1 前言
电源是各类电子设备的重要组成部分，没有一部高质量的电源，难以保证电子设备的正常工作，由于高频开关电源在重量、体积和效率等方面是线性电源无可比拟，因此在许多领域中得到广泛应用。线性电源和开关电源各有自己的特点，线性电源的特点是稳定性好、可靠性高、输出电压精度高、输出纹波电压小。它的不足之处是要求采用工频变压器和滤波器，它们的重量和体积都很大，并且调整管的功耗较大，使得电源的效率大大降低。相对于线性电源来说，开关电源具有效率高，可靠性和稳定性较好，体积小，重量轻的优点，它对供电电网电压的波动不敏感，在电网电压波动较大的情况下，仍能维持较稳定的输出，因此，开关电源更能满足现代电子设备的要求。
近些年来，由于新型功率器件和开关集成稳压器的出现，以及电力电子变换技术的进步，使开关电源又有了长足发展。
绝缘栅双极型晶体管IGBT是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件，其输入极为MOSFET，输出极为PNP晶体管，因此，可以把其看作是MOS输入的达林顿管。它融和了这两种器件的优点，既具有MOSFET器件驱动简单和快速的优点，又具有双极型器件容量大的优点，因而在现代电力电子技术中得到
了越来越广泛的应用。本系统采用门极可关断功率全控式电力电子器件IGBT，改变其负载两端的直流平均电压的调制方法采用脉冲调宽的方式，即主开关通断的周期保持不变，而每次通电时间可变。
由于IGBT工作在高频与高电压、大电流的条件下，使得它容易损坏，另外，电源作为系统的前级，因为受电网波动、雷击等原因的影响使得它所承受的应力更大，故IGBT 的可靠性直接关系到电源的可靠性。因而对IGBT的保护设计是电源设计时需要重点考虑的一个环节。本次设计采用富士公司的EXB841驱动芯片，利用其单电源，模块化，过流检测，保护软关断等优点，通过单片机控制实现大功率开关电源电路的设计。
2.1 方案论述
2.1.1方案一
图2.1 开关电源电路框图
交流电压经过EMI滤波及整流滤波后，得到直流电压加到半桥变换器上，用TLP250去驱动功率IGBT管。强电和弱电的分离是通过TLP250来实现的，经过TLP250光耦，放大、整形之后驱动功率IGBT。输入电枢绕组的直流电压经过PWM斩波调制之后，形成所需的控制直流电压。TLP250是一种可直接驱动小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，日本东芝公司生产，最大驱动能力达1.5A。选用TLP250光耦既保证了功率驱动电路与PWM脉宽调制电路的可靠隔离，又具备了直接驱动IGBT的能力，使驱动电路特别简单。
图2.2 TLP250引脚图
TLP250包含一个光发射二极管和一个集成光探测器，是8脚双列封装，适合于IGBT 或功率M0SFET栅极驱动电路。TLP250的管脚如图2.2所示。TLP250驱动主要具备以下
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特征：输入阀值电流If=5mA(max)；电源电流Ic =l1mA(max)；电源电压V=10～35V；输出电流L=±0.5A(min)。如何对功率器件IRF840进行驱动是至关重要的，必须首先对此问题加以解决，然后才能在此基础上对控制器进行设计。基于TLP250的电路图如下
图2.3 基于TLP250开关电源
图2.4 开关电源电路方框图
220V交流电压经过EMI滤波及整流后，得到约300V的直流电压加到桥式变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率IGBT管。本系统采用门极可关断功率全控式电力电子器件IGBT，改变其负载两端的直流平均电压的调制方法采用脉冲调宽的方式，即主开关通断的周期T保持不变，而每次通电时间可变。实际上就是利用自关断器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加到负载上，通过通、断
的时间变化来改变负载电压平均值，亦称直流一直流变换器。驱动芯片采用EXB841，通过单片机控制输出触发脉冲，控制IGBT的通断，从而改变输出功率的大小。
2.2 方案论证选择
方案一、二的电路基本结构和原理相似，其主要区别在于驱动芯片的选择： TLP250驱动芯片体积小，价格便宜，是不带过流保护的IGBT驱动器中较理想的选择，但由于没有软关断功能，它在大功率电路中对IGBT的保护不够；与它相比，EXB841具有单电源，模块化，过流检测，保护软关断等优点，通过单片机控制，操作更灵活，控制更精确，更适合于大功率开关电源电路，所以采用方案二。
3 基本原理
3.1 斩波电路原理
将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，也称为直接直流-直流变换器（DC/DC Converter ）。降压斩波电路时其最基本的一种电路，如图所示，它的原理如下： （1）t=0时刻驱动V 导通，电源E 向负载供电，负载电压uo=E ，负载电流io 按指数曲线上升
（2）t=t1时刻控制V 关断，负载电流经二极管VD 续流，负载电压uo 近似为零，负载电流呈指数曲线下降。为了使负载电流连续且脉动小通常使串接的电感L 值较大。  至一个周期T 结束，再驱动V 导通，重
复上一周期的过程。当电路工作于稳态时，负载电流在一个周期的初值和终值相等。负载电压的平均值为
（式3—1）
t on ——V 通的时间  t off ——V 断的时间 a--导通占空比
模块化电源由此式知，输出到负载的电压平均值Uo 最大为E ，若减小占空比a ，Uo 随之减小。因此称为降压斩波电路。负载电流平均值为
（式3—2）
若负载中L 值较小，则在V 关断后，到了t2时刻，负载电流衰减到零，会出现负载电流断续的情况，此时负载电压平均值会被抬高，一般不希望出现电流断续的情况。
根据队输出电压平均值进行调控的方式不同，斩波电路可有三种控制方式： （1）T 不变，变t on  —脉冲宽度调制（PWM ） （2）t on 不变，变T —频率调制
（3）t on 和T 都可调，改变占空比—混合型
PWM(脉宽调制技术)控制系统具有较大的优越性：主电路线路简单，需要的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少；低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统频带宽，快速响应性能好，动态抗干扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率高。
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