第一篇：機(jī)電類就業(yè)答辯
機(jī)電一體化畢業(yè)能做什么？？？
機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。畢業(yè)生主要可從事數(shù)控設(shè)備的維護(hù)、調(diào)試、操作、制造、安裝和營銷等技術(shù)與管理工作，就業(yè)崗位群大。本專業(yè)培養(yǎng)具有機(jī)械、電子、液（氣）壓一體化技術(shù)基本理論，掌握機(jī)電一體化設(shè)備的操作、維護(hù)、調(diào)試和維修，掌握應(yīng)用機(jī)電一體化設(shè)備加工的工藝設(shè)計(jì)和加工工藝的基本方法和基本技能的中級工程技術(shù)人才。
機(jī)電一體專業(yè)就業(yè)方向
1、從事機(jī)電一體化液體灌裝生產(chǎn)線及商品包裝自動化機(jī)械運(yùn)行、維護(hù)、管理、技術(shù)改造等工作的機(jī)電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在大型啤酒、飲料、食品及商品包裝生產(chǎn)企業(yè)從事現(xiàn)代化自動機(jī)與生產(chǎn)線的維護(hù)和管理工作，也可在相關(guān)的自動機(jī)與生產(chǎn)線的生產(chǎn)廠家或設(shè)計(jì)部門、營銷單位從事技術(shù)工作.2、機(jī)電一體化專業(yè)（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造方向)
從事機(jī)電產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM），并熟練使用和維修數(shù)控加工設(shè)備的機(jī)電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在模具設(shè)計(jì)也制造、機(jī)械加工、塑料、五金、電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)生產(chǎn)等企業(yè)從事數(shù)控機(jī)床的加工工藝設(shè)計(jì)編程，數(shù)控機(jī)床的調(diào)試、維護(hù)及加工操作，從事生產(chǎn)和技術(shù)管理工作，也可以從事國內(nèi)外數(shù)控設(shè)備的營銷工作.3、機(jī)電一體化專業(yè)（模具CAD/CAM方向）
從事利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)對模具進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造等工作的機(jī)電一體化高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在模具、機(jī)械、五金、塑料、家電等生產(chǎn)企業(yè)從事模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造等方面的技術(shù)工作，也可在企事業(yè)單位從事與本專業(yè)有關(guān)的經(jīng)營、管理工作.4、機(jī)電一體化專業(yè)（機(jī)電CAD技術(shù)方向）
在機(jī)電一體化產(chǎn)品、設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造、維修、管理、技術(shù)改造與服務(wù)過程中專門從事用電腦繪圖設(shè)計(jì)、信息處理和資料管理的高等技術(shù)應(yīng)用性專門人才.可在機(jī)械設(shè)計(jì)、制造與裝備行業(yè)、模具制造業(yè)，輕工、家用電器、電子制造業(yè)從事設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)改造、產(chǎn)品營銷、設(shè)備管理與維護(hù)等工作.當(dāng)?shù)赜心男┕拘枨蟊緦I(yè)？？？
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第二篇：冶金機(jī)電類
冶金機(jī)電類
銅業(yè)公司冶煉廠改造
一 項(xiàng)目概況 二環(huán)境概況 三 工程分析
（一）原料，燃料，熔劑，及輔助材料的性質(zhì)成分來源
（二）主要工藝流程
（三）物料平衡計(jì)算
（四）技改工程主要污染物排放量
（五）非正常生產(chǎn)排放分析
注：采用先進(jìn)成熟的工藝技術(shù)和設(shè)備，生產(chǎn)中應(yīng)加強(qiáng)管理，嚴(yán)格操作規(guī)程，提高工人素質(zhì)
（六）技改工程前后三本賬 四 環(huán)境影響預(yù)測
（一）評價(jià)因子確定
（二）預(yù)測模型選擇
廢水中的特征污染物是重金屬，采用重金屬衰減模型
（三）項(xiàng)目環(huán)境影響預(yù)測
五 污染防治對策措施的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析
包括風(fēng)險(xiǎn)防范措施：一是制酸系統(tǒng)SO2轉(zhuǎn)化率降低；二是制酸系統(tǒng)故障停產(chǎn)，煙氣直接排空
六 清潔生產(chǎn)水平分析
案例分析 工程分析應(yīng)包括擬淘汰項(xiàng)目工藝流程，原輔材料及能源消耗，存在的環(huán)境問題，污染物產(chǎn)生及排放狀況 污酸，廢水處理站污泥，硫化渣，砷濾餅屬于危險(xiǎn)廢物 清潔生產(chǎn)：用能耗，物耗，水耗，單位產(chǎn)品的污染物產(chǎn)生及排放量等指標(biāo)與國內(nèi)外同類型先進(jìn)生產(chǎn)工藝進(jìn)行比較，定量分析項(xiàng)目的清潔生產(chǎn)水平，技改項(xiàng)目還須與原有生產(chǎn)裝置進(jìn)行對比，論證技改工程的必要性 改擴(kuò)建項(xiàng)目環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀監(jiān)測應(yīng)進(jìn)行無組織排放監(jiān)控點(diǎn)測試，另外應(yīng)進(jìn)行廠區(qū)，渣場及界外農(nóng)田的土壤環(huán)境和農(nóng)作物質(zhì)量監(jiān)測 5 外排廢水中一類污染物必須做到裝置或車間出口達(dá)標(biāo) 銅冶煉的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)重點(diǎn)是系統(tǒng)故障，轉(zhuǎn)化率下降，故障停車，應(yīng)急預(yù)案
集成電路制造 控制好含氟廢水的處理，然后納入酸堿處理系統(tǒng)，這是確保含氟廢水有效去除F的環(huán)保要求，否則就可能形成稀釋排放 在各個污染物固定排放口安裝污染物在線監(jiān)測系統(tǒng) 3 本評價(jià)核心問題：評價(jià)區(qū)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀即區(qū)域的環(huán)境承載力；論證廠址選擇的環(huán)境可行性和總圖布置的合理性；從水資源的供給和利用等方面論證項(xiàng)目選址的可行性；清潔生產(chǎn)水平；對有毒危險(xiǎn)品的儲運(yùn)及風(fēng)險(xiǎn)分析；污染治理措施；污染物達(dá)標(biāo)排放 由于本項(xiàng)目須用多種有毒有害化學(xué)品，工程分析應(yīng)作總物料衡算和主要污染因子，如氟，氯平衡 此類工程應(yīng)給出全廠生產(chǎn)總流程和標(biāo)示排污節(jié)點(diǎn)的工藝流程圖，應(yīng)有原輔材料消耗表 清潔生產(chǎn)應(yīng)從國內(nèi)外類比調(diào)查基礎(chǔ)上從生產(chǎn)工藝，原材料，能源消耗等方面論證，用單位產(chǎn)品的物耗，能耗，水耗，污染物產(chǎn)生量和排放量指標(biāo)量化分析 7 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測除例行項(xiàng)目還應(yīng)監(jiān)測特征污染物 生產(chǎn)中使用大量化學(xué)危險(xiǎn)品，應(yīng)合理確定庫存量，避免發(fā)生環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)
第三篇：班組長機(jī)電類
一季度班組長考試復(fù)習(xí)題（機(jī)電類—井下一線）
一、選擇題
1、配電工在儀表監(jiān)測時要隨時注意各參數(shù)變化，每（A）小時抄表一次。
A、1 B、2 C、3
2、高壓設(shè)備發(fā)生故障時，室內(nèi)不得接近故障點(diǎn)（B）M以內(nèi)。
A、2 B、4 C、6
3、操作過程中，發(fā)生疑問或發(fā)現(xiàn)異常時，立即向（A）和調(diào)度報(bào)告。
A、值班負(fù)責(zé)人 B、班組長 C、隊(duì)長
4、倒閘操作前必須檢查分、合的斷路器和隔離開關(guān)是否處于（B）。
A、偏離位臵 B、正常位臵 C、超標(biāo)位臵
5、倒閘操作中一張操作票可填寫（A）操作任務(wù)。
A、一個 B、兩個 C、三個
6、驗(yàn)明檢修的設(shè)備確無電壓后，對檢修停電的設(shè)備進(jìn)行放電，直至（B）為止。
A、達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)電荷
B、放盡電荷 C、有少量電荷
7、接班時重點(diǎn)要求檢查各開關(guān)的（C）標(biāo)志是否明確，是否和實(shí)際運(yùn)行情況相符。
A、停電 B、送電 C、停送電
8、撿漏器試驗(yàn)中，按下試驗(yàn)按鈕后，總饋電開關(guān)跳閘，然后恢復(fù)（B）。
A、斷電 B、送電 C、都不正確
9、低壓移變頭的試驗(yàn)中，應(yīng)做好試驗(yàn)（A）。
A、記錄 B、臺帳 C、報(bào)告
10、如果遇到設(shè)備檢修時，應(yīng)做好檢修回路的停送電工作，停電時嚴(yán)格按（C）執(zhí)行。
A、領(lǐng)導(dǎo)要求 B、規(guī)定要求 C、停電報(bào)告
11、電壓的正常波動值為（A）。
A、±5% B、±0.5% C、±0.1% D、±2%
12、觸電者脫離電源后，神志清醒，只是有些心慌，四肢無力，應(yīng)使之（C）。
A、接受人工呼吸 B、喝興奮劑 C、安靜休息 D、不斷活動
13、已終結(jié)的工作票、事故應(yīng)急搶修單應(yīng)保存（A）。
A、1 年 B、半年 C、兩年 D三個月
14、備用電機(jī)絕緣電阻過低，可能是（A）。A、受潮 B、溫度低 C、硅鋼片生銹 D、地線松動
15、備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵的（C）。
A、８０ ％ B、９０％ C、７０％
16、工作和備用泵的總能力，應(yīng)在２０小時內(nèi)排出礦井（A）的最大涌水量。
A、２４小時 B、２０小時 C、２２小時 D、２１小時
17、檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的（C）。
A、３０ ％ B、７０ ％ C、２５ ％
18、井下主水泵的電壓為（A）。
A、６０００伏 B、６６０伏 C、１１００伏
19、井下電壓的波動范圍在（A）。
A、±5% B、±2% C、±0.5% 20、井下主水泵配用電機(jī)功率為（A）。
A、４５０ＫＷ
B、６３０ＫＷ C、320ＫＷ
21、在擰緊圓形或成組布臵的螺栓和螺母，必須（C）進(jìn)行。
A、按順序逐一進(jìn)行
B、每隔一個地 C、對稱的
22、施行人工呼吸中，如發(fā)現(xiàn)觸電者有蘇醒的征兆時，應(yīng)（B）。
A、加強(qiáng)搶救 B、終止幾分鐘 C、速送醫(yī)院 D、不在人工呼吸
23、楔鍵和切向鍵工作面的斜度為（B）。
A、１、５０ B、１、１００ C、１、１５０
24、三項(xiàng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時電流表指示過大，電機(jī)溫度升高，很可能是（C）引起的。
A、冷卻空氣不足 B、無啟動裝臵 C、過載 D、溫度計(jì)失靈
25、部分停電時，安全距離（C）規(guī)定距離的停電設(shè)備，必須裝設(shè)臨時遮欄。
A、大干 B、等于 C、小于
26、受電時合上變壓器（A）的隔離開關(guān)及斷路器。
A、一次側(cè) B、兩次側(cè) C、前后側(cè)
27、接班時重點(diǎn)要求檢查設(shè)備運(yùn)行的（C）是否正常。
A、聲音 B、溫度 C、聲音、溫度
28、接班時重點(diǎn)要求檢查各開關(guān)的（C）標(biāo)志是否明確，是否和實(shí)際運(yùn)行情況相符。
A、停電 B、送電 C、停送電
29、作業(yè)準(zhǔn)備是應(yīng)將絕緣臺放在距離高壓開關(guān)（B）適當(dāng)位臵。
A、溫度 B、指示情況 C、質(zhì)量
30、作業(yè)準(zhǔn)備時應(yīng)將絕緣臺放在距高壓開關(guān)（A）適當(dāng)位臵。
A、前 B、后 C、左方
二、判斷題
1、停電時開關(guān)把手必須閉鎖。（√）
2、不準(zhǔn)擅自更改操作票，不準(zhǔn)隨意解除防誤閉鎖裝臵。（√）
3、倒閘操作必須填寫操作票，一張操作票最多可以按填寫兩個操作任務(wù)。（×）
4、送電前先檢查配出線開關(guān)操作及跳閘機(jī)構(gòu)是否完好。（√）
5、停電時要拉開配出線的斷路器及隔離開關(guān)。（√）
6、倒換受入電源要合上備用電源開關(guān)及斷路器。（√）
7、BGP9L---6A型高壓真空開關(guān)停電后觀察，“分合”指示牌應(yīng)指示在“合”位臵。（×）
8、停電時，先停電源開關(guān)，再停負(fù)荷開關(guān)。（×）
9、在一個電氣連接部分同時有檢修和試驗(yàn)時，可填用一張工作票，但在試驗(yàn)前應(yīng)得到運(yùn)行值班人的許可。（×）
10、在電氣設(shè)備上的工作，應(yīng)填用工作票或事故應(yīng)急搶修單。（√）
11、離心式水泵能夠抽水是由葉輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力所致。(√)
12、壓力表安裝在水泵的吸水管上，真空表安裝在排水管或水泵的排水段上。（×）
13、當(dāng)兩臺泵串聯(lián)時要求流量基本相同。（√）
14、《煤礦安全規(guī)程》對主水泵的配電設(shè)備規(guī)定：能夠同時開動工作和備用的水泵。（√）
15、《煤礦安全規(guī)程》對主水泵房的出口要求至少有三個。（×）
16、盤根磨損、老化后要及時更換，更換應(yīng)在停泵時進(jìn)行，松緊也要在停泵時調(diào)整。（×）
17、逆止閥是防止排水管路的水逆行的，一般都裝在離水泵很近的閘閥上方。（√）
18、水倉、沉淀池和水溝中的淤泥應(yīng)及時清理，在雨季前必須清理一次。（√）
19、機(jī)電四率指標(biāo)中設(shè)備完好率為90%。（√）
20、煤礦企業(yè)雨季“三防”是指防洪、防排水、防雷電。（√）
21、變電站所有的電氣高壓操作必須填寫操作票。（×）
22、操作票的每一項(xiàng)均要求填寫時間。（×）
23、在工作票和操作票中，操作術(shù)語和開關(guān)編號是絕對不允許涂改的。（√）
24、轉(zhuǎn)崗新崗位工作人員必須簽訂師徒合同。（×）
25、作廢的操作票為不合格的操作票。（×）
26、配電工接班要清點(diǎn)崗位工具，備件，安全用具，鑰匙，消防用品，圖紙，各種記錄簿。（√）
27、緊急停電時可以拉隔離刀閘或退小車。（×）
28、停電時，先停電源開關(guān)，再停負(fù)荷開關(guān)。（×）
29、配電工上崗必須穿戴好勞動防護(hù)用品。（√）30、運(yùn)行操作不執(zhí)行兩票制工作許可制度。（×）
三、名詞解釋
1、什么叫電氣設(shè)備的隔爆？
答：隔爆，就是當(dāng)電氣設(shè)備外殼內(nèi)部的爆炸性氣體發(fā)生爆炸時，不會引起外殼周圍的爆炸性氣體發(fā)生爆炸，凡是具用這種隔爆外殼的電氣設(shè)備就叫隔爆型電氣設(shè)備。為了實(shí)現(xiàn)隔爆外殼耐爆和隔爆性能，對隔爆外殼的形狀、材料、容積、結(jié)構(gòu)等均有特殊的要求。
2、什么叫井下電網(wǎng)的三大保護(hù)？
答：煤礦井下電網(wǎng)“三大保護(hù)”是指：漏電保護(hù)、過流保護(hù)和接地保護(hù)。
3、什么是“三專兩閉鎖”?
