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    這種直―直變換器是在基本DC-DC變換器的基礎(chǔ)上得到的，是一種兩級結(jié)構(gòu)的變換器。前級是基本BUCK變換器，后級為正激變換器。這種新型變換器結(jié)構(gòu)綜合了BUCK變換器和正激變換器的優(yōu)點(diǎn)，既能夠適應(yīng)輸入電壓的大范圍波動，又能降低單個開關(guān)管的耐壓，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。
    兩級變換器的優(yōu)點(diǎn)如下：
    ?  電路拓?fù)浜啙崳刂齐娐泛唵危?BR>    ?  前級電路可以在高頻下工作，濾波器很小；
    ?  后級開關(guān)管在前級輸出電壓接近零時(shí)開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)ZVS狀態(tài)；
    ?  適應(yīng)大范圍電壓波動。

3  以兩級變換器為主體的控制電源的設(shè)計(jì)

    礦用機(jī)車控制電源就是目前普遍使用的一種開關(guān)電源，它是一種直―直變換器。在滿足普通電源的參數(shù)要求的前提下，礦用機(jī)車控制電源又有其獨(dú)特的要求：高的穩(wěn)定性和可靠性。由于礦用機(jī)車控制電源使用的環(huán)境一般都比較惡劣，如輸入電壓波動大、空氣濕度較大、粉塵含量高、不宜于維護(hù)等。現(xiàn)有礦用機(jī)車控制電源雖然能夠滿足電壓變換的要求，但故障率較高，而且當(dāng)輸入電壓范圍變化較大時(shí)，其穩(wěn)定性大大降低。
    本文在新型DC-DC變換器的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于兩級機(jī)構(gòu)的礦用機(jī)車控制電源，并采用多種保護(hù)措施，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。這種新型控制電源可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。
3.1  主電路設(shè)計(jì)
    本設(shè)計(jì)中的直―直變換器的主電路的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。前級BUCK電路，將輸入電壓先降到200V，再將200V穩(wěn)定的直流電壓輸入到正激變換器，得到所需的直流輸出電壓。

圖2   主電路結(jié)構(gòu)

    以這種變換器作為主體設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，當(dāng)電源的輸入波動較大時(shí)，前級BUCK電路既可以降壓，又可以穩(wěn)壓。使輸入后級正激變換器的電壓基本穩(wěn)定，這樣就使正激變換器的工作更加穩(wěn)定。
    在工作中，如果單個開關(guān)管承受的電壓高，容易擊穿時(shí)，可以用兩個開關(guān)管串聯(lián)起來作為一個管子用，這在高反應(yīng)晶體管較少的早期常用辦法之一。由于目前的工藝水平，F(xiàn)ET管的工作電壓不能太高，常用的功率MOS管的最高耐壓多在1000V左右，而400V左右的管子價(jià)格低廉一些，BUCK電路采用雙管串聯(lián)解決了管子的耐壓問題，選擇耐壓在1000V的MOS管即可。而且正激電路中用二極管D1、D2導(dǎo)通時(shí)限制了兩個MOS管關(guān)斷時(shí)所受的反壓均在輸入電壓左右，故選用普通的耐壓在400V左右的MOS管即可，這種串聯(lián)結(jié)構(gòu)提高了電源的性價(jià)比。^[1]
3.2  變壓器的設(shè)計(jì)
    (1) 工作頻率的確定
    工作頻率對電源體積及特性影響很大，必須很好的選擇。
    工作頻率高時(shí)，輸出濾波器和輸出變壓器可小型化，過渡響應(yīng)速度快。但主開關(guān)元件的熱損耗增大，噪聲大，而且集成控制器、主開關(guān)元件、輸出二極管、輸出電容以及輸出變壓器的磁芯、還有電路設(shè)計(jì)等都受到限制。另外，還要注意輸出變壓器繞組匝數(shù)。
本設(shè)計(jì)中，選擇變壓器的工作頻率為100kHz。則
   
    式中，T為周期，f為工作頻率。
    (2)  參數(shù)計(jì)算
    ?  磁芯選擇
    最大導(dǎo)通時(shí)間T_ON(max)的確定  T_ON(max)= T_D(max)
    對于正激變換器，D（導(dǎo)通占空比）選為0.4～0.45較為適宜。Dmax是設(shè)計(jì)電路的一個重要參數(shù)，它對主開關(guān)元件，輸出二極管的耐壓與輸出保持時(shí)間，輸出變壓器及輸出濾波器的大小，變換效率等都有很大影響。此處，選Dmax=0.42。
    則有
   
    式中， Po(max)為最大輸出功率，△B為磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量，η為效率， Ku為校核系數(shù)，J為電流密度。
    傳遞功率P＝26×20＝520W選擇E型磁芯（材料為N27）。取Bm=0.2T，鐵氧體Kc=1
    根據(jù)輸出功率與磁芯尺寸之間的關(guān)系，以及S△的值，磁芯選為EI60。當(dāng)頻率為100kHz時(shí)，最大傳輸功率650W。
    Ae=228mm2，Ve=21660mm3，Aw=245mm2
    S△=Ae?Aw=2.28×2.45=5.58cm4
    式中，Ae為有效截面積，Ve為磁芯體積，Aw為窗口面積，S△為功率容量。
    ?  繞阻計(jì)算
   
    式中，N1為原邊匝數(shù)，N2為副邊匝數(shù)， Vi(min)為最小輸入電壓， VF為反向回復(fù)電壓， Io為輸出電流， r為負(fù)載電阻。
    ?  導(dǎo)線線徑計(jì)算
    副邊電流I2原邊電流I1：
   
    取J=2A / mm2
   
    式中，J為電流密度。
    ?  窗口面積校核
    
    式中，Ku為校核系數(shù)，Scu1為原邊導(dǎo)線截面積，Scu2為副邊導(dǎo)線截面積。
    則可知設(shè)計(jì)合理。
    變壓器的工作特性直接關(guān)系到整個電源系統(tǒng)的工作特性，采用以上方法設(shè)計(jì)的變壓器在電源實(shí)際工作中，測得實(shí)際效率為71％，基本符合設(shè)計(jì)要求。

4  試驗(yàn)波形及結(jié)論

    本控制電源在實(shí)際應(yīng)用在礦用機(jī)車應(yīng)用上取得了較好的使用效果，解決了寬范圍電壓輸入時(shí)電源穩(wěn)定性和可靠性下降的問題，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。圖3示出為實(shí)際測得串聯(lián)MOS管的驅(qū)動脈沖波形。

圖3   串聯(lián)MOS管驅(qū)動脈沖波形

    本文首先提出了一種新型的基于DCDC變換器拓?fù)涞膬杉壸儞Q器。該變換器有一個雙管BUCK變換器和一個雙管正激變換器組成，采用先降壓后變換兩級變換結(jié)構(gòu)。采用這種新型變換器拓?fù)湓O(shè)計(jì)的一種新型的礦用機(jī)車的控制電源在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的性能。 

參考文獻(xiàn)：
[1] 張占松,蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M]. 電子工業(yè)出版社,2001,1.
[2] Xie Shaojun, Fan ying, Zhou Dake. Research on a Novel Inverter Based on DC/DC Converter Topology[J]. Journal of Southeast University(English Edition),Dec.2002 Vol.18 No.4.
[3] 何希才. 新型開關(guān)電源及其應(yīng)用[M]. 人民郵電出版社,1996,5.