1 電路研究

1.1 應(yīng)用電路（一）

該應(yīng)用電路是一個開關(guān)電源，是鑒于以下幾點考慮而設(shè)計的：（1）針對電機調(diào)速,、溫度控制等大功率應(yīng)用方向,，確定是AC-DC變換，這里AC 專指交流50周單相電壓220V工頻電網(wǎng),；（2）該電源輸入必須是高功率因數(shù)0.95以上,，還必須是低噪擾，符合或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn),；（3）該電源效率要求在 90%以上,；（4）能體現(xiàn)SITH管的優(yōu)勢，避開其弱點,。

這里采用了BOOST變換程式（圖1）,。圖中 R1：1kΩ；R2：20Ω,；R3：10kΩ,；R 4：5kΩ；R5：5kΩ,；R6：800kΩ,；R7：10k Ω,；R8：20kΩ,；R9：1MΩ；R10：0.2 Ω,；R11：50kΩ,；R12：10kΩ；C1：0.01mf,；C2：200pf,； C3：0.1mf；C4：50mf,；C5：100mf/400V,； C6：2mf/~250V,；C7：2000pf；D1：12V/0.5W穩(wěn)壓二極管,；D2： 3A快恢二極管HER308,； D3、D6：2A/400V整流橋,；Q1,、Q3：npn三極管8050；Q2：pnp三極管8550,；Q4：VDMOS 10A/30V,；L1：2mH/ 1A高頻電感；L2：2mH/ 1A高頻電感,；IC：UC3852,。

UC3852的詳細工作原理請參閱Texas Instruments公司有關(guān)資料。要著重指出的是,， UC3852是一種專門用來提高輸入功率因數(shù)的開關(guān)電源控制芯片,，它的基本原理是在遠高于50周的頻率下工作， 控制開關(guān)管以一個恒定的時間Ton導(dǎo)通,，導(dǎo)通時電感L2承受全部交流輸入電壓Vin ,。在Ton結(jié)束時， 電感電流,，也就是輸入電流I in=(Vin /L2)×Ton ,，因此Iin與Vin成正比。接著,，UC3852使開關(guān)管關(guān)閉,， L2向負載端放電，Iin呈線性衰減,， 當(dāng)UC3852檢測到Iin衰減到零時,，又控制開關(guān)管導(dǎo)通，進入下一個Ton,，見圖2,。

圖中， 上部是UC3852的驅(qū)動波形,， 高電平是驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通,，高電平的時間Ton 是恒定的；下部是輸入電壓Vin和輸入電流 Iin的波形,。在Ton時段內(nèi),，Iin線性上升， 上升的速率與當(dāng)時的Vin值成正比， 由于每次都是從零開始,， 因此Iin的峰值也與Vin 成正比,。實際上，UC3852的工作頻率要比圖中表示的高得多,，約25kHz,。因此可認(rèn)為在每個三角形區(qū)段Vin恒定， 則Iin的平均值也正比于V in,，經(jīng)過L1,、C6低通濾波后，輸入電流波形與輸入電壓一致,， 則功率因數(shù)必然很高,。這就是UC3852的簡單工作原理。

圖1的電路參數(shù)構(gòu)成一個輸出為100W的電路,， SITH管為主開關(guān),，采用驅(qū)動電路（一）的方案，由Q1,、Q2,、Q3和Q4組成SITH管的驅(qū)動電路； L2是BOOST電感,；C5是輸出濾波電容,；R 6、R7,、R8,、R9和C3組成反饋電路， 供UC3852采用,， 控制輸出電壓穩(wěn)定,；R12和C7是UC3852工作頻率的定時電路， 這里定在25kHz左右,；L1和C6是低通濾波器,， 阻止Iin中的高頻成分傳回電網(wǎng)；R 10是電流采樣電阻,， 向UC3852提供Iin的波形,。

從圖2的波形上可以看出， 這是一種電流非連續(xù)方式,， 它的好處是開關(guān)管總是從零電流開始導(dǎo)通,，最終達到二倍的平均電流,， 從而使SITH管避開了導(dǎo)通慢的弱點,， 又發(fā)揚了其大電流性能好的優(yōu)點。它又使二極管D2在正向電流到零后再承受反壓,， 避開了反向恢復(fù)損耗的問題,。D2的作用是阻止輸出電容 C5向L2和SITH管放電,， 它正向流過的就是負載電流， 而反向承受的是400V電壓,。測試中D2使用中速的快恢二極管,， 溫升很低。 輸出電壓取400V是電路工作要求的（參閱Texas Instruments 公司有關(guān)資料）,，因而不能降低,。 SITH管在關(guān)斷時也承受400V的反壓， 對它來說余量較大,，也是優(yōu)勢所在,。

測得其主要指標(biāo)如下：輸入電壓：AC220V 50Hz；輸入電流：0.58A,；輸入功率：111W,；功率因數(shù)：0.95；輸出電壓：DC410V,， 紋波峰峰值：Vpp=20V,；輸出負載電阻：1610Ω；輸出功率：104W,； 效率：0.94,。由此看來，SITH器件及其驅(qū)動電路滿足了要求,，結(jié)果是令人滿意的,。