答：三專：專用變壓器、專用開關(guān)、專用電纜；兩閉鎖：風(fēng)電閉鎖，瓦斯電閉鎖
4、什么叫漏電？ 答：漏電是指井下電氣設(shè)備或電纜絕緣下降或局部絕緣損壞，使電流經(jīng)絕緣損壞處流入大地或經(jīng)過設(shè)備外殼流入大地的現(xiàn)象。漏電可能引起人員觸電傷亡事故，可能引起電氣火災(zāi)，可能引起瓦斯、煤塵爆炸事故。
5、什么叫保護(hù)接地？
答：保護(hù)接地就是用導(dǎo)線把電氣設(shè)備正常情況下不帶電，但當(dāng)絕緣損壞時可能帶電的金屬與埋在地下的接地極連接起來的保護(hù)裝臵。保護(hù)接地的作用主要是防止因設(shè)備漏電使外殼帶電而發(fā)生人身觸電事故。
6、什么是井下供電的“三全、一堅(jiān)持”?
答：防護(hù)裝臵全、絕緣用具全、圖紙質(zhì)料全。堅(jiān)持使用漏電繼電器。
四、簡答題
1、機(jī)電標(biāo)準(zhǔn)化中“三無四有兩齊全”具體指哪些內(nèi)容？ 答：三無指無雞爪子、無羊尾巴、無明接頭；四有指有過電流和漏電保護(hù)裝臵、有螺絲和彈簧墊圈、有密封圈和擋板、有接地裝臵；兩齊全指電纜懸掛整齊、設(shè)備硐室清潔整齊。
2、井下哪些設(shè)施必須有保護(hù)接地?
答：電壓在36V 以上和由于絕緣損壞可能帶有危險(xiǎn)電壓的電氣設(shè)備的金屬外殼、構(gòu)架，鎧裝電纜的鋼帶或鋼絲、鉛皮或屏蔽護(hù)套等必須有保護(hù)接地。
3、井下煤塵有哪些危害？
答（1）對人體的危害。工人長期吸入煤塵，輕者引起呼吸道發(fā)生炎癥，重者可以導(dǎo)致塵肺病。（2）煤塵在一定的條件下，可以燃燒或爆炸，從而釀成嚴(yán)重災(zāi)害。
4、引起過流故障的原因有哪些？ 答：過電流是指電氣設(shè)備或電纜的實(shí)際工作電流超過其額定電流值。（1）短路故障，有擊穿、誤操作、機(jī)械損傷（2）過負(fù)荷包括電源電壓低，頻繁啟動電氣設(shè)備、啟動時間長，機(jī)械卡堵等（3）斷相，包括熔斷器熔斷，電纜與電動機(jī)或開關(guān)的連接頭脫落，電纜芯線一相斷線。
5、“五想五不干”內(nèi)容是什么？
答：一想安全風(fēng)險(xiǎn)，不清楚不干；二想安全措施，不完善不干；三想安全工具，不配備不干；四想安全環(huán)境，不合格不干；五想安全技能，不具備不干。
6、大腿骨折用夾板和繃帶進(jìn)行固定，繃帶應(yīng)分別扎在什么部位？
答：腋部、胸部、髖部、骨折上端和下端、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)共7處
五、論述題
敘述井下雜散電流的防治措施。
第四篇：機(jī)電類個人簡歷
基本資料
姓名： 溫先生 國籍： 中國
目前所在地： 廣州 民族： 漢族
戶口所在地： 四川 身材： 175 cm kg
婚姻狀況： 已婚 年齡： 25 歲
培訓(xùn)認(rèn)證： 誠信徽章：
求職意向
人才類型： 普通求職
應(yīng)聘職位： 技工類：機(jī)電一體化技工、技工類：機(jī)電組長、工業(yè)/工廠類：質(zhì)檢
工作年限： 9 職稱： 無職稱
求職類型： 全職 可到職日期： 隨時
月薪要求： 3500--5000 希望工作地區(qū)： 廣東省 廣州
工作經(jīng)歷
公司名稱： 東風(fēng)標(biāo)致廣州粵標(biāo)汽車銷售有限公司起止年月：2007-08 ～ 2008-10
公司性質(zhì)： 股份制企業(yè)所屬行業(yè)：各種車輛制造與營銷
擔(dān)任職務(wù)： 機(jī)電組長
工作描述： 因集團(tuán)需要來到粵標(biāo)工作，主要因公司售后部沒有維修檢驗(yàn)骨干，全面負(fù)責(zé)技術(shù)輔導(dǎo)，及道路試車質(zhì)檢工作。參加?xùn)|風(fēng)標(biāo)致（北京培訓(xùn)站）培訓(xùn)。
公司名稱： 廣州市北京現(xiàn)代汽車銷售有限公司（宏現(xiàn)東圃店）起止年月：2006-05 ～ 2007-08
公司性質(zhì)： 股份制企業(yè)所屬行業(yè)：各種車輛制造與營銷
擔(dān)任職務(wù)： 機(jī)電組長
工作描述： 具有豐富的團(tuán)隊(duì)組建與項(xiàng)目管理與協(xié)調(diào)經(jīng)驗(yàn)；擅長北京現(xiàn)代技術(shù)求新，出廠檢驗(yàn)，道路試車，參加北京現(xiàn)代華南地區(qū)（東莞培訓(xùn)站）培訓(xùn)。
公司名稱： 佛山市華霸進(jìn)口汽車維修有限公司起止年月：2003-11 ～ 2005-12
公司性質(zhì)： 私營企業(yè)所屬行業(yè)：各種車輛制造與營銷
擔(dān)任職務(wù)： 機(jī)電工大
工作描述： 對大，中，小修能獨(dú)立的按時完成，與機(jī)電班長研究和發(fā)現(xiàn)及排除疑難雜癥。能獨(dú)擋一面的能力。
公司名稱： 佛山市南海區(qū)小塘鎮(zhèn)美華汽車維修廠起止年月：2000-04 ～ 2003-08
公司性質(zhì)： 民營企業(yè)所屬行業(yè)：各種車輛制造與營銷
擔(dān)任職務(wù)： 機(jī)電學(xué)徒
工作描述： 配合師傅完成每項(xiàng)工作，不斷的與師傅學(xué)習(xí)。
教育背景
畢業(yè)院校： 廣州市白云技術(shù)學(xué)院
最高學(xué)歷： 中專 畢業(yè)日期： 2002-11-01
所學(xué)專業(yè)一： 汽車維修 所學(xué)專業(yè)二：
受教育培訓(xùn)經(jīng)歷：
起始年月 終止年月 學(xué)校（機(jī)構(gòu)）專業(yè) 獲得證書 證書編號
1994-03 1997-08 資中縣蘇家灣鎮(zhèn)中心校 初中 初中
2002-09 2002-11 廣州市白云技術(shù)學(xué)院 汽車維修 中專 ***2
2007-06 2007-08 北京現(xiàn)代華南地區(qū)（東莞培訓(xùn)站）發(fā)動機(jī)及波箱電路 內(nèi)部
2008-06 2008-07 東風(fēng)標(biāo)致（北京培訓(xùn)站）多路傳輸，pp2000診斷儀的維護(hù)和使用 內(nèi)部
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外語： 英語一般
其它外語能力： 英語水平：二級
國語水平： 一般 粵語水平： 一般
技能專長：
專業(yè)職稱：機(jī)電一體化大工
計(jì)算機(jī)能力：初級
其它技能:具有多年的進(jìn)口及國產(chǎn)小汽車機(jī)電一體化維修經(jīng)驗(yàn)，豐田，本田，北京現(xiàn)代，菲亞特，東風(fēng)標(biāo)致，有一定的研究。
發(fā)展方向：
具有5s管理，能在工作中不斷的提高自己和同事間的維修水平，不斷的探索與發(fā)現(xiàn)，及保險(xiǎn)業(yè)務(wù)和質(zhì)檢工作。
自我評價(jià)：
具有豐富的進(jìn)口小汽車機(jī)電一體化的維修經(jīng)驗(yàn)，從事于8年多的小汽車維修。對大，中，小修的各種疑難雜癥的判斷和排除。有駕駛證，具有團(tuán)隊(duì)和奉獻(xiàn)精神，能按時的完成領(lǐng)導(dǎo)安排的各項(xiàng)工作。
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第五篇：機(jī)電類畢業(yè)論文
天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 緒論
1.1 引言
隨著社會的進(jìn)步，科技的發(fā)展，人們對能源的消耗與日俱增，因此，電力電子變換器的需求量也越來越大，特別是開關(guān)變換器。每臺計(jì)算機(jī)、電視、顯示器及幾乎所有的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的場合都需使用開關(guān)變換器。電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展又有效地促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。八十年代國內(nèi)高頻開關(guān)電源只在個人計(jì)算機(jī)電視機(jī)等若干設(shè)備上得到應(yīng)用。由于開關(guān)電源在重量、體積、用銅用鐵及能耗等方面都比線性電源和相控電源有顯著減少，而且對整機(jī)多相指標(biāo)有良好影響，因此它的應(yīng)用得到了推廣。近年來許多領(lǐng)域，例如電力系統(tǒng)、郵電通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等都越來越多應(yīng)用開關(guān)電源，取得了顯著效益。究其原因，是新的電子元器件、新電磁材料、新變換技術(shù)、新控制理論及新的軟件（簡稱五新）不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開關(guān)電源的緣故。五新使開關(guān)電源更上一層摟，達(dá)到了頻率高、效率高、功率密度高、功率因數(shù)高、可靠性高（簡稱五高）。有了五高，開關(guān)電源就有更強(qiáng)的競爭實(shí)力，應(yīng)用也更為擴(kuò)大，反過來又遇到更多問題和更實(shí)際的要求。這些問題和要求可歸納為以下五個方面：
（1）能否全面貫徹電磁兼容各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)？（2）能否大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)或快捷單件特殊生產(chǎn)?（3）能否組建大容量電源?（4）電氣額定值能否更高（如功率因數(shù)）或更低（如輸出電壓）?（5）能否使外形更加小型化、外形適應(yīng)使用場所要求? 這五個問題是開關(guān)電源能否在更廣泛領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵，是五個挑戰(zhàn)。（簡稱五挑戰(zhàn)）把挑戰(zhàn)看成開關(guān)電源發(fā)展的動力和機(jī)遇，一向是電源科技工作者的態(tài)度。以功率因數(shù)為例，AC—DC開關(guān)電源或其他電子儀器輸入端產(chǎn)生功率因數(shù)下降問題，用什么辦法來解決?毫無疑問，利用開關(guān)電源本身的工作原理來解決開關(guān)電源應(yīng)用中產(chǎn)生的問題是最積極的態(tài)度。實(shí)踐中，用DC—DC開關(guān)電源和有源功率因數(shù)校正的開關(guān)電源，（成本比單機(jī)增加20%）：成功解決了這個問題。
現(xiàn)在，又進(jìn)一步發(fā)展成單級有功率因數(shù)校正的開關(guān)電源，（成本只增加5%）；在三相升壓式單開關(guān)整流器中減少諧波方法，有人采用注入六次諧波調(diào)脈寬控制，抑制住輸入電流的五次諧波，解決了電流諧波畸變率小于100k的要求。這樣的事例，不斷從近年發(fā)表的科研論文中反映出來。
開關(guān)電源干擾技術(shù)及防止電網(wǎng)污染技術(shù)以引起國內(nèi)外專家注意。在21世紀(jì)，分布式電源系統(tǒng)的組成將強(qiáng)調(diào)“系統(tǒng)集成”、“電力電子封裝技術(shù)”等?，F(xiàn)在新的器件(能低壓工作、降壓很小)陸續(xù)進(jìn)入市場，因而可得到1V的低壓輸出和功率
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小到10mW的開關(guān)電源、功率密度達(dá)5—6W/cm3，為便攜裝置微型化提供了條件?，F(xiàn)在可以用軟開關(guān)—PWM技術(shù)、印刷電路、折疊繞組變壓器，可以采用非晶、納米晶合金軟磁材料的鐵芯，小功率開關(guān)電源整機(jī)效率可達(dá)到90%，大功率電源可達(dá)到95%左右。開關(guān)頻率以20KHz為下限，幾
十、幾百倍的提高。體積設(shè)備、重量越來越顯著下降。外形也可以做成輕、薄、短、小。總之，電源再不是大、粗、笨的設(shè)備，而是精致、靈巧可設(shè)計(jì)成兼有“智慧”的裝置了。
九十年代以來，美國、德國等西方國家新建電廠和變電站已全部采用高頻開關(guān)電源，近幾年來，國內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)已經(jīng)有了長足的進(jìn)展，理論、研究、生產(chǎn)、應(yīng)用等已有相當(dāng)?shù)某晒蛞?guī)模，采用了有效的均流技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)，如大家所熟悉的朝陽電源就是一種較為完善的開關(guān)電源，但是，現(xiàn)在的開關(guān)電源都是為郵電通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)的低電壓的模塊，像電力系統(tǒng)的操作電源所用的220V/110V的電源則研究較少，深圳華為公司的電源模塊有用于電力系統(tǒng)的智能型高頻開關(guān)電源，質(zhì)量不錯，但是，它的三次和五次諧波較大，我們知道諧波對電網(wǎng)有危害作用，大量的諧波分量倒流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波“污染”，一方面產(chǎn)生“二次效應(yīng)”，即電流流過線路阻抗造成諧波電壓降，反過來使電網(wǎng)電壓也發(fā)生畸變；另一方面，會造成電路故障，使用電設(shè)備損壞。例如線路和配電變壓器過熱；諧波電流會引起電網(wǎng)LC諧振，或高次諧波電流流過電網(wǎng)的高壓電容，使之過流、過熱而爆炸；在三相電路中，中線流過三相三次諧波電流的疊加，使中線過流而損壞。另外，因?yàn)樗鼪]有采用有源功率因數(shù)校正，功率因數(shù)較低，只達(dá)到0.9，如果采用有效的功率因數(shù)校正，功率因數(shù)可以達(dá)到0.99以上。
