全橋開關(guān)穩(wěn)壓電源解析

1、濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄第一章前言. 11.1開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r.11.2開關(guān)電源定義 .21.3開關(guān)電源的發(fā)展歷史及其應(yīng)用范圍.21.4開關(guān)電源控制技術(shù)分析研究.41.5全橋開關(guān)電源應(yīng)用技術(shù) .41.6本設(shè)計的內(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)動電路 .102.2.2共射放大電路 .102.3場效應(yīng)管及其組成電路分析.122.3.1場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)驅(qū)動電路.12第三章全橋拓?fù)湓?.143.1基本工作原理 .143.2全橋變

2、換器設(shè)計 .163.2.1最大導(dǎo)通時間、初級繞組圈數(shù)選擇.163.2.2初級電流、輸出功率、輸入電壓的關(guān)系.163.2.3初級線徑的選擇 .163.3 變壓器初級隔直電容的選擇. 17第四章 UC3895 芯片外圍電路設(shè)計 .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 .19I濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4.2 UC3895外圍電路計算20第五章全橋開關(guān)電源硬件設(shè)計225.1穩(wěn)壓恒流電路的設(shè)計225.2輔助電源的設(shè)計235.3主功率板總圖255.4驅(qū)動電路設(shè)計26結(jié)束語27參考文獻(xiàn)28致謝29II濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文

3、）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)計了由UC3895構(gòu)成的全橋移相零電壓開關(guān)（ ZVS）PWM開關(guān)電源。全橋開關(guān)電源采用了圖騰柱驅(qū)動電路，并且驅(qū)動電路以隔離的方式驅(qū)動MOS開關(guān)管，以此來提高電源的穩(wěn)定性；UC3895 采用了 ZVS 技術(shù)使開關(guān)管的導(dǎo)通損耗減小，提高了整個電路的工作效率。此次開關(guān)電源設(shè)計重點(diǎn)分析了全橋開關(guān)電源開關(guān)管的零電壓開通和零電流關(guān)斷的過程以及全橋開關(guān)的工作原理，而且還闡述了全橋開電源相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，以及全橋開關(guān)電源今后的發(fā)展方向和發(fā)展趨勢。本文選擇了全橋拓?fù)?，分析了電源的外圍電路。UC3895 自身帶有自適應(yīng)延

4、遲時間設(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)；零電壓開關(guān)技術(shù)；全橋移相控制技術(shù)。ABSTRACT ： Thispaper mainly introduces the composed of UC3895phase shiftresonant PWM controllerworkingprincipleand application,furtherdesignedcomposed of UC3895 full bridge phase shifting zero voltage swit

5、ching (ZVS) PWMswitching power supply.Fullbridgeadopted the totem poles switchpowersupplydrivecircuit, and drivecircuitin the form ofisolated drive MOS switch tube, inorder to improve the stability of the power supply;UC3895 adopted ZVS technologyreduce switch tubeconductionlosses, improvethe workef

6、ficiencyofthewholecircuit.The switchingpower supplydesign focuses on analyzingthe wholebridgeopening of zero voltage switch power switch tube and zero current turn off processand the working principle of the full bridge switch and also expounds the applicationof the whole bridge open power supply re

7、latedfields,as well as the wholebridgeswitching power supply development direction anddevelopmenttrendinthefuture.This article chose the full bridge topology, the periphery of the power supplycircuitis analyzed.UC3895itself with enhanced adaptivedelaytimeSettings,andotherlogic function,and BCDMOSUC3

8、895adopted manufacturingtechnology,which makes UC3895 overall performance has the very big enhancement.Keywords: zero voltage switching technology ； full bridge phase shifting control；resonant converter 。1濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章前言小型開關(guān)電源主要是以反激拓?fù)錇橹鳎醇さ驮肼?、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關(guān)實現(xiàn)的，因此目前都在不斷地開發(fā)出高

