10级电气6班巢松-毕业设计(初版)-副本jhy.docx

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1、安徽理工大学毕业设计本科毕业业设计说说明书高压大功功率开关关电源的的设计DESIIGN OF HIGGH PPOWEER SSWITTCH学院（部部）：专业班级级： 学生姓名名： 指导教师师： 年 月 日日高压大功功率开关关电源的的设计摘要电源是给给电子设设备提供供所需要要的能量量的设备备，任何何电子设设备都离离不开电电源，这这就决定定了电源源在电子子设备中中的重要要性。电电子设备备要获得得好的工工作可靠靠性必须须有高质质量的电电源，所所以电子子设备对对电源的的要求日日趋增高高。高压大功功率开关关电源，广广泛应用用于能源源、材料料、冶金金、化工工、制造造等诸多多工业领领域，并并且随着着经济技技

2、术的发发展，要要求电源源具备更更高的输输出功率率同时体体积更小小、效率率更高、可可靠性更更强。软软开关技技术、高高压高频频变压器器设计、结结构与散散热设计计等己成成为影响响电源性性能的关关键技术术。在本文章章中，我我们介绍绍了开关关电源的的发展现现状。针针对高压压大功率率开关电电源的用用途，也也做了详详细的介介绍。在在第二章章，主要要介绍支支撑开关关电源发发展的关关键技术术。第三三章则主主要设计计高压大大功率开开关电源源的主电电路。第第四章主主要介绍绍开关电电源的驱驱动电路路，控制制电路和和保护电电路。关键词：高压，大功率率，开关电电源，谐振DESIIGN OF HIGGH PPOWEER S

3、SWITTCHABSTTRACCTPoweer ssuppply forr ellecttronnic equuipmmentt prroviidess thhe rrequuireed eenerrgy equuipmmentt. AAny eleectrroniic ddeviicess caannoot wworkk wiithoout powwer suppplyy.It ddeteermiiness thhe iimpoortaancee off poowerr inn ellecttronnic equuipmmentt. Ellecttronnic equuipmmentt to

4、o obbtaiin aa goood worrkinng rreliiabiilitty mmustt bee off hiigh quaalitty ppoweer ssuppply, soo thhe ppoweer rrequuireemennts of eleectrroniic ddeviicess beecomme iincrreassinggly higgherr.The higgh vvolttagee annd hhighh poowerr swwitcchinng ppoweer ssuppply, iss wiidelly uusedd inn maany inddus

5、ttriaal ffiellds of eneergyy, mmateeriaals, meetalllurrgy, chhemiicall inndusstryy, eetc. Annd wwithh thhe ddeveeloppmennt oof eeconnomyy annd ttechhnollogyy, rrequuireemennt oof ppoweer ssuppply witth hhighher outtputt poowerr att thhe ssamee tiime, smmalller vollumee, hhighher effficiienccy, relli

6、abbiliity. Thhe ssoftt swwitcch ttechhnollogyy, hhighh vooltaage higgh ffreqquenncy traansfformmer dessignn, sstruuctuure andd thhermmal dessignn haas bbecoome thee keey ttechhnollogyy off poowerr peerfoormaancee.In tthiss paaperr, wwe iintrroduucedd thhe ddeveeloppmennt oof sswittch powwer suppplyy

7、. AAppllicaatioon ffor higgh vvolttagee hiigh powwer swiitchhingg poowerr suupplly, is alsso ddesccribbed in dettaill. IIn tthe seccondd chhaptter, maainlly iintrroduucess thhe kkey tecchnoologgy oof ssuppporttingg thhe ddeveeloppmennt oof sswittchiing powwer suppplyy. TThe thiird chaapteer mmainnly

8、 dessignn off maain cirrcuiit oof hhighh vooltaage andd hiigh powwer swiitchhingg poowerr suupplly. Thee foourtth cchappterr maainlly iintrroduucess thhe ddrivvingg ciircuuit of swiitchh poowerr suupplly, conntrool ccirccuitt annd pprottecttionn ciircuuit.KEYWWORDDS: higghvolttagee, hhighh poowerr s

9、wwitcchinng ppoweer ssuppply, reesonnancceII1绪论1.1引引言高压大功功率开关关电源在在能源、材材料、冶冶金、化化工、制制造等诸诸多工业业领域有有着广泛泛应用。在在要求开开关电源源具有较较高功率率的同时时，对体体积、可可靠性、效效率也提提出了更更高要求求。现在在影响开开关电源源性能的的主要技技术有：软开关关技术、高高压高频频变压器器设计、结结构与散散热设计计等。就高压大大功率开开关电源源而言，发发展也存存在以下下几个情情况：首首先是变变压器。变变压器的的高变比比与体积积之间有有着不可可调和的的矛盾，变变压器的的高输出出要求绕绕组之间间的距离离不能太太

