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1、-毕业设计（论文）-湖北工业大学中心配电室直流操作电源设计-第 27 页 毕 业 设 计（论 文）题 目 湖北工业大学中心配电室 直流操作电源设计 姓 名 学 号 所在学院 湖北工业大学 专业班级 12电气1班 指导教师 日 期 2016 年 6 月 1 日 摘 要直流操作电源是变电站和发电厂是必不可少的二次设备，它自身的可靠性直接关系这发电厂以及变电站可靠运行。随着当今电气设备的不断更新，对电力供电系统提出了越来越高的要求，不间断电源通过交流输入一方面给直流负载供电，另一方面给蓄电池供电，在交流失电的情况下启动蓄电池供电，保证重要设备的安全运行。电力直流操作电源就是其组成的一部分，配电室电气
2、设备的操作、保护、控制、信号、自动装置及事故照明，都需要有可靠的供电电源，因为这类电源尤为重要，所以一般我们都需要专门设置，又把它称为操作电源。本文首先介绍了直流操作电源的研究现状、目的及意义，然后从整体出发给出直流操作电源系统的设计规则，接着介绍了高频开关电源电路原理，设计主电路和控制电路、计算高频整流模块的电路参数、选择合适蓄电池，最后进行主电路和控制电路仿真。主回路高频开关电源模块采用AC-DC-AC-DC模块，控制回路采用电压电流双闭环控制, 电流内环采用峰值电流控制模式，电压外环控制，基于UC3875芯片设计控制系统。关键词：蓄电池，高频开关电源，UC3875ABSTRACT DC
3、operation power supply is the two equipment of substation and power plant, its own reliability is directly related to the power plant and the reliable operation of the substation. Constantly updated with the current of electrical equipment, in power supply system proposed requirements more and more
4、high, uninterruptible power supply through the exchange of input to the DC load power supply, on the other hand to the battery powered, in the case of AC loss of power in the start battery power supply, guarantee to the safe operation of the equipment. Electric power DC operating power supply is a p
5、art of the composition of, power distribution room electrical equipment operation, protection, control, signal, automatic devices and emergency lighting, need reliable power supply, because this kind of power source is particularly important, therefore, we need to set up a special, and refer to it a
6、s the operating power supply.In this paper, we first introduce the DC operation power supply research status, purpose and significance, and from the whole of design rules for a given DC operation power supply system, then introduced the high-frequency switching power supply circuit, the design of ma