9、效率新型元器件，特別是不斷地改進(jìn)次級側(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關(guān)電源。簡單介紹一個小型電源的原理圖，控制電路主要是由控制芯片OB2530 來控制完成的，另外還加入必要的外圍電路：反饋電路，它是由過流保護(hù)電路，過壓保護(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)在近代社會正在以一個高速度不斷的創(chuàng)新發(fā)展，高頻開關(guān)電

10、源應(yīng)用的領(lǐng)域已經(jīng)非常廣泛： 1.PC 終端設(shè)備， 2. 通訊家用電器， 3. 工業(yè)電源， 4. 航空航天等各個領(lǐng)域。 我國的電子行業(yè)正迅速崛起， 電子產(chǎn)品正在經(jīng)歷一個迅速發(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)，1濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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）以下的開關(guān)電源。大功率的開關(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)

11、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，直流供電等重要領(lǐng)域。PWM技術(shù)的發(fā)展對節(jié)能環(huán)保方面有一定的積極的意義。正如像臺達(dá)這些電源大廠的企業(yè)理念“節(jié)能，環(huán)保，愛地球”極大的提高了電源的效率，這也對應(yīng)了如今國家提倡的節(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。后面我們還會詳細(xì)的講解PWM脈寬調(diào)制技術(shù)。1.2開關(guān)電源定義線性電源是高頻開關(guān)電源迅速發(fā)展和進(jìn)步的基礎(chǔ)，通俗的說開關(guān)電源是在線性穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上發(fā)展進(jìn)步的。開關(guān)電源是開關(guān)器件（如：三極管， 晶體管

12、等）工作在開關(guān)狀態(tài)的電源。開關(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電路DC-DC電路開關(guān)電源在實際應(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具備以下的三個基本條件的電源可稱之為開關(guān)電源, 這三個基本條件就是： 1. 開關(guān) 2. 高頻 3. 直流。1.3開關(guān)電源的發(fā)展歷史及其應(yīng)用范圍線性穩(wěn)壓電源是開關(guān)電源的發(fā)展基礎(chǔ)。在開關(guān)電源還沒有出現(xiàn)的時候，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。但是因為電子技術(shù)的不斷跟進(jìn)使得我們需要功能越來越強(qiáng)大更加完善的開關(guān)電源。這就使得市場迫切需要1. 體積小2. 效率高3. 重量輕4. 性能好的新

13、型高頻開關(guān)電源，開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展最為強(qiáng)大的動力莫過于它巨大的市場價值當(dāng)然還有能源方面的能源意義。新型電力電子器件的創(chuàng)新以及高頻率的開關(guān)管的出現(xiàn)給開關(guān)電源的發(fā)展提供2濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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關(guān)電源得以問世，那時確定的開關(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)提到過的Buck 拓?fù)洌?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?。電源的開關(guān)頻率這幾年得到了很大的提升完全得益于MOSFET在開關(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。

14、 開關(guān)電源的開關(guān)頻率不斷的提高也引起了很多的問題， 比如電磁干擾問題，為了能夠更好的解決電磁干擾的問題就出現(xiàn)了一個新的技術(shù)， 軟開關(guān)技術(shù)開關(guān)電路它的出現(xiàn)使得開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)一步提升。在后來在上世紀(jì) 90 年代開始，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)成為了開關(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.主動式 PFC2.被動式 PFC目前除了對直流輸出電壓的輸出紋波要求極高的場合外，高頻開關(guān)電源慢慢的取代了線性穩(wěn)壓電源，主要用于小功率場合。比如：電視機(jī)、 電腦、 計算機(jī)、各種電子儀器儀表的電源。在比較多的中大容量范圍，開關(guān)電

15、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。開關(guān)電源的主電路是開關(guān)電源的核心部分。我們一般根據(jù)以下的三個原則對開關(guān)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：開關(guān)電源非 反 饋非隔離隔離隔離反饋型非隔離反激拓?fù)湔ね負(fù)淙珮蛲負(fù)浒霕蛲負(fù)鋱D 1.2電源拓?fù)浞植紙D3濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1.4開關(guān)電源控制技術(shù)分析研究開關(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：電壓控制模雙環(huán)控制電源控制電流控制模