而今，電源制造業(yè)已成為非常重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)到農(nóng)業(yè)、能源、交通、運(yùn)輸、信息、航空、航天、航運(yùn)、國防、教育和文化等領(lǐng)域，其發(fā)展趨勢為：繼續(xù)向高頻化、高效率、高功率密度化、低壓、大電流化和多元化方向發(fā)展。現(xiàn)有的電源主要分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。它們的特點(diǎn)各異而被廣泛應(yīng)用。線性穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、可靠性高、輸出電壓精度高，輸出紋波電壓小，而它的缺點(diǎn)是重量體積大，電源效率低，一般不會超過50%。線性穩(wěn)壓電源應(yīng)用于對電源性能要求較高的場合。開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)是效率高、可靠性和穩(wěn)定性較好、體積小、重量輕、對供電電網(wǎng)電壓的波動不敏感。開關(guān)穩(wěn)壓電源存在輸出紋波電壓較高、瞬變響應(yīng)較差、對電網(wǎng)和外部電子設(shè)備有電磁干擾等缺點(diǎn)。不過，隨著開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，可以通過技術(shù)與工藝來克服其缺點(diǎn)。目前，在小功率電源中，除了對直流輸出電壓紋波要求極高的場合，開關(guān)電源已經(jīng)全面取代了線性電源；而隨著開關(guān)電源的迅猛發(fā)展，在中大功率的電源中，開關(guān)電源也占據(jù)了越來越重要的地位。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
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功率半導(dǎo)體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的龍頭，電力電子技術(shù)的進(jìn)步必須依靠不斷推出新型電力電子器件，新型電力電子器件的發(fā)展帶動了電源的發(fā)展。隨著新器件、新材料、新工藝的推陳出新，電源技術(shù)的發(fā)展不斷創(chuàng)新，升級換代的電源產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。隨著電力電子設(shè)備的小型化，開關(guān)電源也向“輕、小、薄”方向發(fā)展，而高頻化是實(shí)現(xiàn)此方向的關(guān)鍵技術(shù)。電源高頻化最直接的優(yōu)點(diǎn)就是降低損耗，系統(tǒng)小型化，加快系統(tǒng)的動態(tài)反應(yīng)，提高效率，有效的抑制噪聲污染，并使電源應(yīng)用于更為廣泛的高新技術(shù)領(lǐng)域。隨著電源工作頻率提高，開關(guān)電源出現(xiàn)了電磁干擾問題。而電器和電子設(shè)備或系統(tǒng)的數(shù)量及種類不斷增加，使得電磁環(huán)境日益復(fù)雜。
高頻、高效、低壓大電流化、標(biāo)準(zhǔn)化是開關(guān)電源主要的發(fā)展趨勢。隨著半導(dǎo)體工藝水平提高，芯片的最低啟動電壓將變?yōu)?.6V，但輸出電流將朝大電流方向發(fā)展。低電壓大電流高功率DC/DC（將一種直流電壓變換成另一種直流電壓的過程）變換技術(shù)，已經(jīng)從3.3V降至1V左右，電流可達(dá)幾十安至幾百安。應(yīng)用各種軟開關(guān)技術(shù)，可以大大地提高模塊在低輸出電壓時的效率，隨著器件性能的改善，電源效率即將達(dá)到92%（5V），90%（3.3V），87.5%（2V）。同時，開關(guān)電源的性能指標(biāo)，如紋波、精度、久沖、過沖等技術(shù)也得到了進(jìn)一步提高。日本TDK公司推出的新一代分布式隔離型DC/DC變換器，效率達(dá)到95％，功率密度達(dá)到236W/in。高頻化是開關(guān)電源縮小體積的重要技術(shù)，由于受到功率鐵氧體材料技術(shù)及功率器件性能的限制，我國的開關(guān)電源與歐美、日本等先進(jìn)國家還有很大的差距，而且高頻化產(chǎn)生的新的問題還有待進(jìn)一步解決，如開關(guān)損耗、無源元件損耗增大、高頻寄生參數(shù)及高頻電磁干擾增大等。
功率器件的發(fā)展是電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著開關(guān)電源高頻化，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件的寄生參數(shù)越來越不容被忽視，對其提出了更高的要求：耐壓高、電流大、導(dǎo)通電阻小，恢復(fù)速度快。由于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）具有很快的開關(guān)速度，因此開關(guān)電源的開關(guān)頻率可以做得更高，電源體積更小，重量更輕，功率密度更大。目前較先進(jìn)的MOSFET：電壓可達(dá)1200V，電流可達(dá)60A，頻率可達(dá)2MHz，導(dǎo)通電阻僅為0.1?。提高器件耐壓，同時減小導(dǎo)通電阻仍是今后MOSFET的主要研究方向。為了防止漏極耦合過來瞬態(tài)高壓對MOSFET柵極的沖擊，需在柵-源之間并接一個齊納二極管，但齊納二極管輸出阻抗較高，易產(chǎn)生自激振蕩，所以在齊納二極管與柵級之間串接一個小電阻（5~10?）來消除自激振蕩。為了減小變壓器漏感對MOSFET漏極沖擊的尖峰電壓，需在漏-源之間并接一個RC緩沖回路。同時，為了減小各種寄生參數(shù)對MOSFET的影響，在PCB設(shè)計(jì)時，盡量減短和加粗連接MOSFET柵、源、漏的導(dǎo)線，以減小導(dǎo)線的寄生電感，避免了寄生電感與寄生電容耦合產(chǎn)生自激振蕩而影響MOSFET的工作性能。介紹了一種新穎的超連接的MOSFET，其耐壓高達(dá) 3
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1100V，導(dǎo)通電阻低，約為54m?cm2，可減小系統(tǒng)的功率損耗，此MOSFET可應(yīng)用于高耐壓范圍，已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用，是當(dāng)今減小導(dǎo)通電阻的研究熱點(diǎn)。磁性元件作為開關(guān)電源中的功能元件，其體積、重量和損耗在整機(jī)中占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤?jù)統(tǒng)計(jì)，磁性元件的重量一般是變換器總重量的30%~40%，體積占總體積的20%~30%，對于模塊化設(shè)計(jì)的高頻開關(guān)電源，磁性元件體積、重量所占的比例還會更高。另外，磁性元件還是影響電源輸出動態(tài)性能和輸出紋波的一個重要因素。因此，要提高開關(guān)電源的功率密度、效率和輸出品質(zhì)，就應(yīng)減小磁性元件體積、重量及損耗。目前，市場上DC/DC開關(guān)電源中，頻率為300KHz左右的開關(guān)電源已經(jīng)實(shí)用化，其頻率及性能都有待進(jìn)一步提高。開關(guān)電源的發(fā)展與半導(dǎo)體及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻磁性元件。開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，電磁干擾越來越嚴(yán)重，而且電源自身的可靠性也大為降低。因此，高頻化是開關(guān)電源的發(fā)展方向，但是高頻化后產(chǎn)生的許多新的問題必須期待解決。
開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展趨勢可以歸納以下四點(diǎn)：
（1）小型化、薄型化、輕量化、高頻化，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。（2）提高可靠性，提高集成度，增加保護(hù)功能，提高平均無故障時間。（3）隨著頻率提高，開關(guān)電源的噪聲隨之增大，降低噪聲也是高頻開關(guān)電源的研究方向。
（4）用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)與控制，具有高效、高精度、高經(jīng)濟(jì)性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，可以使開關(guān)電源具有最佳電路結(jié)構(gòu)與最佳工作狀況。
開關(guān)電源高頻化的實(shí)現(xiàn)，與磁性元件和半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展?fàn)顩r有著密切的關(guān)系。高頻化，就得提高功率開關(guān)器件的速度，研制出高頻低損耗的磁芯，減小開關(guān)器件損耗?？傮w來說，隨著電力電子設(shè)備小型化趨勢，高頻化是開關(guān)電源未來的主要發(fā)展方向。1.3 本文的研究內(nèi)容
開關(guān)電源是通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。它由主電路和控制電路組成，主電路包括輸入EMI濾波電路、輸入整流濾波電路、DC-DC變換器、輸出整流濾波電路，控制電路包括控制電路、檢測電路、保護(hù)動作電路、及輔助電源等電路，其中DC-DC變換器是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。輸入電網(wǎng)濾波器用來消除來自電網(wǎng)干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。輸入整流濾波器將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。變換器是把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。輸出整流濾波器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
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時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾?？刂齐娐穭t用來檢測輸出直流電壓，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。保護(hù)電路是在開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。
本課題的技術(shù)參數(shù)如下：輸入為AC176~264V/50Hz，輸出為DC50W/12V，輸出紋波<50mV。由技術(shù)指標(biāo)知道，主電路不適合采用單端正激或單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合實(shí)際情況，選擇變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為推挽式，控制方式采用的脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）。由于是AC/DC開關(guān)電源，所以必須設(shè)計(jì)輸入整流濾波電路與輸出整流濾波電路。設(shè)計(jì)中輸入整流濾波可選擇橋式整流、電容濾波電路，而輸出整流濾波可選擇全波整流、LC整流濾波電路。根據(jù)需要，本系統(tǒng)選用UC3825作為控制芯片，組成一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋模式控制，外環(huán)是電壓反饋模式控制。另外，本系統(tǒng)還將考慮EMI濾波問題。
本文研究的是小功率的高頻開關(guān)電源，符合開關(guān)電源的發(fā)展方向，有助于國內(nèi)開關(guān)電源的發(fā)展。論文通過理論聯(lián)系實(shí)際，通過高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，把理論知識應(yīng)用于實(shí)際工程中，培養(yǎng)了科研能力和創(chuàng)新意識。高頻開關(guān)電源的工作原理
2.1 基本原理
高頻開關(guān)電源是將交流輸入（單相或三相）電壓變成所需的直流電壓的裝置?；镜母綦x式高頻開關(guān)電源的原理框圖如圖2-1所示，高頻開關(guān)電源主要由輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路、輔助電源等幾部分組成。其基本原理是：交流輸入電壓經(jīng)電網(wǎng)濾波、整流濾波得到一直流電壓，通過高頻變換器將直流電壓變換成高頻交流電壓，再經(jīng)高頻變壓器隔離變換，輸出所需的高頻交流電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波電路，將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的高質(zhì)量、高品質(zhì)的直流電壓。
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ACEMI濾波器高頻變換器高頻變壓器DC整流濾波高頻整流濾波輸出輔助電源PWM調(diào)制器控制電路誤差比較放大器基準(zhǔn)電壓電壓電流取樣電路保護(hù)電路
圖2-1 開關(guān)電源原理方框圖
按電力電子習(xí)慣稱謂：AC-DC稱為整流，DC-AC稱為逆變，AC-AC稱為交流-交流直接變頻，DC-DC稱為直流-直流變換。廣義地說，凡是用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另一形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換器電路。開關(guān)電源就是通過電路控制開關(guān)管進(jìn)行高速的導(dǎo)通與截止，將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進(jìn)行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。開關(guān)電源主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路。它們的功能是：
1．輸入電網(wǎng)濾波器：消除來自電網(wǎng)，如電動機(jī)的啟動、電器的開關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。
2．輸入整流濾波器：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。
3．變換器：是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。
