開關(guān)電源畢業(yè)論文 (2)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　反激式開關(guān)電源的開發(fā)</p><p>　　系 別： 電子信息系</p><p>　　專 業(yè) 名 稱： 電子信息科學與技術(shù)</p><p>　　學 生 姓 名： </p><

2、p>　　學 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名、職稱： </p><p>　　完成日期：2015年 4 月 1日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，開關(guān)電源應(yīng)用范圍越來越廣泛，它以體積小，攜帶輕便，能量利用率高，具有特別的綠色功能，使系統(tǒng)

3、在空載的或在低負載的情況下工作在節(jié)能模式，從而被廣泛的運用于航天航空領(lǐng)域、家電、通信、儀器儀表、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，隨著電子技術(shù)發(fā)展使其越來越具有發(fā)展前景。</p><p>　　本次研究從經(jīng)濟上和實用性考慮，選擇了眾多開關(guān)電源里的一種類型——反激式開關(guān)電源。參數(shù)為AC220～110輸入，DC13V 輸出，最大輸出電流達到1.5A，最大輸出功率為14.5W。噪聲系數(shù)小，兩種輸出電壓以適合在不同國家中使用。系統(tǒng)

4、由ST8853為核心的PWM脈寬調(diào)制芯片，和結(jié)合完善的外圍電路組成。系統(tǒng)主要由輸入端設(shè)計，高頻變壓器，輸出端，反饋電路，控制電路五部分組成，整個電路具有短路保護，防雷，隔離高壓，防觸電，短路檢測，輸出功率和電壓自動調(diào)節(jié)等功能，其穩(wěn)定性和安全性高。</p><p>　　系統(tǒng)工作原理: 交流電壓輸入,經(jīng)直流濾波后，DC-DC 變壓，整流輸出，后級電路通過采樣電阻后放大后耦合到線性光耦合器pc817,最后反饋到到st8

5、853檢測腳，芯片輸出PWM控制信號控制大功率MOS管的開關(guān)，從而穩(wěn)定調(diào)節(jié)輸出電壓。</p><p>　　關(guān)鍵詞：反激式開關(guān)電源；高頻變壓器；st8853</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In recent years, the switching power supply has got more a

6、nd more wide application range, it has small volume, portable, high energy utilization, even has the special green pattern.It make the system in idle or work under low load condition in energy saving mode, which is widel

7、y used in aerospace field, home appliances, communications, instrumentation, industrial control, medical equipment and other fields, with the development of electronic technology to make it has the prospects for developm

8、en</p><p>　　The study from the economic and practical consideration, choose one type in a number of switch power supply--the flyback type switch power supply. Parameter is AC220 ~ 110 input, DC13V output, th

9、e maximum output current is 1.5 A, maximum output power is 14.5 W. Small noise coefficient, two kinds of output voltage to suit to be used in different countries. System by the PWM pulse width modulation chip ST8853 as t

10、he core, and combined with peripheral circuit. System is mainly composed of input ter</p><p>　　The working principle of the system: the input AC voltage, DC filter, DC-DC transformer, rectifier circuit, thro

11、ugh the sampling resistor after amplification coupled to the linear optical coupler PC817, finally feedback to st8853 feet, PWM chip output control signal to control the switch of high power MOS tube, in order to stabili

12、ze the output voltage regulation</p><p>　　Keywords: Flyback switching power supply; high frequency transformer; st8853</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1　緒 論1<

13、;/b></p><p>　　1.1　研究背景1</p><p>　　1.2　開關(guān)電源的發(fā)展前景1</p><p>　　1.3　研究意義2</p><p>　　1.4　本課題要求及主要研究內(nèi)容2</p><p>　　2　反激式開關(guān)電源的理論基礎(chǔ)3</p><p>　　2.1　開關(guān)

14、電源的概念3</p><p>　　2.2　反激式開關(guān)電源的原理3</p><p>　　2.3　正激式和反激式開關(guān)電源的區(qū)別3</p><p>　　2.4　反激式開關(guān)電源的優(yōu)點4</p><p>　　2.5　反激式開關(guān)電源的缺點4</p><p>　　3　硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計5</p><p

