華南理工大學(xué)電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告.doc
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電力電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 正激式直流電源的設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 12電氣（6）班 學(xué) 號(hào)： 201230282079 姓 名： 林家俊 指導(dǎo)老師： 王學(xué)梅 老師 華南理工大學(xué)電力學(xué)院 2014年1月12日 1. 課題名稱(chēng)與研究現(xiàn)狀 正激式直流電源的設(shè)計(jì)。所謂正激式直流電源（亦稱(chēng)為正激式開(kāi)關(guān)電源）只是開(kāi)關(guān)電源的一種，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)關(guān)電源可以分成不同的種類(lèi): 從工作性質(zhì)上分，大體上可分“硬開(kāi)關(guān)”和“軟開(kāi)關(guān)”兩種，從工作方式上分，又可以分為正激式、反激式、推挽式，將推挽式加以改進(jìn)又可分為半橋式和全橋式。正激式的變壓器一次側(cè)與二次側(cè)同名端式一致的，而反激式的則剛好相反，而且在具體的功能上二者也有區(qū)別，正激式變壓器只是起到一個(gè)能量的傳遞作用，而反激式變壓器則還要暫時(shí)的儲(chǔ)存能量起到一個(gè)電感的作用，因?yàn)橛捎谧儔浩麟姼械臉O性的不同，反激式變壓器一次側(cè)與二次側(cè)是不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通的，但正激式和反激式變壓器基本上都是一個(gè)輸入端與反饋繞組共同構(gòu)成一次側(cè)，而輸出端則只有一組，推挽式的變壓器則相當(dāng)于兩個(gè)反相位工作的正激式變壓器的組合，其有兩個(gè)輸入端兩個(gè)輸出端。一般來(lái)說(shuō)正激式的輸出功率要高一些，成本也相應(yīng)的高一些，而反激式易于實(shí)現(xiàn)，但是功率比較小，成本也低一些，推挽式的電路比較復(fù)雜，輸出功率范圍比較廣。由于反激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)變壓器起到儲(chǔ)能電感的作用，因此反激式開(kāi)關(guān)變壓器類(lèi)似于電感的設(shè)計(jì)，但需注意防止磁飽和的問(wèn)題。反激式在20～100W的小功率開(kāi)關(guān)電源方面比較有優(yōu)勢(shì)，因其電路簡(jiǎn)單，控制也比較容易。而正激式開(kāi)關(guān)電源中的高頻變壓器只起到傳輸能量的作用，其開(kāi)關(guān)變壓器可按正常的變壓器設(shè)計(jì)方法，但需考慮磁復(fù)位、同步整流等問(wèn)題。正激式適合50～250W之低壓、大電流的開(kāi)關(guān)電源。這是二者的重要區(qū)別！電源是各種電子設(shè)備必不可少的組成部分，其性能的優(yōu)劣直接與電子設(shè)備的性能指標(biāo)及是否能安全可靠地工作相關(guān)。開(kāi)關(guān)電源具有小型輕量同時(shí)高效率等突出的優(yōu)點(diǎn)，到目前已經(jīng)廣泛用于各種電子電器設(shè)備，特別是計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備，包括移動(dòng)終端和消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，可以說(shuō)無(wú)所不在，不可或缺。開(kāi)關(guān)電源是一種利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通與關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓或電流的電路，其一般由脈沖寬度調(diào)制與控制芯片和開(kāi)關(guān)管（IGBT、BJT、MOSFET等）構(gòu)成。