是正反饋脈沖減小，隨IB800V的開關(guān)管，而橋式電路中開關(guān)管UCEO大于400V也比較安全了。開關(guān)管功耗PCM一定時(shí)，UCEO低的管子其ICM也

43、必然較大，相對(duì)地使橋式開關(guān)電路上限輸出功率增大。此外，橋式電路中脈沖變壓器T的初級(jí)通過的是對(duì)稱的方波，理論上無直流成分磁化電流，因而其磁通量為交變磁通，無恒定磁場(chǎng)，使脈沖變壓器的有效利用率提高，減小了開關(guān)電源的體積和重量。更重要的是，橋式開關(guān)電路的脈沖變壓器初級(jí)只需要一組繞組，不存在對(duì)稱的問題，且初級(jí)最高電壓為輸入電壓，這使得脈沖變壓器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。因此橋式電路被廣泛用于kW級(jí)的大功率開關(guān)電源中。在圖2-3所示的全橋逆變電路中，互為對(duì)角的一對(duì)開關(guān)管輪流同時(shí)導(dǎo)通，在變壓器初級(jí)側(cè)形成交變電壓，傳遞到次級(jí)，經(jīng)整流濾波后輸出，改變占空比即可改變輸出電壓。當(dāng)VT1與VT4開通后，二極管VD1和VD4處

44、于通態(tài)，電感L的電流逐漸上升；VT2與VT3開通后，二極管VD2和VD3處于通態(tài)，電感L的電流也上升。VT1和VT2斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為Ui。如果VT1、VT4與VT2、VT3的導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱，則N1中的交變電壓中將含有直流分量，會(huì)在變壓器一次側(cè)產(chǎn)生很大的直流電流，造成磁路飽和，因此全橋電路應(yīng)注意避免電壓直流分量的產(chǎn)生，也可以在一次側(cè)回路串聯(lián)一個(gè)電容，以阻斷直流電流。設(shè)每對(duì)管導(dǎo)通時(shí)間為ton，開關(guān)周期為T，則在濾波電感電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式同式(2-1)。2.1.3 半橋變換電路半橋式電路顧名思義就是取掉橋式電路中的兩只開關(guān)管，半橋變換電路如圖2-4所示。電路的工作過程：

45、VT1與VT2交替著導(dǎo)通，就能在變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。通過改變兩個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，就可以改變變壓器二次側(cè)整流電壓Ud的平均值，就可以改變整流輸出電壓U0。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管V1處于通態(tài)；當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，二極管V2處于通態(tài)；當(dāng)VT1、VT2都關(guān)斷時(shí)，由于電路處于短路狀態(tài)，所以變壓器繞組N1中的電流為零，此時(shí)V1和V2都處于通態(tài)，各分擔(dān)一半的電流。VT1或VT2導(dǎo)通時(shí)，通過電感L的電流逐漸上升；兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，通過電感L的電流逐漸下降。VT1和VT2處于斷開狀態(tài)時(shí)所承受的電壓最高為Ui。由于電容器C1、C2的隔離作用，對(duì)兩個(gè)開關(guān)由于導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的

46、直流分量，半橋變換電路有著自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生直流磁飽和與變壓器的偏磁。圖2-4半橋電路原理圖 當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式為： (2-2)半橋式開關(guān)電路省去兩只開關(guān)管，采用連接電容分壓方式，使開關(guān)管c-e極電壓與橋式電路一樣，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也大為簡(jiǎn)化，只需兩組在時(shí)間軸上不重合的驅(qū)動(dòng)脈沖，兩組驅(qū)動(dòng)電路的參考點(diǎn)為各自開關(guān)管的發(fā)射極，顯然比橋式電路的形式簡(jiǎn)單得多。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用一樣規(guī)格開關(guān)管時(shí)，半橋式負(fù)載端電壓為1/2Uin，輸出功率為橋式電路的1/4。半橋式電路具有全橋式電路的所有優(yōu)勢(shì)，因此其應(yīng)用比全橋式更普遍。2.1.4 正激變換電路 正激變換器電路原理圖如圖2-4