15、>　　3.1　硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計思路5</p><p>　　3.2　輸入端的電壓浪涌抑制設(shè)計和分析5</p><p>　　3.2.1　浪涌抑制器(壓敏電阻)-7D4716</p><p>　　3.3　輸入回路短路保護的設(shè)計和分析6</p><p>　　3.3.1　短路保護器件——保險管6</p><p>

16、;　　3.4　安規(guī)電容濾波電路的設(shè)計和分析7</p><p>　　3.4.1　安規(guī)電容8</p><p>　　3.4.2　安規(guī)電容與普通電容的區(qū)別8</p><p>　　3.5　共模電感組成的EMI抑制電路8</p><p>　　3.5.1　共模電感的理論知識9</p><p>　　3.5.2　共模電感和差模

17、電感的區(qū)別9</p><p>　　3.6　前級整流濾波電路的設(shè)計和分析9</p><p>　　3.6.1整流電路器件的選型10</p><p>　　3.7　隔離變壓器的設(shè)計和分析10</p><p>　　3.8　輸出端的濾波電路設(shè)計原理11</p><p>　　3.8.1　鐵芯電感的濾波原理12</

18、p><p>　　3.8.2　PI型濾波器12</p><p>　　4　核心電路設(shè)計原理和分析13</p><p>　　4.1　反饋電路的設(shè)計和分析13</p><p>　　4.1.1　TL431可控硅13</p><p>　　4.1.2　密勒補償14</p><p>　　4.1.3　光耦隔

19、離器PC81714</p><p>　　4.2　開關(guān)電源PWM控制原理和分析14</p><p>　　4.2.1　ST8853芯片原理15</p><p>　　4.2.2　ST8853芯片內(nèi)部工作原理介紹15</p><p>　　5　電路的調(diào)試和總結(jié)17</p><p>　　5.1　焊接中出現(xiàn)的問題17&l

20、t;/p><p>　　5.1.1　啟動電阻焊錯17</p><p>　　5.1.2　LF2電感虛焊17</p><p>　　5.2　電路的測試17</p><p>　　5.2.1　測試中遇到的問題17</p><p>　　5.2.2　測量結(jié)果17</p><p><b>　　5.

21、3　結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　致謝21</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　開關(guān)電源自20世紀問世以來，便迅速發(fā)展。開關(guān)電源以功耗低、效率高等的優(yōu)點

22、聞名各行各界。雖然國內(nèi)開關(guān)電源起步比較晚，但是通過近幾十年電子技術(shù)的高速的發(fā)展，慢慢的跟上了國際發(fā)展的步伐。</p><p>　　開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)，采用大功率半導(dǎo)體器件如（MOS管，SCR,IGBT等）作為開關(guān)，通過PWM脈寬調(diào)制芯片控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的占空比，來調(diào)整系統(tǒng)的輸出電壓，來維持電源的穩(wěn)定輸出。在八十年代計算機電源率先開關(guān)電源化，在進入九十年代后開關(guān)電源早已廣泛應(yīng)用在各種電子設(shè)備中。

23、開關(guān)電源框架一般由MOSFET和IC脈沖寬度調(diào)制控制構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，兩者的成本都隨著輸出功率的增大而增大，但兩者增長速率不同。隨著國內(nèi)外電子電力技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使的開關(guān)電源技術(shù)高速發(fā)展，開關(guān)電源的成本不但降低，從而給開關(guān)電源的發(fā)展提供了廣闊的空間。使得得開關(guān)電源被廣泛的運用在家電、通信、儀器儀表、工業(yè)控制、醫(yī)療設(shè)備航天航空等領(lǐng)域。</p><p><b>　　研究背景</b>

24、</p><p>　　目前，開關(guān)電源行業(yè)已經(jīng)進入一個全新的發(fā)展階段。各種高新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，新的工藝被普遍應(yīng)用，新產(chǎn)品層出不窮。 隨著電子行業(yè)的高速發(fā)展，電源適配器是電子產(chǎn)品不可缺少的組成部分。其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的各項技術(shù)指標，電子產(chǎn)品性能的表現(xiàn)越來越依賴有一個穩(wěn)定的電源供電。對電源行業(yè)的要求越高，對開關(guān)電源提出要求也越來越高，目前開關(guān)電源能量利用率普遍不高，EMC輻射大，噪聲大，這些問題有待未來新技術(shù)