10、近，电电源体积积小，也也就限制制了变压压器的体体积。这这对变压压器中的的绝缘材材料提出出了更高高要求。其其次是变变压器高高变比与与非线性性之间的的矛盾，这这对变压压器磁芯芯材料要要求更高高。另外大功功率开关关电源特特别是在在高频工工况下的的损耗是是非常大大的，不不能忽视视。开关关电源的的损耗主主要来自自于以下下几个方方面：开开关器件件的开关关损耗、二二极管等等半导体体器件的的损耗、变变压器的的铁耗和和铜耗。为为了减少少损耗变变压器需需要优化化结构并并且改善善变压器器的制作作工艺。同同时可以以适合大大功率的的软开关关技术来来减少开开关损耗耗提高效效率。随着电力力电子技技术的发发展，人人们的生生活

11、中出出现了越越来越多多的电力力电子设设备。而而电子设设备都离离不开可可靠的电电源。进进入八十十年代，计计算机电电源率先先实现了了开关电电源化。九九十年代代，各种种电子，电电气设备备领域都都已经广广泛的使使用了开开关电源源。开关关电源迅迅速发展展起来。开关电源源是利用用现代电电力电子子技术 控制开开关晶体体管导通通和关断断的时间间比率，维维持稳定定输出电电压的一一种电源源。开关关电源主主要由两两部分组组成，分分别是脉脉冲宽度度调制（PPWM）控控制集成成芯片IIC和绝绝缘场效效应管MMOSFFET。开开关电源源体积小小，损耗耗低，在在电子设设备领域域已经几几乎全面面应用。开关电源源高频化化是其发

12、发展的方方向，高高频化是是开关电电源小型型化，并并使开关关电源得得到广泛泛应用，推推动了高高新技术术产品的的小型化化、轻便便化。另另外开关关电源的的发展有有助于节节约能源源、节约约资源和和环境保保护。开关电源源经历了了三个重重要发展展时段。第一个阶阶段是功功率半导导体器件件从双极极型器件件发展为为MOSS型器件件，是的的电力电电子器件件有可能能实现高高频化，导导通损耗耗大幅度度降低，简简化了电电路。第二个阶阶段是二二十世纪纪八十年年代开始始，研究究出了高高频化和和软开关关技术，使使得功率率器件性性能更好好，尺寸寸更小。高高频化和和软开关关技术是是过去二二十年国国际电力力电子界界研究的的热点。第

13、三个阶阶段是二二十世纪纪九十年年代中期期开始，电电力电子子系统集集成和集集成电力力电子模模块技术术开始发发展，成成为当今今国际电电力电子子界急需需要解决决的问题题之一。现代市场场上使用用的高压压开关电电源大多多采用晶晶闸管驱驱动，有有很多缺缺点，如如开关速速度低，损损耗大，噪噪声大，并并且限制制了高压压开关电电源的频频率。虽虽然国内内已经有有少数厂厂家生产产高频高高压开关关电源，但但是价格格昂贵，因因此研究究价格低低廉的高高频高压压开关电电源是大大势所趋趋，市场场良好。1.2开开关电源源的发展展方向自19669年以以来成功功研制225KHHZ开关关电源以以来，专专家，学学者，工工程师们们一直在

14、在开关电电源高频频化、高高可靠、高高效率、低低噪声、低低耗抗干干扰和模模块化等等方面探探索着。但但是往往往照顾到到这一面面，另外外一面往往往不能能符合要要求。从从八十年年代末起起，软开开关技术术成为工工程师们们研究的的热点。虽虽然研究究的成果果很多，但但是仅仅仅有两种种符合工工程实用用。一项项是有源源箝位ZZVS软软开关技技术；另另一项是是全桥移移相ZVVS软开开关技术术。近几十年年来，随随着电力力电子技技术的发发展，高高压开关关电源在在高频化化发现进进展十分分迅速。如如菲利普普公司开开发的330KWW以下移移动式XX光机的的X线发发生装置置频率达达30KKHZ以以上。德德国霍夫夫曼公司司高压