16、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)問題，電源的動態(tài)響應(yīng)性能更好， 變壓器的偏磁情況、 電源模塊的過載或短路保護(hù)等得到明顯的改善。所以在電源產(chǎn)品的設(shè)計中電流模式得到廣泛的應(yīng)用。1.5全橋開關(guān)電源應(yīng)用技術(shù)1.PWM高頻調(diào)制技術(shù)2.軟開關(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。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)計的內(nèi)容及參數(shù)本次設(shè)計采用相移脈寬調(diào)制諧振控制器UC3895芯片，這種介紹了UC3895的外圍電路設(shè)計以及在開關(guān)源中的應(yīng)用。UC389

17、5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)的延遲時間設(shè)置還有其他的邏輯功能模塊設(shè)置。4濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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。特別是處理信號的速度上。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)置有軟開關(guān)設(shè)置， 所以它能實現(xiàn)全橋零電壓軟開關(guān)功率變換電路 , 他也有控制電路簡單 , 性能穩(wěn)定可靠。文中同時也有介紹ZVS 逆變電路的各個開關(guān)管工作狀態(tài)的工作模式，系統(tǒng)的闡述了各個電子元器件的性能參數(shù)以及他們的應(yīng)用電路設(shè)計

18、，還有設(shè)計了UC3895外圍電路設(shè)計包括延遲時間的設(shè)定，逆變電路的設(shè)計，不可控整流電路的設(shè)計，電壓檢測反饋電路設(shè)計，過電流保護(hù)進(jìn)行了設(shè)計，以及他們的動態(tài)電路的分析及簡單計算，不管電路怎么設(shè)計，工程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,開關(guān)噪聲 200mV。3輸入對地隔離電壓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。5濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第二章電子元器件及部分電路介紹在開關(guān)電源中， 電力電子器件是完成電能

19、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關(guān)電源的整機(jī)效率，開關(guān)電源中的開關(guān)管一般工作在開關(guān)狀態(tài)，由此我們命名他們?yōu)殚_關(guān)元器件開關(guān)元器件的應(yīng)用極大的提高了開關(guān)電源的效率。電力電子器件種類很多，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)

20、新了解電力電子器件的特性，這樣才能設(shè)計開發(fā)出來一個理想的開關(guān)電源。2.1二極管組成電路分析二極管是最為簡單普遍但在開關(guān)電源中十分重要的電力電子器件，在開關(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)及工作原理開關(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。圖 2.1二極管6濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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

21、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咎匦詠碚鞯碾娐?，使交流電轉(zhuǎn)換成了直 流電。達(dá) 到了整流的目的 。整流橋電路是對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單，它就是利用四個二極管，兩兩對接。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被擊穿，橋式整流我

22、們由定義可以看出對輸入正弦波的利用效率比半波整流高出一倍，因為正弦波的負(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： 動態(tài) 電阻 （ Rd）5： 最高 工作 最高 頻率（ Fm）圖 2.2橋式整流器7濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.1.2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

23、二極管的反向擊穿時它的電流在一定的范圍波動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在一定的電流范圍內(nèi)，具有很好的穩(wěn)壓特性下圖的曲線可知，串聯(lián)起來的穩(wěn)壓二極管可以在較高的電壓上使用，串聯(lián)起來的穩(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)壓二極管符號表示如圖2.3 （ a）（ b）所示。(a)(b)圖 2.3伏安特性曲線及符號穩(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

24、：動態(tài)電阻5：溫度系數(shù)穩(wěn)壓二極管對電流的要求也很高，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，電流如果過小的話會造成穩(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，不能超過穩(wěn)壓管的最大8濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）穩(wěn)壓電流， 超過穩(wěn)壓管最大穩(wěn)壓電流的話就會造成穩(wěn)壓管損壞。為了解決這個問題我們在穩(wěn)壓電路中要串聯(lián)了一個穩(wěn)壓電阻圖2.4 中的 R 來限制電流，這個電阻我們叫做限流電阻。將限流電阻的R 值計算在一個合適的范圍內(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

