車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)）

車用永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器（驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路設(shè)計(jì)）,永磁,發(fā)電機(jī),電子,穩(wěn)壓器,驅(qū)動(dòng),以及,保護(hù),維護(hù),電路設(shè)計(jì) 溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文I摘 要本設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)的硬件電路，經(jīng)過(guò)多次的測(cè)試，選取好的方案，最終設(shè)計(jì)出適合汽車永磁發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓的系統(tǒng)的電路。本設(shè)計(jì)主要采用的電源芯片是電壓控制型脈寬調(diào)制 SG3525，詳細(xì)介紹 SG3525 的特點(diǎn)和原理將，并對(duì)其構(gòu)成的電壓控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn)。SG3525 具有精度可以達(dá)到（5.1±1 ％）V，采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過(guò)流保護(hù)電路，同時(shí)應(yīng)用電流控制型脈寬調(diào)制 UC3842 設(shè)計(jì)一個(gè)小功率的電源提供給 SG3525 工作的電源。功率管采用 25N500V，具有開(kāi)關(guān)速度快，工作電流大，耐壓高等優(yōu)點(diǎn)，續(xù)流二極管采用 MUR1520,同樣具有速度快，電流大，耐壓高等優(yōu)點(diǎn)。主要電路結(jié)構(gòu)主要采用降壓斬波變換電路來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。關(guān)鍵字：永磁發(fā)電機(jī)；SG3525；變壓器溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文IIAbstractAccording to the design of the design requirements, design the hardware circuit, after many tests, select a good programme, the final design of a permanent magnet motor vehicles for the generator system regulator circuit. The design of the main chip is used in power voltage-controlled PWM SG3525, detail the characteristics and principles of SG3525 will, and the composition of the voltage-controlled PWM switching power supply for the analysis and experimental. SG3525 with precision can be achieved (5.1 ± 1%) V, using a temperature compensation, but with overcurrent protection circuits, application-PWM current control UC3842 design of a small power supply available to the work of the SG3525 power. Power of a 25 N500V, a switching speed, the current work, the advantages of high pressure, the continued flow diodes used MUR1520, with the same speed, current, high pressure advantages. The main circuit used mainly buck chopper transform the output voltage circuit to achieve stability.Keyword: permanent magnet generators; SG3525; Transformer溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文III目 錄第 1 章 緒論 ..................................................................................................................11.1 概述 ..................................................................................................................11.2 研究動(dòng)機(jī) ..........................................................................................................11.3 主要工作 ..........................................................................................................2第 2 章 主要元器件介紹 ..............................................................................................42.1 SG3525 的簡(jiǎn)介 .................................................................................................42.1.1 特點(diǎn) ........................................................................................................42.1.2 工作原理 ................................................................................................52.2 大功率續(xù)流二極管 ..........................................................................................62.3 MOSFET 管簡(jiǎn)介 ..............................................................................................62.3.1 MOSFET 特點(diǎn) ........................................................................................62.3.2 MOSFET 的控制方法 .........................................................................62.3.3 MOSFET 的選擇 .................................................................................7第 3 章 變壓器的繞制 ..................................................................................................83.1 