基于uc3844通用變頻器輔助電源設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 基于UC3844通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計 </p><p>　　學(xué)院： 電氣信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)：電氣自動化 班級： 學(xué)號：

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　導(dǎo)師姓名： </p><p>　　完成日期： </

3、p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　設(shè)計（論文）題目： 基于UC3844通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計 </p><p>　　姓名 系別 電氣與信息系 專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 學(xué)號 指導(dǎo)老師 職稱 助教 教研室主任

4、 </p><p><b>　　本任務(wù)及要求：</b></p><p>　　隨著工農(nóng)業(yè)中電機(jī)應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的通用變頻器應(yīng)用范圍廣、需求量大，這就為研究通用變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。變頻器中的輔助電源是首先要解決的問題。研究設(shè)計基于UC3844專用PWM發(fā)生芯片，采用反激變換器結(jié)構(gòu)的高壓直流（DC 35

5、0V-700V）輸入多路（5路：24V/200mA；±15V/200mA；5V/1A）隔離輸出電源。設(shè)計完成的該系統(tǒng)應(yīng)符合各項行業(yè)規(guī)定，。</p><p><b>　　設(shè)計的主要內(nèi)容：</b></p><p><b>　　設(shè)計完善的硬件電路</b></p><p>　　元器件有關(guān)參數(shù)計算及選型</p>

6、<p>　　完成樣機(jī)制作并進(jìn)行調(diào)試</p><p><b>　　完成設(shè)計報告的撰寫</b></p><p>　　進(jìn)度安排及完成時間：</p><p>　　1月12日-1月18日 查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報告。 </p><p>　　2月25日-3月05日

7、查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述、撰寫開題報告。 </p><p>　　3月06日-3月15日 畢業(yè)實習(xí)、撰寫實習(xí)報告。 </p><p>　　3月16日-4月22日 主要完成系統(tǒng)軟硬件構(gòu)建的初步設(shè)計。 </p><p&g

8、t;　　4月23日-5月10日 修改系統(tǒng)硬件構(gòu)建設(shè)計。 </p><p>　　5月11日-5月20日 完成系統(tǒng)的主電路設(shè)計與元器件計算。 </p><p>　　5月21日-5月25日 完成工藝設(shè)計。

9、 </p><p>　　5月26日-6月01日 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）。 </p><p>　　6月02日-6月06日 修改、裝訂畢業(yè)設(shè)計說明書、指導(dǎo)教師評閱。 </p><p>　　6月07日-6月09日 畢業(yè)設(shè)計答辯（公開答辯、分組答辯）。

10、 </p><p>　　基于UC3844通用變頻器的輔助電源的研究設(shè)計</p><p>　　摘  要 ：通用變頻器作為早個商品開始在國內(nèi)上市，是最近十年內(nèi)的事情，并且銷售額逐年增加，至今為止全年有超過數(shù)十億元（RMB）的市場。對于許多用戶而言,這十年中歷經(jīng)多次更新，現(xiàn)在所使用的變頻器大部分屬于目前最先進(jìn)的機(jī)型。若從應(yīng)用的角度來說，我

11、們的水準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家已經(jīng)很接近。</p><p>　　本課題是設(shè)計一個通用變頻器的多路輸出的反激式開關(guān)電源，電源取高壓直流（DC 350V-700V）。要求基于UC3844專用PWM發(fā)生芯片，采用反激變換器結(jié)構(gòu)的高壓直流（DC 350V-700V）輸入多路（5路：24V/200mA；±15V/200mA；5V/1A）隔離輸出。設(shè)計完成的該系統(tǒng)應(yīng)符合各項行業(yè)規(guī)定。</p><p>　

12、　關(guān)鍵詞：UC3844、開關(guān)電源、反激變換器</p><p>　　Design of auxiliary power supply based on UC3844 general inverter</p><p>　　Abstract：As a goods start early in the domestic market, is nearly a decade,general conv

13、erter sales increased year by year, this year more than billions of yuan (RMB) in the market. For many users, this decade has been a lot of time to update, now the frequency converter used mostly belongs to the most adva

14、nced models if from the point of view of application, we have very close to level with the developed countries.</p><p>　　This topic is to design a general inverter multiplexed output of the flyback type swit

15、ch power supply, power supply from high voltage direct current (DC 350 v - 700 - v). Requirements based on UC3844 dedicated PWM chip, adopt the structure of the flyback high voltage direct current (DC 350 v - 700 - v) in

16、put multiplexer (24 v / 5:200 ma, + 15 v / 200 ma; 5 v / 1 a) isolation of the output. Design of the system should comply with the regulations of the industry.</p><p>　　Keywords: UC3844，Switching Power Suppl

17、y，The flyback converter</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　基于UC3844通用變頻器的輔助電源的研究設(shè)計I</p><p>　　Design of auxiliary power supply based on UC3844 general inverterII</p>&l

18、t;p><b>　　前 言1</b></p><p><b>　　第一章 緒論2</b></p><p>　　1.1 通用變頻器的發(fā)展2</p><p>　　1.2 通用變頻器工作原理3</p><p>　　1.2.1變頻器的基本控制方式3</p><p>

19、;　　1.2.2 變頻器輸出電壓調(diào)制和PWM技術(shù)5</p><p>　　1.3 通用變頻器的開關(guān)電源簡介7</p><p>　　1.3.1 開關(guān)電源的發(fā)展7</p><p>　　1.3.2開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn) ：9</p><p>　　1.3.3 開關(guān)電源的構(gòu)成9</p><p>　　1.3.4保護(hù)電路

20、14</p><p>　　1.3.5開關(guān)電源中的輔助電源15</p><p>　　1.4 UC3844芯片介紹17</p><p>　　1.5 課題來源及主要研究內(nèi)容18</p><p>　　1.5.1課題來源18</p><p>　　1.5.2 主要研究內(nèi)容19</p><p>　