25、來解決。</p><p><b>　　開關(guān)電源的發(fā)展前景</b></p><p>　　大功率高頻開關(guān)管（如MOSFFT）的運用，開關(guān)頻率由以前的幾十Hz的頻率發(fā)展到現(xiàn)在的上百千Hz，功率由剛開始的幾瓦提高到現(xiàn)在的上百甚至上千瓦，能量利用率由原來的50%發(fā)展到現(xiàn)在最大可達90%以上，開關(guān)電源的功率仍還在不斷的增大。由于開關(guān)電源高效，節(jié)能，小型化，低成本等的優(yōu)點，受到各行

26、各業(yè)技術(shù)人員的青睞。高頻技術(shù)的發(fā)展，玩美的運用在開關(guān)電源上，高頻技術(shù)的運用使開關(guān)電源小型化，微型化，并使開關(guān)電源進入到更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是運用在高新技術(shù)領(lǐng)域。新型半導(dǎo)體材料的研制是開關(guān)電源發(fā)展的龍頭，各種高技術(shù)的出現(xiàn)推動了開關(guān)電源的小型化、輕便化，智能化。隨著節(jié)能環(huán)保的提倡，各式各樣的開關(guān)電源蓬勃發(fā)展，為開關(guān)電源的發(fā)展注入了新的活力。 </p><p>　　目前開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻化、高性能、抗干擾、低功

27、耗、低EMC輻射、低噪聲和電路模塊化。由于開關(guān)電源小巧輕便安全，它的關(guān)鍵技術(shù)是高頻技術(shù)的不斷創(chuàng)新，國內(nèi)外開關(guān)電源制造商在不斷的尋求新的技術(shù)去改善當前開關(guān)電源的不足之處，特別是改善開關(guān)電源整流器件的鐵損耗，并在功率鐵氧體材料上改進創(chuàng)新，以為了在高頻率下和較大磁通密度下獲得更高的磁通性能，各種濾波電容小型化小型化也是一項非常關(guān)鍵的技術(shù)。各種布線技術(shù)和制造工藝進步也促成開關(guān)電源高頻化的發(fā)展，SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的發(fā)展，在PC

28、B板兩面布置元器件，為開關(guān)電源的輕便化提供了技術(shù)支持。隨著目前開關(guān)電源的高頻化，就必然會對傳統(tǒng)的脈寬開調(diào)制(PWM)開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)零電壓開關(guān)(Zero Voltage Switch)、零電流開關(guān)（Zero Current Switch）的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流發(fā)展技術(shù)，使得開關(guān)電源的工作效率大幅度提升。想加快我國開關(guān)電源行業(yè)的發(fā)展，就一定要走技術(shù)創(chuàng)新之路。</p><p><b>　　研

29、究意義</b></p><p>　　開關(guān)電源具有體積小、重量輕（體積和重量僅僅是線性電源的20～30%左右）、效率非常高（一般為65～75%，而普通的線性電源一般只有25～40%）、其自身的抗干擾性非常強、輸出的電壓范圍很寬可以從2V—30V不等、可以分模塊化設(shè)計,成本低廉，不需要購買龐大的散熱片和笨重的工頻變壓器，其適用于大部分中小功率的電子產(chǎn)品或各種電源適配器上，又因為反激式開關(guān)電源不用大的儲能濾

30、波電感，成本更低，更輕便，更具有實用性，所以設(shè)計一款低功耗反激式開關(guān)電源就顯得非常有意義。</p><p>　　通過這個設(shè)計，充分的把學到的理論知識運用到實際應(yīng)用中去。</p><p>　　本課題要求及主要研究內(nèi)容 </p><p>　　研究反激式開關(guān)電源的實現(xiàn)方法，并按照設(shè)計指標要求完成電路設(shè)計。</p><p><b>　　本次

31、研究的內(nèi)容有：</b></p><p>　　1、研究反激式開關(guān)的優(yōu)點和存在的不足。2、研究開關(guān)電源的核心芯片的設(shè)計方法。</p><p>　　3、研究各種保護電路和各種外圍功能電路的實現(xiàn)方法。</p><p><b>　　設(shè)計要求： </b></p><p>　　交流輸入電壓：110V～220V； &