變壓器磁芯的選擇與工作點(diǎn)的確定 ...............................................................83.1.1 磁芯材料的選擇 ....................................................................................83.1.2 工作點(diǎn)的確定 .........................................................................................83.2 變壓器主要參數(shù)的計(jì)算 ..................................................................................93.2.1 確定變壓器的變比 ..............................................................................103.2.2 計(jì)算初級(jí)線圈中的電流 ......................................................................103.2.3 計(jì)算初級(jí)繞組圈數(shù) N1.........................................................................113.2.4 計(jì)算次級(jí)繞組圈數(shù) N2.........................................................................123.2.5 反饋繞組 N3 的估算 ...........................................................................123.2.6 導(dǎo)線線徑的選取 ...................................................................................123.2.7 線圈繞制與絕緣 ...................................................................................123.3 變壓器繞制小結(jié) ............................................................................................13第 4 章　 SG3525 應(yīng)用電路 ........................................................................................154.1 SG3525 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)（方案一） ...............................................................15溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文IV4.1.1 控制原理 ...............................................................................................154.1.2 方案一的優(yōu)缺點(diǎn)分析 ..........................................................................164.2 方案改進(jìn) ........................................................................................................174.3 改進(jìn)后的 SG3525 電源電路（方案二） .....................................................174.3.1 主電路 ..................................................................................................174.3.2 控制電路 ..............................................................................................184.3.3 信號(hào)放大 ...............................................................................................204.3.4 取樣反饋 ...............................................................................................20第 5 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析 ................................................................................................225.1 穩(wěn)壓分析 .........................................................................................................225.2 散熱分析 .........................................................................................................235.2.1 整流二極管發(fā)熱 ...................................................................................235.2.2 功率開(kāi)關(guān)管發(fā)熱 ...................................................................................235.2.3 續(xù)流二極管發(fā)熱 ...................................................................................235.3 噪聲分析 .........................................................................................................245.4 紋波分析 ........................................................................................................24結(jié)論 ..............................................................................................................................26致謝 ..............................................................................................................................27參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................28附錄 ..............................................................................................................................29附錄 