由于這種PWM型的開(kāi)關(guān)電源在使用和設(shè)計(jì)的時(shí)候比線(xiàn)性電源具有更高的效率和靈活性，所以可以在各種便攜式產(chǎn)品，航空和自動(dòng)化產(chǎn)品，儀器與儀表中發(fā)現(xiàn)它們的存在。 開(kāi)關(guān)電源如今已經(jīng)發(fā)展到第5代。上世紀(jì)60年代初開(kāi)發(fā)的是第一代開(kāi)關(guān)電源，那時(shí)線(xiàn)性電源剛剛開(kāi)始向開(kāi)關(guān)電源發(fā)展，開(kāi)關(guān)頻率低，成本高，使用范圍受到很大限制，僅使用在軍事、航天等少數(shù)高科技領(lǐng)域。第二代無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源在70年代末開(kāi)始研制，但是受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，生產(chǎn)的電源產(chǎn)品因?yàn)樾瘦^低、頻率低、電路復(fù)雜度較高，調(diào)試難度大，不易推廣使用等一系列的問(wèn)題讓其應(yīng)用范圍受到較大限制，所以第三代開(kāi)關(guān)電源的研發(fā)勢(shì)在必行。它誕生于80年代初期，電力電子技術(shù)的成熟以及功率半導(dǎo)體技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展使得多種型號(hào)的中小功率高頻開(kāi)關(guān)電源的研發(fā)成為可能，并被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、電視、通信、移動(dòng)等產(chǎn)品領(lǐng)域，取得了比較豐碩的成果。在此時(shí)期內(nèi)，IC技術(shù)與電源技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)互相融合，開(kāi)發(fā)出各種開(kāi)關(guān)電源專(zhuān)用芯片，這種新型節(jié)能電源得到了極大發(fā)展。目前，電源的開(kāi)關(guān)頻率已從20千赫茲提高到了幾百千赫茲甚至更高。90年代中期開(kāi)始研制第四代開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源在設(shè)計(jì)時(shí)將要考慮EMC(電磁兼容)，PFC（功率因素校正）等其他方面較高的技術(shù)要求。同時(shí)開(kāi)關(guān)電源使用的電子元器件也獲得較快發(fā)展。瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS)、壓敏電阻器(如TL431)、電磁干擾濾波器(EMIFilter)、非晶合金制造的磁珠(magneticbead)等一大批新器件、新材料正被廣泛采用。 高頻化和模塊化是開(kāi)關(guān)電源在未來(lái)主要發(fā)展的兩個(gè)方向，高頻化使其不斷小型化成為可能，進(jìn)而可推動(dòng)高性能的開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，尤其是在高新電子技術(shù)領(lǐng)域。面臨著原油價(jià)格的不斷上漲和其他能源的緊缺，高性能的開(kāi)關(guān)電源在能源和資源的優(yōu)化使用，效率提升以及保護(hù)環(huán)境等許多方面意義重大。模塊化是開(kāi)關(guān)電源發(fā)展另一個(gè)總體趨勢(shì)，模塊化使電源的設(shè)計(jì)更加合理，電源的應(yīng)用可以更加多樣化和更有針對(duì)性。同時(shí)可以采用模塊化的電源構(gòu)成分布式的電源系統(tǒng)如冗余電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)電源的并聯(lián)，擴(kuò)充容量。 2. 