25、三極管我們簡稱它為三極管，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，三級管有將電流信號放大的作用，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 2.5N溝道三極管P 溝道三極管9濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.2.1 圖騰柱驅(qū)動電路圖 2.6 是一個圖騰柱驅(qū)動電路。圖騰柱就是上下各一個晶體管，上管為NPN型三極管，下管為PNP型三極管。兩個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。來匹配電壓或者提高M(jìn)OS的驅(qū)動

26、能力。圖 2.6圖騰柱驅(qū)動電路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。10濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖 2.7阻容耦合共射

27、放大電路圖 2.8直接耦合共射放大電路11濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2.3場效應(yīng)管及其組成電路分析場效應(yīng)晶體管有兩種類型，第一種： junctionFET JFET 第二種：金屬 -氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(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：輸入電阻高；噪聲?。还牡?；動態(tài)范圍大；易于集成；沒有二次擊穿現(xiàn)象優(yōu)點(diǎn)。場效應(yīng)管是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。場效應(yīng)晶體有以下主要參數(shù)：夾斷電壓；飽和漏源電流；開啟電壓；漏源擊穿電壓；最大漏源電流。2.3.

28、1 場效應(yīng)晶體管組成的開關(guān)驅(qū)動電路使用 MOS管相對于三極管有以下優(yōu)點(diǎn)：1.MOS 管是電壓控制的電子元器件，并且具有驅(qū)動能力小的特點(diǎn)。2.MOS 管大多都是載流子的器件，它沒有二次擊穿而且熱穩(wěn)定性比較好。所以場效應(yīng)晶體管是是開關(guān)電源小型化，高效率化的重要器件。特別是在開關(guān)電源工作在高頻時（100KHZ）， MOS 的有點(diǎn)更為突出。場效應(yīng)晶體管的基本形式如圖2.9 TTL驅(qū)動 MOSFET。12濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖 2.9 TTL驅(qū)動MOSFET13濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第三章全橋拓?fù)湓砣珮蜷_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

29、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輸出，及主輸出 VOM和輔助輸出VOI. 電路在工作的過程中MOS管 Q1 和 Q4, Q2 和 Q3 兩組 MOS交替導(dǎo)通半個周期，但是如果Q1,Q2,Q3,Q4 同時導(dǎo)通的話MOS管就會燒壞。 不考慮 MOS的導(dǎo)通壓降的問題，我們就會得到初級電壓幅值為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一致不變的，這就需要我么在電路中設(shè)置反饋環(huán)檢測輸出電壓的變化，檢測到輸出不穩(wěn)定時及時的調(diào)制脈寬及占空比，達(dá)到

30、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，輔助輸出的變化為百分之5-8 之間。圖 3.1全橋變換器14濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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. 由此我們可以計算出變壓器的電壓為：輔助電壓計算：VOMV dc 2 N s0.52t onN PT(3-1a)VonVdcN s2Ton(3-1b)N pT主輸出電壓計算：VolV dc - 2Ns- 1.02ton(3-2a)NpTVol V dc N s2tonT(3-2b)N p由上面的公式我們可以看出全橋拓?fù)渑c其他的拓

31、撲結(jié)構(gòu)原理相同，當(dāng)市電出現(xiàn)變化上升或下降時，UC3895 就會進(jìn)行一定比列的脈寬調(diào)節(jié)增大脈寬或減小脈寬，是輸出電壓保持穩(wěn)定。就是通過保持VT 乘積不（伏秒積平衡）使輸出電壓穩(wěn)定。15濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3.2全橋變換器設(shè)計3.2.1 最大導(dǎo)通時間、初級繞組圈數(shù)選擇首先我們上文提到了當(dāng)四只開關(guān)管同時導(dǎo)通時，開關(guān)管會燒毀。這就要求開關(guān)管最大導(dǎo)通時間（由公式（3-1b ）和（ 3-2b ）可知）出現(xiàn)在直流輸入電壓最低的時候不超過半周期的百分之80。從而避免開關(guān)管燒壞。根據(jù)電壓方程我們正確的選擇匝比N s N p 、 Nm Np ， 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