47、所示。電路的工作過程如下：開關(guān)管VT開通后，變壓器一次側(cè)繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合二次側(cè)繞組N2兩端的電壓同樣是上正下負(fù)。因此二極管V1處于通態(tài)，二極管V2為斷態(tài)，通過電感L的電流逐步增大；VT關(guān)斷后，電感L通過V2續(xù)流，V1關(guān)斷。圖2-5 正激變換器電路原理圖開關(guān)管VT關(guān)斷后，變壓器的激磁電流經(jīng)自身N3繞組和二極管V3流回電源，所以開關(guān)管VT關(guān)斷后所承受的電壓表達(dá)式為：(2-3)此時(shí)要考慮變壓器磁心復(fù)位問題。開關(guān)管VT開通后，變壓器的激磁電流由零始，隨著導(dǎo)通時(shí)間的增加而成線性的增長(zhǎng)直到開關(guān)管VT關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，就需要設(shè)法在開關(guān)管VT關(guān)斷后到下一次再開通的一段時(shí)間

48、使激磁電流降回零，這一過程就稱為變壓器的磁心復(fù)位。 變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間表達(dá)式為：(2-4)在電感電流連續(xù)的情況下，輸出電壓表示為： (2-5)輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，輸出電壓U0將高于式(2-3)的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高。在負(fù)載為零的極限情況下，輸出電壓表達(dá)式為：(2-6)2.1.5 反激變換電路反激變換器電路原理如圖5-6所示。反激電路中的變壓器T起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看做是一對(duì)相互耦合的電感。 圖2-6 反激變換器電路原理圖電路的工作過程：VT開通后，VD處于斷態(tài)，N1繞組的電流線性增長(zhǎng)，繞組電感儲(chǔ)能增加；VT關(guān)斷后，N1繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過N2繞組和VD向輸出端

49、釋放。VT關(guān)斷后的電壓為（2-7）反激電路的工作模式分為電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式。(1) 電流連續(xù)模式：當(dāng)VT開通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。輸出電壓和輸入電壓關(guān)系見式(2-2)。(2) 電流斷續(xù)模式：VT開通前，N2繞組中的電流已下降到零。輸出電壓高于計(jì)算值,并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下, Uo。因此反激電路不能工作于負(fù)載開路狀態(tài)。12.2 不同電路的特點(diǎn)上述各種不同電路的特點(diǎn)比較如表2-1所示表2-1 各種電路比較電路優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)功率圍應(yīng)用領(lǐng)域正激式電路比較簡(jiǎn)單，可靠性較高，成本低，驅(qū)動(dòng)電路操作簡(jiǎn)單變壓器單相激磁，利用率低百瓦千瓦中小功率電源反激式電路比較簡(jiǎn)單，成本低，可

50、靠性較高，可用操作簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路變壓器會(huì)出現(xiàn)單相激磁，利用率比較低瓦千瓦計(jì)算機(jī)設(shè)備，小功率電子設(shè)備等全橋式變壓器容易出現(xiàn)雙向激磁，很容易達(dá)到大功率結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低成本高，需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路百瓦千瓦焊接電源，大功率工業(yè)用電源，電解電源等半橋式變壓器容易出現(xiàn)雙向激磁，開關(guān)少，成本低需要考慮直通問題，可靠性比較低，需要隔離驅(qū)動(dòng)電路百瓦千瓦計(jì)算機(jī)電源，工業(yè)用電源等推挽式變壓器雙向激磁，一次側(cè)一個(gè)開關(guān)，通態(tài)損耗小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單有偏磁問題百瓦千瓦低輸入電源第3章 雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC35243.1 UC3524的簡(jiǎn)介3.1.1 UC3524的概述目前國(guó)外生產(chǎn)的PWM型和PFM（脈頻調(diào)制）型開關(guān)集成控制器已

51、達(dá)上百種，其中PWM型集成控制器以UC3524較為流行。UC3524是美國(guó)硅通用公司（SiliconGeneral）生產(chǎn)的雙端輸出式脈寬調(diào)制器，包括了所有無電源變壓器開關(guān)電源所要求的基本功能，如控制、保護(hù)、取樣放大等功能，使用方便靈活，同時(shí)在制造上采用常規(guī)的平面工藝?？蔀槊}寬調(diào)制式推挽、橋式、單端與串聯(lián)型SMPS（固定頻率開關(guān)電源）提供全部控制電路系統(tǒng)的控制單元。 UC3524的工作頻率高于100kHz,工作電壓圍為640V，基準(zhǔn)電壓為5V，基準(zhǔn)源負(fù)載能力達(dá)50mA；開路集電極，發(fā)射極驅(qū)動(dòng)管的最大輸出電流為100mA；工作溫度為070,適宜構(gòu)成100W500W中功率推挽輸出式開關(guān)電源。UC35