課題設(shè)計(jì)任務(wù)，指標(biāo)內(nèi)容及要求 2.1 技術(shù)指標(biāo) 正激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo) 項(xiàng) 目 參 數(shù) 輸入電壓 單相交流220V 輸入電壓變動(dòng)范圍 180Vac～240Vac 輸入頻率 50Hz 輸出電壓 VO=12V*5A 輸出功率 60W 2.2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容 主電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇；開(kāi)關(guān)器件的選擇；驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；脈沖變壓器的設(shè)計(jì)及選型；控制電路；仿真軟件自選；全部元器件型號(hào)參數(shù)（列表說(shuō)明）。 2.3 特殊要求 給出如下仿真波形和結(jié)果： 1）額定輸出下正常運(yùn)行 2）突加突減額定負(fù)載運(yùn)行（空載——額定負(fù)載——空載）*可選 3. 總體電路的功能框圖，基本原理及其說(shuō)明 功能框架原理圖 上圖所示是正激開(kāi)關(guān)電源電路的典型結(jié)構(gòu)，它主要由整流濾波電路、DC/DC變換電路、開(kāi)關(guān)占空比控制電路以及取樣比較電路等模塊構(gòu)成。 前級(jí)整流濾波電路用來(lái)消除來(lái)自電網(wǎng)的干擾，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散，并將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。變換器是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵部分，它把高頻交流電壓（開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷形成的高頻交流電壓）變換成直流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。取樣電路和開(kāi)關(guān)占空比控制電路通過(guò)檢測(cè)輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。 開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理：輸入交流電（市電）首先經(jīng)過(guò)整流濾波電路形成直流VS，該直流電V。再經(jīng)過(guò)通、斷狀態(tài)控制的電子開(kāi)關(guān)電路后，變換成脈沖狀態(tài)交流電V0，V0再經(jīng)正激變換器構(gòu)成的整流濾波電路平滑后，輸出直流。顯然，輸出直流V0的大小取決于脈沖狀交流電V0的有效值大小（成正比），而V0的有效值又與開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通占空比D＝TON/T（其中T=TON+TOFF）成正比。此外，通過(guò)取樣比較電路中對(duì)輸出電壓V0取樣，并使之與基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較，若取樣電壓高于VREF，則比較電路輸出Ve減小，取樣控制占空比控制電路，使TON/T下降，從而使V0下降；若取樣電壓低于VREF，則比較電路輸出Ve增加，使TON/T增加，從而使V0增加，這樣就可以使開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓V0穩(wěn)定在一個(gè)恒定值上。 實(shí)際電路圖 4. 經(jīng)典單端正激變換器的工作原理 4.1 基本電路 4.2基本工作原理 4.2.1.正激電路的工作過(guò)程 圖2-6中開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后，變壓器繞組W1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的W2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長(zhǎng)；S關(guān)斷后，電感L通過(guò)VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。