7、in circuit and control circuit, high frequency rectifier module of circuit parameter calculation and choose a suitable battery. Finally, the main circuit and the control circuit simulation. Main circuit of high-frequency switching power supply module using clinical module, the control circuit of the
8、 voltage and current double closed loop control, current loop uses peak current control mode, voltage outer loop control, the control system based on UC3875 is used in the design.Key Words:battery，High frequency switching power supply，UC3875原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内
9、容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学 院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。2、不保密 （请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年
10、月 日目录1 绪论11.1研究意义11.2研究背景及发展趋势11.3直流操作电源系统31.3.1直流操作电源系统的工作原理31.3.2 直流操作电源系统组成32 开关电源原理72.1开关电源概念72.2开关电源组成原理72.2.1整流电路82.2.2功率因素校正(PFC)92.2.3电压型逆变电路102.2.4 PWM逆变电路112.2.5 输出滤波电路122.3高频开关电源采用的主要技术133 开关电源设计及主电路参数计算173.1主电路设计173.1.1方案比较173.1.2 主电路电路图183.2控制电路设计193.2.1 UC3875芯片介绍193.2.2外围电路设计203.2.3控制
11、电路设计223.3主电路参数计算223.3.1系统设计要求223.3.2电路中电量计算和设定233.3.3效率预估计和功率计算233.3.4输入侧电流计算243.3.5开关频率243.3.6 原副边匝数比243.3.7开关管选择243.3.8 EMI滤波器253.3.9 L1C1滤波参数设计253.3.10输出整流二极管选取253.3.11输出滤波参数L2C2的计算253.4高频开关电源模块数量配置264 蓄电池容量计算及选型274.1直流负荷分析274.2蓄电池容量计算274.3蓄电池的选择294.3.1蓄电池的个数选择294.3.2蓄电池均衡充电电压选择304.3.3蓄电池放电时终止的电压
12、的校验305 主电路和控制电路仿真315.1主电路和控制电路仿真电路图315.2仿真波形分析326 结论37致 谢38参考文献391 绪论1.1研究意义直流操作电源系统的重要性有以下几点:(1)变电站的直流操系统关系着在停电情况下一片相关区域在停电状况下是否能够仍然维持基本运转，如照明、信号、控制系统等。(2)变电站的直流操作系统设计十分重要，如果电流系统设计不合理、选择的设备型号不对应的话将会导致用电设备的一系列的问题，轻微的只是短路、发热等，而严重的则可能造成烧毁甚至爆炸造成无法挽回的后果。(3)直流操电源在变电站中应该满足各种必须的需求。因为涉及的设备数量和种类特别的多所以操作电源的稳定
13、性就尤为重要了。阀控密封式铅酸蓄电池和高频开关整流电源的使用大大的提升了系统的稳定性，降低了系统的复杂度，从而减少了维护的工作量。所以直流操作电源系统必须受到高度的重视。1.2研究背景及发展趋势我国是一个国土面积很大人口众多的国家，全国各地的都需要用电而且以为地方不同对供电质量的要求也不同，为了能够很好的满足市场的不同需要，那么直流操作电源系统的设计就变得尤为重要了，它们必须要能够满足并适应不同地区的供电状况，从而给用电设备提供安全可靠的电能。在九十年代以前，人们的生活水平还较为低下，对直流操作电源的要求不是很高，只要可以供应平时的照明即可；但是九十年代以后科技迅速发展，电能开始越来越普及，无