1 原理圖 ....................................................................................................29附錄 2 材料清單 ................................................................................................30附錄 3 光耦 P521..............................................................................................31附錄 4 MUR1560.................................................................................................32附錄五：MOSFET 管 IXFH24N50.....................................................................33溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文1第 1 章 緒論1.1 概述近年來(lái),隨著永磁材料的發(fā)展,車用永磁發(fā)電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、比功率高、低速特性好等優(yōu)點(diǎn),受到廣泛關(guān)注。由于車用發(fā)電機(jī)工作過(guò)程中轉(zhuǎn)速變化范圍很大，一般需在 1000～8000 r/min 以上，高檔轎車可達(dá) 1000～15000 r/min，同時(shí)其負(fù)載也隨工作狀況的不同在大范圍內(nèi)變動(dòng)，因此如何實(shí)現(xiàn)大范圍變速變載條件下穩(wěn)壓輸出是車用發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在目前廣泛使用的車用硅整流交流發(fā)電機(jī)中,通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓,而對(duì)于永磁車用發(fā)電機(jī)而言,由于采用永久磁鋼作為勵(lì)磁源,勵(lì)磁磁勢(shì)不可調(diào)節(jié)，故實(shí)現(xiàn)變速、變載的穩(wěn)壓輸出更加困難。目前被普遍看好的方案之一是采用三相半控橋式整流電路,但是由于本次設(shè)計(jì)的測(cè)試環(huán)境的約束，不能使用三相半控橋式整流電路。因此采用了斬波降壓式變換電路的電路系統(tǒng)來(lái)完成穩(wěn)壓。該方式可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，并且具有輸出紋波小，而且控制簡(jiǎn)單。車用永磁發(fā)電機(jī)與現(xiàn)有勵(lì)磁發(fā)電機(jī)相比，節(jié)能效果顯著并具有激活蓄電池功能，延長(zhǎng)蓄電池壽命，另外由于沒(méi)有勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的環(huán)電刷，維護(hù)工作大大下降，可靠性明顯提高，是今后汽車發(fā)電機(jī)的發(fā)展方向，但是高速低速發(fā)電輸出電壓變化大，工作電流大，穩(wěn)壓和散熱難，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器，要求輸出直流電壓 14.5V V；工作電流 90A。要做到這個(gè)大的2.0?功率的電子穩(wěn)壓器，需要的實(shí)驗(yàn)條件要求很高，針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了一個(gè)低功率的進(jìn)行測(cè)試。畢業(yè)設(shè)計(jì)采用了降壓式斬波變換電路，而控制芯片的工作電源也是用他激式開(kāi)關(guān)電源來(lái)完成的。1.2 研究動(dòng)機(jī)永磁發(fā)電機(jī)有很多的優(yōu)點(diǎn)比如：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高 永磁式發(fā)電機(jī)省去了勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組、碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了勵(lì)磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免了勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)勵(lì)溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文2磁式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組易燒毀、斷線，碳刷、滑環(huán)易磨損等故障，可靠性大為提高。(2) 體積小、重量輕、比功率大 永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的采用，使得發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)排列得很緊湊，體積、重量大為減少。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，還使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，實(shí)用轉(zhuǎn)速增加，比功率（即功率、體積之比例）達(dá)到一個(gè)很高的值。 (3) 中、低速發(fā)電性能好,功率等級(jí)相同的情況下，怠速時(shí)，永磁式發(fā)電機(jī)要比勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)的輸出功率高一倍，也就是說(shuō)，永磁式發(fā)電機(jī)的實(shí)際等功率等級(jí)的勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)。 (4)能顯著地延長(zhǎng)蓄電池壽命，減少蓄電池維護(hù)工作主要原因是永磁式發(fā)電機(jī)采用的是開(kāi)關(guān)式的整流穩(wěn)壓方式，穩(wěn)壓精度高，充電效果好。避免了過(guò)電流充電造成的蓄電池壽命縮短。永磁式發(fā)電機(jī)的開(kāi)頭式整流輸出對(duì)蓄電池采用小電流脈沖充電，相同的充電電流充電效果更好，從而延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。(5)高效率永磁式發(fā)電機(jī)是一種節(jié)能產(chǎn)品。永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)免去了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)所需的勵(lì)磁功率和碳刷、滑環(huán)之間磨擦的機(jī)械損耗，使得永磁式發(fā)電機(jī)效率大為提高。普通勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)在 1500 轉(zhuǎn)/分至 6000 轉(zhuǎn)/分之間的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平均效率只有 45%至 55%，而永磁式發(fā)電機(jī)則可高達(dá) 75%至80%。(6)采用自啟動(dòng)式穩(wěn)壓器 無(wú)需外加勵(lì)磁電源。發(fā)電機(jī)只要一旋轉(zhuǎn)就能發(fā)電。當(dāng)蓄電池?fù)p壞時(shí)，只要發(fā)動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，汽車充電系統(tǒng)仍可工常工作。如汽車沒(méi)有蓄電池，只要搖轉(zhuǎn)手把或溜車，也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火運(yùn)行。 (7)特別適合于在潮濕或灰塵多的惡劣環(huán)境下工作 (8) 無(wú)線電干擾永磁發(fā)電機(jī)無(wú)碳刷、無(wú)滑環(huán)的結(jié)構(gòu)，消除了碳刷與滑環(huán)磨擦產(chǎn)生的無(wú)線電干擾，消除了電火花，特別適合于爆炸性危險(xiǎn)程度較大的環(huán)境下工作，也降低了發(fā)電機(jī)對(duì)環(huán)境溫度的要求。 1.3 主要工作本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)永磁發(fā)電機(jī)電子穩(wěn)壓器，要求輸出直流電壓 14.5V V；工作電流 90A；過(guò)流保護(hù)電流為 120A。在設(shè)計(jì)中主要完成的工作內(nèi)容2.0?是完成總體方案設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)觸發(fā)電路；完成自動(dòng)穩(wěn)壓功能；設(shè)置過(guò)留保護(hù)電路。要做到這個(gè)大的功率的電子穩(wěn)壓器，需要的實(shí)驗(yàn)條件要求很高，而且無(wú)法模仿永磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電效果，為此針對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了一個(gè)低功率的進(jìn)行測(cè)試。此次調(diào)試的電壓是由調(diào)壓器提供，因此輸出的交流電壓是恒頻變壓的。所以沒(méi)有采用了溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文3三相半控橋式整流電路的電路系統(tǒng),而是采用斬波降壓式控制系統(tǒng)。根據(jù)廠家的數(shù)據(jù)提供，永磁發(fā)電機(jī)在時(shí)速為 1500r/min，到 2000r/min 時(shí)輸出直流電壓為14.5V 左右，正常時(shí)速為 6000r/min，特殊狀態(tài)為 10000r/min，因此根據(jù)理論計(jì)算正常輸出電壓為 58V，特殊狀態(tài)輸出電壓為 97V，因此針對(duì)本次設(shè)計(jì)，主要完成輸入電壓在 16V 到 100V 之間實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓值為 14.5V，在負(fù)載變化的同時(shí)不會(huì)影響到穩(wěn)壓的精確度。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文4第 2 章 主要元器件介紹2.1 SG3525 的簡(jiǎn)介美國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出 SG3525。SG3525 是用于驅(qū)動(dòng) N 溝道功率 MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。SG3525 系列 PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì) SG3525 特點(diǎn)、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。SG3525 是電壓控制型 PWM 控制器，所謂電壓控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電壓來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)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。開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。如 2-1：圖 2-1SG3525 內(nèi)部引腳及框圖2.1.1 特點(diǎn) （1）工作電壓范圍寬：DC 8—35V； 溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文5（2）5.1 ( )V 微調(diào)基準(zhǔn)電源； %1?（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz?—400KHz.；（4）具有振蕩器外部同步功能； （5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)； （6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路； （7）具有輸入欠電壓鎖定功能； （8）具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖； （9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷； （10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：500mA(峰值 )。2.1.2 工作原理SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT 引腳和放電端引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5UF 的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)， PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開(kāi)始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止 SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文6信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525的正常工作。 欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。 此外，SG3525還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，PWM瑣存器才被復(fù)位。2.2 大功率續(xù)流二極管MUR1560是MOTOROLA公司的生產(chǎn)的，是一種大功率的快速二極管。主要特點(diǎn)：（1）最大工作電壓：600V；（2）最大工作電流：15A；（3）工作溫度范圍：-65°到175°；（4）恢復(fù)時(shí)間：35ns 到60ns；本設(shè)計(jì)要求工作電流為90A，目前選擇了MUR1560這個(gè)快速二極管作為續(xù)流，用于實(shí)物測(cè)試。2.3 MOSFET 管簡(jiǎn)介2.3.1 MOSFET 特點(diǎn)MOSFET 是功率場(chǎng)效應(yīng)管，是一種多子導(dǎo)電的單極型電壓控制器件。MOSFET 具有開(kāi)關(guān)速度快，高頻性能好，輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小，熱穩(wěn)定性優(yōu)良，無(wú)二次擊穿，安全工作區(qū)寬和跨導(dǎo)線性度高等優(yōu)點(diǎn)，但高壓時(shí)內(nèi)阻比較大，功耗大。但是在各類中小功率開(kāi)關(guān)電路中應(yīng)用廣泛。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文72.3.2 MOSFET 的控制方法（1）控制 G 極相對(duì)于 S 極電壓為 15V，可以控制 MOSFET 導(dǎo)通；（2）在 G、S 極間加保護(hù)穩(wěn)壓管，一般取值為 15V；2.3.3 MOSFET 的選擇在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，課題要求輸出電壓為 14.5V，工作電流為 90A。由于市場(chǎng)上無(wú)法買到大電流工作的 MOSFET 的管子，所以選用 40A200V 的功率場(chǎng)效應(yīng)管代替，工作電流大，耐壓小，溝道就小，導(dǎo)通電阻就小，因此選用的MOSFET 選擇耐壓值只要滿足要求就可以了，不應(yīng)該過(guò)高。