變壓器的勵(lì)磁電流經(jīng)N3繞組和VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為 4.2.2 變壓器的磁心復(fù)位 圖中開(kāi)關(guān)S開(kāi)通后，變壓器的激磁電流由零開(kāi)始，隨時(shí)間線(xiàn)性的增長(zhǎng)，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開(kāi)通的時(shí)間內(nèi)降回零，這一過(guò)程稱(chēng)為變壓器的磁心復(fù)位。在正激電路中，變壓器的繞組W3和二極管VD3組成復(fù)位電路。工作原理是開(kāi)關(guān)S關(guān)斷后，變壓器勵(lì)磁電流通過(guò)W3繞組和VD3留回電源，并逐漸線(xiàn)性的下降為零。變壓器的磁心復(fù)位時(shí)間為 如下圖所示為磁心復(fù)位過(guò)程 B R B S B H O 正激式變壓器輸出電壓 1） 輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下有 2）輸出電感電流不連續(xù)時(shí)有 5功能塊及單元電路的設(shè)計(jì)、計(jì)算與說(shuō)明 5.1 整流濾波電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算 圖 整流濾波電路 如圖所示，由VD5~8四個(gè)二極管和穩(wěn)壓電容CI1構(gòu)成的橋式全波整流電路將輸入的220V，50Hz的交流電轉(zhuǎn)換直流電，穩(wěn)壓電容同時(shí)也用來(lái)消除來(lái)自電網(wǎng)的干擾，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散，并將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。當(dāng)參數(shù)選擇恰當(dāng)時(shí)，整流濾波得到的直流電壓為交流電壓220V的倍，約為311V。由于輸入交流電壓在180~240V之間波動(dòng)，則該直流電壓將在255~340V之間波動(dòng)。選擇電容為250mF時(shí)，整流輸出的電壓在250V~339V間變化，于是，選擇電容為250mF。二極管VD5~8，穩(wěn)壓電容CI1的耐壓值均為350V。 5.2 正激變換電路的設(shè)計(jì) 5.2.1 工作頻率的確定 工作頻率對(duì)電源體積以及特性影響很大，必須很好選擇。工作頻率高時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器和輸出濾波器可小型化，過(guò)渡響應(yīng)速度快。但主開(kāi)關(guān)元件的熱損耗增大、噪聲大，而且集成控制器、主開(kāi)關(guān)元件、輸出二極管、輸出電容及變壓器的磁芯、還有電路設(shè)計(jì)等受到限制。 這里基本工作頻率選200kHz，則 =5μs 式中，為周期，為基本工作頻率。 5.2.2 最大導(dǎo)通時(shí)間的確定 對(duì)于正向激勵(lì)開(kāi)關(guān)電源，選為40%～45%較為適宜。最大導(dǎo)通時(shí)間為 = 是設(shè)計(jì)電路時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)主開(kāi)關(guān)元件、輸出二極管的耐壓與輸出保持時(shí)間、變壓器以及和輸出濾波器的大小、轉(zhuǎn)換效率等都有很大影響。此處，選=45%。由上式，則有 =5μs0.45=2.25μs 正向激勵(lì)開(kāi)關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。 圖 正向激勵(lì)開(kāi)關(guān)電源的基本電路結(jié)構(gòu) 5.2.3 變壓器匝比的計(jì)算 1．次級(jí)輸出電壓的計(jì)算 如下圖所示，次級(jí)電壓與電壓++的關(guān)系可以這樣理解：正脈沖電壓與包圍的矩形“等積變形”為整個(gè)周期的矩形，則矩形的“縱向的高”就是++，即 式中，是輸出二極管的導(dǎo)通壓降，是包含輸出扼流圈的次級(jí)繞組接線(xiàn)壓降。 由此可見(jiàn)，下圖所示A面積等于B面積，C是公共面積，因此，真正加在負(fù)載上的輸出電壓更小。 