4．輸出整流濾波器：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。
5．控制電路：檢測輸出直流電壓，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。
6．保護(hù)電路：當(dāng)開關(guān)電源發(fā)生過電壓、過電流短路時，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。2.2 高頻開關(guān)變換器結(jié)構(gòu)及工作原理
開關(guān)變換器可以從不同的角度進(jìn)行分類，總體可分為降壓式、升壓式及輸出極性反轉(zhuǎn)式三大類。DC-DC變換器分為兩類，即基本變換器和帶變壓隔離器型的變換器，變換器的主要功能是變壓，至于是否隔離，則根據(jù)實(shí)際需要。帶變壓
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隔離器的變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是從基本的變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)演變而來的，按工作方式可分為：單端正激、單端反激、推挽式、半橋式和全橋式，其中正激與反激又稱為單端式變換器，推挽、半橋與全橋又稱為多端式變換器。
隔離式直流開關(guān)變換器分為如下的幾種：
1、單端反激型開關(guān)電源變換器
圖2-2所示為單端反激型開關(guān)電源的主回路，當(dāng)功率晶體管T導(dǎo)通時，高頻變壓器的原邊電壓等于輸入電源電壓U，其極性為上正下負(fù)。與之對應(yīng)的高頻變壓器副邊電壓為上負(fù)下正，此時整流二極管D承受的是反向偏置電壓，故不導(dǎo)通。負(fù)載RL上的電流是靠輸出電容Co的放電電流來提供，此時，高頻變壓器將電能變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋?，而在晶體管受控截止時，高頻變壓器原、副邊電壓極性改變。整流二極管D（和反相型開關(guān)電源中的續(xù)流二極管相對應(yīng)）由反偏變?yōu)檎珜?dǎo)通，高頻變壓器就將原先儲存的磁能變?yōu)殡娔埽ㄟ^整流二極管向負(fù)載供電和向輸出電容Co充電。此電路的整流二極管D是在功率晶體管截止時才導(dǎo)通的。故稱此電路為反激型電路。
TViDCoRLVo
圖2-2 單端反激型開關(guān)電源的主回路
2、單端正激型開關(guān)電源變換器
圖2-3所示為單端正激型開關(guān)電源的主回路。當(dāng)功率晶體管T導(dǎo)通時，整流二極管Dl也同時導(dǎo)通。輸入電能通過整流二極管Dl傳遞給負(fù)載，同時將部分能量儲存在輸出回路（即高頻變壓器副邊回路）中的儲能電感L中，故這種開關(guān)電源稱為單端正激型開關(guān)電源。當(dāng)功率晶體管T截止時，電感L中的儲能流經(jīng)負(fù)載并通過二極管D2續(xù)流釋放。
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TViD1D2L+CoRLVo-圖2-3 單端正激型開關(guān)電源的主回路
3、多端式變換器
多端式變換器的主要回路最基本的有以下三種：推挽、半橋、全橋。如圖2-4所示：
a、推挽式開關(guān)電源主回路
VT3ViD1LVoCoD2VT4
b、半橋式開關(guān)電源主回路
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VT1VT3D1LViVoCoVT2D2VT4
c、全橋式開關(guān)電源主回路 圖2-4 三種多端式變換器
下面以推挽式變換器為例說明其工作原理。
推挽式變換器主回路電路圖如圖2-4（a）所示。電路中兩個晶體管Tr1、Tr2接在帶有中心抽頭的變壓器初級線圈兩端，此電路可以看成完全對稱的兩個單端正激變換器組成。D3、D4為輸出整流二極管，L、C為輸出整流濾波電感、電容?？刂齐娐纷尵w管Tr1、Tr2交替導(dǎo)通與關(guān)斷，其間存在一定的死區(qū)時間。當(dāng)晶體管Tr2導(dǎo)通時，Vs加在繞組線圈Np2上，所有帶“2”的同銘端都為正極，通過變壓器的耦合作用，晶體管Tr1的集-射極之間承受2Vs電壓。副邊繞組Ns1上正下負(fù)，整流二極管D4反偏截止，D3正偏導(dǎo)通，電流經(jīng)過D3、L傳遞至負(fù)載Ro。當(dāng)Tr2關(guān)斷，而Tr1仍未導(dǎo)通時，整流二極管D3中電流逐漸減小，D4中電流逐漸增大，直到兩二極管中電流相等（忽略變壓器激磁電流），此時變壓器可以看作是短路，兩晶體管承受電源電壓Vs，輸出功率由輸出電容提供。當(dāng)晶體管Tr1導(dǎo)通時，Vs加在繞組線圈Np1上，所有帶“2”的同銘端為負(fù)，繞組線圈另一端為正。晶體管Tr2的集電極承受2Vs的電壓，副邊繞組線圈Ns2下正上負(fù)，二極管D3反偏截止，D4正偏導(dǎo)通，電流經(jīng)電感L流至負(fù)載Ro。Tr1關(guān)斷，Tr2仍未導(dǎo)通時，整流二極管D4中電流逐漸減小，D3中電流逐漸增大，直到兩二極管中電流相等（忽略變壓器激磁電流影響），此時變壓器可以看作短路，兩晶體管承受電源電壓Vs，輸出功率由輸出電容提供。2.5 小結(jié)
由以上分析知單端正/反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路非常簡單，驅(qū)動電路也很簡單，成本很低，可靠性高，但是其缺點(diǎn)更為顯著：變壓器單向勵磁，利用率很低。單端正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)輸出中有較大紋波電壓，限制了功率的增大，通常只能用在150W以下，而且只能在電壓和負(fù)載調(diào)整率不高的場合使用。單端正激與同容量的單端反激相比，銅損較小，紋波小，而且開關(guān)管的峰值電流較低，功率范圍也比單端反激大。相對于單端正激與單端反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)雖然電路結(jié)構(gòu)及
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驅(qū)動電路稍微復(fù)雜一點(diǎn)外，其優(yōu)勢更為明顯，變壓器是雙向勵磁，利用率高，可以提高效率，可靠性也較高，其功率范圍為幾百瓦到幾千瓦，適用于中小功率的開關(guān)電源。
本文由于初定指標(biāo)及紋波電壓、效率等要求，單端反激及單端正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都不太適合，結(jié)合實(shí)際的情況，選擇了推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然推挽式拓?fù)溆衅艈栴}，但是實(shí)驗(yàn)中可以通過一些技術(shù)手段來解決，如磁芯加氣隙、初級繞組增加電阻（＜0.25?）、使用MOSFET功率開關(guān)管及采用電流模式拓?fù)涞?。高頻開關(guān)電源的分析方法
3.1 推挽式變換器
圖3-1 推挽式變換器主回路電路圖
推挽式變換器主回路電路圖如圖2-5所示。電路中兩個晶體管Tr1、Tr2接在帶有中心抽頭的變壓器初級線圈兩端，此電路可以看成完全對稱的兩個單端正激變換器組成。D3、D4為輸出整流二極管，L、C為輸出整流濾波電感、電容。控制電路讓晶體管Tr1、Tr2交替導(dǎo)通與關(guān)斷，其間存在一定的死區(qū)時間。當(dāng)晶體管Tr2導(dǎo)通時，Vs加在繞組線圈Np2上，所有帶“2”的同銘端都為正極，通過變壓器的耦合作用，晶體管Tr1的集-射極之間承受2Vs電壓。副邊繞組Ns1上正下負(fù)，整流二極管D4反偏截止，D3正偏導(dǎo)通，電流經(jīng)過D3、L傳遞至負(fù)載Ro。當(dāng)Tr2關(guān)斷，而Tr1仍未導(dǎo)通時，整流二極管D3中電流逐漸減小，D4中電流逐漸增大，直到兩二極管中電流相等（忽略變壓器激磁電流），此時變壓器可以看作是短路，兩晶體管承受電源電壓Vs，輸出功率由輸出電容提供。當(dāng)晶體管Tr1導(dǎo)通時，Vs加在繞組線圈Np1上，所有帶“2”的同名端為負(fù)，繞組線圈另一端為正。晶體管Tr2的集電極承受2Vs的電壓，副邊繞組線圈Ns2下正上負(fù)，二極管D3反偏截止，D4正偏導(dǎo)通，電流經(jīng)電感L流至負(fù)載Ro。Tr1 10
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關(guān)斷，Tr2仍未導(dǎo)通時，整流二極管D4中電流逐漸減小，D3中電流逐漸增大，直到兩二極管中電流相等（忽略變壓器激磁電流影響），此時變壓器可以看作短路，兩晶體管承受電源電壓Vs，輸出功率由輸出電容提供。
推挽變換器的主要波形如圖2-6所示，其中Vg1為晶體管Tr1的驅(qū)動波形，Vg2為晶體管Tr2的驅(qū)動波形，VDS1為晶體管Tr1的漏-源電壓，VDS2為晶體管Tr2的漏—源電壓，iL為輸出電感中電流波形，VNS為變壓器次級線圈電壓波形。
圖3-2 推挽式變換器主回路主要波形圖
天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 高頻開關(guān)電源主電路設(shè)計(jì)
4.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì) 4.1.1 概述
在前面的章節(jié)我們已經(jīng)分析了幾種常用的變換器，它們可以完成直流電壓的變換，但是，它們實(shí)際上存在著轉(zhuǎn)換功能上的局限性，例如，輸入輸出不隔離，輸入輸出電壓比或電流比不能過大以及無法實(shí)現(xiàn)多路輸出等。這些局限只能通過變壓隔離器來克服。高頻變壓器在電路中，主要起隔離和降壓的作用。理想的變壓隔離器有如下的特征：
（1）從輸入到輸出能夠通過所有的信號的頻率，即從理想的直流到不理想的直流都能變換；
（2）變換時可不考慮能量損耗；（3）能使輸入輸出之間完全隔離；
（4）變換中，無論從原邊到副邊，或副邊到原邊，都是一樣方便有效。4.1.2 變壓器的設(shè)計(jì)步驟
高頻變壓器作為能量傳送、升降壓及電氣隔離的磁性元件，在開關(guān)電源中非常重要。其性能好壞不僅關(guān)系到變壓器本身的效率、發(fā)熱等問題，而且將決定著整個逆變器的技術(shù)性能,甚至導(dǎo)致功率管的損壞和逆變失敗。為此，選用高導(dǎo)磁率合金材料的磁芯是合適的，而且磁芯不帶氣隙。具體設(shè)計(jì)步驟如下：
1、選擇鐵芯型號
2、選擇最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度
3、線圈匝數(shù)計(jì)算 4.1.3 變壓器設(shè)計(jì)的幾個問題
1、階梯飽和
由于兩個功率管存儲時間不同或輸出整流二極管正向電壓的不同，會引起在變壓器原邊繞組所受的正向和反向伏秒值不平衡，這個不平衡造成某運(yùn)行周期變壓器鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度階梯式趨向飽和。
2、瞬時飽和效應(yīng)
假設(shè)有一對功率管在飽和點(diǎn)附近工作，如果負(fù)載瞬時增加，控制電路使脈沖寬度快速增加，以補(bǔ)償損耗和增加電流，這樣，鐵芯出現(xiàn)單向飽和，一對功率管可能流過突發(fā)性的過電流。如果功率管有獨(dú)立的、快速反應(yīng)的限流裝置，那么觸發(fā)脈沖能在過電流造成危害之前消失，電源裝置就可避免損壞。但這并不是一個好的解決辦法。如果減少放大器放大倍數(shù)使輸出
電壓的擺動幅度小，使每個周期只允許增加脈沖少量的脈沖寬度，則有可能防止過度飽和。這種方法會使電路的瞬態(tài)響應(yīng)稍稍變差。
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3、趨膚效應(yīng)
導(dǎo)線流過高頻電流時，只在導(dǎo)線表皮流過，稱為趨膚效應(yīng)(Skin effect)。由于趨膚效應(yīng)使得導(dǎo)線有效面積減少，電流密度有所提高，引起銅耗增加，效率下降。當(dāng)導(dǎo)線流過突變電流時，產(chǎn)生磁力線，磁力線引起渦流，渦流的方向加大了導(dǎo)線表面的電流，抵消中心線的電流，使得電流只在導(dǎo)線的面流動，中心則無電流，這種效果時導(dǎo)線本身的電流產(chǎn)生的。為了解決這個問題，我們可以用多股導(dǎo)線纏繞在一起來饒制高頻變壓器，這樣就可以避免趨附效應(yīng)。4.1.4 變壓器電磁干擾的抑制
變壓器產(chǎn)生的瞬變干擾可能傳導(dǎo)和輻射到負(fù)載上，而且還返回到電源配電系統(tǒng)。當(dāng)電源電壓通過零點(diǎn)改變極性時，非線性磁滯回線特性使不同數(shù)量的剩余磁通殘留在變壓器鐵芯中。這種情況往往增加了剩磁通而使鐵芯飽和，因而導(dǎo)致了電流過流。磁化電流的瞬變，即傳導(dǎo)性電磁干擾，既影響到變壓器的次級，而且也返回到配電系統(tǒng)。對于變壓器所產(chǎn)生的傳導(dǎo)、輻射干擾，有如下的措施：
（1）選擇高導(dǎo)磁通的鐵芯材料，減少變壓器漏磁通；（2）變壓器采取靜電屏蔽措施；
（3）靜電屏蔽的目的是使變壓器初次級繞組間的電容減到最少，并且對共模噪聲提供一個低阻抗的對地通路；
（4）在變壓器的外圍中部做一短路環(huán)，以抵消變壓器的漏磁通；（5）減小鐵芯中磁通密度將會使雜散磁場的幅度大約按磁通密度的平方而減小。這樣做雖然變壓器的體積增大了，但卻有利于減小電磁干擾和散熱，比屏蔽變壓器更為經(jīng)濟(jì)有效。
4.1.5 變壓器磁芯選擇與參數(shù)的設(shè)計(jì)
功率鐵氧體材料，在高頻下具有很高的電阻率，所以渦流損耗低、價(jià)格低，是高頻變壓器的首選材料。本文轉(zhuǎn)換頻率為500KHz，由于開關(guān)頻率很高，而且開關(guān)電源功率不大，為了減小電磁干擾，所以選用罐型磁芯，根據(jù)實(shí)際情況，選用選擇型號為G22/13磁芯，其性能相當(dāng)于PC50。
本設(shè)計(jì)選擇的推挽拓?fù)淙鐖D2-2-3所示，它是由帶兩個初級繞組及兩個次級繞組的變壓器構(gòu)成，使用兩個幅值相等、脈寬可調(diào)、相位相差180°的脈沖驅(qū)動開關(guān)管來控制變壓器初級繞組的導(dǎo)通與關(guān)斷。
（1）變壓器次級繞組電壓Us：整流二極管選用肖特基二極管6N80，其最大正向壓降為0.85V，考慮濾波電感及變壓器次級繞組的壓降約為0.15V，所以變壓器次級繞組電壓：
Us?Uo?0.85?0.15?13?V?
