工程師技術(shù)分享：基于BUCK調(diào)壓的小功率高壓電源

當(dāng)開關(guān)S斷開后，由于電感電流不能突變，失去外加激勵(lì)趨于下降的電感電流在電感L兩端產(chǎn)生感應(yīng)左正右負(fù)的感應(yīng)電勢(shì)，這一感應(yīng)電勢(shì)將克服電容器電壓使二極管D承受正偏導(dǎo)通，形成L→C、R→D→L的續(xù)流回路。

開關(guān)閉合時(shí)電感電流增加，開關(guān)斷開時(shí)電感電流下降，電容的充、放電電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值等于零，即：在電容充電電流大于零。(2)主開關(guān)管及續(xù)流二極管的選擇

VDMOS管為電壓控制器件，驅(qū)動(dòng)容易，沒有二次擊穿現(xiàn)象，熱穩(wěn)定性好，安全工作區(qū)(SOA)大，開關(guān)速度快，開關(guān)損耗小，就目前VDMOS管的制造水平，在高頻中小功率范圍，尤其在高電壓小電流或低電壓大電流應(yīng)用場(chǎng)合，VDMOS管具有很高的性能價(jià)格比，值得優(yōu)先選用。本設(shè)計(jì)Ui

=300V，ILM=1A，功率開關(guān)屬于高電壓小電流工作，實(shí)際選用的功率場(chǎng)效應(yīng)管型號(hào)是IRF840，其主要參數(shù)如下：

最大反壓VDSVDS：500V

連續(xù)工作電流ID：8A

峰值電流IDM：32A

導(dǎo)通電阻Ron：0.85Ω

開通時(shí)間ton：lOns

關(guān)斷時(shí)間toff：9ns

續(xù)流二極管的正向額定電流必須大于最大負(fù)載電流，耐壓必須大于輸入電壓，且留有余量，此外，另一個(gè)根重要的考慮是為減因漏感和引線電感產(chǎn)生的尖峰電壓，續(xù)流二極管宜采用反向恢復(fù)時(shí)間短，具有軟恢復(fù)特性的肖特基二極管(SBD)，實(shí)際采用的型號(hào)是FR307，其反向電壓為700V，正向額定電流為3A。

(3)仿真波形圖

BUCK電路如圖3所示，電路采用串聯(lián)開關(guān)降壓式結(jié)構(gòu)，其中Q為功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET。ton期間，控制信號(hào)使Q導(dǎo)通，電流增大，電感儲(chǔ)能;toff期間，Q關(guān)斷，電感電流經(jīng)續(xù)流二極管D向負(fù)載釋放能量。對(duì)BUCK部分進(jìn)行仿真，得到如下波形：

如圖4所示，Buck電路的輸出電壓保持在140V左右，電感電流呈現(xiàn)脈動(dòng)形狀，在開關(guān)閉合時(shí)電感電流增加，開關(guān)斷開時(shí)電感電流下降。開關(guān)頻率為100kHz,占空比為45%。

(1)半橋逆變電路工作原理半橋逆變電路原理圖如圖5所示，它有兩個(gè)橋臂，每個(gè)橋臂由一個(gè)可控器件和一個(gè)反并聯(lián)二極管組成。在直流側(cè)接有兩個(gè)相互串聯(lián)的足夠大的電容，兩個(gè)電容的聯(lián)結(jié)點(diǎn)便成為直流電源的中點(diǎn)。負(fù)載聯(lián)接在直流電源中點(diǎn)和兩個(gè)橋臂聯(lián)結(jié)點(diǎn)之間。

設(shè)開關(guān)器件V1和V2 的柵極信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)各有半周正偏，半周反偏，且二者互補(bǔ)。當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)，其工作波形如圖6所示。輸出電壓uo 為矩形波，其幅值為Um=Ud/2。輸出電流io 波形隨負(fù)載情況而異。設(shè)t2時(shí)刻以前V1為通態(tài)，V2為斷態(tài)。t2時(shí)刻給V1 關(guān)斷信號(hào)，給V2開通信號(hào)，則V1 關(guān)斷，但感性負(fù)載中的電流io不能立即改變方向，于是VD2導(dǎo)通續(xù)流。當(dāng)t3時(shí)刻t0降為零時(shí)，VD2截止，V2開通，io 開始反向。同樣，在t4時(shí)刻給V2關(guān)斷信號(hào)，給V2開通信號(hào)后，V2關(guān)斷，VD1先導(dǎo)通續(xù)流，t5時(shí)刻V1 才開通。各段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通器件的名稱標(biāo)于圖6的下部。當(dāng)V1或V2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量;而當(dāng)VD1或VD2 為通態(tài)時(shí)，負(fù)載電流和電壓反向，負(fù)載電感中貯藏的能量向直流側(cè)反饋，即負(fù)載電感將其吸收的無功能量反饋回直流側(cè)。反饋回的能量暫時(shí)儲(chǔ)存在直流側(cè)電容器中。直流側(cè)電容器起緩沖這種無功能量的作用。因?yàn)槎O管VD1、 VD2 是負(fù)載向直流側(cè)反饋能量的通道，故稱為反饋二極管;又因?yàn)閂D1和VD2 起著使負(fù)載電流連續(xù)的作用，因此又稱為續(xù)流二極管。

當(dāng)可控器件是不具有門極可關(guān)斷能力的晶閘管時(shí)，必須附加強(qiáng)迫換流電路才能正常工作。

半橋逆變電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，使用器件少。其缺點(diǎn)是輸出交流電壓的幅值Um僅為Ud /2，且直流側(cè)需要兩個(gè)電容器串聯(lián)，工作時(shí)還要控制兩個(gè)電容器電壓的均衡。因此，半橋逆變電路常用于幾KW以下的小功率逆變電源。

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