21、　第二章 開關(guān)電源的設(shè)計19</p><p>　　2.1 主電路拓?fù)?0</p><p>　　2.2主要器件介紹20</p><p>　　2.2.1 PC81720</p><p>　　2.2.2 TL43121</p><p>　　2.2.3 開關(guān)功率管的選擇22</p><p>

22、;　　2.3 變壓器設(shè)計23</p><p>　　2.3.1 計算一次繞組參數(shù)23</p><p>　　2.3.2計算磁芯參數(shù)24</p><p>　　2.3.3 計算變壓器有效體積25</p><p>　　2.3.4確定一次繞組匝數(shù)N125</p><p>　　2.3.5 確定自饋繞組N2和二次繞組N3 的

23、匝數(shù)26</p><p>　　2.3.6 計算空氣氣隙27</p><p>　　2.4緩沖電路設(shè)計28</p><p>　　2.5驅(qū)動電路和控制電路設(shè)計30</p><p>　　2.6電流反饋電路設(shè)計31</p><p>　　2.7電壓反饋電路設(shè)計32</p><p>　　第三章 斜

24、坡補(bǔ)償34</p><p>　　3.1 斜率補(bǔ)償?shù)念愋团c補(bǔ)償方程34</p><p>　　3.2 正斜率補(bǔ)償及其補(bǔ)償電路35</p><p>　　4.3 正斜率補(bǔ)償?shù)碾娐穬?yōu)化36</p><p><b>　　結(jié)束語38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39&l

25、t;/b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　附 錄41</b></p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　在電源日新月異的今天，新型、高效、環(huán)保的電源產(chǎn)品越來越受到人們的重視。高頻開關(guān)式直流穩(wěn)

26、壓電源具有體積小、效率高、和占空間小等特點(diǎn)，因此獲得了廣泛的關(guān)注研究和應(yīng)用。開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，電壓控制型是一個單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，因此系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，很難達(dá)到令人滿意的調(diào)整率精度。而電流控制型較電壓控制型擁有很多不能相比的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　UC3844是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。這里說的電流型脈寬調(diào)制器，其原理是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入

27、端直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比，使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。UC3844的結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的負(fù)載調(diào)整率、電壓調(diào)整率、和瞬態(tài)的響應(yīng)特性都有很大提高，是目前比較理想、應(yīng)用比較廣泛的新型控制器。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 通

28、用變頻器的發(fā)展</p><p>　　變頻器如今已經(jīng)應(yīng)用于各行業(yè)多種設(shè)備,并逐漸作為當(dāng)今電能節(jié)省,改善工藝流程，改造傳統(tǒng)型工業(yè),提高生產(chǎn)自動化水平,提高產(chǎn)品的質(zhì)量,改善環(huán)境的主要技術(shù)之一。變頻器技術(shù)是一種全新綠色環(huán)保技術(shù),是國民經(jīng)濟(jì)以及日常生活中普遍需要的新興技術(shù),也是國際上電子技術(shù)更新最快的領(lǐng)域之一。</p><p>　　交流傳動與控制技術(shù)是目前發(fā)展最為迅速的技術(shù)之一，這是和電力電子器件制

29、造技術(shù)、變流技術(shù)控制技術(shù)以及微型計算機(jī)和大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展密切相關(guān)。 </p><p>　　隨著微機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和調(diào)速控制理論的不斷發(fā)展，變頻器作為一種智能調(diào)速“電源”也在不斷地更新。從變頻器被發(fā)明以來，通用變頻器已經(jīng)經(jīng)歷以下幾個發(fā)展階段：模擬式、數(shù)字式、智能式、多功能型和現(xiàn)在的通用變頻器。</p><p>　　新型通用變頻器不僅采用高頻載波方式的正弦波SPWM調(diào)制實

30、現(xiàn)靜音化，還在通用變頻器輸入側(cè)加交流電抗器，而在逆變電路中則采取PWM控制技術(shù)，以改善輸入電流的波形和降低電網(wǎng)的諧波，在抗干擾和抑制高次諧波方面皆符合國際標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)清潔電能的變換。比如柔性PWM的控制技術(shù)，它實現(xiàn)了更低的噪音運(yùn)行。</p><p>　　為更好地發(fā)揮變頻調(diào)速控制技術(shù)的獨(dú)特功能，并盡可能滿足現(xiàn)場控制的需要，新型通用變頻器派生了許多專用機(jī)型，例如風(fēng)機(jī)水泵專用型、機(jī)械主軸傳動專用型、交流電梯專用型、電源再

31、生專用型、起重機(jī)專用型、紡織機(jī)械專用型、恒壓供水專用型、機(jī)車牽引專用型、中頻驅(qū)動專用型、單相變頻器等。</p><p>　　新型通用變頻器不僅發(fā)展單機(jī)的數(shù)字化、智能化外，還向集成化、系統(tǒng)化的方向飛速發(fā)展。如西門子公司的集通訊、設(shè)計和數(shù)據(jù)管理于一體的“全集成自動化”（TIA）平臺概念，它可以使伺服裝置、控制器、變頻器及通訊裝置等配置，更甚至于自動化和驅(qū)動系統(tǒng)以及通訊和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都可以像驅(qū)動裝置嵌入全集成自動化的系

32、統(tǒng)那樣進(jìn)行，其目的是為廣大用戶提供最好的系統(tǒng)功能。</p><p>　　新型通用變頻器可提供多種兼容的通信接口，支持多種不同的通信協(xié)議，內(nèi)裝RS485接口，可由個人計算機(jī)向通用變頻器輸入運(yùn)行命令和設(shè)定功能碼數(shù)據(jù)等，通過選件可與現(xiàn)場總線：Profibus-DP、Interbus-S 、Device Net 、ModbusPlus、CC-Link、LONWORKS、Ethernet、CAN Open、T-LINK等通