（4-1-1）（2）計(jì)算變壓器的輸入功率Pin：令變壓器的轉(zhuǎn)換效率?=98%，將各參數(shù)代
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入下式中可得：
Pin?1?1 Po?Us?Io??13?4?53.1(W)
（4-1-2）??0.981（3）磁芯大小的選擇：高頻變壓器最常用的設(shè)計(jì)方法有兩種：面積乘積法（AP法）和幾何參數(shù)法（Kg法）。AP法是先求出磁芯窗口面積Aw與磁芯有效截面積Ae的乘積AP，再根據(jù)AP值，查表得出所需要的磁性材料。Kg法是先求出幾何參數(shù)，查表得出磁芯編號，再進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)選用AP法進(jìn)行變壓器設(shè)計(jì)，其計(jì)算公式如下：
?Pin?104?AP?AeAw???240Kf??1.58?Khf?Kef?20.66?
（4-1-3）
其中：
Ae—磁芯有效截面積(cm2)
Aw—磁芯窗口面積(cm2)
K—繞制系數(shù)，推挽式拓?fù)浼s為0.14 f—變壓器工作頻率(Hz)Kh—磁滯損耗系數(shù)，推挽拓?fù)浼s為10?5 Ke—渦流損耗系數(shù)，取值4310?10 Pin—變壓器的輸入功率
將各已知參數(shù)代入（4-1-3）式中，得：
??53.1?104AP??3??240?0.14?500?10?
表4-1 罐型磁芯規(guī)格表
1.58?10?5?500?103?4?10?10?(500?103)2??0.66?920(mm4)
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根據(jù)計(jì)算結(jié)果，由管型磁芯規(guī)格表可以選擇型號G22/13磁芯。其有效截面 積、窗口面積、面積乘積及體積分別為：
(mm4)
Ve?2000Ae?63.5(mm2)
Aw?29.7(mm2)
AP?1089(mm3)則：
Le?Ve ?31.5(mm)
（4-1-4）Ae因PC50工作磁通密度B在0.1T時，頻率為500KHz時，其損耗約為600mW/cm3，則磁芯的損耗為：
Pfe?600mWcm3?2000?10?3?1.2(W)
（4-1-5）（4）變壓器初次級繞組匝數(shù)比N：
N?2DUin
（4-1-6）Us其中，D為單個開關(guān)管的占空比，是功率開關(guān)導(dǎo)通時間Ton與開關(guān)周期T的 比值：D?TonT。在推挽變換器中，在開關(guān)管轉(zhuǎn)換時，關(guān)斷延時使得兩晶體管共同導(dǎo)通，所以必須設(shè)置死區(qū)，讓整個占空比小于1，即每個開關(guān)管的占空比應(yīng)小于0.5。取占空比D=0.35，按最壞條件下設(shè)計(jì)，即在輸入電壓最大情況下設(shè)計(jì)，所以匝比：
N?2?0.35?371?21:
1（4-1-7）12.6（5）初級繞組電流Ip：取變壓器效率?=98%，按變壓器最壞情況設(shè)計(jì)，所
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以：
Ip?Po??0.24(A)
（4-1-8）
Upmin?（6）確定初次級繞組匝數(shù)Np：
根據(jù)法拉第定律：Up?KffsNpBwAe
（4-1-9）式中，Kf—波形系數(shù)，有效值與平均值之比，正弦波時為4.44，方波時為4； ； Bw—工作磁通密度（T）Np—初級繞組匝數(shù)； Ae—磁芯有效截面積（m2）。
fs—開關(guān)工作頻率（Hz）所以Np?UpKffsBwAe
（4-1-10）
工作磁通密度Bw取0.1T，將各參數(shù)代入（4-1-10）式中，可得Np?38.8匝，取整數(shù)39匝。
（7）計(jì)算電流密度J：
J?Kj(AwAe)x
（4-1-11）式中，Kj—電流密度比例系數(shù)；
X—常數(shù)，由磁芯決定。
因罐型磁芯在常溫時，Kj?433，X??0.17。
J?433?(0.189)?0.17?575(A/cm2)
（8）計(jì)算初級繞組裸線的截面積Axp：
Axp?1
（4-1-12）J表4-2各種磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)
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J為電流密度，等于575Acm2；在中心抽頭電路中，取I =0.707Ip。將各參數(shù)代入上式，得：Axp?0.000202(cm2)
考慮到集膚效應(yīng)的影響，本設(shè)計(jì)選用的導(dǎo)線是多股漆包線并繞，漆包線的直徑d=0.15mm，查附錄1得，選用漆包線的截面積Sp?0.0177mm2，電阻系數(shù)?m?0.988。初級漆包線的股數(shù)n1?AxpSp?1.1股，取整2股。
6.6f在常溫20℃時,f=500kHz的穿透深度為：??由于??d?2?，所以可以使用單股導(dǎo)線。（9）計(jì)算初級繞組電阻Rp：
Rp?(MLT)Np?0.09(mm)
??cm（10）計(jì)算初級繞組線圈銅損： ?10?6?4.3?39?0.988?10?2?1.66(?)
（4-1-13）
Ppcu?I2Rp?0.1(W)
（4-1-14）（11）計(jì)算次級繞組匝數(shù)Ns（中心抽頭至兩端）：
Ns?2DNpUsUpmin
（4-1-15）
39?13?1.4匝，取整數(shù)2匝。247?2?0.35?（12）計(jì)算次級繞組裸線面積Axs：
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I?
（4-1-16）J式中，0.707?4?0.00492(cm2)I'?0.707Io，J?575Acm2，所以Axs?575與初級一樣，考慮到集膚效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)所選用的導(dǎo)線是多股漆包線并繞而成，Axs?漆包線的直徑d?0.15mm，查附錄1得，選用漆包線的截面積Ss?0.0177mm2，電阻系數(shù)?m?0.988。
次級漆包線的股數(shù)n2?Axs?27.8股，取整28股。Ss（13）次級繞組電阻Rs：
Rs?(MLT)Ns??cm?10?6
（4-1-17）
?4.3?2?0.988?10?2?0.08?
（14）次級繞組銅耗
Pscu?IoRs?1.28(W)
（4-1-18）（15）所以變壓器銅耗（初次級）
Pcu?Ppcu?Pscu?1.38(W)
（4-1-19）（16）變壓器總損耗P?：
由于高頻中繞組線圈還會有交流損耗，如渦流損耗、寄生參數(shù)引起的損耗等，本文交流損耗的大小考慮為直流損耗的一半，即為0.69W。所以
1P??(1?)Pcu?Pfe?3.27(W)
（4-1-20）
2（17）計(jì)算輔助繞組
輔助繞組的作用是為控制芯片提供電壓。由于控制芯片UC3825的啟動電壓大于9V便可啟動，所以本文設(shè)計(jì)的輔助繞組與次級一樣，同為一匝，輔助繞組輸出電壓約為13V。輔助繞組的電流非常小，所以本文只選用了兩股0.15mm的導(dǎo)線并繞而成。
4.1.6變壓器線圈的繞制方法
推挽式變壓器線圈繞制時，應(yīng)將同時導(dǎo)通的一半初級與一半次級繞制在相互靠近的位置，而另一半繞在靠近的位置。當(dāng)不導(dǎo)通時，導(dǎo)通邊合成磁場在無源區(qū)為零，不產(chǎn)生渦流。如圖4-1所示，圖（b）比圖（a）將產(chǎn)生更多的渦流損耗。2 18
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變壓器線圈繞組具體制作如下：
（1）首先在骨架上繞初級繞組Np139匝，按六角形分3層繞制；（2）在初級繞組Np1上繞一層絕緣膠帶；（3）在絕緣膠帶上繞次級繞組Ns22匝；（4）在次級繞組Ns2上繞一層絕緣膠帶；（5）在絕緣膠帶上繞次級繞組Ns12匝；（6）在次級繞組Ns1上繞一層絕緣膠帶；
（7）在絕緣膠帶上繞初級繞組Np239匝，按六角形分3層繞制；（8）將繞好的骨架裝入罐型磁芯，用絕緣膠帶固定，再浸漆，烘干。
圖4-1 推挽式線圈繞法圖
4.2 整流濾波電路 4.2.1 整流電路
1、輸入整流電路的設(shè)計(jì)
高頻電源系統(tǒng)還包括整流濾波部分，整流電路分為兩個部分:前級整流和后級整流。前級整流是指三相交流電經(jīng)濾波后需要整流變?yōu)橹绷饕院蟛拍茌斎氲介_關(guān)變換器進(jìn)行頻率變換，完成DC-AC的變換。前級整流部分的電路如圖4-2所示：
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A三相B交流CEMI模塊ACAC+U1-VoutACU2AC+-
圖4-2 前級整流電路圖
圖4-2中EMI表示防電磁干擾的環(huán)節(jié)，選用EMI濾波器模塊來完成防電磁干擾的工作，U1和U2是整流模塊，由于U1和U2的正極和正極相接，負(fù)極和負(fù)極相接，所以輸入部分有一個AC端懸空是不影響三相交流的全波整流的。三相交流輸入的是380V、50Hz的工頻交流電，經(jīng)過全波整流以后，電壓將有一定的上升。后級整流部分，是將高頻變壓器變壓后的高頻交流電進(jìn)行整流，這一部分根據(jù)我們設(shè)計(jì)的要求，選用了四只IXYS公司的DSEI 30—10A功率二極管組成橋式全波整流即可完成工作。
因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)的輸入頻率為50Hz的市電，電壓為Uo=220V，由于輸入為正弦電壓，上下波動，波動范圍為±20%，所以輸入電壓最高可達(dá)264V。本文采用單相橋式整流。
整流二極管的最高峰值電壓為：
Umax?264?(1?25%)?2?467(V)
（4-2-1）再取30%的余量，467??1?30%??607，可選取額定電壓為600V的整流橋。開關(guān)電源的輸入功率隨效率變化而變化，所以應(yīng)取電源效率最差時的值。取??80%，則電源的輸入功率為：
Pinmax?po?50 ?62.5(W)
（4-2-2）0.8?最大輸入電流為：
Iinmax?Pinmax ?0.36(A)
（4-2-3）Uo(1?20%)考慮余量，取整流橋的額定電流為2A。
2、輸出整流電路的設(shè)計(jì)
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本文輸出整流選擇全波整流電路。如圖4-3所示，由肖特基二極管D1、D2組成。在開關(guān)電源中，選用的整流管有：PN結(jié)雙極二極管、快恢復(fù)二極管（FRD）、超快恢復(fù)二極管（UFRD）、肖特基二極管（SBD）和同步整流MOS管（SR）。在推挽電路中，輸出整流管充當(dāng)續(xù)流二極管。
D1LcUoRoNs1Ns2D2
圖4-3 輸出整流電路圖
高頻下的AC/DC開關(guān)變換器輸出整流用的功率二極管，應(yīng)當(dāng)具備正向壓降低、反向漏電流小、反向恢復(fù)時間短等特點(diǎn)。
因此，在設(shè)計(jì)整流電路時，選擇功率二極管應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：
（1）正向壓降應(yīng)小，以減少損耗，提高效率，尢其是大電流、低電壓輸出的電路；
（2）反向恢復(fù)電流峰值IRM要小，與之相關(guān)的反向恢復(fù)時間t??應(yīng)小，尤其是高頻時；
（3）正向恢復(fù)電壓VFRM要??；（4）反向恢復(fù)電流IR要小。
為此本文選用硅肖特基二極管（Si-SBD），其可用頻率在1MHz以內(nèi)、正向?qū)▔航敌〖胺聪蚧謴?fù)時間t??較低，可以降低電路的振蕩及噪音，減小二極管的損耗，提高開關(guān)電源的效率。
變壓器次級輸出最高電壓峰值為：
Usmax?2(1?10%)Us
（4-2-4）?20.2(V)
根據(jù)以上分析，本設(shè)計(jì)選用的肖特基二極管是MBR20100CT，其特點(diǎn)： 反向恢復(fù)時間短；
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正向?qū)▔航档?，常溫時，正向壓降約為0.85V； 大電流承受能力，正向電流為10A； 重量輕，體積小，約為2.24克； 最大反向電流低，常溫時約為3mA； 最大反向電壓為100V； 功耗低，頻率高。4.2.2 濾波電路
由于電源模塊工作于高頻狀態(tài)，而我們又必須獲得無諧波的直流電壓，因此，相對于相控型整流器，開關(guān)電源必須有更復(fù)雜的抑制干擾與濾除雜音的電路。共模與差模原理常被用來衰減及消除輸入諧波，并將濾波器件封裝在磁屏蔽盒內(nèi)，并要可靠接地。布局上為輸入輸出隔離，輸出線用絞合線或平行配線（短且粗）。機(jī)架地線與信號線分設(shè)。變壓器初次級或開關(guān)管管腳之間配置高頻抑射元件。輸出濾波電容器用四端高頻電解電容器、疊層式無感電容器。降低噪聲經(jīng)常采用消除或抑制干擾源并同時隔斷干擾禍合途徑的方式。在開關(guān)電源中采用電源輸入濾波工頻濾波電源輸出濾波與抗輻射干擾等主要措施來減少噪聲的傳遞與影響。
1、電源輸入濾波
開關(guān)電源的高速開關(guān)瞬態(tài)往往會產(chǎn)生很高的射頻分量，從而污染交流饋電線路，交流電源能傳遞電氣噪聲和電磁輻射，導(dǎo)致開關(guān)電源中的瞬變再輻射和傳遞到其它負(fù)載。電源輸入濾波主要由工頻低通濾波器和共模扼制元件組成，封閉在磁屏蔽盒內(nèi)且可靠接地。電源輸入濾波又稱電磁干擾（EMI）或射頻干擾（RFI）濾波器。在電源輸入濾波器中，通常用高頻旁路電容和共模扼流圈來衰減和吸收縱向共模噪聲，用常態(tài)濾波電感、常態(tài)濾波電容抑制差模常態(tài)噪聲。
輸入濾波電容器的容量決定于直流輸入電壓的紋波電壓的大小，而且要在計(jì)算流入電容器的紋波電流是否完全達(dá)到電容器的容許值的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)。直流輸入電流的平均值：
Idc?Pinmax62.5 ??0.284(A)
（4-2-5）Uo220根據(jù)輸入濾波電容的經(jīng)驗(yàn)公式：
Cin?(400?600)Idc(?F)
（4-2-6）有：
Cin?600?0.248?170.4(?F)
在實(shí)際電路中，選用的是一只容量為220μF，額定電壓為400V的電解電容作為輸入濾波電容器。
2、輸出濾波電路的設(shè)計(jì)
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開關(guān)電源在開關(guān)變換器之后，還需要高頻變壓器進(jìn)行隔離降壓，而后經(jīng)過橋式整流后再接電源輸出濾波器，以得到高質(zhì)量的符合設(shè)計(jì)要求的直流電壓，所以電源的輸出濾波部分是很重要的一個環(huán)節(jié)。
本文設(shè)計(jì)的輸出濾波電路如圖4-3所示，由濾波電感L與電容C組成。濾波電容C對直流開路，對交流阻抗小，而濾波電感L對直流阻抗小，對交流阻抗大。輸出電壓經(jīng)快恢復(fù)肖特基二極管D1、D2整流后，得到是頻率為2f高頻方波電壓，經(jīng)LC濾波電路濾波后，保留了直流分量，濾掉了一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，得到紋波小的直流電壓，改善了直流電壓的質(zhì)量。電感選擇應(yīng)保證輸出電流在額定電流的1/10時，電感電流也保持連續(xù)。直流電流等于電感電流斜坡峰-峰值一半時對應(yīng)臨界連續(xù)，所以?I為20%的額定輸出直流。
濾波電感值可由下式確定：
L??UoUo(1?)