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文8第 3 章 變壓器的繞制3.1 變壓器磁芯的選擇與工作點(diǎn)的確定3.1.1 磁芯材料的選擇從變壓器的性能指標(biāo)要求可知，傳統(tǒng)的薄帶硅鋼已很難滿足變壓器在頻率、使用環(huán)境方面的設(shè)計(jì)要求。磁芯的材料只有從坡莫合金、鐵氧體材料、鈷基非晶態(tài)合金和超微晶合金幾種材料中來(lái)考慮。坡莫合金、鈷基非晶態(tài)價(jià)格高，約為鐵氧體材料的數(shù)倍，而飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也不是很高，且加工工藝復(fù)雜?？紤]到我們所要求的電源輸出功率并不高，大約為 30W，因此，綜合幾種材料的性能比較，我們還是選擇了飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較高，溫度穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，加工方便的性價(jià)比較低的鋅錳鐵氧體材料，并選以此材料作為框架的 EI28 來(lái)繞制本例中的脈沖變壓器。3.1.2 工作點(diǎn)的確定根據(jù)相關(guān)資料，EC35 輸出功率為 50W，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度大約在 2000Gs 左右。買來(lái)的磁芯，由于廠家提供的磁感應(yīng)強(qiáng)度值并不準(zhǔn)確，可用 3-1 所提供的方式粗略測(cè)試一下。將調(diào)壓器接至原線圈，用示波器觀察副線圈輸出電壓波形。將原線圈的輸入電壓由小到大慢慢升高，直到示波器顯示的波形發(fā)生奇變。此時(shí)，磁芯已飽和，根據(jù)公式： mfNU?14.?可推知在工頻時(shí)的 值。要求不高時(shí)，可根據(jù)測(cè)算出的 ，粗略估算出原線圈m?m的匝數(shù) N1(3-1) mfN?4.1?溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文93.2 變壓器主要參數(shù)的計(jì)算本例中的變換器采用單端反激式工作方式，單端反激變換器在小功率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中應(yīng)用非常廣泛，且多路輸出較方便。單端反激電源的工作模式有兩種：電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式。前者適用于較小功率，副邊二極管存在沒(méi)有反向恢復(fù)的問(wèn)題，但 MOS 管的峰值電流相對(duì)較大；后者 MOS 管的峰值電流相對(duì)較小，但存在副邊二極管的反向恢復(fù)問(wèn)題，需要給二極管加吸收電路。這兩種工作模式可根據(jù)實(shí)際需求來(lái)選擇，本文采用了后者。設(shè)計(jì)變壓器時(shí)大多需要考慮下面問(wèn)題：變換器頻率 f(H2)；初級(jí)電壓 U1(V)，次級(jí)電壓 U2(V)；次級(jí)電流 i2(A)；繞組線路參數(shù) n1、 ，n 2；溫升 τ(℃)；繞組相對(duì)電壓降 u；環(huán)境溫度 τHJ(℃)；絕緣材料密度 γz(g ／cm3)。(1)根據(jù)變壓器的輸出功率選取鐵芯，所選取的鐵芯的戶，值應(yīng)等于或大于給定值。(2)繞組每伏匝數(shù)(3-2)TCkfBSW41?ST 是鐵芯的截面積；k T 是窗口的填充系數(shù)；(3)初級(jí)繞組電勢(shì)(3-3))21(uUE??(4)初級(jí)繞組匝數(shù)(3-4)10W(5)次級(jí)繞組電勢(shì)E2i＝U 2i (1+ ) (3-5)(6)次級(jí)繞組匝數(shù)W2i＝W 0E2i (3-6)(7)初級(jí)繞組電流(3-7)11UPnI?溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文10(8)次級(jí)繞組電流 (3-8)iiiUPnI221?其中，n 1、n 2：分別是初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的每層匝數(shù)。(9)初級(jí)繞組線徑 (3-9)jId113.?(10)次級(jí)繞組線徑(3-10)jIdii2213.?其中，j 是電流密度。詳細(xì)的變壓器設(shè)計(jì)方法與計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，本文參照經(jīng)驗(yàn)公式，依據(jù)下面的步驟設(shè)計(jì)了本例轉(zhuǎn)換器中的高頻變壓器。3.2.1 確定變壓器的變比根據(jù)輸出電壓 U0 的關(guān)系式(3-11))(ONDOtTnU??得變比為(3-12))(ONDt??式中 UD 為整流器輸出的直流電壓。本例中 UD＝24V，f 為 100kHz，t ON 取 0．5；n＝2。3.2.2 計(jì)算初級(jí)線圈中的電流已知輸出直流電壓 U0＝±12V、5V，負(fù)載電流均為 I0＝lA，則輸出功率溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文11P0＝P 1+P2+P3＝29W開(kāi)關(guān)電源的效率 η 一般在 60～90%之間，本例取 η＝0.65，則輸入功率為WPO456.0291???初級(jí)的平均電流為 AUPIDO86.1245.09maxax1 ????假定初級(jí)線圈的初始電流為零，那么，在開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通期 tON 里，初級(jí)線圈中的電流心便從零開(kāi)始線性增長(zhǎng)到峰值 I1P AtTINP4.7586.102011 ???3.2.3 計(jì)算初級(jí)繞組圈數(shù) N1初級(jí)繞組的最小電感 L1 為 uHItUPOND13.64.70521max????根據(jù)輸出功率 P 的大小，選用適當(dāng)?shù)拇判?，其形狀用環(huán)形、EI 形或罐形均可，本例采用 EI28，該類型的鐵芯在 f＝50kHz 時(shí)，功率可達(dá)到 60W，在f＝100kHz 時(shí)，輸出功率可達(dá)到 90W。匝72.0851413.60661 ?????mPSBLN式中 Ilp—初級(jí)線圈峰值電流，A；L1—初級(jí)電感，H；S—磁芯截面積， mm2；Bm—磁芯最大磁通密度，T。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文123.2.4 計(jì)算次級(jí)繞組圈數(shù) N2匝52102?n即±12V 分別繞 5 匝，5V 繞 3 匝。3.2.5 反饋繞組 N3 的估算反饋繞組匝數(shù)的確定，要求既能保證開(kāi)關(guān)元件的飽和導(dǎo)通又不至于造成過(guò)大損耗。根據(jù) UC3842 的要求，反饋繞組的輸出電壓應(yīng)在 13V 左右。因此，匝624103max13???DUN3.2.6 導(dǎo)線線徑的選取根據(jù)輸入輸出的估算，初線線圈的平均電流值應(yīng)該允許達(dá)到 2A。(1)初級(jí)繞組初級(jí)繞組的線徑可選 d＝0.80mm，其截面積為 0.5027mm 的圓銅線。(2)次級(jí)繞組次級(jí)繞組的線徑可根據(jù)各組輸出電流的大小，利用原級(jí)相同線徑采用多股并繞的辦法解決。為了方便線圈繞制，也可選用線徑較粗的導(dǎo)線。由于工作頻率較高，應(yīng)考慮集膚效應(yīng)的影響。3.2.7 線圈繞制與絕緣繞制開(kāi)關(guān)變壓器最重要的問(wèn)題是想辦法使初、次級(jí)線圈緊密地耦合在一起，這樣可以減小變壓器漏感，因?yàn)槁└羞^(guò)大，將會(huì)造成較大的尖峰脈沖，從而擊穿開(kāi)關(guān)管。因此，在繞制高頻變壓器線圈時(shí)，應(yīng)盡量使初、次級(jí)線圈之間的距離近些。具體可采用以下方法：(1)雙線并繞法將初、次級(jí)線圈的漆包線合起來(lái)并繞，即所謂雙線并繞。