32、lt;/p><p>　　輸出電壓：12V～13V當負載電流在1.2A的情況下，輸出電壓為>12 以上；</p><p>　　當未接負載時輸出電壓在13V左右。</p><p>　　紋波值：小于50mv</p><p><b>　　工作效率：>80%</b></p><p>　　2 反激式開

33、關(guān)電源的理論基礎(chǔ)</p><p><b>　　開關(guān)電源的概念</b></p><p>　　“開關(guān)電源：從名詞上來理解即工作在“開”和“關(guān)”的狀態(tài)下，事實上也是可以這樣理解的。開關(guān)電源是利用當代領(lǐng)先的電力電子技術(shù)，通過控制開關(guān)管（如MOSFFT）的開通和關(guān)斷的時間比值，來維持整個系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出的一種電源，開關(guān)電源的核心器件由脈沖寬度調(diào)制控制芯片IC和大功率開關(guān)管組成。&

34、lt;/p><p>　　反激式開關(guān)電源的原理</p><p>　　所謂的反激開關(guān)電源，指當大功率開關(guān)管（如MOS）導(dǎo)通時，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負，后級二極管處于截止狀態(tài)，在初級線圈中儲存能量，當開關(guān)管截止時，變壓器Ｔ初級線圈中存儲的能量，通過次級線圈及后級二極管整流和π型濾波器濾波后向負載輸出。反激式開關(guān)電源以大功率MOS管的導(dǎo)通和截止為主要特征。開關(guān)管（MOS）導(dǎo)通時，變壓

35、器初級線圈內(nèi)不斷儲存能量；而開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器線圈內(nèi)儲存的能量通過整流二極管給負載供電，直到下一個脈沖到來，一直由pwm脈寬控制著。開關(guān)電源中的高頻脈沖變壓器起著非常重要的作用：一是完成電能——磁能——電能的轉(zhuǎn)換，濾波后輸出為負載提供穩(wěn)定的直流電壓；二是可以實現(xiàn)基本的變壓器功能，通過高頻脈沖變壓器的初級繞組和兩個次級繞組可以輸出兩路的直流電壓值；三是可以實現(xiàn)高壓交流和低壓直流的隔離作用，避免觸電事故，保證用戶的安全。</p>

36、;<p>　　正激式和反激式開關(guān)電源的區(qū)別</p><p>　　它們兩者的最大區(qū)別在與高頻變壓器的繞線方向上，正激是在初級開關(guān)管導(dǎo)通時向次級傳送能量，既初級線圈和次級線圈是同名端，而反激是在初級開關(guān)管關(guān)閉時向次級傳送能量。單一的從結(jié)構(gòu)上單看變壓器的話是看不出是正激還是反激的，但是區(qū)分正激和反激開關(guān)電源最明顯的區(qū)別就是正激電源在次級必須有個大的儲能濾波電感，而反激開關(guān)電源是沒有的。開關(guān)管與整流管同時開

37、的是正激，因此變壓器不需要存磁能，可以降低體積提高功率；反之是反激，主繞組先保存磁能，在開關(guān)管關(guān)閉后通過整流管泄放磁能，因此變壓器要大。</p><p>　　反激式開關(guān)電源的優(yōu)點</p><p>　　反激式開關(guān)電源:電路拓撲較簡單，元件數(shù)少，不需要另加磁復(fù)位繞組，高頻變壓器具有變壓和隔離的作用，其成本較低，所以其運用比正激式運用廣泛。由于不需要輸出儲能濾波電感和續(xù)流二極管，易實現(xiàn)多路輸出。

38、其輸出電壓易受PWM調(diào)制度比正激式的大。</p><p>　　反激式開關(guān)電源的缺點</p><p>　　反激式開關(guān)電源的電流和電壓輸出特性要比正激式開關(guān)電源差，紋波系數(shù)較高，負載能力比正激式要差，pwm芯片在控制MOS管在關(guān)斷的該電路變換器的條件下才把儲存磁能傳送出去；其瞬態(tài)反應(yīng)比正激式開關(guān)電源差，當輸出電壓發(fā)生變化的時候，核心芯片要在下一個脈沖周期才控制MOS 管的導(dǎo)通。磁芯單向磁化，利