52、24部振蕩器的周期T=RTCT，電容CT取值圍為1000pF0.1F，RT取值圍為1.8100k，其最高振蕩頻率為300kHz。UC3524部設(shè)有驅(qū)動(dòng)脈沖電路，通過控制PWM比較器的輸出，使集成電路處于關(guān)閉狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。UC3524的兩組驅(qū)動(dòng)輸出級(jí)也采用集電極、發(fā)射極開路輸出的NPN型雙極型三極管，以便用于單端或推挽電路的驅(qū)動(dòng)。兩路輸出脈沖，每路輸出最大脈寬為45%。驅(qū)動(dòng)推挽電路時(shí)，次級(jí)電路得到兩組正向脈沖分別使部放大管輪流導(dǎo)通，其最大脈寬為90%。因?yàn)閮山M驅(qū)動(dòng)輸出極性一樣，只是在時(shí)間軸上出現(xiàn)的序列不同，所以可以將兩驅(qū)動(dòng)輸出脈沖并聯(lián)，將輸出最大脈寬90%的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，用于單端變換器。

53、分成兩路輸出時(shí)，開關(guān)頻率為振蕩器頻率的2倍；單端并聯(lián)運(yùn)用時(shí)，開關(guān)頻率等于振蕩頻率。3.1.2 UC3524結(jié)構(gòu)介紹雙端輸出驅(qū)動(dòng)器UC3524以其優(yōu)良的性能獲得廣泛運(yùn)用，無論低壓變換器還是大功率開關(guān)電源，都可由其組成可靠性較高的電路。UC3524采用DIP16型封裝其結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖如3-1所示。 圖3-1 UC3524部電路結(jié)構(gòu) 各引腳介紹 1腳：部誤差檢測(cè)放大器A的差分放大器反向輸入端。 2腳：誤差放大器A的正相輸入端。 3腳：部振蕩器鋸齒波輸出端。 4、5腳：分別為開關(guān)電流限制放大器的+、取樣輸入端。 6腳：外接定時(shí)電阻端。7腳：外接定時(shí)電容端。8腳：接地端。9腳：誤差放大器的輸出端。10

54、腳：PWM脈沖輸出控制端。11、14腳：部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí)NPN雙極型三極管的發(fā)射極引出端。12、13腳：部?jī)陕夫?qū)動(dòng)級(jí)NPN管的集電極引出端。15腳：電源輸入端。16腳：5V基準(zhǔn)電壓輸出端。UC3524的主要部分說明如下： （1）基準(zhǔn)源。UC3524從腳輸出5V基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá)20mA，片除“或非”門外，其他部分均由其供電，此外該電壓還兼作誤差放大器的基準(zhǔn)電壓。基準(zhǔn)源的電壓輸入圍為840V，電壓調(diào)整率為0.01，負(fù)載調(diào)整率為0.4，溫度系數(shù)為210(-4)/，設(shè)過電流和短路保護(hù)。 （2）誤差放大器。UC3524片誤差放大器由一對(duì)差分放大器和一級(jí)單管放大電路等組成，開環(huán)增益60dB以上，輸出阻抗

55、為5M。放大器由5V電壓供電，其共模輸入電壓圍為1.83.4V，需要將輸入基準(zhǔn)電壓分壓送至誤差放大器腳（正電源電壓輸出）或腳（負(fù)電源電壓輸出）。為使放大器能穩(wěn)定工作，一般在腳對(duì)地之間接入RC網(wǎng)絡(luò)，RC網(wǎng)絡(luò)的電阻和電容的值可分別取50k和1000pF，以補(bǔ)償系統(tǒng)的相移和頻響特性。SG3524無專門的死區(qū)時(shí)間控制端子，而是靠基準(zhǔn)電壓分壓至誤差放大器的腳，通過限制腳的高電平數(shù)值來控制死區(qū)，為了不影響片性能，可在腳與分壓端之間串聯(lián)二極管，使腳電位低于分壓端電壓時(shí)分壓電路不起作用。 （4）控制關(guān)閉端。由于誤差放大器的輸出端受UC3524芯片關(guān)閉電路晶體管的控制，所以利用外部電路控制晶體管的導(dǎo)通與截止，就