這樣初、次級(jí)線溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文13間距離最小，可使漏感減小到最小值。但這種繞法不好繞制，同時(shí)兩線間的耐壓值較低。(2)逐層間繞法為克服并繞法耐壓低、繞制困難的缺點(diǎn)，用初、次級(jí)分層間繞法，即1、3、5 行奇數(shù)層繞初級(jí)繞組，2、4、6 等偶數(shù)層繞次級(jí)繞組。這種繞法仍可保持初、次級(jí)間的耦合，又可在初、次級(jí)間墊絕緣紙，以提高絕緣程度。(3)夾層式繞法把次級(jí)繞組繞在初級(jí)繞組的中間，初級(jí)分兩次繞。這種繞法只在初級(jí)繞組中多一個(gè)接頭，工藝簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)。本例中，為減小分布參數(shù)的影響，初級(jí)采用雙線并繞連接的結(jié)構(gòu)，次級(jí)采用分段繞制，串聯(lián)相接的方式，即所謂堆疊繞法。降低繞組間的電壓差，提高變壓器的可靠性。在變壓器的絕緣方面，線圈絕緣應(yīng)盡量選用抗電強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗低的復(fù)合纖維絕緣紙，提高初、次級(jí)之間的絕緣強(qiáng)度和抗電暈?zāi)芰?，本例中，因?yàn)椴簧婕案邏海^緣問(wèn)題不必特殊考慮。3.3 變壓器繞制小結(jié)繞制脈沖變壓器是制作開(kāi)關(guān)電源的重要工作，也是設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中消耗大量時(shí)間和主要精力的工作。變壓器做得好，整個(gè)設(shè)計(jì)與制作工作就完成了 70%以上。做得不好，可能就會(huì)出現(xiàn)停振、嘯叫或輸出電壓不穩(wěn)、負(fù)載能力不高等現(xiàn)象。在變壓器的溫升<35℃ ，繞制良好的脈沖變壓器的工作效率可達(dá)到 90%以上，且波形質(zhì)量?jī)?yōu)異，電性能參數(shù)穩(wěn)定。在 100kHz 的使用條件下，脈沖變壓器的體積可以大大減小。繞制變壓器時(shí)，要盡最大的努力保證以下幾點(diǎn)：(1)即使輸入電壓最大，主開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通時(shí)間最長(zhǎng)，也不至于使變壓器的磁芯飽和。(2)初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的耦合要好，漏電感要小。(3)高頻開(kāi)關(guān)變壓器會(huì)因集膚效應(yīng)導(dǎo)致電線的電阻值增大，因而要減小電流密度。通常，工作時(shí)的最大磁通密度取決于次級(jí)線圈。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文14(3-13)mONBStU??axax2(4)一般來(lái)說(shuō)，采用鐵氧體磁芯 E128 時(shí)，要把 Bm 控制在 3kGs 以下。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文15第 4 章　SG3525 應(yīng)用電路4.1 SG3525 應(yīng)用電路設(shè)計(jì)（方案一）應(yīng)用一的主電路的控制電路如4-1：圖4-1 方案一主電路4.1.1 控制原理晶閘管（SCR）整流方式有兩種，一種是 SCR 共陰整流二極管共陽(yáng)的方式，第二種是 SCR 共陽(yáng)整流二極管共陰的方式。選擇第一種的方式，在每相切換導(dǎo)通的時(shí)候，由于 SCR 的反相漏電，導(dǎo)致發(fā)熱很嚴(yán)重，必須在這個(gè)上串聯(lián)上整流二極管，才能避免，但是成本就加大很多。因此我們選擇了第二種的整流方法，采用 SCR 共陽(yáng)整流二極管共陰，這樣就有效的解決了 SCR 發(fā)熱的問(wèn)題，而且成本沒(méi)有增加，并且這種方法是最簡(jiǎn)單的方案。該電路的晶閘管的控制部分是由PWM控制專用集成芯片來(lái)完成，利用PWM來(lái)控制晶閘管的控制級(jí)，因此晶閘管的通斷周期是固定，導(dǎo)通關(guān)斷的時(shí)間隨著具體的工況變化而變化，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓.當(dāng)發(fā)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，由發(fā)電機(jī)輸出交流電壓較低，為使輸出整流電壓達(dá)到穩(wěn)壓值，每個(gè)PWM周期整流器所需導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)電壓調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的PWM控制信號(hào) u3 較低，使u 8 低電平時(shí)間較長(zhǎng)。而當(dāng)發(fā)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，相應(yīng)u 3 較高，u 8 的低電平時(shí)間縮短，整流器導(dǎo)溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文16通時(shí)間減少，即在每個(gè)PWM周期中發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出時(shí)間減少，這樣隨著負(fù)載及轉(zhuǎn)速的變化，由電壓調(diào)節(jié)器通過(guò)改變u 3電壓的高低，調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比,就可以改變?cè)谝粋€(gè)PWM周期中晶閘管整流器的工作時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)在變速、變載工況下的恒壓輸出,相應(yīng)波形如3-2所示。（a）低速 （b）高速圖4-2 芯片內(nèi)部脈沖處理但是方案一的控制頻率由PWM集成芯片上的電阻 RT 和電容CT 用于確定振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波的頻率，這一頻率的選擇對(duì)于PWM控制式整流穩(wěn)壓電路具有重要意義，其選取原則是:應(yīng)使該電路在導(dǎo)通時(shí)間最短的工況下，每個(gè) PWM周期中晶閘管導(dǎo)通期間包含足夠多的脈波數(shù)。若頻率過(guò)高，由于在一定工況下為使輸出電壓穩(wěn)定對(duì)應(yīng)的占空比一定，則意味著每個(gè)PWM周期中半控整流橋的導(dǎo)通時(shí)間很短,電壓脈波數(shù)很少，這樣考慮到晶閘管在觸發(fā)脈沖消失后的關(guān)斷滯后問(wèn)題，會(huì)使各PWM周期中的實(shí)際導(dǎo)通脈波數(shù)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，從而導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)、穩(wěn)壓精度降低等問(wèn)題。4.1.2 方案一的優(yōu)缺點(diǎn)分析方案一的優(yōu)點(diǎn)在于，主電路簡(jiǎn)單，整流和調(diào)壓一起完成，電路設(shè)計(jì)成本低，但是由于方案一的電路結(jié)構(gòu)，如果控制信號(hào)是通過(guò)控制晶閘管的導(dǎo)通相角來(lái)輸出電壓，整個(gè)電路設(shè)計(jì)將會(huì)很復(fù)雜。因此使用PWM 來(lái)控制晶閘管的導(dǎo)通脈沖波來(lái)控制輸出電壓，穩(wěn)壓效果差，原因是因?yàn)楫?dāng)反饋電路檢測(cè)到輸出電壓達(dá)到14.5V的時(shí)候，控制芯片關(guān)閉晶閘管，但是晶閘管導(dǎo)通就要完成半個(gè)周期，因此不能及時(shí)關(guān)閉，使得輸出電壓無(wú)法穩(wěn)定，另外方案一工作頻率低，在工作頻率低的情況下，穩(wěn)壓效果差，由于整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的模擬仿真的環(huán)境需要在一個(gè)變頻變壓的環(huán)境進(jìn)行，但是目前只有使用調(diào)壓器進(jìn)行仿真，所以制作效果更差，并且經(jīng)過(guò)計(jì)算，此電路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)壓器，功耗發(fā)熱較大。