15、发发生器频频率高达达40KKHZ。自自98年年以来通通用电气气公司成成功研制制出高达达1000KhzzX线机机发生器器。高频化和和大功率率是高压压开关电电源发展展的主要要趋势。而而需要是是开关电电源发展展的动力力。开关关电源能能够满足足各种用用电需求求，带来来的经济济效益非非常大。我我国在通通信领域域广泛使使用开关关电源代代替相控控电源，这这一举措措在后来来看来是是明智的的。开关关电源的的使用为为国家节节省了大大量的铜铜材，钢钢材和占占地面积积。总之灵活活的功率率变换方方式，高高性能，高高功率密密度，高高效率，凭凭借这些些明显的的优势，开开关电源源将在221世纪纪得到大大力发展展。开关电源源的

16、发展展离不开开技术的的支持。功功率半导导体器件件仍然是是开关电电源发展展的龙头头。电力力电子技技术想要要进步，就就必须推推出新型型电力电电子器件件。功率场效效应管（MMOSFFET）由由于单极极性多子子导电，显显著减小小了开关关时间，因因而很容容易的达达到1MMHZ的的频率而而备受瞩瞩目，但但是提高高MOSSFETT器件的的阻断电电压就必必须加快快器件的的漂移区区，这样样做会使使器件内内阻增大大，增大大了通态态压降，所所以只能能用于中中小功率率场合。为为了降低低通态电电阻，美美国的IIR公司司采取了了提高单单位面积积的原胞胞个数的的方法。自自19996年以以来其通通态电阻阻以每年年50%的速度

17、度下降。对对于肖特特基二极极管的发发展，利利用Trrencch结构构，有望望出现压压降更小小的肖特特基二极极管，则则有可能能在极低低电源电电压领域域与同步步整流的的MOSSFETT展开竞竞争。变压器是是电力电电子产品品或开关关电源中中必不可可缺的部部件。平平面变压压机是最最近两年年的新产产品。平平面变压压器不需需要铜导导线，代代之以单单层或多多层电路路板，因因而厚度度远低于于常规变变压器，能能够直接接印刷在在电路板板上，因因而体积积大大缩缩小，相相当于常常规变压压器的五五分之一一。近几年，具具有各种种控制功功能的芯芯片也在在迅猛发发展，如如为了功功率因数数校正电电路用的的控制芯芯片，软软开关控

18、控制用的的ZVSS和ZVVC芯片片，移相相全桥用用的控制制芯片，并并联均流流控制芯芯片，电电流反馈馈控制芯芯片等。电路集成成的进一一步发展展方向是是系统集集成。美美国电力力电子系系统中心心已经提提出系统统集成的的设想。信信息传输输，控制制和功率率半导体体器件全全部集成成在一起起。组成成的元件件之间不不断通过过导线连连接增加加可靠性性，采用用三维空空间热耗耗散的方方法改善善散热。系系统集成成可以改改善半自自动化，半半人工的的组装工工艺，并并且能够够降低成成本，有有利于普普遍推广广使用。1.3开开关电源源关键技技术的发发展现状状1.3.1开关关电源的的高功率率密度和和高频化化小型化是是开关电电源发

19、展展的方向向之一。随随着电源源频率的的不断增增高，开开关电源源的功率率密度也也在不断断增加，开开关电源源的体积积随之减减小，动动态特性性得到改改善。但但随着频频率的增增加也带带来了新新的问题题，功率率元器件件增加，高高频情况况下电磁磁兼容的的问题。目前一些些新型器器件和新新型材料料出现，如如超级电电容器、平平面电容容器的出出现可以以成倍地地扩大电电容容量量，纳米米晶磁性性材料的的问世以以及平面面变压器器的出现现可以成成倍减少少变压器器、电感感等磁性性元件的的体积。开开关电源源趋于高高频化小小型化的的同时，人人们也面面临着提提高电源源系统的的功率密密度和工工作效率率的问题题。提高高效率从从另外一

20、一方面说说主要是是减少各各种开关关损耗。总是高频频化，高高效化，高高功率密密度也是是开关电电源的发发展方向向。1.3.2软开开关技术术的发展展所谓软开开关技术术是相对对于硬开开关而言言的。硬硬开关指指在开关关过程中中，各电电参量均均不为零零，出现现了电压压和电流流重叠的的趋于。而而软开关关技术是是指通过过电感和和电容的的谐振开开改变开开关管关关断和开开通时电电压和电电流的轨轨迹，也也就是利利用各种种控制技技术在开开关两段段电压为为零时开开通，或或者是流流过开关关的电流流为零时时开关关关断。软软开关技技术较高高的解决决了硬开开关PWWM变换换器的开开关损耗耗问题。因因此二十十世纪七七十年代代开始