14、论是家里还是办公所有的东西都要用电，那么对直流操作系统就提出了更高的要求；而到了近代，用电设备越来越精细，那么对直流操作系统的要求也是与日俱增，最近这些年来直流系统的技术越来越成熟，设备也越做越精细，对可靠性的要求也越来越高了。但是在电力系统中，因为直流系统的设计错误导将会致了电力设施的损坏、系统的瘫痪等一些不可预知的问题，而且事故波及的范围很大，一旦电力系统瘫痪将会造成很多意想不到的麻烦和后果。如现在很多地方都采用电力系统控制的电动门锁控制以及电动闸门，只有保证电能的正常供应才能使他们正常工作，这也体现了直流操作电源的重要性。如今电已经遍及了世界每一个角落，电已经关系到了人们的生活的点点滴滴
15、，而如何持续提供稳定可靠的电能更是重中之重，如电脑、投影仪、照明灯等等一系列的设备都需要有电，再精细一点的如服务器、安全防护系统等，所以直流电源系统在突发情况下起着不可替代的重要作用，所以直流操作电源系统无论在什么什么时间什么地点都将是一个很重要的方面。如果电流电压过大很容易就被电流击穿，所以对直流操作电源系统的要求也更加的严格，不再像以前只用考虑的照明系统，同时这也是对直流操作系统的挑战，促进了它的发展。总体的来看未来的直流电源系统发展趋势总结如下8： （1）性能高、体积小 便于存放同时容量还要满足使用，是未来的一大趋势之一，小的体积有利于适应外部的环境，做到轻、小、薄这是所有的用户都想要得
16、。而如何实现这一想法就需要我们不断的更新和研究了。（2） 数字化 如今数字化技术发展的十分迅速，如现在的数字化电视，使用起来非常的方便、快捷，深受人们的喜爱。数字化有很多的优点，如抗干扰能力强、易于控制和检测等等，所以在设计的时候对于智能化的使用也必不可少。（3）环境友好型以及能源节约型关于环境保护是全国乃至全世界都很重视的一件事情，我们不可以因为我们的需要而破坏环境，所以我们要做到对环境无污染；而出去看得见的污染对于一些电磁波的污染我们也要注意，不然将会对电网产生污染从而胆导致能源的浪费。本次设计是基于学校配电室的一个直流电源系统的设计，也相当与学校这一区域的变电站，直流操作电源对于学校来说
17、尤为重要，它的持续供电可以为老师上课带来方便，为晚间学生学习提供良好的环境等等。1.3 直流操作电源系统1.3.1直流操作电源系统的工作原理（1）交流输入正常工作状态：在系统正常工作时，通过交流配电输入时的单元给全部的整流模块供电。高频整流模块将交流电变换为高质量的直流电，经过保护电器然后输出后，就可以给蓄电池组进行充电，然后同时也可以直接给直流负载供电。（2）交流失电正常工作状态：在系统因为突发原因停电时，整流模块检测到无输入之后就停止工作，那么就只能靠蓄电池来进行供电了。当监控模块在检测到蓄电池有放电的电流和电压到达所设定的终止电流电压的时候，监控模块便自动发出警告27。系统工作时的能量流
18、向图如图1.1所示图1.1 系统工作能量图1.3.2 直流操作电源系统组成 直流操作电源系统由四大模块组成，其中包括高频开关电源模块，蓄电池模块，调压模块和监控模块6，系统框图如图1.2所示。 （1）高频开关电源：开关电源模块是直流操作电源的核心所在，通过整流模块可将输入的低质量交流电转化为高质量的直流电给直流负载和蓄电池供电。作为充电器的整流装置，多年来在不断的发展改进，七十年代是分立元件控制的晶图1.2 直流操作电源系统框图闸管整流装置，可靠性和稳定性较差，技术指标偏低。八十年代发展为集成电路控制的晶闸管整流装置，可靠性和稳定性以及技术指标得到较大的提高，这一时期的晶闸管整流控制技术也日臻
19、成熟，并具备简单的充电、浮充电和均衡充电自动转换控制功能。进入九十年代以后，随着微机控制技术的普及，集成电路控制型晶闸管整流装置逐渐被微机控制型晶闸管整流装置取代，使整流装置的稳流和稳压调节精度得到较大的提高，并且自动化水平的提高可以实现电源的“四遥”，为实现无人值班创造了条件。1996年以后，随着高电压、大功率开关器件和高频变换控制技术的成熟，高频开关整流装置以其模块化结构、N+1并联冗余配置、维护简单快捷、技术指标和自动化程度高的优点，得到迅速的推广和普及。目前，这种高频开关型整流装置已成为市场的主角，未来几年不会有新的整流装置替代。 （2）蓄电池模块：蓄电池在直流系统中占有很重要的位置是