39、用率較低，而且開關(guān)器件承受的電流峰值很大。</p><p>　　3硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計</p><p>　　硬件系統(tǒng)的基本設(shè)計思路</p><p>　　由于模塊化設(shè)計有利于設(shè)計和分析問題，本設(shè)計也采用模塊設(shè)計。系統(tǒng)的核心采用了st8835為核心的pwm控制芯片，其設(shè)計簡單成本低廉。下面介紹反激式開關(guān)電源的總體硬件結(jié)構(gòu)，為硬件系統(tǒng)提供基本的理論設(shè)計依據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計主要分為

40、輸入端設(shè)計，隔離變壓器，輸出端，反饋電路，控制電路，五大部分組成。輸入端又由浪涌抑制，短路保護，EMI濾波，整流電路四個小部分部分組成。其中反饋電路和控制電路為核心電路。輸入端,隔離變壓器,輸出端為系統(tǒng)的基本電路。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　輸入端的電壓浪涌抑制設(shè)計和分析</p><p>　　浪涌抑制的電

41、路設(shè)計原理圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 浪涌抑制器電路設(shè)計原理圖</p><p>　　由于輸入電壓是接在220V-110V的交流電上，其接在長距離的高壓電網(wǎng)上，容易受到尖峰電壓的影響，比如電網(wǎng)附近有大的電感性開關(guān)，暴風雨天氣時的雷電放電現(xiàn)象，此時其電壓尖峰可達10000V以上。電器回路中偶發(fā)的尖峰電壓，對電器的影響是致命的，所以浪涌抑制器叫浪涌保護器，也叫壓敏電阻，因為

42、其可以起到防雷的作用，也叫防雷管。其在整個系統(tǒng)中起到非常重要的作用，有效的保障了電路中的其他器件的穩(wěn)定運行</p><p>　　浪涌抑制器(壓敏電阻)-7D471</p><p>　　7D471浪涌抑制器外形圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3浪涌抑制器外形圖</p><p>　　7D471也叫壓敏電阻，它是以氧化鋅為基本材料燒結(jié)

43、而成的半導(dǎo)體限壓型的浪涌器件;它有著優(yōu)異的非線性特性和很高的浪涌吸收能力在電子電路中用于電氣保護。其主要用在交/直流電源電路及各類低頻信號、控制電路板及相關(guān)的防雷模塊上作浪涌保護。本電路中采用7D471取得了良好的防脈沖高壓和防雷的效果。</p><p>　　輸入回路短路保護的設(shè)計和分析</p><p>　　輸入回路的短路保護電路設(shè)計原理如圖3.4所示。</p><p&

44、gt;　　圖3.4 短路保護設(shè)計原理</p><p>　　由于開關(guān)電源是工作在開關(guān)狀態(tài)，為了防止大功率開關(guān)管出現(xiàn)控制問題或者器件質(zhì)量問題而導(dǎo)致系統(tǒng)失控，必須添加短路保護器件，有效的防止電路失控時導(dǎo)致前級電路負載過大或者短路而導(dǎo)致危險的發(fā)生，大大的增強了系統(tǒng)的安全性。</p><p>　　短路保護器件——保險管</p><p>　　常規(guī)的保險管外形圖如圖3.5所示。&

45、lt;/p><p>　　圖3.5 保險管外形圖</p><p>　　保險管，是一種安裝在電路中，保證電路安全運行的玻璃管狀的電器元件。也被稱為熔斷器，在IEC127協(xié)議標準中將它定義為“熔斷體（fuse-link)”。保險管（絲）會在電流異常升高到一定的高度時，由于自身電阻導(dǎo)致電阻絲發(fā)熱,超過一定的溫度時,保險絲熔斷，切斷電流，從而起到保護電路安全運行的作用。</p><p

46、>　　安規(guī)電容濾波電路的設(shè)計和分析</p><p>　　安規(guī)電容電路設(shè)計如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 安規(guī)電容電路設(shè)計</p><p>　　由于開關(guān)電源工作在高頻上，其電路中存在大量的差模噪聲干擾。從導(dǎo)線傳入的干擾噪聲稱為傳導(dǎo)干擾，其能量通過導(dǎo)體進行傳播，開關(guān)電源的輸入、輸出引線都是傳播的媒介。開關(guān)電源產(chǎn)生的大量干擾會沿電源線進入電網(wǎng)，向電網(wǎng)

