文档介绍：第2章系统整体方案确定
电路的工作原理
首先,将来自电网的220V,50Hz工频交流电送入开关电源电路。选取适当的滤波电路,将工频交流电中的杂波滤掉,然后经由电力二极管构成的全波整流电路整流,将工频交流电转化为电压约300V的直流电。
然后,直流电被控制电路中的开关功率管斩波,得到高频脉冲信号,高频脉冲信号经高频变压器降压,由自馈线圈反馈得到反馈信号,经UC3842用以调整开关功率管频率;次级线圈产生正弦波交流电。
最后,由次级线圈上的整流电路对次级线圈上的交流电进行整流,得到所要求的36V,5A,功率180W的直流电。
简单来说就是电网工频交流先整流为固定直流,通过功率变换(高频逆变)得到20-50KHz的高频交流,再经高频整流与滤波,得到所需的直流。工作其原理框图如下:
调节PWM脉宽调制器
整流
滤波
电网送入
直流送入
逆变
交流送入
整流
滤波
直流输出
脉冲发生电路
脉宽调制PWM
保护电路
脉冲输入
控制逆变
反馈信号
图
电路的组成
由上面“电路工作原理”的分析,我们可以知道电路由两个大的部分组成,即主电路和控制电路。
主电路由以下部分组成:
线路滤波器、电力二极管形成的全波整理电路、高频变压器,包括初级线圈和次级线圈、变压器二次侧整流电路和线路滤波器
控制电路由以下部分组成:
脉冲发生芯片UC3846以及周边电路、功率开关管(主要以MOSFET作为高频开关器件)、自馈线圈
根据该领域人士的经验和实验结果,检测电阻上的电压会出现较大的尖峰电压,所以主电路和控制电路中都需要加上尖峰电压消除电路。而且在实际应用的过程中很可能因为各种原因或电路本身的特性造成炸管等不安全现象,所以完善的保护电路也是需要的。
第3章主电路的设计与分析
主电路的设计
按要求主电路包括一下几个部分:
:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网;
:将电网交流电通过全波整流电路整流为较平滑的直流电,以供下一级变换;
:将上一级的直流电用高频开关器件进行斩波,把较平滑的直流电变成只有正值和0的高频信号。在这一步里,高频开关器件的主要作用就是在高频变压器的初级线圈上产生高频信号,供自馈线圈和次级线圈使用。另外,这个高频开关器件并不是开关频率越高越好,应该根据成本,功耗和效率三个因素中找出最佳器件;
:根据实际需要,提供稳定可靠的直流电源。
主电路图如下:
主电路元器件的计算及选型
电网滤波的设计
高频装置必须考虑射频干扰(RFI)与电磁干扰(EMI)以及谐波影响,本装置在交流输入端采用线路滤波器,用于有效抑制和吸收电网可能出现的强脉冲对电源的干扰,同时线路滤波器具有良好的共模和差模损耗,有效地抑制电源产生的高频干扰信号影响电网,实现电源与电网的隔离和减少电源对周围环境的电磁干扰,见下图。
整流电路的设计
当正弦电压为上正下负的时候,由零逐渐增大时,二极管D1、D3正偏导通,电源通过D1、D3向负载供电,同时向电容充电,直到以后随着输入电压下降,电容C开始向负载放电。在处于输入电压小于Uc期间,四个二极管都反偏截止,此时负载两端电压靠C的放电来维持,当电容放电到Uc等于输入电压的绝对值,输入电压的负半周使D2\D4正偏道通,电容充电,如此周而复始的充放电。电容滤波主要利用电容两端电压不能突变的特性,使负载电压波形平滑,故电容应与负载并联,且电容值较大。
电网电压的波动范围为220(1±15% ),其范围即为187-253V
整流桥的输出直流电压
VImin=*U2min=*187=254V (1)
VImax=*U2max=*253=344V (2)
根据设计要求II= (3)
二极管承受的最大反向电压为
流过二极管的电流Id=×= (4)
考虑两倍的裕量,故可以选取整流二极管的最大反向耐压值为:600V,最大允许电流为2A。
高频变压器的设计
高频变压器初级线圈的储能值W,初级线圈、自馈线圈和次级线圈的匝数N1、N2、N3,需要通过计算求得。
L=η(VImin*Dmax)/2Pofo (5)
W=·L·I2 (6)
N1=2×107W/B·SJ·I (7)
N2=[N1(VO+VF)(1-Dmax)]/VImin·Dmax (8)
N3算法与N2相同
其中:
η为电源效率
Po为额定的输出功率
fo为开关功率管的开关频率
L为高频变压器初级线圈的电感量
I为短路保