20、它的重要组成部分之一，而且也是整个系统的价格的主要部分，是保证当出现了突发情况的时候给各个用电设备供电的最后的一道电力能源，但是同时问题也就产生了，因为电池出现问题而造成的损失将会比电池本身高的多。所以选择正确的电池组将会对以后的维护和工作的寿命至关重要。如今，随着世代的发展已经广泛使用阀控铅蓄电池了。阀控铅酸蓄电池（VRLAB）是目前广泛使用的后备电池。因为它本身采用的阴极吸收技术，所以电池能够很好的密封，同时在运行中不用再加水维护。蓄电池能够很好的密封带来了很多好处，但是同时让观测和维护变得更加困难，而且因为“免维护”这一不科学的说法导致使用时间过长之后产生了很多问题2。如今绝大部分的阀控
21、铅酸电池实际的使用情况应该是这样的:除开电池厂家制造时的质量问题以外，不正当的使用条件也大大的缩短了电池的使用寿命。即使有专业的人员进行了维护，也仅仅只是手工的检测而已，并没有借助有关的仪器和设备进行检测，不能随时发现电池隐患。同时手工的检测费时费力，反而得不到好的效果。阀控式密封铅酸蓄电池也是最近才兴起的新型蓄电池。该类蓄电池大多采用了一下三点:紧装配密集极板、超细玻璃纤维隔膜和贫电液机构。当然有的也采用管式正极板以及专用隔板胶体电解液的富电液结构，它们的基本原理都全部都是使气体在极板间转移，这样一来就便促进了再化合反应，同时利用减压阀去保持该电池内部可以有一定压力。这样的蓄电池优点是具有防
22、酸功能的，而且基本上属于免维护，与此同时因为没有酸雾和氢体排除所以当容量在300Ah以下时，能够和成套的直流电源柜一起安装到主控室，现在已经广泛的应用在各类变电站之中了，成为无人值班时候首选电池1。 （3）调压模块：一般情况下选择的电力操作电源输出的电压应该为220V或者110V，如果再考虑到蓄电池的充电电压的话，输出电压最高可以可达到额度电压的145%左右，那么这样看来电力操作电源的输出的电压变化的范围就有点大了，所以在电力系统中，除了合闸等冲击性负荷可以直接接在蓄电池的输出端以外，其它的保护和控制类负载都应该使用调压装置间接去和蓄电池进行连接，从而获得稳定的工作电压3。硅堆压降装置是目前比
23、较实用的调压装置，它的原理是在合闸母线上面串入硅堆，然后利用硅堆压降去降低输出的电压。这种降压方式比较稳定可靠，但是缺点是输出的电压不可以进行调节，并且损耗大、效率低。那么在如今开关电源技术飞速发展的世代，调压模块主要采用的是DC/DC变换器。（4）监控模块：直流操作电源系统的核心是微机监控模块，它的主要功能对电力、电压以及电池等各个物理量进行检测，其中还包括过压或者欠压以及电阻等情况，然后把所得到的信息发到信息中心进行比较和分析，同时监控中心也可以对所获得信息进行分析以后发出对应的指令，交给监控系统执行，这样就可以在设备不正常的时候及时的进行处理和修复。通过控制充电模块对电池进行智能充电，然
24、后再利用监控模块进行监控，这样一来节省了大量的人力物力，并且提高工作效率，所以这个模块可以直接影响到系统的全部功能也可以初步说明系统的好坏8。2 开关电源原理2.1开关电源概念 电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标2。按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转换为直流，即为整流；AC/AC称为交流转换为交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导
25、体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源。高频电子开关是电能转换的主要手段和方法。在一个电子开关周期内，电子开关的接通时间与一个电子周期所占时间之比，叫接通占空比。断开时间所占时间的比例称为断开占空比。开关周期是开关频率的倒数9。例如：一个开关电源的工作频率是50kHz，它的周期为20微秒。很明显，接通占空比越大，负载上的电压越高，表明电子开关接通时间越长，此时负载感应电压较高，工作频率也较高。这对于开关电源的高频变压器实现小型化有帮助同时，能量传递的速度也快。但是，开关电源中断开关功率管、高频变
26、压器、控制集成电路以及输入整流二极管的发热量高、损耗大。对于不同的变换器形式，所选用的占空比大小是不一样的。2.2开关电源组成原理 开关电源通常由六大部分组成，如图2.1所示。图2.1开关电源工作原理图图2.2 高频开关电源的波形变化图第一部分是输入电路，它包含有低通滤波和一次整流环节。220V交流电直接经低通滤波和桥式整流后得到未稳压的直流电压Vi，此电压送到第二部分进行功率因数校正，其目的是提高功率因数，它的形式是保持输入电流与输入电压同相。功率因数校正的方法有无源功率因数校正和有源功率因数校正两种，开关电源电路常采用无源功率因数校正。第三部分是功率转换，它是由电子开关和高频方波脉冲电压。