47、注入了大量的噪聲，污染了電網(wǎng)，使同一電網(wǎng)的其它電子設(shè)備受到干擾。同時電源的輸出端還會把干擾噪聲傳遞給負載端，使作為電源負載的電子產(chǎn)品直接受到噪聲的干擾，當這種干擾值達到一定程度時會影響電路的穩(wěn)定工作所以必須加入濾波電路。</p><p>　　本設(shè)計出于安全考慮和EMC考慮設(shè)計了安規(guī)電容。安規(guī)電容的最主要作用是當電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及使用者的人身安全。安規(guī)電容通常用于抗干擾電路中的濾波作用，并在兩端并聯(lián)

48、了兩個150k的電阻，用于防止電源線在拔插時,由于X安規(guī)電容的充放電過程而致電源線的插頭長時間帶電而電擊導(dǎo)致危險的發(fā)生。安規(guī)電容不僅可以起到給市電濾波的作用，還可以阻止高頻變壓器產(chǎn)生的噪聲干擾到同在一線路上的其他電子設(shè)備。</p><p><b>　　安規(guī)電容</b></p><p>　　安規(guī)電容分為兩種，X電容和Y電容，交流輸入端子分為零線（Ｎ），火線（Ｌ）個地線（

49、Ｇ），X電容是跨接在輸入端L線上和Ｎ線上，一般采用金屬薄膜電容；Ｙ電容是接在兩根電力線上和地線上，一般是成對出現(xiàn).X電容和Ｙ電容都可以承受上千伏的脈沖電壓</p><p>　　X電容又分為X1, X2, X3三種，他們主要差別在于:</p><p>　　1. X1耐壓值大于2.5 kV, 小于等于4 kV,</p><p>　　2. X2耐壓值小于等于2.5 kV,

50、，</p><p>　　3. X3耐壓值小于等于1.2 kV。</p><p>　　Y電容底下又分為Y1, Y2, Y3，Y4三種, 主要差別在于:</p><p>　　1. Y1耐壓值大于8 kV,</p><p>　　2. Y2耐壓值大于5 kV,</p><p>　　3. Y3耐壓值 n/a，</p>

51、<p>　　4. Y4耐壓值大于2.5 kV。</p><p>　　X電容主要抑制差模干擾，Y電容主要抑制共模干擾，基于漏電流的限制，Y電容值一般很小，一般X電容是uF級，Y電容是nF級。</p><p>　　安規(guī)電容與普通電容的區(qū)別</p><p>　　安規(guī)電容采用國際電工委員會(IEC) 標準工藝，有著先進的生產(chǎn)技術(shù)和嚴謹?shù)馁|(zhì)量保證體系。安規(guī)電容的

52、放電和普通電容不一樣，一般的電容在外部電源斷電后如果沒有放電回路電荷會保留相當長時間的一段時間，如果此時用手觸摸就會被電電擊的危險，而安規(guī)電容使用在電路里則不會存在這個問題。</p><p>　　共模電感組成的EMI抑制電路</p><p>　　共模電感組成的EMI抑制電路如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 共模電感組成的EMI抑制電路</p>

53、;<p>　　開關(guān)電源是把交流電整流為直流電，再通過開關(guān)把直流轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流，最后再整流最后穩(wěn)定輸出直流的一種電源。這樣就有交流電源的整流波形畸變產(chǎn)生的噪聲以及開關(guān)波形產(chǎn)生的大量噪聲。這些噪聲如果不抑制就會通過導(dǎo)線向電網(wǎng)輻射干擾。電子設(shè)備會影響設(shè)備的正常工作，所以設(shè)計電路的的時候要抑制它們。此共模電感主要主要抑制電路中的共模噪聲。簡單的來說共模干擾就是兩根信號線對地之間的干擾。本設(shè)計中采用了33mH的共模電感有效的抑制了共