33、訊。如西門子、VACON、富士、日立、三菱、臺安等品牌的通用變頻器，均可通過各自可提供的選件支持上述幾種或全部類型的現(xiàn)場總線。</p><p>　　新型通用變頻器可以內(nèi)置多種應(yīng)用軟件，有的品牌可提供多達(dá)130余種的應(yīng)用軟件，以滿足現(xiàn)場過程控制的需要，如PID控制軟件、張力控制軟件、速度級鏈、速度跟隨、電流平衡、變頻器功能設(shè)置軟件、通訊軟件等。變頻器功能設(shè)置軟件可以在WINDOWS95/98環(huán)境下設(shè)置變頻器的功能及

34、數(shù)據(jù)通訊。</p><p>　　并且，用戶只要設(shè)定數(shù)據(jù)組編碼，而不必逐項設(shè)置，通用變頻器會將運(yùn)行參數(shù)自動調(diào)整到最佳狀態(tài)（矢量型變頻器可對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行自整定）。</p><p>　　1.2 通用變頻器工作原理</p><p>　　1.2.1變頻器的基本控制方式 </p><p>　　在各種異步電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)中，目前效率最高、性能最好的系統(tǒng)是變

35、壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。異步電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速控制系統(tǒng)一般簡稱為變頻器。由于通用變頻器使用方便、可靠性高，所以它成為現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)的主要組成元件之一。</p><p>　　根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式：</p><p>　　可知，改變頻率就能改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但是在實際實驗中發(fā)現(xiàn)單純改變電動機(jī)的頻率會燒壞電動機(jī)。由《電機(jī)學(xué)》可知，定子繞組的反電動勢是定子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場磁力線的結(jié)果，本質(zhì)上是

36、定子繞組的自感電動勢。其三相異步電機(jī)定子每相電動勢的有效值是：</p><p>　　式中：E1:氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動勢的有效值，單位為V；</p><p>　　f1:定子頻率，單位為Hz；</p><p>　　N1:定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)；</p><p>　　kr1:與繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；</p><p>　　

37、ΦM:每極氣隙磁通量，單位為Wb。</p><p>　　由上式可知，如果定子每相電動勢的有效值E1不變，當(dāng)我們改變定子頻率時就會出現(xiàn)下面兩種情況：</p><p>　　如果 f1大于電機(jī)的額定頻率 f1N， 那么氣隙磁通量ΦM就會小于額定氣隙磁通量ΦMN。其結(jié)果是：盡管電機(jī)的鐵心沒有得到充分利用是一種浪費(fèi)，但是在機(jī)械條件允許的情況下長期使用不會損壞電機(jī)。 </p><

38、;p>　　如果 f1小于電機(jī)的額定頻率 f1N，那么氣隙磁通量ΦM就會大于額定氣隙磁通量ΦM。其結(jié)果是：電機(jī)的鐵心產(chǎn)生過飽和，從而導(dǎo)致過大的勵磁電流，嚴(yán)重時會因繞組過熱而損壞電機(jī)。</p><p>　　要實現(xiàn)變頻調(diào)速，在不損壞電機(jī)的條件下，充分利用電機(jī)鐵芯，發(fā)揮電機(jī)轉(zhuǎn)矩的能力，最好在變頻時保持每極磁通量ΦM為額定值不變。</p><p>　　對于直流電機(jī)而言勵磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，盡管存在

39、電樞反應(yīng)，但只需對電樞反應(yīng)作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，保持ΦM不變很容易做到。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁動勢合成產(chǎn)生的，但是如何才能保持磁通基本不變呢？</p><p><b>　　基頻以下調(diào)速 </b></p><p>　　要保持ΦM不變，當(dāng)頻率f1從額定值f1N 向下調(diào)節(jié)時，必須同時降低E1，使E1/f1＝常數(shù)。即采用電動勢與頻率之比恒定的控制方式。 </

40、p><p>　　然而，繞組中的感應(yīng)電動勢是難以直接控制的，當(dāng)電動勢的值較高時，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓U1≈E1，則得：</p><p>　　這是恒壓頻比的控制方式。在恒壓頻比條件下改變頻率時，我們能夠證明：機(jī)械特性基本上是平行下移的，如圖所示。</p><p>　　圖1-1恒壓頻比下的調(diào)速機(jī)械特性</p><p><

41、;b>　　基頻以上調(diào)速</b></p><p>　　在基頻以上調(diào)速時，頻率可以從f1N往上增高，但電壓U1卻不能超過額定電壓U1N，最多只能保持U1=U1N 。由以上公式可知，這將迫使磁通隨頻率升高而降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。在基頻f1N以上變頻調(diào)速時，由于電壓U1=U1N 不變，我們不難證明當(dāng)頻率提高時，同步轉(zhuǎn)速隨之提高，最大轉(zhuǎn)矩減小，機(jī)械特性上移，如圖所示。由于頻率提高而電壓不變，

42、氣隙磁動勢必然減弱，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩減小。由于轉(zhuǎn)速升高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變。所以，基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速。 </p><p>　　圖1-2 基頻以上調(diào)速的機(jī)械特性曲線</p><p>　　通過以上分析可知，異步電動機(jī)變頻調(diào)速時必須按照一定規(guī)律使變頻和調(diào)壓合理配合，變頻器的整流慮波電路和逆變電路就是要完成此項任務(wù)。</p><p>　　1.2.2 變頻器輸

43、出電壓調(diào)制和PWM技術(shù)</p><p>　　整流是變頻器的重要組成部分，其作用是把工頻交流電通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電，目前變頻器的整流技術(shù)主要是采用二極管橋式電路進(jìn)行不控整流。二極管整流的主要缺點(diǎn)是：產(chǎn)生諧波和不可控制性。諧波對電網(wǎng)造成了嚴(yán)重的“污染”；不可控制性不僅使能量只能從交流到直流進(jìn)行單向流動，而且所得直流電大小不可調(diào)節(jié)。治理這種電網(wǎng)“污染”最根本的措施就是將ＰＷＭ技術(shù)引入整流器的控制，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流正弦化，