27、第四部分是输出电路，用于将高频方波脉冲电压经整流滤波后变成直流电压输出。第五部分是控制电路，输出电压经过分压、采样后于电路的基准电压进行比较、放大。第六部分是频率振荡发生器，它产生一种高频波段信号，该信号与控制信号叠加进行脉宽调制，达到脉冲宽度可调。有了高频振荡才有电源变换，所以说开关电源的实质是电源变换11。 2.2.1整流电路 整流电路的功能是利用二极管的单向导电性将正弦交流电压转换成单向脉动电压。整流电路有单相整流和三相整流，有半波整流、全波整流、桥式整流等6。表 2.1 常见的几种整流电路2.2.2功率因素校正(PFC) 传统的AC/DC电能变换器和开关电源，其输入电路普遍采用了全桥二
28、极管整流，输出端接到大容量电容器滤波器。虽然整流器电路简单可靠，但它们会在电网中吸取高峰值电流，使输入端的交流电流波形发生畸变，产生谐波，导致功率因数比较低。解决谐波问题的主要思路有两种，一种是被动的方式，即在电网侧对己经产生的谐波进行补偿15。另一种是主动的方式，即对产生谐波的电力电子装置的拓扑结构和控制策略进行改进，使其产生较少甚至不产生谐波，使得输入电流和输入电压同相，达到提高功率因数的目的。 功率因数校正技术是在整流电路和主开关电路中插人功率因数校正电路，使其按一定的斩控频率通断，以维持网侧电流的连续性，并按正弦规律变化19。如图2.3所示，功率因数校正技术的关键就是强制电流按照电压的
29、正弦规律变化而变化，从而达到提高功率因数目的。图中Vin是电源电压，I1是电源电流。2.3 应用功率因数校正的电压电流波形图2.2.3电压型逆变电路2.4电压型逆变电路图及波形图电压型逆变电路的特点(1) 直流侧为电压源或并联大电容，直流侧电压基本无脉动(2) 输出电压为矩形波，输出电流因负载阻抗不同而不同(3) 阻感负载时需提供无功。为了给交流侧向直流侧反馈的无功提供通道，逆变桥各臂并联反馈二极管。 两个半桥电路的组合。1和4一对，2和3另一对，成对桥臂同时导通，交替各导通180。uo波形同图2.4（b）。半桥电路的uo，幅值高出一倍Um=Ud。io波形和图2.4（b）中的io相同，幅值增加
30、一倍，单相逆变电路中应用最多的。可采用移相方式调节逆变电路的输出电压，称为移相调压。各栅极信号为180正偏，180反偏，且V1和V2互补，V3和V4互补关系不变。V3的基极信号只比V1落后q(0quc时使V4通，V3断，uo=Ud。当uruc时使V4断，V3通，uo=0。ur负半周，V2保持通，V1保持断。当uruc时使V3断，V4通，uo=0。这样就得到如图2.6所示所示的单极性的SPWM波形。图2.6 单极性的SPWM波形2.2.5 输出滤波电路 为了得到稳定的电流，一般在主电路中直流输出侧串联一个平波电抗器，用来减少电流的脉动和延长晶闸管导通的时间。其结构如下图：图2.7 输出滤波电路图
31、2.3高频开关电源采用的主要技术 高频开关电源模块采用的技术主要包括：PWM脉宽调制技术，软开关技术，并机均流技术，吸收电路技术，模块散热技术和输出限流和短路保护技术，下面对各技术进行简单介绍。 （1）PWM脉宽调制的相关技术 PWM脉宽调制技术指的是使用一种参考波（通常是正弦波）当作调制波，选用载波是F倍的调制波频率所构成的三角波然后进行比较，此时如果调制波比载波大时将会产生一组幅值相等的同时宽度正比于调制波的矩形波的序列，同时使用开关量去把模拟量代替掉，然后控制逆变器进行直流变成交流的转换技术。在PWM变换技术中有11： 占空比 D=Ton/Ts （2-1） 输出电压 Uo=D*Ui （2
32、-2） 其中：Ts：开关管工作周期；Ton：开关管导通时间（2）软开关技术 开关电源是运行于硬开关的模式的，存在较大的损耗，高频开关变换器可降低功率变换器的尺寸和重量，但也大大增加了开关的损耗。高频零电压和零电流软开关技术，可是开通/关断过程中电压和电流波形不交叠，从而减少开关损耗和开关浪涌20，提高功率变换器的效率。 高频软开关技术包括三大类的技术，其中有并联谐振、串联谐振、准谐振和多谐振。 移相PWM控制方式是近年在全桥变换电路拓扑中广泛应用的一种软开关控制方式。这种控制方式实际上是谐振变换技术与常规PWM变换技术的结合。其基本工作原理是：每个桥臂的两个开关管180互补导通，两个桥臂导通之