（2-2-7）2f?IUsmax1212?(1?)?244(?H)320.22?250?10?0.4輸出電容C的選擇應(yīng)滿足最大輸出紋波電壓的要求，濾波電容的大小對輸出直流電源的紋波大小有決定作用。對輸出濾波電容的分析可知，輸出紋波幾乎完全由濾波電容的ESR（等效串聯(lián)電阻Rc）的大小來確定，而不是電容本身的大小決定。本設(shè)計(jì)最大紋波電壓?Voripple為50mV。根據(jù)式C?C?Uomin8L(2f)2?Voripple(1?Uomin可計(jì)算出濾波電容的大小，即：)Usmax1212?(1?)?0.2(?F)?6?32?320.28?244?10?(2?250?10)?50?10設(shè)計(jì)中選用的是輸出濾波電容為鉭電解電容，考慮到電解電容的寄生電阻，選用的電容值大小為147μF。
天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 高頻開關(guān)電源控制及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
5.1 脈寬調(diào)制器
5.1.1 PWM集成控制器的基本原理
PWM集成控制器通常分為電壓型控制器和電流型控制器兩種。電壓型控制器只有電壓反饋，可滿足穩(wěn)定輸出電壓的要求，電流型控制器增加了電流反饋控制，除了穩(wěn)定輸出電壓外，還有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、當(dāng)流過開關(guān)管的電流達(dá)到給定值時，開關(guān)管自動關(guān)斷；
2、自動消除工頻輸入電壓經(jīng)整流后的紋波電壓，在開關(guān)電源輸出端，300Hz以 下的紋波電壓很低，因此可減小輸出濾波電容的容量；
3、多臺開關(guān)電源并聯(lián)工作時，PWM開關(guān)控制器具有內(nèi)在的均流能力；
4、具有更快的負(fù)載動態(tài)響應(yīng)。
Q基準(zhǔn)誤差放大器-+反饋信號振蕩器觸發(fā)器AB推挽輸出電路
圖5-1 脈寬調(diào)制集成控制器方框圖
Ua+-脈寬調(diào)制比較器
常用的脈寬調(diào)制（PWM）型集成控制器由圖5-1所示的幾個部分組成?；鶞?zhǔn)電壓（UREF）和采樣反饋信號通過誤差放大器比較放大后，輸出的差值信號和鋸齒波（或三角波）比較，從而改變輸出脈沖的寬度，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。有些控制器僅有一個輸出端，而多數(shù)控制器都設(shè)有用觸發(fā)器和“與”門電路組成的相位分離器，用它來將單一脈沖變換為交替變化的二路脈沖輸出，用于供驅(qū)動推挽和橋式變換器中的功率開關(guān)管，此時變換器的工作頻率等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器振蕩頻率的一半。當(dāng)然也可將控制器的兩路輸出并聯(lián)起來去驅(qū)動單端變換器或串聯(lián)調(diào)整型開關(guān)穩(wěn)壓電源中的功率開關(guān)管，此時開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率就等于控制器內(nèi)部鋸齒波振蕩器的頻率。5.1.2 高速脈寬調(diào)制器UC3825 根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，選用的PWM集成控制器為UC3825。下面將詳細(xì)介紹此芯片的主要特點(diǎn)、工作原理和應(yīng)用及調(diào)試。
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1、主要特點(diǎn)：
適用于電壓型或電流型開關(guān)電源電路； 實(shí)際開關(guān)頻率可達(dá)1MHz；
輸出脈沖最大傳輸延遲時間為50ns；
具有兩路大電流推拉式輸出（峰值電流為2A）； 內(nèi)有寬頻帶誤差信號放大器；
具有較高的頻率精度并可對死區(qū)進(jìn)行控制，同時振蕩器放電電流也可調(diào)； 帶有雙重抑制脈沖和全封閉邏輯； 具有軟啟動控制； 內(nèi)有逐脈沖限流比較器；
具有全周期再啟動的封鎖式過流比較器； 啟動電流很小——（典型值為100mA）； 欠壓鎖定一16V/10V（B型）； 在欠壓鎖定期間，輸出低電平； 可調(diào)整的帶隙基準(zhǔn)電壓；
可調(diào)的上升沿封鎖閥值，可調(diào)低上升沿噪音。
2、極限參數(shù)：
電源電壓（15，B腳）
22V 輸出腳電流（流出或流入）（11，14腳）
直流
0.5A 脈沖（0.5ms）
2.2A 地線（12腳）
-0.2V 模擬輸入
（l，2，7腳）
-0.3~7V（9，8腳）
-0.3~6V 時鐘輸出電流（4腳）
-5mA 誤差放大器輸出電流（3腳）
5mA 軟啟動電流（8腳）
20mA 震蕩器充電電流（5腳）
-5mA 功耗（溫度60℃）
1W 儲存溫度范圍
-65~150℃ 焊接溫度（焊接時間為10s）
300℃
3、內(nèi)部電路工作原理
該芯片內(nèi)部電路如圖5-2所示它由振蕩器PWM比較器限流比較器、過流比較器、基準(zhǔn)電壓源、故障鎖存器、軟啟動電路、欠壓鎖定、PWM鎖存器、輸出 25
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驅(qū)動器等組成。
圖5-2 UC3825內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
（1）振蕩器
振蕩電路如圖5-3所示。UC3823A、B和UC3825A、B內(nèi)部都有一個鋸齒波振蕩器。鋸齒波上升沿的斜率由RT、CT決定，確定RT、CT的方法是：首先根據(jù)要求的最大占空比Dmax、選擇RT，再根據(jù)要求的頻率以及RT和Dmax選擇CT。計(jì)算公式為：
RT?3V ?10mA??1?Dmax?CT?1.6?Dmax ?RT?F?Rt的最佳阻值就在1~10k?之間，最大占空比Dmax應(yīng)小于70%。
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圖5-3 振蕩器電路圖
（2）上升沿封鎖
上升沿封鎖工作波形如圖5-4所示，UC3823A、B和UC3825A、B采用固定頻率脈寬調(diào)制。UC3823A、B的兩個輸出端可同時輸出脈沖，輸出脈沖的頻率與振蕩器頻率相等，脈沖占空比可在0%—100%內(nèi)調(diào)整。UC3825A、B的兩個輸出端交替輸出脈沖，因此，每個輸出端輸出脈沖的頻率是振蕩器頻率的1/2，振蕩器的頻率為200KHz，所以輸出PWM脈沖的頻率為100KHz，輸出脈沖占空比在0%—50%以內(nèi)調(diào)整，實(shí)際橋式變換器的應(yīng)用中一般達(dá)不到50%，因?yàn)闃蚴阶儞Q器在PWM脈沖的占空比為50%時，由于功率管截止時間的問題，使得橋臂容易短路。為了限制最大占空比，在振蕩電容放電期間，內(nèi)部時鐘脈沖對兩路輸出進(jìn)行封鎖。在時鐘的下降沿，輸出端為高電平。輸出脈沖的下降沿由脈寬調(diào)制比較器、限流比較器和過流比較器聯(lián)合控制。通常，脈寬調(diào)制比較器檢測出斜坡電壓與控制電壓（誤差放大器輸出電壓）的交點(diǎn)，并且在該交點(diǎn)處，終止輸出脈沖。因?yàn)椴捎昧松仙胤怄i，在脈沖前沿的一定時間內(nèi)，脈寬調(diào)制比較器不起作用。這樣，開關(guān)電源的固有噪聲就能被有效的抑制。同時，由于采用了輸出脈沖上升沿封鎖，脈寬調(diào)制器的斜坡輸入就不需要再經(jīng)過濾波。為了調(diào)整上升沿封鎖時間，CLK/ LEB腳應(yīng)接入電容C，這樣，輸出脈沖前沿封鎖時間就由電容C和內(nèi)部10k?電阻確定的放電時間來決定。
為了更準(zhǔn)確控制前沿封鎖時間，可在外部并聯(lián)一個2k?（2%）電阻R。前沿封鎖時間可由下式計(jì)算：
tLED?0.5??R//10k??C
式中，外接電阻R不能小于2k?。
上升沿封鎖也適用于限流比較器。上升沿封鎖之后，如果限流（ILIM）腳
天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 的電壓超過1V，輸出脈沖就終止。但是，過流比較器不能采用前沿封鎖。這樣，才不會因?yàn)榍把胤怄i而延長保護(hù)時間，從而可以及時捕捉過流故障。在任何時間，只要限流（ILIM）腳的電壓超過1.2V，故障封鎖就起作用，從而使輸出端變?yōu)榈碗娖?。為此，在限?ILIM)腳需接入噪音濾波電容器。
圖5-4 上升沿封鎖工作波形
（3）欠壓鎖定、軟啟動以及故障處理
軟啟動和故障處理波形如圖5-5所示。軟啟動是通過軟啟動（SOFT，START）腳的外接電容實(shí)現(xiàn)的。接通電源后，軟啟動腳外接電容放電，該腳處于低電平，誤差放大器輸出低電平，開關(guān)電源無輸出電壓。當(dāng)9uA的內(nèi)部電流源給軟啟動腳外接電容充電時，誤差放大器輸出電壓逐漸升高，直到閉環(huán)調(diào)節(jié)功能開始工作，開關(guān)電源輸出電壓逐漸升高到額定值。
一旦限流（ILIM）腳的電平超過1.2V，故障鎖存器置位，輸出腳變?yōu)榈碗娖剑煌瑫r，軟啟動腳外接電容以250uA的電流放電。在軟啟動電容放完電后，限流腳電平降到1.2V以下時，故障鎖存器就不輸出脈沖。這時，故障鎖存器復(fù)位，芯片開始軟啟動過程。
在軟啟動期間，萬一故障鎖存器置位，輸出會立即中止。但是軟啟動腳外接電容在充足電之前不會放電。這樣，在故障連續(xù)出現(xiàn)的情況下，輸出就會出現(xiàn)一個間斷期。
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圖5-5 軟啟動和故障處理波形
（4）大電流輸出電路
功率MOSFET驅(qū)動電路如圖5-6所示。UC3825推挽式輸出電路的每個輸出端都可輸出峰值為2A的電流。該輸出電流在20ns內(nèi)可使1000pF電容兩端的電壓上升15V。采用獨(dú)立的集電極電源Vc和功率地線PGND腳，能夠減小大功率門極驅(qū)動噪聲對集成電路內(nèi)模擬電路的干擾。每個輸出端（OUT）到Vc和PGND之間，都應(yīng)加入一只3A的肖特基二極管（IN5120，USD245或相同性能的器件）。該二極管可將輸出電壓的幅值鉗位在電源電壓，這對任何電感性和電容性負(fù)載都是必要的。
圖5-6 功率MOSFET驅(qū)動電路
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5.2 輸出反饋電路設(shè)計(jì)
開關(guān)電源反饋電路是為了保證電子設(shè)備獲得穩(wěn)定性能的輸出電壓。高頻開關(guān)電源是一個雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)是電流反饋模式控制，外環(huán)是電壓反饋模式控制。電流模式控制具有動態(tài)反應(yīng)快、補(bǔ)償電路簡單、增益帶寬大、輸出電感小、易于均流等優(yōu)點(diǎn)。在電流環(huán)的控制電路中，電流放大器通常選擇較大的增益，其優(yōu)點(diǎn)是可以選擇一個較小的電阻來獲得足夠的檢測電壓，而檢測電阻越小，則損耗也越小。電流檢測電路的方法有兩種：電阻檢測和電流互感器檢測。電阻檢測電路適合低功率、小電流的電路，而電流互感器檢測適合大功率、大電流的電路。
Q1UC38259ILIM/SDCRRs
圖5-7 電流反饋控制圖
Q2這里選用電阻檢測方法，如圖5-7所示。這種方法直接檢測功率開關(guān)管Q1、Q2的電流，還必須在檢測電阻Rs旁并聯(lián)一個小的RC濾波電路，因?yàn)?，?dāng)開關(guān)管斷開時，漏極電容放電，在電流檢測電阻上產(chǎn)生瞬態(tài)電流尖峰，此尖峰的脈寬和幅值常足以使電流放大器鎖定，從而PWM電路出錯。
電壓反饋控制模式反饋電壓從主電路輸出端直接實(shí)時采樣，將取樣信號與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將比較差值信號放大，通過控制芯片UC3825進(jìn)行調(diào)整占空比，從而穩(wěn)定了輸出電壓。見圖5-8所示。其輸出值經(jīng)過光耦隔離后直接輸入到PWM控制器UC3825，控制PWM控制器的占空比，從而控制輸出電壓的變化。由于是AC/DC高頻開關(guān)電源，輸出的是直流電，為了電氣安全，避免輸出噪聲反饋到控制電路中，所以將輸入端與輸出端進(jìn)行了隔離。
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圖5-8 電壓反饋控制電路圖
在這里選用的是Sharp公司的PC817光電耦合器，其封裝為DIP-4。它是由發(fā)光二極管和光電三極管組合起來的四端器件，發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)電光轉(zhuǎn)換，而光電三極管實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。此產(chǎn)品有較高的VCEO（80V），輸入端和輸出端的絕緣電阻高及耐壓高（5KV）。因?yàn)楣鈧鬏數(shù)膯蜗蛐裕盘栔荒軓陌l(fā)光源單向傳送到光敏元件，而不會反饋，所以輸出信號不會影響輸入端。發(fā)光二極管是砷化鎵紅外二極管，是一種低阻抗電流驅(qū)動元件，而噪聲是一種高內(nèi)阻微電流的電壓信號，元件共模抑制比大，所以可以抑制干擾，消除噪聲。