21、，国国内外电电力电子子界不断断的研究究软开关关技术，到到目前已已经得到到较快的的发展。最早出现现的软开开关技术术为全谐谐振变换换器，实实际上是是一种负负载型的的谐振变变换器。按按照谐振振元件的的谐振方方式，分分为串联联谐振变变换器和和并联谐谐振变换换器。谐谐振元件件在变换换器工作作过程中中一直参参与谐振振工作。其其调节是是通过开开关频率率的调节节来实现现，且对对负载关关心大，对对负载的的非常敏敏感。八十年代代中期，出出现了准准谐振变变换器。在在此类谐谐振变换换器中。谐谐振元件件工作的的时间只只占一个个开关周周期的一一部分，并并不参与与全过程程。准谐谐振变换换器通过过谐振时时开关器器件上的的电流

22、和和电压按按准正弦弦规律变变化，从从而创造造出零电电流开关关条件（或或零电压压开关条条件）。因因此准谐谐振变换换器又分分为零电电流准谐谐振变换换器和零零电压准准谐振变变换器。和和全谐振振变换器器一样，准准谐振变变换器也也是通过过调节频频率来调调节电压压输出。八十年代代末期出出现了零零开关PPWM变变换器，它它是将常常规的PPWM调调制技术术和谐振振变换结结合而产产生的软软开关技技术。零零开关PPWM变变换器也也分为零零电压开开关PWWM变换换器和零零电流开开关PWWM变换换器。这这类变换换器与谐谐振变换换器的不不同点是是恒频控控制，且且谐振元元件的谐谐振时间间与开关关周期相相比起来来很短，只只

23、有开关关周期的的1/110-11/5。九十年代代出现的的零转换换PWMM变换器器，它是是在零开开关PWWM变换换器的基基础上发发展起来来的。零零转换PPWM变变换器分分为零电电压转换换PWMM变换器器和零电电流转转转PWMM变换器器。特点点是辅助助谐振电电路与主主功率开开关管并并联，电电路上的的环流能能量能自自动的保保持在较较少的数数值。目前，软软开关技技术主要要用在中中小功率率的场合合，对大大功率的的开关电电源而言言软开关关技术应应用的还还比较少少。全桥桥ZVZZCS软软开关电电路，易易于实现现，比较较适用于于大功率率开关电电源。1.3.3电源源模块化化和均流流技术为了扩大大变换器器的容量量

24、，在实实际电源源应用中中往往采采用器件件并联或或者已有有的变换换器模块块并联的的方式。虽虽然将多多个电力力电子开开关器件件并联起起来作为为一个器器件使用用可以减减小每个个开关管管的电压压应力、电电流应力力，但是是这样做做会调整整原有电电力电子子器件变变换器的的结构，并并且变换换器中还还有可能能出现能能量循环环流动。因此从长长远看器器件并联联并不是是变换器器并联技技术发展展的趋势势。目前前使用较较多的是是将多台台变换器器的输出出端并联联在一起起，即变变换器模模块并联联，一起起向负载载供电。这这样的情情况下，负负载的输输出电压压不变，各各个电源源模块提提供流过过负载的的电流。这这种模块块化并联联方

25、式并并不改变变变换器器的结构构，而是是将现有有的变换换器进行行组合，比比较灵活活，使用用方便。标准化模模块并联联运行的的分布式式供电系系统已成成为高频频开关直直流变换换器的洗洗衣桶发发展的一一个重要要趋势。相相对于传传统的集集中式供供电系统统，其优优势明显显。因为为标准化化的模块块电源可可以通过过任何组组合和分分解来实实现任意意扩展电电源系统统。模块并联联运行方方式可以以减小流流过每个个开关器器件的电电流从而而减轻了了开关器器件的热热应力和和电流应应力。提提高了开开关器件件的可靠靠性以及及系统输输出电流流的容量量。要知知道当开开关器件件温度大大于600，其寿寿命将大大幅度降降低，只只有工作作在