44、且運(yùn)行于單位功率因數(shù)。</p><p>　　變頻器的逆變電路依據(jù)逆變電路輸出電壓調(diào)制方法有脈幅調(diào)制PAM (Pulse Amplitude Modulation)、脈寬調(diào)制PWM (Pulse Width Modulation）、正弦脈寬調(diào)制SPWM等3種類型。由于逆變電路輸出電壓調(diào)制方法不同，要求逆變電路中各半導(dǎo)體器件控制信號也不同。</p><p>　　脈寬調(diào)制PWM（Pulse Wi

45、dth Modulation)就是要求逆變電路輸入直流電壓的有效值是不可控制的，也就是整流電路應(yīng)為二極管控橋路，而逆變電路通過控制全控元件的開關(guān)頻率和開關(guān)時間的長短，達(dá)到其輸出電壓變頻改變和輸出脈沖占空比變化，從而實現(xiàn)頻率和電壓值配合改變目的，如圖所示。</p><p>　　圖1-3a頻率占空比小 圖1-3b 頻率占空比大</p><p>　　在眾多分類方法中，最基本的就是

46、將整流器分為電壓型和電流型兩大類。電壓型PWM整流器（Voltage Source Rectifier,簡稱VSR）最顯著的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特征就是直流側(cè)采用電容進(jìn)行直流儲能，從而使直流側(cè)呈低阻抗的電壓源特性。VSR以其簡單的結(jié)構(gòu)、較低的損耗、方便的控制和較快的響應(yīng)速度等一系列優(yōu)點(diǎn)，一直成為PWM整流器研究的重點(diǎn)。下圖是三相電壓型PWM整流器。</p><p>　　圖1-4一種三相電壓型PWM整流器</p>

47、<p>　　電流型PWM控制系統(tǒng)框圖如圖所示。</p><p>　　圖1-5 電流型PWM控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　該系統(tǒng)采用電流電壓雙閉環(huán)串級控制結(jié)構(gòu),內(nèi)環(huán)是電流環(huán),外環(huán)是電壓環(huán)?？刂圃硎?給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進(jìn)行比較,得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue。該信號與經(jīng)電阻采樣反映電流變化的信號Us進(jìn)行比較,輸出一個占空比可調(diào)

48、節(jié)的PWM脈沖信號,從而使得輸出的電壓信號V0保持恒定。</p><p>　　電流型PWM控制的優(yōu)點(diǎn)如下:</p><p>　　a)電壓調(diào)整率好。輸入電壓的變化立即引起電感電流的變化,電感電流的變化立即反映到電流控制回路而被抑制,不像電壓控制要經(jīng)過輸出電壓反饋到誤差放大器,然后再調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程,所以響應(yīng)快。如果輸入電壓的變化是持續(xù)的,電壓反饋環(huán)也起作用,因而可以達(dá)到較高的線形調(diào)整率。<

49、;/p><p>　　b)負(fù)載調(diào)整率好。由于電壓誤差放大器可專門用于控制占空比,以適應(yīng)負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化,因而可大大改善負(fù)載調(diào)整率。</p><p>　　c)系統(tǒng)穩(wěn)定性好。從控制理論的角度講,電壓控制單閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的二階穩(wěn)定系統(tǒng)。而電流控制雙閉環(huán)系統(tǒng)是一個無條件的一階穩(wěn)定系統(tǒng),系統(tǒng)穩(wěn)定性好。</p><p>　　1.3 通用變頻器的開關(guān)電源簡介</

50、p><p>　　1.3.1 開關(guān)電源的發(fā)展</p><p>　　電力電子傳動技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，變頻器作為電力電子傳動設(shè)備必不可少的部分也得到了很大的發(fā)展，變頻器技術(shù)已經(jīng)從單一的控制電機(jī)發(fā)展到包含過壓欠壓保護(hù)、故障報警、檢測反饋等等多系統(tǒng)的變頻器控制系統(tǒng)。因此，需要有多路穩(wěn)定輸出的電源來保證如此復(fù)雜的變頻控制系統(tǒng)正常穩(wěn)定的工作。</p><p>　　

51、變頻器朝著小型化和低成本化方向發(fā)展，加速了電源向輕、薄、小和高效等方向發(fā)展。傳統(tǒng)的晶體管穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，已開發(fā)出大量集成化的穩(wěn)壓電源模塊，這此類電源的優(yōu)點(diǎn)是：穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等，但這類電源有致命的缺點(diǎn)是體積大，因為它包括需要笨重的工頻變壓器，體積和重量都很大的濾波器。為了符合變頻調(diào)速器的小型化輕型化的發(fā)展，電源技術(shù)工程師開始研發(fā)新的電源，開關(guān)電源因其特有的優(yōu)點(diǎn)而受到關(guān)注

52、，而且到目前為止已經(jīng)成功應(yīng)用到了變頻器設(shè)備中。</p><p>　　開關(guān)電源是指電路中的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，是一種高頻電源變換電路,采用直-交-直變換,能夠高效率地產(chǎn)生一路或多路可調(diào)整的高品質(zhì)的直流電壓。 </p><p>　　開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖所示，其中DC/D

53、C變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有起動、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路（R1、R2）檢測輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制（PWM）電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。 </p><p>　　圖1-6 一種電路實現(xiàn)形式</p><p>　　1.3.2開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn) ：&l

54、t;/p><p>　　開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是和線性電源相比有如下幾個突出的優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　(1)功耗小，效率高。功率晶體管在激勵信號的激勵下，交替工作在飽和導(dǎo)通與截止的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般在幾十到幾百kHz。這就使得功率晶體管的損耗較小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可以達(dá)到80%以上。 </p><p>　　

55、(2)體積小，重量輕。由于沒有采用笨重的工頻變壓器，并且在功率晶體管上的耗散功率大幅降低后，又省去較大的散熱片，因此開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量都可以得到減小。 </p><p>　　(3)穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比或者激勵信號的頻率來調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化也可以通過變頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償。在工頻電網(wǎng)電壓有較大變化或負(fù)載有較大變化時，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)

56、壓效果好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。 </p><p>　　(4)濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的頻率的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000

