内容发布更新时间 : 2024/5/10 4:20:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

滑动，则A点分压值降低，小于比较器ICl同相输入端的2．5V基准电压，输出高电平。由于电容C49的存在，调压模块输出电压缓慢升高，输出电压升高。同时A点电位随之升高，由负反馈作用A点电位最终动态平衡于2．5V基准电压。这样，保证了输入控制电压稳定，控制更加精确。调低输出电压过程与上述过程相反。

本电路的一大特色的引入了同轴电位器，其用意是为了使输出电压纹波减小。当用户调低输出电压时，若半桥逆变电路的输入电压没有相应的减小，很容易出现系统输出电压纹波过大的现象。若半桥逆变电路的输入电压不随之下降，SG3525输出触发脉冲宽度将明显减小，进而变压器副边绕组输出电压脉冲宽度明显变窄，纹波增大。为此，在调压电路中增设同轴电位器。当需要调低输出电压时，向下滑动同轴端，A点电位升高，经比较器ICl后，单相交流调压模块的控制端电压随之降低，即输入电压降低，保证变压器副边绕组输出脉冲脉宽基本保持不变，有效减小输出电压纹波。 3.2.5驱动电路

驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电力电子装置的重要环节，对整个装置的性能有很大的影响[14-15]。采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减小开关损耗，对装置的运行效率、可靠性和安全性都有很重要的意义。本系统采用双端全隔离型驱动电路，如图3．9所示。

从SG3525驱动输出端输出幅值约为15V的方波电压，经过耦合电容C34后，直接加在驱动变压器两端，电阻R31及R32是用来抑制寄生振荡的，而电阻R33与R34是用来加速场效应管关断的。

综上所述，本系统所采取的驱动电路开关频率高、驱动功率大、结构简单且工作稳定可靠，保证功率级与控制级安全隔离。

一般的驱动电路还可以采用光耦隔离，使桥臂分别导通。但是光耦隔离最大的问题在于：如果某一个光耦驱动出现故障坏掉，那么此通路可能将一直保持高电平的通路状态，不会使场效应管关断，那么这将导致同一桥臂的两个管子同时导通，这是十分危险，也是万万不能的。如果采用变压器隔离驱动的形式控制场效应管的导通和关断，绝对不会出现两个开关管同时导通的现象。如果驱动出现故障，

最坏的情况就是两个管子都保持关断的状态，通过以上的考虑，所以没有采用光耦驱动。

图3.9驱动电路

图3．9中也包括变压器初级绕组的吸收电路[16-18]。开关稳压电源中的最高的反冲电压，是在开关管截止时产生的，这个很高的反冲电压就产生在开关变压器初级绕组的两端，同时也加在功率场效应管漏极和源极之间，这样就对开关管是一个很大的威胁，为了消除或减少这种威胁，将吸收电路加在开关变压器初级绕组的两端，这样就保证了开关管的安全，也保证了电路的安全。

图3．9中采用的是电容器c36和电阻R35串联后，与初级绕组两端并联，其目的是为了使高频自由振荡变成低频自由振荡，自由振荡频率低了，那么向外辐射的干扰就会降低很多。当开关管截止时，由于在初级绕组两端并联了比分布电容大得多的电容C36(一般在几百～几千pF)，结果使其自由振荡频率降低了，又由于在电路中串联了消耗能量的电阻R35(一般在几百～几千Q)，所以使振荡很快衰减下去。 3.2.6倍压整流电路

一般的高压电源均采用变压器进行升压，但容易增大电源设备体积。为了使设备小型化，本系统采用了倍压电路升压。倍压电路具有升压变压器的作用，并且不使用滤波电容。倍压整流电路的作用是，不仅可以将交流电换成直流电(整流)，而且能够在一定的变压器副边电压之下，得到高出若干倍的直流电压(倍压)。只要倍压电路中使用电容的总体积不是很大，就可以减小整个电源设备的体积[19-24]。

图3.10普通倍压电路

图3．10所示为普通的多倍压电路，以正弦波输入为例。U2为正半周，电源电压通过VD3l将电容C37充电到√2U2，然后在负半周时(如图3．10(c))，VD32导通，此时电容C37上的电压Uc37与U，的极性一致，它们共同将电容C38充电到2√2Uz。到下一个正半周时(如图3．10(b))，通过VD33向C39充电，Uc39=u2+uc38-Ue37=2√2U2。而

在另一个负半周时(如图3．10(c))，通过VD3向C40充电，Uc40=u2+uc37+Ue39-u。3s=2√2U2。依此类推，可以分析出电容C41、C42等也都充电到2√2U2，它们的极性如图3．10所示。最后，只要把负载接到有关电容组的两端，就可以得到相应的多倍压直流输出。