56、可以控制輸出脈沖的工作與關(guān)閉。腳為控制晶體管基極的輸入端口。利用UC3524的控制關(guān)閉功能可實(shí)現(xiàn)電源的過電壓保護(hù)和軟啟動(dòng)等。（5）電流限制電路。電流限制電路通常采用單管放大的工作方式，預(yù)先在其基極加一定偏置電壓，當(dāng)檢測(cè)到輸入正端（腳）和負(fù)端（腳）之間電位差大于200mV時(shí)，放大器使腳電位下降，從而迫使輸出脈沖寬度變窄，以達(dá)到限制電流的增加的目的。由于該電路的共模輸入電壓圍比較小僅為1V，因而可以從地線回路中取得過電流信號(hào)。因電流限制電路的增益也較低，控制脈寬時(shí)就會(huì)存在著較大的過渡區(qū)，實(shí)際工作值與電流開始限制值相比應(yīng)有一定的裕量，利用該電路可限制主變換器的輸入電流（輸入與輸出電氣不隔離時(shí)），同時(shí)

57、將腳接地，腳可作為附加關(guān)閉輸入端子。（6）觸發(fā)器。經(jīng)觸發(fā)脈沖觸發(fā)，觸發(fā)器兩輸出端分別交替輸出高低電平，以控制輸出級(jí)“或非”門的輸入端。兩個(gè)“或非”門各自的三個(gè)輸人端分別受觸發(fā)器、振蕩器和比較器（脈寬調(diào)制器）的輸出脈沖控制。（7）比較器。鋸齒波的電壓與誤差放大器的輸出電壓經(jīng)比較器比較，當(dāng)鋸齒波電壓高于誤差放大器輸出電壓時(shí)，比較器輸出高電平，“或非”門輸出低電平，使輸出晶體管截止；反之，鋸齒波電壓低于誤差放大器輸出電壓時(shí)，比較器輸出低電平，使輸出晶體管導(dǎo)通。（8）輸出晶體管。它是由兩個(gè)中功率NPN型晶體管構(gòu)成，每管的集電極和發(fā)射極都單獨(dú)引出，其中還包含抗飽和電路和過電流保護(hù)電路，每管可輸出100m

58、A電流。33.2 UC3524的工作原理UC3524的工作過程是這樣的：直流電源Vs從腳15接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的5V基準(zhǔn)電壓。5V再送到部（或外部）電路的其他元器件作為電源。振蕩器腳7須外接電容CT，腳6須外接電阻RT。振蕩器頻率f由外接電阻RT和電容CT決定，f=1.18/RTCT。本設(shè)計(jì)將Boost電路的開關(guān)頻率定為10kHz，取CT=0.22F，RT=5k；逆變橋開關(guān)頻率定為5kHz，取CT=0.22F，RT=10k。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與兩個(gè)或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相端，比較器的反

59、向端接誤差放大器的輸出。誤差放大器實(shí)際上是個(gè)差分放大器，腳1為其反向輸入端；腳2為其同相輸入端。通常，一個(gè)輸入端連到腳16的基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上（應(yīng)取得2.5V的電壓），另一個(gè)輸入端接控制反饋信號(hào)電壓。本系統(tǒng)電路圖中，在DC/DC變換部分，UC35241芯片的腳1接控制反饋信號(hào)電壓，腳2接在基準(zhǔn)電壓的分壓電阻上。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，從而在比較器的輸出端出現(xiàn)一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個(gè)輸入端?；蚍情T的另兩個(gè)輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個(gè)輸出端互補(bǔ)，交替輸出高低電平，其作用是將PWM脈沖交替

60、送至兩個(gè)三極管V1與V2的基極，鋸齒波的作用是加入了死區(qū)時(shí)間，保證V1與V2兩個(gè)三極管不可能同時(shí)導(dǎo)通。最后，晶體管V1與V2分別輸出脈沖寬度調(diào)制波，兩者相位相差180。當(dāng)V1與V2并聯(lián)應(yīng)用時(shí)，其輸出脈沖的占空比為090；當(dāng)V1與V2分開使用時(shí)，輸出脈沖的占空比為045，脈沖頻率為振蕩器頻率的1/2，兩塊UC3524都為并聯(lián)使用。當(dāng)腳10加高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖的封鎖，進(jìn)行過流保護(hù)。3第4章 基于UC3524的電源設(shè)計(jì)4.1 基于UC3524的高壓電源結(jié)構(gòu) 基于UC3524的高壓DC/DC電源設(shè)計(jì)主電路如圖4-1所示。輸入為DC 310V高壓，輸出為DC 24V。此圖中主要有三部分組成，分別