TL431是一個精密可調(diào)基準(zhǔn)電源，其工作原理：由于各種原因使電路中Uo升高時，UREF也隨之升高，使UREF>Uref，比較器輸出高電平，令三極管導(dǎo)通，則K腳為低電平；如果Uo降低時，UREF也隨之降低，UREF 開關(guān)電源通常設(shè)有電流、電壓保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載電流或電壓超過設(shè)定值或發(fā)生短路時，對電源本身提供保護(hù)，系統(tǒng)的過流、過壓保護(hù)在系統(tǒng)的安全性方面占有重要的地位，過流保護(hù)我們采用了三重保護(hù)：一是在系統(tǒng)的輸入級的三相交流引入處安置熔斷保險(xiǎn)管，在系統(tǒng)出現(xiàn)短路和其它意外重大故障的時候切斷外部電源的輸入以保護(hù)系統(tǒng)免受損壞；二是在用于控制軟啟動的觸發(fā)器后級安置熔斷保險(xiǎn)管，以防止啟動浪涌電流的過大而破壞功率器件；三是系統(tǒng)的最主要的過流、過壓保護(hù)部分，通過對系統(tǒng)電流及電壓的檢測來控制PWM信號脈寬從而達(dá)到過流、過壓保護(hù)的目的。本系統(tǒng)采用的是限流——切斷式保護(hù)方式，即電路分兩個階段進(jìn)行，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到某設(shè)定值時，保護(hù)電路動作，輸出電壓下降，負(fù)載電流被限制；如果負(fù)載電流增大至第二個設(shè)定值時，保護(hù)電路進(jìn)一步動作，將電源 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 切斷。 在開關(guān)變換器中，引起開關(guān)應(yīng)力高，甚至損壞開關(guān)管的原因有兩個：第一是開關(guān)關(guān)斷時，漏電感引起開關(guān)管電壓突然升高；第二個是負(fù)載線不夠合理。兩個原因均是由于負(fù)載的電感性引起的，前者影響較大，后者較小。開關(guān)管關(guān)斷時電壓和電流的重疊引起的損耗是開關(guān)電源損耗的主要組成部分，即使將關(guān)斷損耗平均到整個關(guān)斷時間內(nèi)，其大小也是開關(guān)管導(dǎo)通時損耗的2~4倍。與之相對應(yīng)的減小開關(guān)應(yīng)力的辦法有兩個，第一是減小漏電感，二是耗散過壓的能量，或者讓能量返回電路中。減小漏電感主要是靠工藝，而耗散電壓的能量是靠電感線圈或開關(guān)管并聯(lián)的R、C緩沖器。 Q1R1C1D1Lp1UpLp2R2D2C2 圖5-9 緩沖電路圖 Q2 在推挽拓?fù)渲?，副邊回路寄生電感、電容的寄生電感，還有輸出繞組漏感折算到原邊，串聯(lián)在開關(guān)管的漏極上，在開關(guān)管關(guān)斷時會產(chǎn)生過電壓，容易損壞開關(guān)管，增大關(guān)斷損耗，所以需設(shè)計(jì)緩沖電路予以限制。本文設(shè)計(jì)的緩沖電路由電阻、電容和二極管組成，如圖5-9虛線框所示，和開關(guān)管、線圈、二極管并接，這樣可以減少開關(guān)管電壓應(yīng)力，減小EMI、振蕩及噪音，減小開關(guān)管的關(guān)斷損耗，提高效率。 R1、C1、D1和R2、C2、D2分別是開關(guān)管Q1和Q2的緩沖網(wǎng)絡(luò)。兩緩沖網(wǎng)絡(luò)工作原理相同，以開關(guān)管Q1為例。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，由于漏源電阻RDS非常小，可 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 以認(rèn)為緩沖網(wǎng)絡(luò)被短路。當(dāng)開關(guān)管Q1開始關(guān)斷時，Q1的電流開始下降，而變壓器漏感會阻止這個電流減小，一部分繼續(xù)通過將要關(guān)斷的開關(guān)管，另一部分電流通過D1對電容C1進(jìn)行充電，這樣就緩解了開關(guān)管漏極的電壓應(yīng)力，降低了開關(guān)管的損耗。電阻R1成電容C1構(gòu)成放電回路，保證電容C1在開關(guān)管開始關(guān)斷時刻沒有充電。 開關(guān)管緩沖網(wǎng)絡(luò)電容C1、C2可由下式來確定： C1?Iptf1?uF? （5-1）?20.7VDSS式中，1/2表征漏極ID在tf期間呈線性下降，取平均值； ； Ip—原邊電流（A） ； tf—漏極電流下降時間（μs）。VDSS—開關(guān)管Q1、Q2的額定值（V）設(shè)計(jì)中選用的開關(guān)管是6N80，查閱其特征參數(shù)可知：tf?60ns?0.06us VDSS?800V，原邊電流Ip?0.24A。將各參數(shù)代入（5-1）式中 C1?10.164?0.06? 20.7?800?13?uF? 開關(guān)管在關(guān)斷時間內(nèi)的損耗PQ1用下式計(jì)算 0.722PQ1?C1VDSSf?mW ? （5-2） 2將各參數(shù)代入（5-2）式中，可得 PQ1?509.6?mW ? 為了使電容C1在開關(guān)管導(dǎo)通時間內(nèi)完全放電，電阻R1不能太大。此時，按 R1C1時間常數(shù)等于0.5toff?min?來計(jì)算阻值。電阻R1可按下式進(jìn)行計(jì)算 R1?0.5toff?min?C 1（5-3） 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 式中，toff?min?是開關(guān)管的關(guān)斷時間，查閱產(chǎn)品手冊可知，toff?min?=100ns，所以R1?5.6?k?? 電阻R1上損耗的功率PR1為： PR1?12C1Vif （5-4）2將各參數(shù)代入（5-4）式中，可得： PR1?156?mW? 5.4 小結(jié) 本章設(shè)計(jì)了高頻開關(guān)電源的控制電路部分，選取了控制芯片UC3825，并設(shè)計(jì)了驅(qū)動、保護(hù)及反饋電路。 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 仿真結(jié)果 5.1 PSpice軟件介紹 根據(jù)實(shí)際電路或系統(tǒng)建立模型，通過對模型的計(jì)算機(jī)分析、研究和試驗(yàn)，以達(dá)到研制和開發(fā)實(shí)際電路或系統(tǒng)的目的，這一過程，稱為電路仿真。由于有高效、高精度、高經(jīng)濟(jì)性和高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，倍受人們喜愛。目前，在市面上出現(xiàn)各種電路仿真軟件，主要有MATLAB、EWB、Protel和Pspice等。其中，Pspice系列最受電路設(shè)計(jì)者喜愛。在電路仿真方面，它的功率最為強(qiáng)大，它集成了模擬與數(shù)字仿真運(yùn)算法，所以不單可以仿真模擬電路或者數(shù)字電路，而且可以仿真模擬與數(shù)字的混合電路。近年來，為了仿真變換器電路，研發(fā)了許多基于Spice的模型。 Spice（Simulation Program with Intergraded Circuit Emphasis，側(cè)重于集成電路的模擬程序）是美國加利福尼亞大學(xué)伯克萊分校研制的模擬電路仿真標(biāo)準(zhǔn)軟件。PSpice是Spice家族的一員，其主要算法與Spice2相同。它是由美國MicroSim公司在Spice 2 G版本的基礎(chǔ)上升級并用于PC上的Spice版本，其中，采用自由格式語言的Pspice 5.0版本自20世紀(jì)80年代以來在我國得到了廣泛的應(yīng)用，并且從Pspice 6.0版本開始引入圖形界面。1998年，著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商OrCAD公司與MicroSim公司正式合并，自此MicroSim公司的Pspice產(chǎn)品正式并入OrCAD公司的商業(yè)EAD系統(tǒng)中。目前，OrCAD公司已正式推出了OrCAD Pspice 9.1，與傳統(tǒng)的Spice軟件相比，OrCAD 9.1在如下三個方面實(shí)現(xiàn)了重大變革： （1）對模擬電路進(jìn)行直流、交流、瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡洛分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析。 （2）不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行仿真，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐愤M(jìn)行仿真。 （3）集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時觀察與分析仿真結(jié)果。 一般來說，PSpice是進(jìn)行實(shí)際電路工作前必要的仿真過程，其有很多優(yōu)點(diǎn)： 第一，PSpice的元器件模型庫提供了幾千種常用器件，包括電阻、電容、電感、晶體管和集成電路等，用戶可以直接調(diào)用，也可以自己建立模型，或?qū)σ延心Ｐ瓦M(jìn)行修改。 第二，利用PSpice的仿真功能，可以對一些傳統(tǒng)方法難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，提高電路分析和設(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍。 第三，利用PSpice的圖表功能，可以對電路進(jìn)行仿真測試，不僅能測試電路的靜態(tài)工作點(diǎn)、放大倍數(shù)、輸入輸出阻抗參數(shù)，還可以描繪模擬電路和數(shù)字電 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 路中各測試點(diǎn)的波形，觀察器件或溫度的變化對電路性能的影響。 第四，PSpice仿真中為用戶提供了節(jié)點(diǎn)訪問，用戶通過在電路中標(biāo)上節(jié)點(diǎn)號，然后就可以在仿真圖中觀測到各節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)之間的情況。 第五，PSpice實(shí)用性強(qiáng)，仿真效果好。第六，PSpice操作簡單，易學(xué)，工作效率高。 PSpice仿真軟件是省時、經(jīng)濟(jì)地從事科研工作的有力手段，給電路設(shè)計(jì)者和使用者提供了極大的便利，具有極大的工程應(yīng)用價(jià)值。PSpice是六個基本程序模塊組成：（1）電路原理圖輸入程序Schematics；（2）源編輯程序Stimulus Editor；（3）電路仿真程序PSpiceA/D；（4）輸出結(jié)果繪序Probe；（5）模型參數(shù)提取程序Parts；（6）元器件模型參數(shù)庫LIB。6.1.1 電路文件的格式（1）標(biāo)題（2）電路描述（3）分析類型描述（4）輸出描述（5）.END 6.1.2 PSpice分析功能 PSpice可以對電路進(jìn)行直流工作點(diǎn)和直流傳輸特性分析、交流小信號分析、瞬態(tài)分析、噪聲分析、傅里葉分析、失真分析、靈敏度分析、溫度分析和蒙特卡羅分析等。（1）直流分析 .OP 直流工作點(diǎn)分析.DC 直流掃描分析.TF 傳輸函數(shù)計(jì)算.SENS 靈敏度分析.NODESET 節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)置（2）交流小信號分析 .AC 交流小信號分析.NOISE噪聲分析 （3） 瞬態(tài)分析.TRAN 時域波形分析.FOUR 傅里葉分析.IC 初始瞬態(tài)條件設(shè)置 （4）配合直流、交流和瞬態(tài)分析一起使用的分析.MC 蒙特-卡羅分析 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 .STEP 參數(shù)掃描分析.WCASE 最壞情況分析.TEMP 溫度設(shè)置（5）輸出命令 .PRINT 文本打印.PLOT 文本繪圖.PROBE 繪圖包調(diào)用.WIDTH 寬度設(shè)置（6）通用控制命令 .FUNC 函數(shù)定義 .PARAM 參數(shù)及表達(dá)式定義.OPTION 可先項(xiàng)設(shè)置.DISTRIBUTION 分布參數(shù)定義（7）模型、子電路和庫文件調(diào)用.MODEL 器件模型定義.SUBCKT 子電路定義.ENDS 子電路結(jié)束.LIB 元件參數(shù)庫調(diào)用.INC 包含文件調(diào)用.END 輸入文件結(jié)束 6.1.3 Pspice仿真步驟 用Pspice進(jìn)行電路仿真的基本步驟如下： （1）設(shè)計(jì)電路的結(jié)構(gòu)，設(shè)置元器件參數(shù)。畫電路圖，標(biāo)注各元件名稱及參數(shù)值，標(biāo)注各元件節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)編號等；建立電路的輸入文件，輸入文件有兩種形式：一種是文本形式；另一種是原理圖形式。 （2）確定分析類型。確定所要分析的對象的物理意義和基本特征。（3）執(zhí)行Pspice仿真程序。 （4）對已建立的電路原理圖進(jìn)行電路規(guī)則檢查，產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，確認(rèn)修改后進(jìn)行仿真分析，并顯示分析結(jié)果。 （5）輸出并觀察仿真運(yùn)行結(jié)果。完成電路模擬仿真計(jì)算之后，若采用圖形方式顯示分析結(jié)果，則可調(diào)用圖形后處理程序（Probe）完成。 Pspice程序仿真流程圖如圖6-1所示。 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 SRART畫電路圖標(biāo)注各元件名稱及參數(shù)值標(biāo)注各元件節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)編號建立電路輸入文件確定分析類型根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告修改輸入文件執(zhí)行PSpiceN自檢正確否？Y產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件顯示分析結(jié)果修改輸入文件件修改電路元件及參數(shù)值結(jié)果正確否？Y分析結(jié)束N 圖6-1 Pspice程序仿真流程圖 6.1.4 Pspice 9.1運(yùn)行環(huán)境 低版本的Pspice運(yùn)行于DOS操作系統(tǒng)，自Pspice 5.1版本開始均可在Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行。PSpice是電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)中常用的一種通用電路分析軟件。它以圖形方式輸入，自動進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表文件，具有模擬和計(jì)算電路的性能。目前，高版本的PSpice不僅可以對模擬電子電路進(jìn)行直流分析、瞬態(tài)分析及交流分析等，而且還可以分析數(shù)字電子電路和數(shù)模混合電路。目前，該軟件被公認(rèn)為通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應(yīng)用前景，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子電路的規(guī)模越來越大，必須借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真、分析和設(shè)計(jì)，而且它是電子產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型過程中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。 雖然PSpice應(yīng)用越來越廣泛，但是也存在著明顯的缺點(diǎn)。由于Spice軟件最初主要是針對信息電子電路設(shè)計(jì)而發(fā)的，因此，器件的模型都是針對小功率電子 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 器件的，對于電子電路中所用的大功率器件存在的高電壓、大功率現(xiàn)象不盡適用，有時甚至導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。PSpice采用變步長算法，對于以周期性的開關(guān)狀態(tài)變化的電力電子電路而言，將造成大量的時間耗費(fèi)在尋求合適步長上，導(dǎo)致計(jì)算時間延長，有時甚至不收斂。另外，在磁性元件的模型仿真上，PSpice也有待加強(qiáng)。6.2 模型建立 在ORCAD中，用.MODEL定義元件參數(shù)的模型。在同一電路中，相同模型允許被一個或多個器件所用。 模型定義的一般格式為 .MODEL MNAME TYPE（P1=V1 P2=V2 P3=V3…PN=VN） 表6-1 元件模型類型列表 5.2 仿真分析 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的高頻開關(guān)電源是否可行，本文利用ORCAD軟件對主電路部分進(jìn)行了仿真研究，仿真電路如圖6-2所示。 M14R15Vin9R28M2Llp27610D23Llp12L1L211L3L4D112Ls13C1Ro1 圖6-2 推挽電路仿真圖 V2TD = 2uTF = 50nPW = 1.4uPER = 4uV1 = 0TR = 15nV2 = 50L6M182uHKK1K_LinearCOUPLING = 0.9999D5MBR104522L11930uHL35.3uH12L2L45.3uHD611MBR1045L5250uHC1147uR23R1IRF8400.43R30.43IRF840M2L782uHV51309Vdc2001930uHV1 = 0V2 = 5TD = 0TR = 15nTF = 50nPW = 1.4uPER = 4uV30 圖6-3 仿真電路圖 由于PSpice模型庫沒有所選用的功率開關(guān)管6N80，所以在仿真時選用了庫存模型IRF840，其特性與實(shí)驗(yàn)選用的開關(guān)管6N80相近，只是耐壓略低（500V），但是仿真結(jié)果不受此條件的影響。輸出整流二極管選用兩只庫存模型MBR1045來代替所選的肖特基二極管MBR20100CT。5.2.2 仿真結(jié)果 功率開關(guān)管驅(qū)動信號如圖6-4所示，由于直接在功率開關(guān)管的柵極加上方波脈沖電壓，所以仿真波形中沒有尖峰電壓及振蕩現(xiàn)象。從圖中可知，節(jié)點(diǎn)4和節(jié)點(diǎn)8是交替導(dǎo)通與關(guān)斷的脈沖電壓，其幅值為5V，此電壓足以使功率開關(guān)管IRF840導(dǎo)通。兩脈沖相差180°相位，兩脈沖間死區(qū)時間為0.6μS，足以保證兩開關(guān)管不同時導(dǎo)通。 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 圖6-4 開關(guān)管柵極波形 圖6-5是節(jié)點(diǎn)2的波形，也就是變壓器初級的波形。由圖中可知，當(dāng)與之相連的功率開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，由于受變壓器漏感及功率開關(guān)管的關(guān)斷延時過短的影響，出現(xiàn)了尖峰電壓。由于本次仿真所選用的開關(guān)為理想型，所以尖峰電壓基本不受此條件影響。因此，變壓器考慮的漏感是影響仿真波形尖峰電壓的主要因素。在仿真過程中，當(dāng)設(shè)置變壓器漏感為零時，可以看到尖峰電壓也為零，頂部非常平滑；當(dāng)逐漸增加漏感，則可看到尖峰也會越來越大，而且振蕩也越來越久才能趨于平穩(wěn)。由于實(shí)驗(yàn)中受到示波器量程的限制，實(shí)驗(yàn)中的變壓器初級波形沒有測試出來，所以無法將變壓器初級的仿真與實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行比較，不過從次級波形來看，變壓器初級的仿真與實(shí)驗(yàn)波形應(yīng)該大致一樣，只是在尖峰電壓的幅值上存在一定的差異。所以在設(shè)計(jì)變壓器時，應(yīng)盡量減小變壓器的漏感，以減小尖峰電壓。節(jié)點(diǎn)6與節(jié)點(diǎn)2的波形相同，只是相位相差半個周期。 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 圖6-5 變壓器初級波形圖 圖6-6是變壓器次級節(jié)點(diǎn)11的波形圖，從圖中可知，在功率開關(guān)管關(guān)斷的瞬間也出現(xiàn)了尖峰電壓，這也是由于變壓器漏感及整流二極管的關(guān)斷時間太短造成的。 圖6-6 變壓器次級波形圖 圖6-7是輸出經(jīng)過二極管整流后節(jié)點(diǎn)12的波形圖，由于節(jié)點(diǎn)10與節(jié)點(diǎn)11是兩個相位相差180°的波形圖，所以經(jīng)過全波整流后，將負(fù)半周去掉，節(jié)點(diǎn)12就得到了一個2倍開關(guān)頻率（2f）的波形，此波形也存在漏感尖峰電壓。 圖6-7 輸出經(jīng)二極管整流后波形圖 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 圖6-8是輸出電壓與電流的波形圖，此波形為滿載時的波形，縱坐標(biāo)的單位為伏。由圖中可知，穩(wěn)定后輸出電壓為12V，輸出電流為4A，輸出電壓及電流在3ms后趨于穩(wěn)定。改變輸入脈沖的占空比，可以清楚的看到輸出電壓隨著占空比的增大現(xiàn)增大，隨著占空比的減小而減小。改變變壓器初、次級的電感量，也可以看到輸出電壓及電流隨之發(fā)生變化。改變輸出濾波電感和電容，輸出電壓波形都將受到影響。當(dāng)輸出濾波電感或電容過大時，輸出電壓將在很長時間內(nèi)得不到穩(wěn)定；而電感或電容過小時，輸出電壓的紋波又過大。經(jīng)過多次的仿真測試，當(dāng)電感值約為250μH，電容值約為147μF時，輸出電壓的性能最好，而且最大幅值電壓也適宜，約為16.5V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于整流二極管的額定電壓。 圖6-8 輸出電壓及電流波形圖 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 結(jié)論 本課題是面向?qū)嶋H應(yīng)用的工程項(xiàng)目。通過對高頻開關(guān)電源基本理論的研究，對開關(guān)變換器各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析論證，期望設(shè)計(jì)出一種實(shí)用于電力系統(tǒng)直流操作電源的高頻開關(guān)電源整流模塊，以替代現(xiàn)在使用的相控整流電源，為電力系統(tǒng)提供一種重量更輕、體積更小、效率更高、安全性更好的一種整流模塊。經(jīng)過研究完成了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，主電路已能安全地帶載工作，控制部分的設(shè)計(jì)也已完成，為高頻開關(guān)電源的研制提供了一種切實(shí)可行的方案。 電子設(shè)備離不開電源，電源是電子設(shè)備的重要組成部分，電源的質(zhì)量直接影響關(guān)電子設(shè)備工作的可靠性。隨著電子設(shè)備的高速發(fā)展，電子設(shè)備與人們的關(guān)系愈趨密切，電子設(shè)備對電源的要求日趨增高?！拜p、薄、小、高效率”為電源發(fā)展的主流方向。而隨著電源的發(fā)展，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)逐漸取代了線性電源。本文開關(guān)電源設(shè)計(jì)的主要工作及結(jié)論如下： 1、論文對高頻變壓器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)變壓器時，選用了罐型磁芯G22/13，其性能相當(dāng)于PC50。最后選出了性能相對較為優(yōu)越的變壓器，其性能參數(shù)為：初級電感為1929.1μH。論文還對電路的主電路部分（變換器及輸出回路部分）進(jìn)行了仿真分析，優(yōu)化了電路結(jié)構(gòu)與參數(shù)，輸出濾波電感約為250μH，輸出濾波電容為147μF。 2、分析和設(shè)計(jì)了開關(guān)電源的控制回路電路，開關(guān)電源各種功能的實(shí)現(xiàn)決定于控制電路，文中優(yōu)化選取了PWM芯片UC3825與功率開關(guān)管6N80。本文還對輸入及輸出整流濾波器進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，降低了損耗，減小尖峰干擾，提高了輸出電壓質(zhì)量。 3、進(jìn)一步研究設(shè)想：本系統(tǒng)的開關(guān)變換器的工作原理使用的是PWM，即脈寬調(diào)制法（PulseWidthModulation），這種方式中，電子開關(guān)按外加的控制脈沖信號而通斷，與本身流過的電流、二端所加的電壓無關(guān)，稱為硬開關(guān)，硬開關(guān)這種工作方式由于在開通和關(guān)斷的過程中，開關(guān)上同時存在電壓、電流，損耗比較大。為了克服這種損耗，我們可以用軟開關(guān)來代替上述的硬開關(guān)，軟開關(guān)是使開關(guān)在兩端電壓為零或電流為零的情況下開通或截止，損耗理想值為零，所以，利用這種技術(shù)的零電壓開通（ZVS）和零電流關(guān)斷（ZCS）己經(jīng)成為研究的熱門。為了提高系統(tǒng)的效率，應(yīng)采用有源功率因數(shù)校正。 4.3 小結(jié) 天津科技大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)論文 本章介紹了高頻開關(guān)電源整流濾波電路部分。整流濾波電路部分與高頻開關(guān)電源的性能密切相關(guān)，直接影響輸出電壓的質(zhì)量。主電路部分是高頻開關(guān)電源的軀干部分，其功能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)劣還有賴于電路中的控制電路與保護(hù)電路部分?？刂齐娐放c保護(hù)電路部分設(shè)計(jì)得好與壞，將直接影響整個系統(tǒng)的性能。因此，在下一章節(jié)中，將介紹控制電路部分的設(shè)計(jì)。
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