57、倍。在相同的紋波輸出電壓的要求下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的1／500一1／1000。 </p><p>　　(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，等等。設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長，設(shè)計出能滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　1.3.3 開關(guān)電源的構(gòu)成</p>

58、<p>　　變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。通過改變電源的頻率來達(dá)到改變電源電壓的目的，根據(jù)電機(jī)的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。變頻器開關(guān)電源主要包括整流濾波電路、變換器、控制電路、保護(hù)電路組成。<

59、/p><p>　　圖1-7 開關(guān)電源的基本構(gòu)成</p><p>　　圖1-8開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路</p><p><b>　　1.整流濾波電路</b></p><p>　　變頻器的原理，就是通過交直流轉(zhuǎn)換，把我們的常用的電源，調(diào)整成頻率、電壓都可調(diào)的電源，進(jìn)而實現(xiàn)對電機(jī)的無級調(diào)速，以及節(jié)能的目的。 </p

60、><p>　　變頻器的整流慮波電路和逆變電路依據(jù)電路中所用的半導(dǎo)器件分類，可分為二極管單相橋式整流和三相逆變電路、二極管三相橋式整流和三相逆變電路、晶閘管三相橋半控式整流和三相逆變電路、晶閘管三相橋全控式整流和三相逆變電路等4類。</p><p>　　變頻器的整流慮波電路和逆變電路依據(jù)逆變電路中所用的半導(dǎo)體器件分類，可分為用晶體三極管組成的三相橋式逆變電路、用絕緣柵雙極型晶體三極管組成的三相橋

61、式逆變電路、用門極晶閘管組成的三相橋式逆變電路、用MOS場效應(yīng)管組成的三相橋式逆變電路等4種類型。</p><p>　　在變頻器整流的過程中，可以產(chǎn)生大量的高次諧波，據(jù)綠波杰能的不完全統(tǒng)計，最高的電流畸變率，可以達(dá)到70%以上。這些高次諧波，會通過與變頻器輸入端連接的電源線，進(jìn)入到電網(wǎng)中，進(jìn)而會影響到使用這一電網(wǎng)的敏感設(shè)備的正常工作；。</p><p>　　變頻器輸入濾波器，就是為了解決變

62、頻器干擾電網(wǎng)的問題，同時，亦能解決變頻器遭受電網(wǎng)中的諧波危害所產(chǎn)生的過壓、過流、欠壓、過載、過熱等誤報警、誤動作、拒動等問題。</p><p><b>　　輸入濾波器的作用：</b></p><p>　　第一，對變頻器產(chǎn)生的諧波進(jìn)行抑制。 </p><p>　　第二，對將要進(jìn)入變頻器的電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行阻止。</p>&l

63、t;p>　　第三，抑制電網(wǎng)的換相缺口； </p><p>　　第四，緩和電網(wǎng)中的尖峰脈沖； </p><p>　　第五，有一定的節(jié)能效果，約為5~10%；</p><p>　　輸出整流濾波器的作用是將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾。 </p><p>&l

64、t;b>　　2.變換器</b></p><p>　　開關(guān)電源有兩種常用的變換器：</p><p><b>　?、貾WM變換器 </b></p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控

65、制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定。 </p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號

66、的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。</p><p>　　電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。其工作原理如圖 ：</p><p>　　圖1-9

67、 PWM變換器原理圖</p><p>　　多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。 </p><p>　　PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響

68、。  </p><p>　　對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 </p><p><b>　　②DC/DC變換器</b></p>&

69、lt;p>　　DC/DC變換器用于開關(guān)電源時，很多情況下要求輸入與輸出間進(jìn)行電隔離。這時必須采用變壓器進(jìn)行隔離，稱為隔離變換器。這類變換器把直流電壓或電流變換為高頻方波電壓或電流，經(jīng)變壓器升壓或降壓后，再經(jīng)整流平滑濾波變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏?。因此，這類變換器又稱為逆變整流型變換器。</p><p>　　DC/DC變換器有5種基本類型：單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反

70、激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖所示。</p><p>　　圖1-10 隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，其變壓器兼有儲能、變壓、隔離三重作用。所謂單端，指變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。當(dāng)功率開關(guān)管S導(dǎo)通時，直流輸入電壓inU加在初級繞組上，在變壓器初級電感線圈中儲存能量，由于次級繞組感應(yīng)電壓為上負(fù)下正，使二極管D反偏截止，次級繞組中無電流，

71、此時電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲在初級電感中。當(dāng)S截止時，初級感應(yīng)電壓極性反向，使次級繞組感應(yīng)電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管D導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量傳遞給輸出電容C，同時給負(fù)載供電，磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來。當(dāng)開關(guān)管重新導(dǎo)通時，負(fù)載電流由電容C來提供，同時變壓器初級繞組重新儲能，如此反復(fù)。從以上電路分析可以看出，S導(dǎo)通時，次級繞組無電流；S截止時，次級繞組有電流，這就是“反激”的含義。</p><p>　　所謂反激式變壓器開關(guān)電源

72、，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流脈沖電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。</p><p>　　下圖是反激式變壓器開關(guān)電源的簡單工作原理圖：</p><p>　　圖1-11 反激式變壓器開關(guān)電源原理圖</p><p>　　圖中變壓器的初級繞組與次級繞組同

73、名端相反，inU為輸入直流電壓，開關(guān)S為功率開關(guān)管，C為輸出濾波電容，R為負(fù)載，L1i為初級繞組電流，L2i為次級繞組電流；oU和oi為輸出電壓和電流，參考方向如圖1-11所示。 </p><p>　　反激變換電路由于具有拓?fù)浜唵?，輸入輸出電氣隔離，升/降壓范圍廣，多路輸出負(fù)載自動均衡等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于多路輸出的機(jī)內(nèi)電源中。在反激變換器中，變壓器起著電感和變壓器的雙重作用，由于變壓器磁芯處于直流偏磁狀態(tài)，