26、255的六分分之一。模模块化并并联运行行方式容容易实现现电源系系统的NN+n（NNn）冗冗余输出出，所谓谓N+nn冗余输输出是指指,电源源系统是是由N+n台独独立的电电源并联联而成，其其中N台台是指系系统正常常工作时时负责为为负载提提供能量量的电源源，而另另外n台台留作备备用。这这样就提提高系统统的可靠靠性。模模块化并并联运行行方式容容易实现现电源系系统低电电压情况况下的大大电流输输出，并并且可以以减少产产品的种种类，便便于标准准化生产产。但电源模模块化并并联也存存在这问问题。因因为在实实际中，因因为误差差或工艺艺水平的的制约，它它们的参参数不可可能完全全一致，并并且各个个模块的的参数还还会随

27、着着外部环环境而改改变。因因此就导导致了外外特性好好的模块块承担较较大负载载，电流流很大；而外特特性差的的模块承承担的负负载小，电电流小。其其结果必必然导致致分担电电流多的的模块的的热应力力大，流流过的电电流将首首先达到到模块的的最大限限制电流流，引起起系统的的不稳定定工作。因因此，必必须引入入有效的的均流措措施来保保证各模模块输出出的电流流都能够够保持在在允许的的范围内内，使各各模块安安全稳定定运行。目目前解决决均流问问题的主主要方法法有均流流电抗器器自动均均流法、平平均电流流自动均均流法、自自动主从从控制法法、主从从控制法法，主要要从变换换器本身身和控制制策略两两部分考考虑。1.4课课题的

28、研研究内容容和研究究方法脉冲功率率技术是是在二十十世纪六六十年代代随着核核物理技技术、电电子束、加加速器、激激光和等等离子技技术研究究的开展展迅速的的发展出出来的一一门高技技术新兴兴学科。脉脉冲功率率技术常常见的储储能元件件为电容容器。对对电容器器高效快快速的充充电是脉脉冲功率率技术的的前提。传传统的充充电方式式为伺服服电机控控制的直直流高压压充电方方式和LLC谐振振恒流充充电电路路。由于传统统的充电电电源都都工作在在工频状状态，并并且设备备笨重，体体积大，自自动化程程度低。随随着脉冲冲功率技技术的飞飞速发展展，要求求高压恒恒流充电电就提出出了更高高要求，高高功率、高高效率、高高度自动动化、小

29、小型化是是高压恒恒流充电电的发展展趋势。国国内利用用开关电电源技术术实现恒恒流充电电技术的的研究一一直在进进行，但但大多数数都是中中小功率率的。对对于大功功率的恒恒流充电电技术仍仍是以中中频变换换为主。如如西北核核技术所所的“50KKV/44A高压压恒流电电源”，前级级采用可可控硅实实现恒流流源，再再通过可可控硅的的全桥逆逆变技术术实现恒恒流充电电，逆变变频率为为1Khhz，平平均输出出功率为为1000Kw，在在中频高高压恒流流充电技技术中占占据重要要的地位位，而高高频化大大功率恒恒流充电电技术还还不完善善。正是是在这种种情况下下选择了了课题：高压大大功率开开关电源源的设计计。根据高压压开关电

30、电源的特特点，本本课题将将选择谐谐振变换换器作为为电源的的拓扑结结构。阻阻碍高压压大功率率开关电电源发展展的一个个重要难难题是高高频变压压器研制制。通过过结合电电路的工工作形式式选择适适合高压压大功率率场合的的高压变变压器。控控制器是是开关电电源技术术的关键键，本文文将选择择SG335255作为控控制器。2高压大大功率开开关电源源的工作作原理分分析2.1推推动高压压大功率率开关电电源发展展的主要要技术2.1.1功率率半导体体器件二十世纪纪九十年年代，功功率半导导体器件件有了许许多进展展，尤其其是在电电力电子子变换方方面，如如：1）功率率MOSSFETT和IGGBT已已经完全全取代晶晶体管GGT

31、R和和中小电电流的晶晶闸管，使使得实际际开关电电源的高高频化有有了可能能。MOOSFEET同步步整流技技术和超超快恢复复二极管管的研发发，也为为开关电电源的高高效率创创造了条条件。2）功率率半导体体的水品品超过预预测，电电压电流流额定值值分别达达到：IIGBTT，33300VV，12200AA和25500VV，18800AA；Poowerr MOOSFEET,5500VV,2440A;GCTT,4.5KVV,3KKA;二二极管，550000V，440000A。3）碳化化硅是功功率半导导体器件件的理想想材料，已已作出225mmm,400mm晶晶片，并并试制出出一批器器件样品品。如肖肖特基二二极管