54、模噪聲。</p><p><b>　　共模電感的理論知識</b></p><p>　　共模電感外形如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 共模電感外形</p><p>　　共模電感(Common mode Choke)，也叫共模扼流圈，常用于開關(guān)電源中過濾共模的電磁干擾信號。在很多PCB板卡設(shè)計中，共模電感也是起

55、EMI濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁干擾向外輻射。共模電感組成的濾波電路，La和Lb就是共模電感線圈。這兩個線圈繞在同一個鐵芯上，相位和匝數(shù)都相同(繞向反向)。這樣，當電路中的正常電流I流經(jīng)共模電感時，電流在同相位繞制的電感線圈中因產(chǎn)生反向的磁場而相互抵消，此時正常的電流主要受線圈電阻的影響(和少量因漏感造成的阻尼)；當有共模電流流經(jīng)線圈時，由于共模電流的同向性，會在線圈內(nèi)產(chǎn)生同向的磁場而增大線圈的感抗，使線圈表現(xiàn)為高阻抗型，

56、產(chǎn)生較強的阻尼效果，以此衰減共模電流信號，達到濾波的目的。</p><p>　　共模電感和差模電感的區(qū)別</p><p>　　共模電感和差模電感的有以下區(qū)別：</p><p>　?。?）抑制共模干擾的濾波電感叫共模電感。抑制差模干擾的濾波電感叫差模電感。</p><p>　?。?）共模電感是繞在同一鐵心上的圈數(shù)相等、繞向相反、導(dǎo)線直徑相等的兩

57、組線圈。差模電感是繞在一個鐵心上的一個線圈。</p><p>　?。?）共模電感的特點是：由于同一鐵心上的兩組線圈的繞向相反，所以不用擔心鐵心飽和，用的最多的磁芯材料是高導(dǎo)鐵氧體材料。</p><p>　?。?）差模電感的特點是應(yīng)用在大電流的場合。由于鐵心上繞的一個線圈，當流進線圈的電流增大時，線圈中的鐵心會飽和，因此現(xiàn)在用的最多的鐵心材料是金屬粉心材料。</p><p

58、>　　前級整流濾波電路的設(shè)計和分析</p><p>　　整流電路原理圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.9 整流電路原理圖</p><p>　　電流經(jīng)共模電感和X電容EMI濾波后進入整流濾波電路，其電路是由四個IN4007組成的橋式整流電路，把交流整流成直流后經(jīng)C1電容濾波后供后級電路使用。</p><p><b>

59、　　整流電路器件的選型</b></p><p>　　IN4007有著以下優(yōu)良的特性，滿足了系統(tǒng)設(shè)計的要求：</p><p>　　最大反向輸入平均電壓：750V；</p><p>　　最大反向輸入峰值電壓：1000V；</p><p>　　額定輸出電流, If平均：1A；</p><p>　　1A交流25℃下

60、最大正向?qū)妷海?.0V；</p><p>　　正向浪涌電流, Ifs最大:30A；</p><p><b>　　總功率：2.5W。</b></p><p>　　隔離變壓器的設(shè)計和分析</p><p>　　本次設(shè)計的隔離變壓器又程為脈沖隔離變壓器,其工作頻率大于10kHz，其具有隔離，和變壓的作用,DC-DC電路變換原

61、理圖如下圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 DC-DC電路變換原理圖</p><p>　　本設(shè)計采用反激式的結(jié)構(gòu)框架，圖3.10中的T1稱為脈沖隔離變壓器，這類變壓器在初級線圈把直流電壓變換為高頻方波電壓，后級線圈降壓后，再經(jīng)整流濾波變?yōu)橹绷麟妷?。最后輸出到負載，這類變壓器又稱為逆變整流型變壓器。它具有儲能、隔離、和變壓的功能。當ST8835的第六管腳輸出PWM方波控制信號至

62、大功率MOS管，MOS管Q1導(dǎo)通，此時在高頻變壓器初級產(chǎn)生上正下負的電壓，此變壓器初級次級繞法相反，同名端相反，所以次級線圈接的的二極管D5截止。這個階段我們稱之為變壓器的儲能階段。當PWM控制信號變成低電平時，開關(guān)管截止，此時變壓器產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，方向與儲能階段相反，從而使二極管正向D5導(dǎo)通，輸出端輸出電壓。由于變壓器磁芯和線圈的問題會存在漏感，在開關(guān)管關(guān)斷的時候,變壓器會產(chǎn)生尖峰脈沖電壓，為了防止電路產(chǎn)生的電壓尖峰對器件造成傷害。&