33、间相差一个相位角，即所谓的移相角。通过调节移相角的大小，来调节输出电压脉冲宽度，在变压器副边得到占空比D可调的正负半周对称的方波电压，从而达到调节输出电压的目的。移相PWM控制方式利用开关管的结电容和高频变压器的漏感作为谐振元件。利用高频变压器的漏感作为储能对功率开关管的结电容进行充放电来使开关管两端的电压下降为零，使全桥变换器的开关管依次在零电压下导通，在Subber电容的作用下零电压关断，从而有效降低了电路的开关噪声，减小器件的电磁干扰。 （3）并机均流技术 与一个集中的大功率直流电源相比，使用较小功率的DC-DC变换器模块并联有许多优点，比如它的性能比较好、效率也比较高、对负载的调整率也
34、较好；并联的模块可以成功的实现冗余、容易维护和输出功率的扩展。附加的均流控制可以使负载电流在各模块间进行平衡平均分配，从而实现对于DC-DC变换器模块的并联运行。为了设计均流性能优越及高可靠的DC-DC变换器并联系统，人们已经开发和分析了许多方法，如下垂法、主从均流法、自动均流法、民主均流法等6。下垂法：在并联的电源系统中，每个模块按外特性和各模块的电压参数值均分总负载电流，它可以利用电流的反馈，同时对单元输出阻抗进行模块的调节，从而成功实现均流。主从均流法：主模块是由很多模块跟随一个确定的主电源模块进行工作。在电流型控制中，主模块的输出给各从模块，通过其各自的电流反馈控制，使所有模块分担相同
35、的负载电流。按主从单元的连接方法分，有tree型和link型（树型和链型）两种。其中对于树型结构，单元之间接口较多，任一从单元失效，系统仍能工作，但如果主单元失效，系统将无法工作，电源可靠性由主机的可靠性决定。而链型结构单元之间的接口少，环中最后单元失效，系统仍能工作，但是如果主单元或前面的从单元失效，系统将会无法工作可靠性更低。自动均流法：这种方法不需要外加均流控制器，在每一个电源模块单元之间连接一条公共使用耳朵均流母线CSB，这条均流母线的电压是N个电源模块中的每一个的输出电流电压信号的平均值的大小。它与每个电源模块的所取样获得的电压信号做出比较后通过调节放大器进行输出，这个便是误差电压，
36、然后进行输出电流的调节，从而达到均流的效果。通过平均电流我们可以精确进行均流，但是如果公共母线CSB发生短路的时候或者母线上有的电源模块没有工作时，那么就会导致CBS电压下降，从而使得电源的模块的输出电压下降，甚至达可能会导致电源系统出现问题。这些均流方法已广泛应用于直流模块并联系统和交流UPS系统中。多机并联时必须严格保证并机以后的效果，即在一个相当长的时间内仍能很好的维持其负载的均分性能。直流电源的均流技术已经比较成熟，目前用的较多的就是主从并联供电法和按电流自动均流法，前者主要指电源模块单元在进行并联运行的时候，将会选定其中某个电源模块单元当作主电源模块，其它的电源模块则作为从电源模块。
37、主电源模块的工作方式是电压源方式，然后电源模块工作的方式也是电流源方式，对立的进行电流的设置。在这种方式下如果主模块失效，那么将会导致整个系统崩溃，很明显没有冗余的功能。而按电流自动均流法只用电流均分母线提供并联模块之间单线通讯联系，在应用电流误差放大器时，要注意保证系统的稳定。将几只电源模块并联应用，从理论上讲，只有输出电压完全一样才能实现绝对地均流。但当两块电源实现了并联的实际运行时，如果想要提供相同的输出电流一般是不可能的，比如微小的电压如果存在与输出端那么可能会引起很大的电流的失衡量。其中，输出电压较大者将企图提供整个负载电流，导致电源系统安全稳定性与使用寿命大大降低。 本文采用民主均
38、流法，这个技术的优点有以下两种：首先是均流不平衡度比较小，一般在3左右。其次是主模块是通过比较之后任意产生出来的，在主模块由于突发情况退出工作之后，系统就会自动选择另外一个输出电流较大的模块作为主模块，并且进行自动重新调整输出电流的操作，达到新的平衡。这样就能够适当的避免当主模块出现故障时所产生的不良后果。（4）吸收电路技术 每种的开关电源都会包括开通和关断两种状态，因为电路会存在寄生参数L、C所以开关器件的所承受的di/dt或dv/dt会比较大，这样一来就可能使得开关器件因为承受了过高的电压和过大的电流而造成损坏。因此我们应该增加用于吸收的电路从而限制或减小di/dt以及dv/dt，这样来降
39、低电压峰值或电流峰值，降低开关电源的损耗，减少产热避免器件损坏。而吸收电路的主要包括： 把运行的电压和电流进行一定的限制，将他们限制在安全的区域（SOA）内。 通过设计使得di/dt以及dv/dt变得比较小，同时限制器件上的工作电压峰值或电流峰值，这样就可以保证器件正常运行了。 通过限制开关的功率消耗，并且把转移走，加强散热降低温度保护开关。（5）模块散热技术 现在的电力系统中主要使用的是风冷和自然冷却两种方法进行高频开关的散热，根据不同的环境用户选择适当的方式进行散热。 自然冷却的好处是没有噪音、不会存在寿命的问题，但是所需要的环境要求较高，比如空间要大、通风效果要好。 而风冷方式的优点是体