圖 “等積變形”示意圖 根據(jù)上式，次級(jí)最低輸出電壓為 ==28.44V 式中，取0.5V（肖特基二極管），取0.3V。 2．變壓器匝比的計(jì)算 正激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)變壓器只起到傳輸能量的作用，是真正意義上的變壓器，初、次級(jí)繞組的匝比為 = 根據(jù)交流輸入電壓的變動(dòng)范圍180V～240V，則=250V～340V，=250V，所以有 ==≈8.79 將上述整合，則變壓器的匝比為 = 5.2.4 變壓器次級(jí)輸出電壓的計(jì)算 變壓器初級(jí)的匝數(shù)與最大工作磁通密度（高斯）之間的關(guān)系為 式中，為磁芯的有效截面積（mm2），為最大工作磁通密度。 根據(jù)輸出功率與磁芯的尺寸之間關(guān)系粗略計(jì)算變壓器有關(guān)參數(shù)，磁芯選EI-28，其有效截面積約為85mm2，磁芯材料相當(dāng)于TDK的H7C4，最大工作磁通密度可由下圖查出。 圖 H7C4材料磁芯的B-H特性 實(shí)際使用時(shí)，磁芯溫度約為100℃，需要確保為線(xiàn)性范圍，因此在3000高斯以下。但正向激勵(lì)開(kāi)關(guān)電源是單向勵(lì)磁，設(shè)計(jì)時(shí)需要減小剩磁（利于磁復(fù)位）——剩磁隨磁芯溫度以及工作頻率而改變。此處，工作頻率為200kHz，則剩磁約減為1000高斯，即磁通密度的線(xiàn)性變化范圍為2000高斯。 根據(jù)上式，得 =≈33.1匝，取整數(shù)33匝。 因此，變壓器次級(jí)的匝數(shù)為 =/=33/8.79=3.75匝，取整數(shù)4匝。 當(dāng)=/=33/4=8.25。所以，計(jì)算最大占空比為 ==≈42.4% 也就是說(shuō)，選定變壓器初、次級(jí)繞組分別為33和4匝，為了滿(mǎn)足最低輸入電壓時(shí)還能保證輸出電壓正常，開(kāi)關(guān)電源的最大占空比約為42.4%，開(kāi)關(guān)管的最大導(dǎo)通時(shí)間約為2.11μs。下面有關(guān)參數(shù)的計(jì)算以校正后的（=42.4%）和（=2.11μs）。同時(shí)，計(jì)算出輸出最低電壓約為30.3V。 5.2.5 變壓器次級(jí)輸出電壓的計(jì)算 1．計(jì)算扼流圈的電感量 流經(jīng)輸出扼流圈的電流如下圖所示，則為 = 式中，為輸出扼流圈的電感（μH）。 圖1-28 扼流圈中的電流波形 這里選為輸出電流（=5A）的10%～30%，從扼流圈的外形尺寸、成本、過(guò)程響應(yīng)等方面考慮，此值比較適宜。因此，按為的20%進(jìn)行計(jì)算。 =0.2=50.2=1A 由上式求得 =≈34.5μH 如此，采用電感量為34.5μH，流過(guò)平均電流為5A的扼流圈。 若把變壓器次級(jí)的輸出電壓與電流波形合并在一起，如圖所示。在期間，為幅度30.3V的正脈沖，VD1導(dǎo)通期間扼流圈電流線(xiàn)性上升，電感勵(lì)磁、磁通量增大；在期間，為幅度的負(fù)脈沖，VD1截止、VD2導(dǎo)通，扼流圈電流線(xiàn)性下降，電感消磁，磁通量減小。輸出給負(fù)載的平均電流為5A。穩(wěn)態(tài)時(shí)，扼流圈的磁通增大量等于減小量。 圖 次級(jí)的電壓與電流波形 2．計(jì)算輸出電容的電容量 輸出電容大小主要由輸出紋波電壓抑制為幾mV而確定。輸出紋波電壓由以及輸出電容的等效串聯(lián)電阻ESRESR，是Equivalent Series Resistance三個(gè)單詞的縮寫(xiě)，翻譯過(guò)來(lái)就是“等效串聯(lián)電阻”。ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。ESR是等效“串聯(lián)”電阻，意味著將兩個(gè)電容串聯(lián)會(huì)增大這個(gè)數(shù)值，而并聯(lián)則會(huì)減少之。 確定，但輸出紋波一般為輸出電壓的0.3%～0.5%。 ===36～60mV 又 =ESR 由上式求得 ESR===36～60mΩ 即工作頻率為200kHz時(shí)，需要選用ESR值60mΩ以下的電容。適用于高頻可查電容技術(shù)資料，例如，用4700μF/50V的電容，其ESR值為150mΩ，可選3個(gè)這樣的電容并聯(lián)。