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(2)开关器件的选取

在调压及逆变电路中，开关器件起着核心的作用。开关器件有很多种，如按功率等级来分类，有微功率器件、小功率器件、大功率器件等等：按制造材料分类有锗管、硅管等;按导电机理分类有双极型器件、单极型器件、混合型器件等;按控制方式来分类，可分为不可控器件、半可控器件和全可控器件三类器件：不可控器件包括整流二极管、快速恢复二极管、肖特基二极管等：半可控器件包括普通晶闸管、高频晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管等;全可控器件包括功率晶体管(BJT)、功率场效应管功率场效应管(Power MOSFET)，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、

静电感应晶体管(SIT)、可关断晶闸管(GTO)、静电感应晶闸管(SITH)等。在选取开关器件时，主要可从以下五个方面考查电器件的性能特点：①导通压降，②运行频率，③器件容量，④耐冲击能力，⑤可靠性。

在本系统中，需要全控性的(能够自关断)开关器件，IGBT是具有功率MOSFET高速开关特性和双极晶体管的低导通电压特性的两者优点并存的电力半导体器件，可以高速开关、耐高压和大电流，所以本设计选取MOSFET作为开关器件。

(3)主要参数计算及仿真波形

一般输出公率500W以下时，考虑采用半桥仿真逆变电路如图7所示。

仿真波形如图8所示，两个MOSFET受给定的脉冲信号控制，一个开通一个关断，并且有一段死区时间，经过半桥逆变电路后，输出给高频变压器的电压为交流70V左右。

3)高频变压器的设计

高压电源高频化的优点是装置小型化，系统的动态反应快;电源装置效率高;有效抑制环境噪声污染。但高压电源高频化发展的阻碍主要体现在高频高压变压器上，其主要问题是：一、高频变压器体积减小，但绝缘问题突出。二、电压输出高则变压器的变比较高，而大变比必然使变压器的非线性严重，使其漏感和分布电容大大增加。

图9为高频高压变压器等效电路简化模型，它由漏感LD、副边分布电容Cp 和理想变压器组成。漏感同样时工作于高频fs下的感抗较工频下增加fs /50倍，严重限制了功率输出;分布电容相同时高频下的容抗较工频下减小至50/fs ，导致空载电流大，功率因数低，空载发热问题突出。对上述问题的处理方法是变压器真空浸油处理(受实验条件所限，本设计并未采用)，并采用大磁芯保证足够的绝缘距离，以减小分布电容Cp及其影响，但Cp减小必使LD 增加。

4)倍压电路的设计

(1)倍压电路

本设计在升压变压器输出后采用了倍压电路二次升压，这样可以减小变压器的体积，提高效率。倍压整流不仅可以将交流电转换成直流电(整流)，而且不需要再增加滤波电容。它能够在一定的电压之下，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。

现就图10所示四倍压整流电路进行分析。在分析过程中，均假设各电容的充电速度远大于放电速度，并将导通的二极管用短路线来代替。

开始工作后，在第一周期的正半周，电压u经二极管VD1给电容C1充电到um，在负半周u与C1 上的电压串联起来给C2 充电。在下一周期的正半周，电压u在给C1充电的同时，由于VD1已导通，C3 上尚无电压，故C3将通过VD1、VD3向C3充电;在负半周，u与C1在向C2充电的同时C3也向尚无电压的C4 充电。四倍压电路在这个周期正、负半周的工作过程如图11所示。

由此可看出，在这种倍压整流电路中其能量是由前向后逐步传递的，每过半个周期便向后传递一步。四倍压整流电路经过4个半周期，即两个周期就有一部分能量传到最后的电容C4 上。在以后的各周期中，正半周重复图11(a)的过程，负半周重复图11(b)的过程。经过若于个周期后，除电容C1 上的电压为um外，其余电容上的电压均为2um 。负载RL上得到的电压为C2、C4上电压之和即4um 。以此类推，对于四级级(八倍压)整流电路，也可以得到相同的结论。本设计所用的八倍压整流电路如图12所示：

(2)仿真波形

由高频变压器输入给倍压电路的交流电压大约2千伏，经八倍压整流电路的倍压整流，最后输出

关键词： BUCK调压 小功率 高压电源