74、為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。當(dāng)功率管關(guān)斷時，會產(chǎn)生很高的關(guān)斷電壓尖峰。導(dǎo)致開關(guān)管的電壓應(yīng)力大，有可能損壞功率管；導(dǎo)通時，電感電流變化率大，電流峰值大，CCM 模式整流二極管反向恢復(fù)引起功率開關(guān)管開通時高的電流尖峰。因此，必須用箝位電路來限制反激變換器功率開關(guān)電壓、電流應(yīng)力。由于反激變換器具有高可靠性、電路拓?fù)浜啙?、輸入輸出電氣隔離、升/降壓范圍寬、易于多路輸出等優(yōu)點(diǎn)。因此，反激變換器是中小功率開關(guān)電源理想的電路拓?fù)?電力電子技術(shù)研究

75、人員對此進(jìn)行了大量的研究。</p><p>　　正反激式變壓器開關(guān)電源少用一個大儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管，因此，反激式變壓器開關(guān)電源的體積要比正激式變壓器開關(guān)電源的體積小，且成本也要降低。此外，反激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對于正激式變壓器開關(guān)電源來說要高很多，因此，反激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度比較低，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也比較小。也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，目前

76、，反激式變壓器開關(guān)電源在家電領(lǐng)域中還是被廣泛使用。</p><p>　　反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù)，如占空比D，最大峰值電流，設(shè)計反激式變壓器，就是要讓反激式開關(guān)電源工作在一個合理的工作點(diǎn)上。這樣可以讓其的發(fā)熱盡量小，對器件的磨損也盡量小。同樣的芯片，同樣的磁芯，若是變壓器設(shè)計不合理，則整個開關(guān)電源的性能會有很大下降，如損耗會加大，最大輸出功率也會有下降。</p&g

77、t;<p><b>　　3.控制電路</b></p><p>　　開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，在其控制過程中，電源電路中的電感電流未參與控制，是獨(dú)立變量，開關(guān)變換器為二階系統(tǒng)，而二階系統(tǒng)是一個有條件的穩(wěn)定系統(tǒng)；后者是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電感電流不再是一個獨(dú)立變量，從而使開關(guān)變換器成為一個一階無條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，因而很容

78、易不受約束地得到大的開環(huán)增益和完善的小信號、大信號特性。</p><p><b>　　1.3.4保護(hù)電路</b></p><p>　　開關(guān)電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進(jìn)線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關(guān)電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流急劇上升。在電源接通瞬間通過很大的浪涌電流，重者

79、往往會導(dǎo)致輸入熔斷器燒斷或合閘開關(guān)的觸點(diǎn)燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關(guān)合不上閘。上述現(xiàn)象均會造成開關(guān)電源無法正常工作，為此幾乎所有的開關(guān)電源都設(shè)置了防止流涌電流的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運(yùn)行。</p><p>　　1.3.5開關(guān)電源中的輔助電源</p><p>　　開關(guān)電源一般由功率主回路、輔助電源和控制回路組成。功率主回路主要用來給用戶負(fù)載供電，而開關(guān)電源的輔助電源主要

80、用來給功率主回路的控制電路、驅(qū)動電路或電源系統(tǒng)的監(jiān)控電路供電。</p><p>　　輔助電源的設(shè)計不但影響到整個電源的體積、效率、穩(wěn)定性、可靠性和成本，而且還將影響到整個開關(guān)電源的設(shè)計策略。一個重要的原因就是隔離問題。例如在離線式開關(guān)電源中，如果其內(nèi)部的輔助電源和功率主回路輸入共地，那么就需要用光耦或變壓器來對輸出電壓采樣信號進(jìn)行隔離。而如果是內(nèi)部輔助電源和功率主電路輸出共地，則一般不需要對電壓采樣信號隔離，這時

81、只需對驅(qū)動信號隔離。</p><p>　　2 開關(guān)電源輔助電源的特點(diǎn)及種類</p><p>　　由于所需輔助電源的功率一般較小，輔助電源應(yīng)該力求簡單、可靠和小巧。根據(jù)輔助電源與功率主回路的關(guān)系，開關(guān)電源中的輔助電源可以分為兩大類：</p><p>　　(1)獨(dú)立型：輔助電源獨(dú)立于功率主回路。主要用于大功率或中功率電源系統(tǒng)，比如在通訊電源、ATX電源中，需要電源正常或

82、失敗信號或電源遠(yuǎn)程控制的功能時，在功率主回路即使不工作時，輔助電源也要正常供電。下面是幾種常見的獨(dú)立型輔助電源設(shè)計方法。</p><p>　　第一種方法： 傳統(tǒng)的線性電源作為輔助電源。它是用普通的矽鋼片低頻變壓器降壓后，又經(jīng)過四只二極管全波整流，經(jīng)C5、C6平滑濾波后加到三端穩(wěn)壓器7815輸入端。</p><p>　　這種設(shè)計中，低頻變壓器的體積往往選的足夠大，以滿足各種安全規(guī)范中對絕緣和

83、漏電特性的要求。但由于它的簡單、可靠和方便，以及完全的隔離特性，所以在大功率開關(guān)電源系統(tǒng)中，低頻變壓器不會影響到整個電源的尺寸和造價時，它將是一個不錯的選擇。</p><p>　　第二種方法：一種不用低頻變壓器降壓的簡易輔助電源。用兩只無極性的高頻電容，直接從兩路220V(經(jīng)過輸入濾波電路之后)電網(wǎng)電壓中取得低頻脈動電壓，并串聯(lián)兩只電阻限流。然后經(jīng)過四只二極管全波整流，最后再輸入集成穩(wěn)壓器7815，以提供所需電壓

84、。IC輸入端并聯(lián)一只穩(wěn)壓二極管箝位，防止浪涌電壓損壞7815?！?lt;/p><p>　　第三種方法：由自激式開關(guān)變換器構(gòu)成非常輕巧的輔助電源，可以方便地產(chǎn)生輔助電源。</p><p>　　(2)非獨(dú)立型：由主變換器高頻變壓器輸出的一部分構(gòu)成輔助電源。主要用于中小功率電源系統(tǒng)，有利于減小整個電源的體積，實現(xiàn)小型化，節(jié)約成本。特點(diǎn)是輔助電源與主變換器二者的工作狀態(tài)互相制約。如果輔助電源不給控制電