32、，117500V，770mAA,正向向压降VV=1.3V。但但是碳化化硅器件件要达到到实用化化还需要要一定时时间。碳碳化硅是是功率半半导体晶晶片的理理想材料料，有着着禁带宽宽、工作作温度高高、通态态电阻小小、导热热性好。漏漏电流极极小、PPN结耐耐压高的的优点。有有利于制制造出耐耐高温的的高压大大功率半半导体器器件。4）二十十世纪八八十年代代，将功功率器件件与智能能控制、驱驱动、逻逻辑电路路、保护护等集成成封装，称称为智能能功率模模块（IIPM）或或智能功功率集成成电路。智智能功率率模块工工作电压压可高达达15VV，环境境温度达达+1225。二十世纪纪九十年年代，随随着大规规模分布布电源系系统

33、的发发展，将将IPMM的设计计理念推推广到更更大容量量、更高高电压的的集成电电力电子子电路，提提高了集集成度，称称之为集集成电力力电子模模块（IIPEMM）。IIPEMM将功率率器件与与电路控控制，以以及检测测、执行行元件集集成封装装，得到到标准的的可制造造的模块块，既可可用于标标准设计计也可以以用于专专用特殊殊设计，优优点是可可高效为为用户提提供产品品，显著著降低成成本，提提高可靠靠性。2.1.2高频频高压变变压器高频高压压变压器器的设计计是研制制高压开开关电源源最困难难的难题题之一。高高频高压压变压器器的体积积通常只只有工频频变压器器的几十十分之一一，使得得漏感、分分布电容容、绝缘缘、磁芯

34、芯的选取取都非常常复杂，几几乎找不不到现成成完整的的技术材材料。高高频高压压变压器器兼有逆逆变变压压器、高高压变压压器、脉脉冲变压压器的特特点，存存在着绝绝缘、能能量传输输、波形形畸变等等重要问问题。高高频高压压变压器器的设计计应该遵遵循以下下原则：1 完全利用用绕组的的漏感作作为谐振振电感来来简化电电路设计计。2.尽量量减小绕绕组的分分布电容容。3.尽可可能增加加绝缘厚厚度，保保证足够够的绝缘缘强度。2.1.3控制制技术控制器是是进行控控制和驱驱动全桥桥逆变器器工作的的是高压压开关电电源技术术实现的的关键。已已经有一一些集成成芯片，例例如美国国某家公公司成产产的UCC3866X系列列控制芯芯

35、片，这这些芯片片适用于于零电流流开关和和零电压压开关的的谐振变变换器。但但这些产产品仅适适合中小小功率电电源，更更不能满满足高压压大功率率开关电电源的需需要。由于开关关电源的的强非线线性，以以及它具具有离散散和变结结构的特特点、负负载性质质的多样样性，主电气气的性能能必须满满足大范范围变化化，所以以这些使使开关变变换器的的控制问问题和控控制器的的设计较较为复杂杂，一些些新的控控制方法法，如自自适应、模模糊控制制、神经经网络控控制，以以及各种种调制策策略都在在开关电电源的应应用，已已经在引引起人们们的注意意。电流型控控制以及及多环控控制已在在开关电电源中得得到广泛泛的应用用：电荷荷控制、一一周期

36、控控制、HH控制、DDSP控控制技术术的开发发与应用用及相应应专用集集成控制制芯片的的控制，使使开关电电源动态态性能有有了很大大提高，电电路也大大幅度简简化。图2-11控制回回路原理理图2.1.4有源源功率因因数校正正技术由于输入入端有整整流滤波波和滤波波电容，许许多整流流电源供供电的电电子设备备使电网网侧（输输入端）功功率因数数仅为00.655 。用用有源功功率因数数校正技技术（简简称APPFC）可可提高到到0.99500.999.既治治理了电电网的“谐波”污染，又又提高了了电源的的整体效效率。另外有高高频磁元元件、饱饱和电感感的应用用、分布布电源、电电源智能能化技术术、开关关电源的的EMI

37、I与EMMC等技技术都推推动了开开关电源源的发展展。2.2高高压大功功率开关关电源设设计的基基本原理理2.2.1系统统设计原原理开关电源源采用功功率半导导体器件件作为开开关器件件，通过过周期性性间断工工作，控控制开关关器件的的占空比比来调整整输出电电压。开开关电源源的基本本构成如如图2.2所示示，其中中DC/DC变变换器进进行功率率转换，他他是开关关电源的的核心部部分，此此外还有有起动、过过流与过过电压保保护、噪噪声滤波波等电路路。输出出采样电电路（RR1、RR2）检检测输出出电压变变化，与与基准电电压U比比较，误误差电压压经过放放大和脉脉宽调制制（PWWM）电电路，再再经过驱驱动电路路控制功