另外，需要注意低溫時(shí)ESR值變大。 流經(jīng)電容的紋波電流為 ==≈0.28868A 因此，每一個(gè)電容的紋波電流約為0.09627A，因?yàn)檫@里有3個(gè)電容并聯(lián)。此外，選用電容時(shí)還要考慮到負(fù)載的變化、電流變化范圍、電流上升下降時(shí)間、輸出扼流圈的電感量，使電壓穩(wěn)定的環(huán)路的增益等，它們可能使電容特性改變。 5.2.6 恢復(fù)電路設(shè)計(jì) 1．計(jì)算恢復(fù)繞組的匝數(shù) 恢復(fù)電路如圖所示。VT1導(dǎo)通期間變壓器T1的磁通量增大，T1蓄積能量；VT1截止期間釋放蓄積的能量，磁通返回到剩磁。 圖 恢復(fù)電路（VT1截止時(shí)） 電路中T1上繞有恢復(fù)繞組，因此VT1截止期間，原來(lái)蓄積在變壓器中的能量通過(guò)VD4反饋到輸入側(cè)（暫存）。由于VT1截止期間，恢復(fù)繞組兩端的自感電壓限制為輸入電壓的數(shù)值，惟其如此，VD4才能把存儲(chǔ)在中的磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能反饋到輸入側(cè)。這時(shí)變壓器初級(jí)感應(yīng)電壓為 = 式中，是的感應(yīng)電壓，極性為上負(fù)下正；是的自感電壓，極性也是上負(fù)下正（等于電源電壓）。 若主開(kāi)關(guān)元件的耐壓為800V，使用率為85%，即8000.85=680V。 680-340=340V 求得 = =33匝，取整數(shù)33匝。 2．計(jì)算主繞組感應(yīng)電壓 當(dāng)=350V，根據(jù)上式，得 =≈340V 5.2.7 計(jì)算RCD吸收電路的電阻與電容 VT1導(dǎo)通期間儲(chǔ)存在T1中的能量為 =） 式中，為變壓器初級(jí)的電感量。 VT1截止期間，初級(jí)感應(yīng)電壓使VD3導(dǎo)通，磁場(chǎng)能轉(zhuǎn)化為電場(chǎng)能，在上以熱量形式消耗掉。中消耗的熱量為 = 因?yàn)?，聯(lián)立整理得 = 因?yàn)檩斎腚妷鹤罡邥r(shí)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間最短，把上式中的換成，換成，加在VT1上的最大峰值電壓為 =+= 由此，求得為 = 又，當(dāng)輸入電壓時(shí)，為 ==1.9 ≈1.35μs 式中，初級(jí)的電感量是未知數(shù)，下面求解。 Al-Value值由磁芯的產(chǎn)品目錄提供。EI（E）-28，H7C4的A1-Value值為5950，則 A1-Value= 求得為 =5950=5950 ≈6.48mH 求得為 =≈29.4kΩ 式中，加在VT1上的最大峰值電壓取680V。 時(shí)間常數(shù)比周期要大的多，一般取10倍左右，則 =10=10≈2033pF 5.2.8 MOSFET的選用 1．MOSFET的電壓峰值 根據(jù)5.2.7，計(jì)算VT1上的電壓峰值為 = =340≈650V 實(shí)際上，MOSFET的漏-源極之間的還疊加有幾十伏的浪涌電壓，波形如下圖所示。 加在主開(kāi)關(guān)元件上的電壓波形 主開(kāi)關(guān)元件上的電壓與電流波形 2．MOSFET的電流及功耗 根據(jù)變壓器安匝相等原理，MOSFET的漏極電流平均值為 ==5≈0.606A 根據(jù)電感電流的變化量為20%，確定的前峰值和后峰值分別為 =0.9=0.6060.9≈0.55A =1.1=0.6061.1≈0.67A 式中，、分別是開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間前、后沿峰值電流，與電流平均值有10%的差值。 VT1的電壓和電流波形如下圖所示，VT1的總功耗為 = 式中，是MOSFET導(dǎo)通電壓，一般為在2V以下。 采用功率MOSFET計(jì)算功耗時(shí)應(yīng)注意： （1）PN結(jié)溫度越高，導(dǎo)通電阻越大，超過(guò)100℃時(shí)，一般為產(chǎn)品手冊(cè)中給出值的1.5～2倍。 （2）功率MOSFET功耗中，由于占的比例比較高，必要時(shí)加寬進(jìn)行計(jì)算。即在時(shí)，采用條件，或者時(shí)，采用條件進(jìn)行計(jì)算。