85、路供電，主變換器將不工作。而當(dāng)主電路不工作，輔助電路也隨之關(guān)閉。所以在電源的啟動階段需要一些方法給控制電路提供能量，然后過渡到正常的工作狀態(tài)。</p><p>　　啟動方法：啟動時直接由直流輸入端提供起動電壓，如圖1-12。</p><p>　　圖1-12 UC3844的反激式開關(guān)電源</p><p>　　這是一個由UC3844構(gòu)成的反激式小型開關(guān)電源，它的輔助電

86、源由主變換器變壓器一個繞組提供。在啟動階段，由直流輸入端經(jīng)過電阻分壓后加到UC3844的供電端(7端)，給電容C2充電，等到UC3844的7腳電壓超過16V時，芯片起振，PWM信號產(chǎn)生，變換器工作，輔助電源電壓開始建立。但由于限流電阻RIN的作用，有可能使得芯片7腳電壓降低至10V而使得芯片停止工作。之后主電路又通過RIN電阻給UC3844芯片供電，芯片工作。如此反復(fù)，直至芯片正常工作所需的輔助電源電壓建立后，電源才正常工作。</

87、p><p>　　3 開關(guān)電源中的輔助電源設(shè)計的原則</p><p>　　雖然輔助電源所需要輸出功率不大，但它是開關(guān)電源中的非常重要的組成部分，將影響到整個電源的性能。開關(guān)電源正向著輕、小、薄、高可靠、高穩(wěn)定、高效率和智能化的方向發(fā)展，應(yīng)根據(jù)整個開關(guān)電源系統(tǒng)的規(guī)格要求來選擇合適的輔助電源系統(tǒng)，首先在滿足可靠性的前提下，設(shè)計簡單、輕巧和經(jīng)濟(jì)的輔助電源。</p><p>　　

88、1.4 UC3844芯片介紹</p><p>　　UC3844是美國Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有外圍電路簡單、電壓調(diào)整率好、頻響特性好、穩(wěn)定幅度大、具有過流限制、過壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　UC3844是一種電流型單端輸出式PWM控制芯片,它主要由高頻

89、振蕩、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存、欠壓鎖定、過壓保護(hù)等功能電路組成。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖所示。引腳1為誤差放大器補(bǔ)償端,引腳2接電壓反饋信號,引腳3接電流檢測信號,引腳4外接時間電阻RT及CT用來設(shè)置振蕩器的頻率,引腳5為接地端,引腳6為推挽輸出端,可提供大電流圖騰柱輸出,引腳7接芯片工作電壓,引腳8提供5V的基準(zhǔn)電壓。 是電流型單端輸出式PWM ,其最大占空比為50% ,啟動電壓16V ,具有過壓

90、保護(hù)和欠壓鎖定功能。當(dāng)工作電壓大于34V 時,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓,使內(nèi)部電路在小于34 電壓下可靠工作;當(dāng)輸入電壓低于10V 時,芯片被鎖定,控制器停止工作 。其內(nèi)部框圖和引腳圖如圖1-13所示。 </p><p>　　圖1-13 UC3844內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖</p><p>　　UC3844的工作原理是:反饋電壓和2.5V基準(zhǔn)電壓之差,經(jīng)誤差

91、放大器E/A放大后作為門限電壓,與反饋電流經(jīng)采樣后的電壓,一起送到電流感應(yīng)比較器。當(dāng)電流取樣電壓超過門限電壓后,比較器輸出高電平觸發(fā)RS觸發(fā)器,然后經(jīng)或非門輸出低電平,關(guān)斷功率管,并保持這種狀態(tài)直至振蕩器輸出脈沖到觸發(fā)器和或非門為止。這段時間的長短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。PWM信號的上升沿由振蕩器決定,下降沿由功率開關(guān)管電流和輸出電壓共同決定。反轉(zhuǎn)觸發(fā)器限制PWM的占空比調(diào)節(jié)范圍在0～50%之內(nèi)。 </p>&

92、lt;p>　　UC3844的振蕩工作頻率由引腳4與引腳8之間所接定時電阻RT、腳4 與地之間所接定時電容CT 設(shè)定。</p><p><b>　　計算公式為: </b></p><p>　　引腳2是電壓反饋端,將取樣電壓加至E/A誤差放大器的反相輸入端,與同向輸入端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,產(chǎn)生誤差電壓。利用內(nèi)部E/A誤差放大器可

93、以構(gòu)成電壓環(huán)。引腳3是電流反饋端,電流取樣電壓由引腳3輸入到電流比較器。當(dāng)引腳3電壓大于1V時,輸出關(guān)閉。利用引腳3和電流比較器可以構(gòu)成電流環(huán)。引腳1是補(bǔ)償端,外接阻容元件以補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性。引腳8為5V基準(zhǔn)電壓,帶載能力50mA。引腳6為推挽輸出端,有拉、灌電流的能力。引腳5為公共端。引腳7為集成塊工作電源端,電壓范圍為8V～40V。UC3844的輸出級為圖騰柱式電路,與SG3525的一端完全相同。輸出平均電流值為±

94、200mA,最大峰值電流±1A,可直接驅(qū)動功率管。由于峰值電流自限,可以不要串入限流電阻。對于電流型控制芯片UC3844 ,使輸出驅(qū)動信號關(guān)斷的方法有兩種:一種是將引腳1電壓降至1V以下,另一種是將引腳3電壓升至1V以上。這兩種方法都是使電流比較器輸出高電平,PWM 鎖存器復(fù)位,關(guān)閉輸出端,直至下一個時鐘將PWM鎖存器置位為止。根據(jù)這一原理,可以控制引腳1、3電壓的變化,實現(xiàn)各種必要的保護(hù)。</p&g