40、积小，但是有风机噪音，吸入的灰尘也大需要进行清理，而且还要严格的设计通风的通道，而且寿命也受到影响。（6）输出限流和短路保护高频开关整流模块包括两种功能：对直流输出进行限流和短路保护24。输出的限流保护：它是通过获取直流输出电流值，把它和同时设置的最大电流值（即限流值）进行比较。如果模块的输出电流等于所设定的限流值时，通过电流反馈控制环的电路控制整流模块进行限流操作。 短路保护：它是采用了逐周波峰值电流检测的模式，通过检测主回路开关器件每一个周期的电流值，让其进行电流环的调节，实现逐波限流从而进行短路保护。3 开关电源设计及主电路参数计算3.1主电路设计3.1.1方案比较 从电能变换角度来看，
41、设计方式可有二种:AC-DC,AC-DC-AC-DC。 传统情况下的硅整流是通过硅控进行的电压的调整，简称为相控式整流，电路图如图3.1所示。图3.1 相控电源电路图传统相控整流电源存在以下缺陷：1. 因为采用相角控制，谐波分量大，效率低。2. 输出的时候电压纹波大，那么这样就会使得蓄电池的寿命收到影响。3. 以为加入了变压器进行降压，是的设备的体积变的更大了，重量也增加，稳定性反而降低了。正是因为有了这些缺点，使得高频开关电源应运而生。在八十年代，高频开关电源已经开始被使用了，只是过了10年左右才慢慢发展起来。它的基本原理是把三相交流电源通过转化变成直流220V，不再使用相控的变压器去进行降
42、压，同时采用了PWM进行电压的调整，不再使用导通角进行控制，这样一来就可消除纹波的污染了，同时把纹波电压变成0.1%以下，将功率因数变得接近于1同时使得稳压精度误差在0.5%以内，这样一来就可以满足所有相关方面的设备对电流的要求了，而且传统的可控硅直流电源系统的整流模块采用主从备份方式，当一台充电、浮充电发生故障时，一般是通过手动将备用充电/浮充电装置投入使用，这种方式可靠性差、运行和维护工作量大、充电柜数量多、占地面积大。所以现在基本都采用高频开关整流系统。 因为这些年软开关技术的兴起以及在高频开关电源中方面的应用，将开关电源电源的消耗变得更低了，提高了开关电源的精密度，从而使得开关电源从各
43、个方面都已经超越了传统相控电源28。如今直流电源的发展以高频开关变换技术作为自己的基础，趋势包括一下几点为：高效化、高频化、大功率、污染小。同时在管理的方法上面通过网络利用计算机形成多级的计算机监控系统来进行监控。3.1.2 主电路电路图图3.2高频开关电源电路图3.2控制电路设计3.2.1 UC3875芯片介绍 UC3875，它有4个独立的输出驱动端可以直接驱动四只功率MOSFET管，见图3.3，其中OUTA和OUTB相位相反，OUTC和OUTD相位相反，而OUTC和OUTD相对于OUTA和OUTB的相位是可调的，也正是通过调节的大小来进行PWM控制的21。图3.3 UC3875芯片引脚图
44、UC3875有20脚和28脚两种，这里仅介绍20脚的UC3875的管脚功能，表3.1为管脚功能简要说明21。表3.1UC3875芯片引脚说明3.2.2外围电路设计 控制电路采用电压电流双闭环控制，电流内环采用峰值电流控制模式，基于UC3875芯片设计控制系统。（1） 控制芯片。UC3875芯片专为全桥移相电路而设计的，同时具有峰值电流控制，次谐波补偿等特点，因此广泛使用在通讯电源和电力操作电源的控制电路（2） 电流内环设计。变压器原边绕组的交流电流经过整流后，形成峰值电流负反馈，该电流信号需转化为电压信号。通过在整流输出后，连接的取样电阻转换为电压信号。通过RC滤波器抑制噪声。（3） 电压外环设计。该电压环是一个由电感L，电容C组成的二阶系统。为了简化电压调节器的设计，可当作一阶系统处理。在设计中，若电压环剪切频率取2kHz，则在使用PI调节器加极点方式时，将极点设在开关频率处即可获得满意的稳态和动态性能。电路是通过在UC3875芯片内置误差放大器加上适当补偿网络实现的。控制电路图如图3.4所示:图3.4外围电路 在移相全桥开关电路中，驱动信号不仅要驱动桥的两个对角臂，还要使两个对角桥臂的导通有一定的时间延时，有效占空比由图7所示的延迟时间控制。由于两个桥臂的开关元件不是同时被驱动的，所以需要精确设置“移相”导通波形之间的延迟时间间隔，延迟时间间隔由谐振控制电路的电压回路进