图3．10所示电路的优点是每个电容上的电压不会超过变压器次级峰值电压的2倍，所以可以选用耐压较低的电容。缺点是电容串联放电，纹波大。这样会带来很多危害：

(1)容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生较多的危害； (2)降低了电源的效率；

(3)较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； (4)会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； (5)会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。

图3.11双向4倍压整流电路

由于本电源输出10KV～'50KV高压，对于纹波大小的控制更是至关重要。所以本论文采用了一种双向倍压整流的方案，即把高压变压器安装在倍压电路的中间，如图3．11所示，这样整个电路相当于两个4倍压电路串联。这样做的目的主要是为了减小倍压电路内部压降，提高直流电源的稳定度和效率，增强负载能力，可以大幅度地减小电源输出的纹波系数。 倍压整流电路内部压降计算公式为：

整个倍压整流电路直流输出电压为：

vacp为倍压整流电路的输入电压，也即高压变压器的输出电压，由分析知，变压器的输入电压为100V，变比60，考虑变压器内部的损耗，取变压器效率为80％，则Vacl,=6250V，通过计算取n=4，f=20KHz，输出电流Io为10mA，选用的电容参数为耐压15KV，容量为5000pF，硅堆的耐压参数为30KV。 3.3磁性元件设计 3.3.1磁性材料和结构

开关电源中的磁性元件常用的材料是软磁材料。软磁材料指的是剩磁和矫顽力均很小的铁磁材料，特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。软磁材料按照主要成分、磁性特点、结构特点，大致可分为三类[25]：

(1)金属磁芯：硅钢片、坡莫合金、非晶及纳米晶合金。除非晶及纳米晶合金外，这类材料常用在频率低于30KHz的场合，因而在开关电源中用得较少。 (2)磁粉芯：磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料，一方面可以隔绝涡流，故适用于较高频率：另一方面，材料具有低导磁率及恒导磁特性，直流电流叠加性能好，主要用于高频电感。常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。

(3)铁氧体磁芯t铁氧体是复合氧化物烧结体，有锰锌铁氧体、镍锌铁氧体、铜镁锌铁氧体等几类，其中锰锌铁氧体的产量和用量最大。铁氧体在应用上很方便，而且电阻率远大于金属磁性材料，可抑制涡流的产生，磁导率随频率的变化

特性稳定，在150KHz以下基本保持不变。此外，铁氧体具有高的饱和磁感应强度。随频率增大，损耗上升不大，随温度提高，损耗变化不大。广泛应用于功率扼流圈、并列式滤波器、开关电源变压器、开关电源电感、功率因数校正电路。 磁芯的基本结构有[26]：

(1)叠片型：通常由硅钢或镍钢薄片冲剪成E，I，F，O等形状，叠成一个铁芯。

(2)环形铁芯：由O型薄片叠成，也可由窄长的硅钢、合金钢带卷绕而成，此形

铁芯绕线困难。

(3)C形铁芯：此种铁芯可免去环形铁芯绕线困难的缺点，由两个C形铁芯对接

而成，因此可用机械绕线，线圈可填满整个窗口。

(4)罐形铁芯(POT)：它是磁芯在外，铜线圈在里，免去了环形线圈绕线不便 的一种结构形式，可以减少EMI。 3.3.2绝缘问题

高压变压器的绝缘包括高压边对原边的绝缘、高压边对铁芯的绝缘、高压边端部的绝缘。提高绝缘一个困难在于高频变压器的体积较小，绝缘距离受到限制；另一个困难在于提高绝缘强度和降低漏感是一对矛盾，提高绝缘强度要求高压边对原边及对铁芯的距离越远越好；而降低漏感则要求高压边对原边及对铁芯的距离越近越好。同时，为了降低变压器的分布电容，绝缘材料的介电常数一定要小。 3.4人机接口电路

本系统需要用户使用键盘进行必要的操作，同时把操作进程显示在液晶屏幕上供用户实时查看，因此需要设计一个良好、简洁、清晰的人机接口电路。 3.4.1键盘输入模块的设计

当系统首次启动后，用户需要通过键盘输入频率和脉宽的初始设定值；当系统正常运行过程中，根据负载的变化，用户需要改变输出的频率和脉宽值，同样需要使用键盘进行修改。下图即为键盘输入的硬件结构图。

本系统设置了6个键盘按钮，一端分别与AT89C51的P2．O\．5引脚相连，另一端均接地。程序设计采用查询方式检测键盘接口，单片机通过读取