95、t;<p>　　1.5 課題來源及主要研究內(nèi)容</p><p><b>　　1.5.1課題來源</b></p><p>　　變頻器已應(yīng)用于各行各業(yè)多種設(shè)備,并成為當(dāng)今節(jié)電,改造傳統(tǒng)工業(yè),改善工藝流程,提高生產(chǎn)過程自動化水平,提高產(chǎn)品質(zhì)量,改善環(huán)境主要技術(shù)之一。變頻器技術(shù)是一種綠色技術(shù),是國民經(jīng)濟(jì)和日常生活中普遍需要新技術(shù),也是國際上技術(shù)更新?lián)Q代最快領(lǐng)域

96、之一。</p><p>　　在我國60%的發(fā)電是通過電動機(jī)消耗掉的，因此調(diào)速傳動是一個重要行業(yè)，一直得到國家重視，目前己有一定規(guī)模。三相交流異步電動機(jī)，由于轉(zhuǎn)子側(cè)的電流不從外部引入，而由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，故而具有結(jié)構(gòu)簡單牢固、體積小、重量輕、價格低廉、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，一經(jīng)問世，就備受人們的青睞。與其他電動機(jī)相比，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中的占有率一直處于絕對領(lǐng)先的地位。另一方面，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對調(diào)速的

97、要求越來越高，而異步電動機(jī)在調(diào)速方面一直處于性能不佳的狀態(tài)。然而，變頻技術(shù)的出現(xiàn)改善了交流電機(jī)的調(diào)速性能。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)以及控制技術(shù)的不斷發(fā)展，諸多新型電機(jī)控制技術(shù)不斷被提出，使變頻調(diào)速能很好地實現(xiàn)對交流電機(jī)的調(diào)速。</p><p>　　本課題是針對國內(nèi)現(xiàn)有的通用變頻器內(nèi)部電源的使用需求提出的。</p><p>　　隨著工農(nóng)業(yè)中電機(jī)應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的通用變頻器應(yīng)

98、用范圍廣、需求量大，這就為研究通用變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。其中變頻器中的輔助電源是首先要解決的問題。</p><p>　　1.5.2 主要研究內(nèi)容</p><p>　　綜上，本論文的開關(guān)電源研究內(nèi)容是：高壓直流（DC 350V-700V），輸出要求有一路獨(dú)立15V，兩路獨(dú)立5V，四路24V一共是五路輸出，輸出電壓紋波在5%范圍內(nèi)。要求輸出動態(tài)響應(yīng)性能好，輸出電壓穩(wěn)定。要求：

99、1、多路輸出之間無電磁干擾；2、不論負(fù)載如何變化，各路輸出的電壓都要穩(wěn)定，不能有大的波動；3、整個開關(guān)電源不能發(fā)射出過大的干擾信號，避免影響變頻器的正常工作；4、要求其體積盡可能小，成本低廉，維修容易。</p><p>　　第二章 開關(guān)電源的設(shè)計</p><p><b>　　2.1 主電路拓?fù)?lt;/b></p><p>　　下圖是所設(shè)計電源的簡

100、單圖，主電路采用單端反激式變換電路，220 V交流輸入電壓經(jīng)橋式整流、電容濾波變?yōu)橹绷骱?，供給單端反激式變換電路，并通過電阻R1、C2為UC3844提供初始工作電壓。為提高電源的開關(guān)頻率，采用功率MOSFET作為功率開關(guān)管，在UC3844的控制下，將能量傳遞到輸出側(cè)。為抑制電壓尖峰，在高頻變壓器原邊設(shè)置了RCD緩沖電路。</p><p>　　圖2-1 主電路主要結(jié)構(gòu)圖</p><p>&l

101、t;b>　　2.2主要器件介紹</b></p><p>　　2.2.1 PC817</p><p>　　PC817是一個比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。同時還具有以下特點(diǎn):　 1) 電流傳輸比 CTR:IF=5mA,VCE=5V時最小值為 50%； 2) 輸入和輸出之間的隔絕電壓高Viso(

102、rms):5.0 KV?！　∑胀ü怆婑詈掀髦荒軅鬏敂?shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強(qiáng)弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。</p><p>　　在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時P

103、C817光電耦合器不但可以起到反饋作用還可以起到隔離作用。</p><p>　　圖2-2 PC817內(nèi)部框圖</p><p>　　2.2.2 TL431</p><p>　　TL431是由美國德州儀器（TI）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.5～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其性能優(yōu)良，價格低廉，該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，可廣泛用于單片精密開關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中，

104、在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管。此外，TL431還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時電路、精密恒流源等。 TL431是一個良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）、參考端（REF）。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以可以用來制作多種穩(wěn)壓器件。</p><p>　　其具體功能可用圖2-4的功能模塊示意。由圖可看出，VI是

105、一個內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管，電流將從1到100mA變化。</p><p>　　圖2-4 TL431的功能模塊示意圖</p><p>　　在開關(guān)電源設(shè)計中，一般輸出經(jīng)過TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動一個

106、光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個電流模式的PWM控制器的開關(guān)時間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p>　　前面提到TL431的內(nèi)部含有一個2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2-5所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時，兩者對Vo的分壓引入反饋，若Vo 增大，反饋量增大，TL431的分

107、流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見，這個深度的負(fù)反饋電路必然在Uref等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時Vo=(1+R1/R2)Vref。</p><p>　　圖2-5 TL431的典型應(yīng)用</p><p>　　選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時，Vo=5V。然后要注意的是，在選擇電阻時一定要保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極

108、的電流大于1mA 。</p><p>　　2.2.3 開關(guān)功率管的選擇</p><p>　　開關(guān)功率管可選用MOS功率管或雙極型功率管。雙極型功率管是具有功率輸出能力的雙極、結(jié)型晶體管（BJT）。應(yīng)有兩種載流子（電子與空穴）流過晶體管，故稱之為雙極型，這與僅利用一種載流子的場效應(yīng)管不同。目前大量使用的PNP或NPN面結(jié)型功率管均屬于雙極型功率管，其開關(guān)時間為微秒級，一般只能工作在幾十個千赫