然而，SITH管在工作時大約有3.5W左右的管耗,，是電路中唯一有明顯溫升的器件,。電路中使用的SITH管是TO-220封裝，最初加上50mm× 60mm散熱片,，開機5分鐘內(nèi)表面溫升達50℃,， 輸入功率增加了3W。 后來,， 改用帶有風(fēng)扇的CPU散熱器,， 風(fēng)扇功率1W， 開機15分鐘后,，表面溫升仍不迢過5℃,， 輸入功率始終在111W左右。由此可以認(rèn)為,， SITH管與其它電力器件一樣,，開關(guān)損耗隨溫度升高而增加。若散熱不好，會形成惡性循環(huán),。頻繁的高溫差變化還會使焊錫過早脆化,， 使焊接質(zhì)量變壞。因此良好散熱是保證可靠性,、保證高效率的最有效最重要的手段,。由于SITH管具有較強的過流能力， 因此在良好散熱下,， 不必采用“降容量使用”的傳統(tǒng)方法,， 可以選用電流額定值與工作額定值相當(dāng)?shù)钠骷?以降低成本又不影響可靠性。

1.2 應(yīng)用電路（二）

應(yīng)用電路（一）的輸出電壓是固定直流400V,， 不能靈活調(diào)整,， 又沒能與輸入隔離， 往往需要加后級電路,。本應(yīng)用電路（二）是在電路（一）基礎(chǔ)上加以改動,， 將輸出隔離， 又能調(diào)整電壓,， 見圖3,。圖中：R1：1kΩ；R2：20Ω,；R 3：10kΩ,；R4：5kΩ；R5：5kΩ,；R6：800kΩ,；R7：10kΩ；R8：20kΩ,；R9：1MΩ ,；R10：0.2Ω；R11：50kΩ,；R12：10k Ω,；R13：20kΩ/3W；R14：40Ω/10W,；C 1：0.01mf,；C2：200pf；C3：0.1mf,；C 4：50mf,；C5：2000pf / 400V；C6：2mf / ~250V,；C7：2000pf,；C8：0.1mf / 600V,；C9：3000mf / 50V；C10：2mf / 400V,； D1：12V / 0.5W穩(wěn)壓二極管；D2,、D7,、D8、D9：3A快恢二極管HER308,； D3,、D4、D5,、D6：2A/400V整流橋,；D10：46V / 1W稻壓二極管；Q1,、Q3：npn三極管8050,；Q2：pnp三極管8550；Q4：VDMOS 10A/30V,；L1：2mH/ 1A高頻電感,； L2：2mH/ 1A高頻電感；L3：500mH/ 2A高頻電感,；Tr：高頻變壓器,；匝比：2:1×2；IC1：UC3852,； IC2：光耦521-1,。

此電路參數(shù)是48V/100W輸出的直流電源。它的工作原理與電路（一）相同,，只是輸出部分用電容C 10將SITH管漏極的直流方波割直成交流方波,，送到變壓器Tr的初級，然后耦合到次級改變了電壓,，再經(jīng)過整流濾波輸出,。次級分成兩個線圈，分別通過不同的整流濾波環(huán)節(jié),，這是因為通過 C10的交流方波,，是不對稱的， 正向部分實際上是電感L2放電,， 是電流源,， 要用副邊的上半部分整流；負向部分實際上是C10放電,， 是電壓源,， 要用副邊的下半部分整流,。

改變Tr的匝比可以得到需要的輸出電壓， 也與輸入電網(wǎng)隔離,。光耦521-1是負反饋的隔離元件,。D2、 C5,、C8,、R13、R14組成上沖吸收電路,， 由于漏感的原因,，變壓器在接受電流源脈沖時， 上沖十分強烈,， 對器件很不利,， 同時還造成很大的高頻噪擾， 必須衰減它,。吸收電路可以有效地衰減上沖,， 但是經(jīng)大量試驗表明， 這種衰減的能耗相當(dāng)大,， 是以降低效率為代價的,。本試驗中吸收環(huán)節(jié)要消耗6W左右的功率， 上沖仍占主波的25%,， 使效率從91%下降到84%,， 線路板上有一塊明顯的發(fā)熱源。因此在沒解決高效吸收問題之前,， 該電路應(yīng)考慮在小功率應(yīng)用,。

1.3 應(yīng)用電路（三）

這是一個交流開關(guān)，可切換1000W的負載,，應(yīng)用很廣,。原本是用可控硅或雙向可控硅組成，現(xiàn)用兩只SITH管取代,。它具有過零開通和過零關(guān)斷的功能,， 以減小對電網(wǎng)的沖擊，在需要時也可以立即關(guān)斷,。由于使用了SITH管,， 才具有強迫關(guān)斷， 即快速關(guān)斷的功能,。這是可控硅或雙向可控硅做不到的,，它可以與單片機配合使用。這里僅提供強電部分原理圖（圖4）,。圖中：R1,、R2：1kΩ,； R3：10kΩ；R4：200Ω,； R5,、R6、R7：5.1kΩ,； C1：300mF /16V ,；D1、D2：10A/400V整流二極管,；D3,、D4,、D5：1N4001,；Q1、Q2：VDMOS (Ron=0.05W)：IC1：LM393雙比較器,；IC2： CD4013 D觸發(fā)器,；IC3、IC4：光耦521,；Tr1：電源變壓器220V/9V×2～3W,。

圖中， 兩只SITH管反串聯(lián),， 而各自又與一個二極管反并聯(lián),， 兩只SITH管同時導(dǎo)通或同時關(guān)斷，形成了交流開關(guān),。IC1比較器產(chǎn)生過零脈沖信號,， 作為IC2 D觸發(fā)器的時鐘信號， 因此IC2只能在交流電壓過零時改變輸出,。它的一對互補輸出分別控制SITH管的柵極注入和VDMOS管,， 也就控制了交流開關(guān)的過零導(dǎo)通和關(guān)斷。強迫關(guān)斷信號直接控制D觸發(fā)器的R復(fù)位端,， 立即關(guān)斷交流開關(guān),。控制信號通過光耦輸入,， 這是為了防止干擾,。