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文174.2 方案改進(jìn) 由于仿真環(huán)境為調(diào)壓器，輸出電壓的頻率為50HZ，跟汽車永磁發(fā)電機(jī)的真實(shí)環(huán)境不吻合而且此電路結(jié)構(gòu)系統(tǒng)所消耗的功耗較大，鑒于這兩個(gè)缺點(diǎn)，改用降壓式斬波開(kāi)關(guān)電源控制方式。斬波控制方式克服了永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓的變頻的缺點(diǎn)，利用控制開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間老控制輸出電壓的平均值。4.3 改進(jìn)后的 SG3525 電源電路（方案二）4.3.1 主電路改進(jìn)后的SG3525開(kāi)關(guān)電源主電路主要分為主電路和控制電路還有反饋電路以及保護(hù)電路四部分。下面對(duì)于各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)分析。主電路原理圖如4-3所示：(4-3)主電路主要采用降壓斬波變換電路。首先通過(guò)三相整流，由功率mosfet管通過(guò)調(diào)節(jié)占空比，調(diào)節(jié)輸出電壓，其公式是 (4-1)DUiO??D為占空比，脈寬控制頻率的選擇要適當(dāng)，如果脈寬頻率過(guò)快，濾波容易，但是功率管的開(kāi)關(guān)損耗就增大，如果頻率小，則濾波電感電容就會(huì)很大，占用很溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文18大的空間。Mosfet管并聯(lián)一個(gè)RDC，一般R選值為100歐姆，C為0.001uF ，二極管選擇高速開(kāi)關(guān)二極管，主要防止浪涌電壓的振蕩。輸出由一個(gè)LC 組成的濾波電路，電壓紋波的和輸出電壓的比值可以以下面的公式表示(4-2)2)(1scOfDU????通斷頻率(4-3)ScTf1適當(dāng)選擇輸出端低通濾波器的截止頻率fc，即使得 fc小于fs，這樣就使輸出紋波降到最小。主要決定了一個(gè)電路的系統(tǒng)，就如一座高樓大廈，需要有個(gè)框架一樣，一個(gè)不合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，會(huì)使整個(gè)電路無(wú)法完成功能。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，最終選擇了斬波降壓式控制電路，該電路系統(tǒng)的整流結(jié)構(gòu)除了因?yàn)檩斎腚妷旱念l率引起的開(kāi)關(guān)損耗，輸出不會(huì)受到輸入電壓頻率的影響，給調(diào)試提供了一個(gè)很好的環(huán)境。4.3.2 控制電路SG3525控制電路如4-4圖：溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文19圖4-4 SG3525PWM控制部分SG3525是一款內(nèi)部自帶基準(zhǔn)電源的脈寬控制芯片，基準(zhǔn)電源由16腳輸出，提供反饋電壓的比較，通過(guò)調(diào)節(jié)R 18，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)值到同相輸入端2腳于反饋值進(jìn)行比較。當(dāng)芯片具有軟啟動(dòng)功能，當(dāng)芯片上電，軟啟動(dòng)功能由8腳上的C 6完成，一般在SG3525 設(shè)計(jì)中，軟啟動(dòng)電容值選擇多為5Uf 。芯片的脈寬頻率由C9和R8，R 17來(lái)決定。開(kāi)關(guān)頻率 （4-4）TDTCRf)3.167.0(??公式中的R T對(duì)應(yīng)著原理中的 R17，R D對(duì)應(yīng)著圖中的R 8，振蕩電路： 由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓 V H = 3.9 V，低門限電壓 V L = 0.9V ,內(nèi)部橫流源向C T 充電，其端壓V C 線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)Vc = V H 時(shí)比較器動(dòng)作，充電過(guò)程結(jié)束，上升時(shí)間t 1 為（4-5）TR67.01?比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，C T 放電，V C 下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)Vc = V L 時(shí)比較器動(dòng)作，放電過(guò)程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間t 2 為（4-6）TDRt3.12?t2時(shí)間也是占空比的死區(qū)時(shí)間，通過(guò)調(diào)節(jié)R d調(diào)節(jié)死區(qū)。占空比輸出腳11腳和14腳分別輸出分別為50%的占空比，但是設(shè)計(jì)中需要100%的占空比，如果使用11腳和14腳就無(wú)法輸出需要的占空比，因此根據(jù)芯片內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，腳11腳和14腳接地，是13腳OC門經(jīng)過(guò)上拉輸出，這樣就使得占空比輸出接近于 100%（由于死區(qū)的存在，無(wú)法達(dá)到100%）。9腳上的R 4和C 3對(duì)于反饋進(jìn)行補(bǔ)償，調(diào)節(jié)反饋系數(shù)。在控制電路中，鑒于開(kāi)關(guān)電源的頻率限制，選擇了開(kāi)關(guān)頻率為40KHZ左右。根據(jù)公司（4-7）TDTCRf)3.167.0(??對(duì)于電阻R 8，R 17和電容C 9進(jìn)行取值，保證開(kāi)關(guān)頻率的適中，使得功率MOSFET不會(huì)因?yàn)殚_(kāi)關(guān)頻率過(guò)高造成過(guò)高的開(kāi)關(guān)損耗，也保證輸出電壓不會(huì)因?yàn)轭l率過(guò)溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文20低造成濾波困難。由16腳內(nèi)部基準(zhǔn)電源提供的同相輸入比較電壓為2.33V ，只有采樣反饋電壓固定在2.33V，才能穩(wěn)定輸出電壓在 14.5V左右。4.3.3 信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)放大圖如4-5：圖4-5 推挽輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)主要使用是配對(duì)三極管S8050和S8550 構(gòu)成推挽進(jìn)行功率放大，為了防止信號(hào)延遲，在R 6和R 7之間并聯(lián)加速電容C 2和C 8，而D 8和D 12也是為了加快三極管的關(guān)斷時(shí)間，通過(guò)二極管的壓降0.7V，當(dāng)B 極為低的時(shí)候?qū)極拉低，從而在增加驅(qū)動(dòng)功率的同時(shí)對(duì)波形整形。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文214.3.4 取樣反饋取樣反饋電路如4-6:圖4-6 反饋電路反饋主要采用光耦進(jìn)行隔離，主要是因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)采用的功率MOSFET管為N溝道的40N20，要想控制MOSFET導(dǎo)通，G極相對(duì)于 S極的電壓為15V左右，所以芯片的工作地與電源輸出的地不是同一個(gè)地，因此需要進(jìn)行隔離。