另外，在期間，由于功率MOSFET的漏極電流極小，其功耗可忽略不計(jì)。 因?yàn)?2.1μs，采用MOSFET產(chǎn)品手冊(cè)中給出的上升時(shí)間，采用下降時(shí)間。這里，取=0.1μs，=0.1μs，則 =2.1-0.1-0.1=1.9μs 求得為 = 式中，取1.7V。 結(jié)溫控制在120℃，環(huán)境溫度最高為50℃時(shí)，需要的散熱器的熱阻為 ==≈24.5℃/W 由此，需要24.5℃/W的散熱器，這時(shí)，由冷卻方式是采用自然風(fēng)冷還是風(fēng)扇強(qiáng)迫風(fēng)冷來(lái)決定散熱器的大小。散熱器大小與溫升一例如下圖所示。 圖 功耗與溫升的關(guān)系 5.2.9 恢復(fù)二極管的選用 恢復(fù)二極管選用高壓快速二極管，特別注意反向恢復(fù)時(shí)間要短。 1．VD3的反向耐壓 在期間VD3反偏，正極相當(dāng)于接地，加在VD3上的反向電壓等于電源電壓。當(dāng)輸入電壓最大時(shí)，VD3反偏電壓=340V。 2．VD4的反向耐壓 在期間VD4反偏，加在VD4上的反向電壓為電源電壓與恢復(fù)繞組感應(yīng)電壓的疊加，當(dāng)輸入電壓最高時(shí)，VD4反偏電壓為 ==340≈780V 5.2.10 輸出二極管的選用 輸出二極管選用低壓大電流SBD，特別注意反向恢復(fù)時(shí)間要短。這是因?yàn)镸OSFET通斷時(shí)，由于二極管反向電流影響初級(jí)側(cè)的開(kāi)關(guān)特性，功耗增大的緣故。 1．整流二極管VD1的反向耐壓 在期間，由于輸出濾波電感反激，續(xù)流二極管VD2導(dǎo)通，主繞組感應(yīng)電壓=330V；次級(jí)電壓加在整流二極管VD1的兩端，因此，VD1的反向電壓為 ==340≈41.2V 實(shí)際上，開(kāi)關(guān)管截止時(shí)有幾十伏的浪涌電壓疊加在這電壓上。 2．續(xù)流二極管VD2的反向耐壓 在期間VD1導(dǎo)通，加在續(xù)流二極管VD2上的反向電壓與變壓器次級(jí)繞組電壓的最大值相同，即 ==340≈41.2V 實(shí)際上，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)有幾V浪涌電壓疊加在這電壓上。加在VD1、VD2導(dǎo)通上的電壓波形如圖所示。 整流二極管VD1兩端的電壓波形 續(xù)流二極管VD1兩端的電壓波形 圖 輸出二極管電壓波形 整流二極管VD1的功耗為 = 續(xù)流二極管VD2的功耗為 = 式中，為反向電流，為反向恢復(fù)時(shí)間，均采用產(chǎn)品手冊(cè)上給出的數(shù)值。有功耗時(shí)，輸出二極管的電壓和電流波形如下圖所示。 整流二極管VD1兩端的電壓波形 續(xù)流二極管VD1兩端的電壓波形 5.2.11 變壓器參數(shù)的計(jì)算 MOSFET的漏極電流平均值為就是變壓器初級(jí)電流的平均值，因此為 =0.606A 正激式開(kāi)關(guān)電源初、次級(jí)的電流同相，且均為梯形波。根據(jù)前述梯形波電流的有效值的公式 = 式中，是梯形波電流的前峰值與后峰值的比值，即=/。 本電路就是，就是，則 =/=0.9/1.1≈0.82 初級(jí)電流的有效值為 ==1.10.606 ≈0.377A 或用簡(jiǎn)單公式 ==0.606≈0.376A 次級(jí)電流的有效值為 ==0.376≈3.102A 恢復(fù)繞組電流的有效值為 ==0.376≈0.376A 5.3 由取樣比較電路和開(kāi)關(guān)管控制占空比電路組成的反饋電路的設(shè)計(jì) 反饋電路由取樣比較電路和開(kāi)關(guān)管控制占空比電路組成。將其獨(dú)立設(shè)計(jì)如下： 反饋電路圖 先假定電路輸出電壓穩(wěn)定且為12V，經(jīng)誤差放大器與基準(zhǔn)電壓VDC2（亦為12V）比較計(jì)算誤差，誤差保持放大之后輸入到比較器的正極輸入端，與三角波V2進(jìn)行比較，當(dāng)V1>V2時(shí)，輸出Vkong為+Von，當(dāng)V1下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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