32、初級電流、輸出功率、輸入電壓的關(guān)系我們假設(shè)設(shè)計的變換器的效率為百分之90 ，因此我們可以得到一個轉(zhuǎn)換關(guān)系 P0.9Pin ，輸入的直流電壓為最小值，選擇的占空比0.8 ，忽略開關(guān)管的到導(dǎo)通壓降，則輸出的公式為：PinVdc (0.9) I pft1.25P（3-3 ）即Ipft1.39P（3-4 ）Vdc3.2.3 初級線徑的選擇因為我們設(shè)定的占空比為0.8 ，則電流的有效值為I rms I pft 0.8 ，由上式（ 3-3 ）可知：I rms （1.39 PVdc） 0.8即：I rms1.25P（3-5 ）Vdc我們假設(shè)電流的密度為600 圓密耳每有效值安培則：16濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（

33、論文）總圓密耳數(shù) = 600 1.4P840PVdc（3-6 ）Vdc3.3變壓器初級隔直電容的選擇圖 3.1(a)中 , 在變壓器的初級側(cè)我們串聯(lián)了一個沒有極性的隔直電容，這樣做的目的是為了避免磁通不平衡的問題。全橋開關(guān)電源的磁通不平衡雖然不是很嚴(yán)重，但也會發(fā)生。晶體管一對半周期開關(guān)管導(dǎo)通的時間可能與另一半導(dǎo)通時間存在一定的誤差；還有就是開關(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導(dǎo)致變換器初級側(cè)的伏秒積不平衡導(dǎo)致磁通不平衡導(dǎo)致開關(guān)管的損壞。添加初級隔直電容可以避免磁通不平衡的問題，保證了電源的穩(wěn)定性。17濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第四章UC3895 芯片外圍電路

34、設(shè)計4.1 UC3895介紹在全橋變換器中，開關(guān)管的損耗是造成效率低的一個主要原因，這就使我們常說的開關(guān)管的導(dǎo)通損耗。開關(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)斷的時候，開關(guān)管的電壓和電流不為零，我們就稱這種開關(guān)的方式為硬開關(guān)，開關(guān)管本身存在寄生電感，電容，隨意在導(dǎo)通，關(guān)斷的時候開關(guān)管會產(chǎn)生很大的電磁干擾。這就促進(jìn)了軟開關(guān)的誕生。導(dǎo)通和關(guān)斷的時候，開關(guān)管的電壓和電流為零稱為軟開關(guān)。就是應(yīng)用LC諧振技術(shù)降低開關(guān)管導(dǎo)通，關(guān)斷的時候di dt 和 du dt 降低。是開關(guān)損耗降低，提高開關(guān)頻率。UC3895 就是用于驅(qū)動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

35、 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. 延時電路5. 輸出驅(qū)動電路等。圖 4.1 UC3895原理框圖18濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）4.1.2 UC3895 引腳功能下圖 4.2 是 UC3895 封裝的引腳排列及介紹：EAN腳是 UC3895 內(nèi)部誤差放大器的反相輸入端。EAOUT 是 UC3895 是內(nèi)部誤差放大器的輸出端。RAMP 腳是 UC3895 是內(nèi)部誤差 PWM比較器的反相輸入端。REF 腳是 UC3895 內(nèi)部 5V 的基準(zhǔn)電壓。它的功能就是為內(nèi)部電路供電，同時還可提供 5mA 電流為外部負(fù)載。 GND腳

36、 UC3895 內(nèi)部為除輸出級外，芯片內(nèi)電路的地。圖 4.2 UC3895 封裝的引腳排列SYNC腳為 UC3895 內(nèi)部振蕩器的同步端。CT腳為 UC3895內(nèi)部振蕩器定時電容。CT腳為 UC3895內(nèi)部振蕩器定時電阻。9、10.DELAB、 DELCD 為 UC3895 內(nèi)部輸出端間的延時調(diào)整。調(diào)整 4 只開關(guān)管的死區(qū)時間。11. UC3895內(nèi)部自適應(yīng)延時設(shè)定電路。CS腳為 UC3895 內(nèi)部電流取樣。19濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）13、14、17、18.OUTAOUTD 腳為 UC3895內(nèi)部四個互補(bǔ)開關(guān)管驅(qū)動器的輸出端。最大輸出驅(qū)動電流為100mA。VDD腳為 UC3895 內(nèi)部電