38、功率器件件的占空空比，从从而达到到调整输输出电压压大小的的目的。图图2.33是一种种电路实实现模式式。DC/DDC变换换器有多多种电路路形式，常常用的有有工作波波形为方方波的PPWM变变换器以以及工作作波形为为准正弦弦波的谐谐振型变变换器。图2-22开关电电源的基基本构成成图2-33开关型型稳压电电源的原原理图对于串联联线性电电源，输输出对输输入的瞬瞬态响应应特性主主要由调调整管的的频率特特性决定定。但对对于开关关稳压电电源，输输入的瞬瞬态变化化比较明明显的表表现在输输出端。提提高开关关频率的的同时，由由于反馈馈放大器器的频率率特性得得到改善善，开关关电源的的瞬态响响应特性性也得到到改善。负负

39、载变化化瞬态响响应问题题主要由由输出端端LC滤滤波器特特性决定定，所以以可以利利用提高高开关频频率、降降低输出出滤波器器LC乘乘积的方方法改善善瞬态响响应特性性。高压大功功率开关关电源系系统原理理框图如如图2.4所示示。高压压电源的的输入信信号来自自2200V的交交流市电电，经整整流滤波波后与PPWM脉脉冲调制制器的输输入信号号一起驱驱动高频频变压器器，通过过高频变变压器得得到高压压电源再再经整流流滤波后后，输出出直流高高压。输输出反馈馈信号经经光电隔隔离后反反馈给脉脉冲调制制器，通通过与脉脉冲调制制器中误误差放大大器中的的基准电电压相比比较，控控制脉冲冲调制器器的输出出占空比比，以调调节输出

40、出电压。图2-44系统原原理框图图2.2.2高压压大功率率开关电电源的组组成高压大功功率开关关电源主主要有以以下几个个部分组组成：主电路从交流网网输入，直直流输出出的全过过程，包包括一下下几个部部分：输入滤波波器 其其作用是是将电网网存在的的杂波滤滤除，同同时也阻阻碍本机机产生的的杂波反反馈到公公共电网网。整流与滤滤波 将将电网交交流电源源直接整整流为较较平滑的的直流电电，以供供下一级级变换。逆变 将将整流的的直流电电变成高高频交流流电。这这是高压压大功率率开关电电源的核核心部分分，频率率越高，体体积，重重量与输输出功率率之比越越小。输出整流流与滤波波 根据据负载需需要，提提供可靠靠稳定的的直

41、流电电源控制电路路 一一方面从从输出端端取样，经经与设定定标准进进行比较较，然后后去控制制逆变器器，改变变其频率率或脉宽宽，达到到输出稳稳定，另另一方面面，根据据测试电电路提供供的数据据，经保保护电路路鉴别，提提供控制制电路对对整机进进行各种种保护措措施。（3）检检测电路路 除除了提供供保护电电路正在在运行中中各种参参数外，还还提供各各种仪表表显示数数据（4）辅辅助电源源 为为控制电电路和保保护电路路提供满满足一定定技术要要求的直直流电源源，以保保证他们们的工作作稳定可可靠。辅辅助电源源可以是是独立的的，也可可以由开开关电源源本身产产生。2.3开开关变换换器开关变换换器分为为DC/DC和和AC

42、/DC两两大类，DDC/DDC变换换器已经经实现模模块化，且且设计技技术及生生产工艺艺在国内内外均已已成熟和和标准化化，并已已得到用用户的认认可，但但AC/DC的的模块化化，因其其自身的的特性使使得在模模块化的的进程中中，遇到到较为复复杂和技技术和工工艺制造造问题。2.3.1 DDC/DDC变换换DC/DDC变换换是将固固定的直直流电压压变成可可变的直直流电压压，也称称之为直直流斩波波，斩波波器的工工作方式式分为两两种，一一种是脉脉宽调制制方式TTs不变变，改变变tonn（通用用），而而是频率率调制方方式，tton不不变，改改变Tss（易产产生干扰扰）,其其具体的的电路由由以下几几类：（1）