光耦主要的優(yōu)點(diǎn)，起到隔離作用，使用光隔離，抗干擾能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快。光耦使用主要遵循 來(lái)設(shè)計(jì)電阻的取值。103?FCI對(duì)于功率管的選擇主要是使得電壓保留2到3倍的余量，電流保留1.5到2倍的余量，保證材料工作在一個(gè)安全的工作環(huán)境。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文22第 5 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析5.1 穩(wěn)壓分析問(wèn)題一：本課題設(shè)計(jì)要求輸出電壓為14.5V V，電流要求為90A，但是2.0?這個(gè)大的電流在實(shí)驗(yàn)中試驗(yàn)比較麻煩。因此我們就先作1A 到4A 的例子進(jìn)行演示。根據(jù)電路圖，使得負(fù)載在 0 到200歐姆進(jìn)行調(diào)節(jié)，測(cè)量輸出電壓，輸出電壓在有所波動(dòng)。類似與5-1的變化圖5-1 負(fù)載為50歐姆此圖是假設(shè)為負(fù)載為50歐姆的時(shí)候，輸出電壓為14.5V ，滿足設(shè)計(jì)要求而且根據(jù)輸出電壓的升高電壓符合設(shè)計(jì)要求，在要求14.5V 前提下上下波動(dòng)0.2V ，但是當(dāng)輸出負(fù)載為3歐姆的時(shí)候如5-2圖圖5-2 負(fù)載為3歐姆輸出平均電壓為14.0V，當(dāng)負(fù)載為3歐姆的時(shí)候，輸出電流較大。在開(kāi)關(guān)電源為導(dǎo)通期間，輸出濾波電容電感存儲(chǔ)能量，當(dāng)關(guān)斷的時(shí)候由電容和電感進(jìn)行維持，但是負(fù)載較重，放電快，導(dǎo)致整體輸出平均電壓下降。解決方法：調(diào)節(jié)反饋靈敏度，時(shí)間常數(shù)合理，使得反饋跟上響應(yīng)。問(wèn)題二：在測(cè)量輸出電壓值，電壓值在以14.5V為中心在上下波動(dòng)，但是波動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)計(jì)要求0.2V。解決方法：分析現(xiàn)象原因，是反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)不精確造成。其一是光耦隔離兩端的電阻參數(shù)取值不對(duì)。改善電阻的取值，輸出電壓就明顯變好。其二是SG3525的9腳，誤差放大系數(shù)的調(diào)整，在最初的設(shè)計(jì)中使用的補(bǔ)償電容是0.1uF（104） ，無(wú)法使得輸出電壓精確穩(wěn)壓，在修改補(bǔ)償電容的值為0.001uF(102) ，溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文23輸出電壓也變得精確，滿足設(shè)計(jì)要求。5.2 散熱分析對(duì)于本設(shè)計(jì)，不同的電路結(jié)構(gòu)會(huì)散熱有很大的影響。設(shè)計(jì)之前對(duì)于方案一和方案二進(jìn)行功耗比較，選擇了方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是方案二仍有很大的發(fā)熱現(xiàn)象。主要的散熱元件為整流二極管，功率開(kāi)關(guān)管，續(xù)流二極管。經(jīng)過(guò)測(cè)試永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓在幾十伏到幾百伏左右，而且頻率也在16Hz到160Hz之間變化。5.2.1 整流二極管發(fā)熱假設(shè)整流二極管的壓降為1V，設(shè)計(jì)工作電流為90A，占空比為0.1，輸入電壓為100V，6只整流二極管。則功耗為： wP541.096???再加上整流二極管的開(kāi)關(guān)損耗，哪么6只整流二極管的總體損耗可以超過(guò)100W，這么大的功率在通過(guò)材料表面進(jìn)行散熱，材料表面溫度會(huì)很高。5.2.2 功率開(kāi)關(guān)管發(fā)熱假設(shè)功率開(kāi)關(guān)管的壓降為1V，設(shè)計(jì)工作電流為90A，占空比為0.1，輸入電壓為100V。則功耗為： wP91.0??另外還有加上幾十KHZ的開(kāi)關(guān)損耗，溫度同樣比較高。5.2.3 續(xù)流二極管發(fā)熱假設(shè)續(xù)流二極管的壓降為0.5V，設(shè)計(jì)工作電流為90A，占空比為0.9，輸入溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文24電壓為100V。則功耗為： wP5.409.5.0???同樣續(xù)流二極管也存在開(kāi)通關(guān)端的損耗，因此溫度也會(huì)很高。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的溫度，工作電流為1.3A左右，測(cè)量開(kāi)關(guān)管的溫度和續(xù)流二極管的溫度如下表5-3 ：輸入電壓 輸出電壓 開(kāi)關(guān)管（溫度） 續(xù)流二極管（溫度）輸出電流(A)30V 14.57V 30 40 1.2670V 14.59V 33 47 1.2690V 14.59V 40 52 1.3表5-3 測(cè)試值仔細(xì)觀察這一段數(shù)據(jù)，當(dāng)輸入電壓升高的時(shí)候，續(xù)流二極管的溫度變的更高。解決方法：在電路中發(fā)熱元件添加散熱片，通過(guò)風(fēng)冷進(jìn)行散熱。散熱片的選擇，一般選擇材料為銅，銀或鋁，根據(jù)成本的分析一般最實(shí)用的為鋁，另外表面積越大越好，顏色一般為黑色最佳。在散熱片和材料的安裝中，在兩者之間涂硅油，使得能更好的接觸，有利于散熱。5.3 噪聲分析在試驗(yàn)中，調(diào)節(jié)負(fù)載和輸入電壓，電感會(huì)有程度不同的噪音產(chǎn)生。但是開(kāi)關(guān)電源從原理設(shè)計(jì)上，就會(huì)存在噪音的存在，只有在某個(gè)程度上對(duì)于噪音進(jìn)行控制，使得噪音降到最小。解決方法：增大電感的縫隙，提高電感的線性度，避免電感因磁芯飽和產(chǎn)生噪聲。另外改善反饋網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)誤差放大器上的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，讓芯片輸出占空比控制接近理想狀態(tài)。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文255.4 紋波分析在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，輸出電壓的紋波比較嚴(yán)重，根據(jù)分析主要是開(kāi)關(guān)狀態(tài)導(dǎo)致的紋波，此紋波的頻率在 5MHz 左右，幅值在 2.2V 左右，開(kāi)關(guān)電源的最大的困難就是紋波的產(chǎn)生，但是由于開(kāi)關(guān)電路本身的結(jié)構(gòu)原因，無(wú)法將紋波徹底消除，只能在某個(gè)程度上降低紋波的產(chǎn)生，保護(hù)負(fù)載由于紋波而產(chǎn)生不必要的功率損耗。解決方法：針對(duì)這個(gè)紋波，對(duì)于輸出電壓進(jìn)行了二次濾波，根據(jù)公式(5-1)LCf?21?根據(jù)計(jì)算，f=5MHz, 電容選用 4700Uf,電感根據(jù)計(jì)算電感選用 ，需要H120.??的電感值很小，在磁芯上繞了 5 圈的，經(jīng)過(guò)二次濾波，輸出電壓的紋波幅值在700mV，隨著負(fù)載的變化，紋波只增加一倍 1.4V。溫州大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)論文26結(jié)論在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過(guò)長(zhǎng)久的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用降壓斬