37、源電壓端。接1.0 F 以上的旁路電容。PGND 腳為 UC3895內(nèi)部輸出級接地端。S/DISB腳為 UC3895 內(nèi)部軟啟動 / 關(guān)斷端。EAP腳為 UC3895 內(nèi)部誤差放大器的同相輸入端。4.2 UC3895外圍電路計算UC3895相移諧振變換器簡化電路如圖4.3 相移諧振變換器簡化電路。圖 4.3相移諧振變換器簡化電路電阻 RT 和電容 CT 計算出振蕩器的工作頻率。震蕩周期近似的由式（4-1 ）估算。t osc5RTCT120 ns（ 4-1）48振蕩器通過對外部的定時電容的充放電來工作的充電電流有RT 決定如式（ 4-2）。I RT3.0V RT（4-2 ）振蕩器輸出的時鐘脈沖波

38、形如圖4.4 所示。20濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）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時間，這樣才能適應(yīng)諧振電容充電電流的不同，由式（4-3 ）決定計算得出。t DELAY（25 * 10 -12） RDEL25ns（4-3 ）VDEL式中： VED L 單位為 V， RDEL 單位為 ， t DELAY 單位為s 。圖 4.4動作波形21濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）第五章全橋開關(guān)電源硬件設(shè)計5.1穩(wěn)壓恒流電路的設(shè)計開關(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)計的恒流穩(wěn)壓反饋環(huán)路。圖 5.1

39、（ 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)輸出電壓電流沒有達(dá)到額定值時，使光耦導(dǎo)通或關(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。22濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）圖 5.2隔離部分是一個線性光耦器件，具體參數(shù)都已標(biāo)注。5.2輔助電源的設(shè)計輔助電源是給控制部分和驅(qū)動部分供電的，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)過電源輸入濾波，取出電壓經(jīng)變壓器變壓，再通過全波整流、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23濰坊學(xué)院本科

40、畢業(yè)設(shè)計（論文）其中， LM7815 為一個三端穩(wěn)壓管，輸出電壓為+15V，能夠滿足控制電路和驅(qū)動電路的需求。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 ）。對變壓器， 用第三章介紹的設(shè)計方法, 應(yīng)選用RM14或 EC41（ FX3730）磁心，原、副邊線圈電壓分別約為220V/18V 。24濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5.3主功率板總圖圖 5.4主功率板總圖25濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）5.4驅(qū)動電路設(shè)計圖騰柱驅(qū)動電路是常用的開關(guān)管驅(qū)動電路，我們本次設(shè)計沒有采用圖騰柱驅(qū)動電路。下圖5.5 是本次設(shè)計的驅(qū)動電路。圖5.6 是驅(qū)動開關(guān)導(dǎo)通實

41、測圖。圖 5.5驅(qū)動電路IR2113 是有低端功率晶體管驅(qū)動極、高端功率晶體管驅(qū)動極、電平轉(zhuǎn)換器等結(jié)構(gòu)組成。他把驅(qū)動的高壓側(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)計也非常簡單。圖 5.6驅(qū)動開關(guān)導(dǎo)通實測圖26濰坊學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）結(jié)束語本論文在邢法玉老師的悉心指導(dǎo)下完成的，經(jīng)過了 4 個多月的學(xué)習(xí)和工作，我終于完成了全橋開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(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)立完成的最大的項目。（ 1）本次論文的課題研究主要全橋開關(guān)電源的原理和基于UC3895 芯片進(jìn)行的電源設(shè)計。深刻認(rèn)識了全橋開關(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)洹?）本次論文設(shè)計的遺憾是沒有對電源的實際生產(chǎn)進(jìn)行深刻的人是，只能體現(xiàn)在理論，在電源實際調(diào)試中存在著缺陷，沒有對電源做出進(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。27濰