43、Buckk电路降压压斩波器器，其输输出平均均电压UU0小于于输入电电压Uii,极性性相同。（2） Boosst电路路升压压斩波器器，其输输出平均均电压UU0大于于输入电电压Uii，记性性相同。（3） Buckk-Booostt电路升压压或降压压斩波器器，其输输出平均均电压UU0大于于或小于于输入电电压Uii，极性性相反，电电感传输输。（4） Cuk电电路升压或或降压斩斩波器，其其输出平平均电压压U0大大于或小小于输入入电压UUi，极极性相反反，电容容传输。2.3.2隔离离型变换换器DC/DDC变换换器用于于开关电电源时，很很多情况况下要求求输入与与输出间间进行电电隔离，这这时必须须采用变变压器

44、进进行电隔隔离。这这类变换换器把直直流电压压和电流流变换变变为高频频方波电电压和电电流，经经变压器器升压或或降压后后，再经经整流平平滑滤波波变为直直流电压压和电流流。因此此这类变变换器又又称之为为逆变整整流型变变换器。（1） 推挽型变变换器和和半桥型型变换器器推挽型变变换器和和半桥型型变换器器是典型型的逆变变整流型型变换器器，电路路结构和和工作波波形如图图2.55所示：图2-44 推挽挽型和半半桥型变变换电路路加在变压压器一次次绕组上上的电压压幅度为为输入电电压Uii，宽度度为开关关导通时时间toon的脉脉冲波形形，变压压器二次次电压经经二极管管V1、VV2全波波整流为为直流。图图2.44（a

45、）表表示推挽挽型变换换器的电电路结构构和工作作波形,图2.4（bb）表示示半桥型型变换器器的电路路结构和和工作波波形。如如只从输输出侧滤滤波器来来看，工工作波形形和降压压斩波器器完全相相同，二二次侧滤滤波电感感用于储储藏能量量，若以以图中所所示的占占空比来来表示时时，电压压变换比比m与降降压型变变换器相相类似，即即m=D/n (2.11)式中n为为变压器器的匝数数之比，nn=N11/N22;N1为一一次绕组组的匝数数；N2为二二次绕组组的匝数数。推挽型变变换器中中变压器器存在直直流励磁磁问题，基基本上不不使用。半半桥型变变换器只只有一个个一次绕绕组，因因此变压压器的利利用率高高，而且且不容易易

46、出现直直流励磁磁。（2） 正激型变变换器正激型变变换电路路如图22.6所所示。它它是采用用变压器器耦合的的降压型型变换器器电路。与与推挽型型变换器器一样，加加在变压压器一次次侧（一一半）上上的电压压振幅为为输入电电压Uii,宽度度为开关关导通时时间toon的脉脉冲波形形，变压压器二次次侧电压压经二极极管全波波整流变变为直流流。图2-55正激型型变换电电路电路的工工作过程程：开关关S导通通后，变变压器绕绕组N11两段的的电压为为上正下下负，与与其耦合合的N22绕组两两段的电电压也是是上正下下负，因因此V11出于通通态，VV2出于于断态，电电感L的的电流逐逐渐增长长；S断断开后，电电感L通通过V2

47、2续流，VV1关断断。S关关断后变变压器的的激磁电电流经NN3绕组组和V33流回电电源。（3） 隔离性CCuk变变换器隔离性CCuk变变换电路路如图22.6所所示（二二极管VV导通）。开开关断开开时，电电感L11的电流流IL11对电容容C111充电。同同时，CC12也也充电，开开关S导导通后，二二极管VV变为截截止状态态。C112通过过L2向向负载供供电，这这时C111也出出于放电电状态。稳稳定状态态时，电电容C111充放放电电荷荷量相等等。图2-66隔离性性CUKK变换电电路（4） 全桥型变变换器全桥型变变换器如如图2-7所示示，S11、S33及S22、S44是两对对开关，相相互交互互通断，

48、但但两对开开关导通通有时间间差，所所以变压压器一次次侧加的的电压UU为脉冲冲宽度，等等于其时时间差的的方型波波电压。变变压器二二次侧的的二极管管将此电电压整流流为方波波，再经经滤波器器变为平平滑直流流电供给给负载。图2-77全桥型型变换电电路2.3.3串联联谐振变变换器负载与谐谐振回路路L-CC以串联联形式组组成称之之为串联联谐振变变换器电电路，电电容恒流流充电电电源要求求电源具具有恒流流源特性性，串联联谐振变变换器具具有这种种特性。串串联谐振振电路没没有负载载时，电电路没有有了电压压调节能能力。但但是串联联谐振电电容可以以作为格格直电容容，因此此这种电电路可以以不加任任何其他他结构直直接用于于全桥逆逆变器中中。而且且当开关关频率低低于谐振振频率一一定时，