63、lt;/p><p>　　電路添加一個RCD吸收回路，它由D7、C2、R2、R3組成。在MOS管開關(guān)管關(guān)斷瞬間，MOS管的漏極電壓會迅速上升，這里的電壓主要有變壓器次級反射電壓，變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓以及輸入電壓疊加組成的。所以增加RCD回路主要目的就是吸收這個尖峰脈沖電壓。這里的電容C2容值非常重要，容值的選擇不能把輸入電壓和反射電壓給吸收了。電阻R2，R3的作用是在開關(guān)管重新打開的時候消耗掉電容C2上儲存的的能量

64、，從而減輕MOS開關(guān)管在導(dǎo)通時承受的電流。初級線圈1，2腳給PWM控制芯片供電。</p><p>　　高頻變壓器的次級線圈中的能量釋放時,D5導(dǎo)通,C3和R47串聯(lián)后并聯(lián)在D5兩端,其作用是抑制次級線圈的反向峰值電壓（浪涌電壓）對二極管D5的影響，以保護二極管耐壓不足不致引起可能的損壞。從技術(shù)專業(yè)上講,C3和R4組成的是加速電路, 就是加快響應(yīng)速度，加快對輸入信號的響應(yīng)速度。后級輸出共模電感LM1起到EMI抑制的

65、作用，防止電源產(chǎn)生的噪聲對接入的電子產(chǎn)品造成影響。</p><p>　　輸出端的濾波電路設(shè)計原理</p><p>　　輸出端的濾波電路由電感和電容組成，輸出端濾波電路設(shè)計原理圖如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 輸出濾波電路原理圖</p><p>　　由于開關(guān)電源的高頻噪聲大容易對接入的電子產(chǎn)品產(chǎn)生干擾,若只采用單一的電容濾波

66、電路,抗干擾效果不明顯，容易導(dǎo)致設(shè)備工作不穩(wěn)定,所以本設(shè)計采用了PI型濾波器和共模電感組成的雙級濾波器,有效的抑制了EMI干擾。由于電路的負載比較大，若只采用C4和C5濾波，因C4和C5電容容值大產(chǎn)生的沖擊電流也大，對二極管D5的沖擊太大，所以引入LF2帶鐵芯的差模電感，與C4和C5組成復(fù)式濾波電路叫PI型濾波電路，有效的濾除了電路中的雜波。</p><p><b>　　鐵芯電感的濾波原理</b&

67、gt;</p><p>　　此電感主要起到濾波的作用，當變化較大的電流流過鐵芯時，鐵芯電感線圈中產(chǎn)生的感生電動勢將阻礙電流的改變。當通過電感線圈的電流增加時，電感線圈產(chǎn)生的自感電動勢與電流方向相反，阻止電流的增大，同時將其中一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場能存儲于電感之中；當通過電感線圈的電流減小時，自感的電動勢與電流方向相同，阻止電流的減小，同時釋放出儲存的能量，補償電流的減小。因此經(jīng)鐵芯電感濾波后，使電流和電壓脈動變小。

68、使電路有更好的紋波特性。</p><p><b>　　PI型濾波器 </b></p><p>　　π型濾波器電路原理圖如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 π型濾波器電路原理圖</p><p>　　π型濾波有LC和RC兩種，因其在電路上像π字，所以簡稱π型濾波器，其濾波效果比單一的電感或者電容要好很多，它們

69、的輸入和輸出都表現(xiàn)出極低的阻抗。RC型和LC型的區(qū)別在于中間是電容還是電感，LC型濾波器用于較大電流的電路，但是成本較高，較笨重。</p><p>　　核心電路設(shè)計原理和分析</p><p>　　核心電路設(shè)計由反饋電路和控制電路兩部分組成。</p><p>　　反饋電路的設(shè)計和分析</p><p>　　反饋電路設(shè)計反饋網(wǎng)絡(luò)由TL431精密穩(wěn)壓

70、器和PC817光耦隔離器組成。外加分壓電阻R13和R17，工作原理是，當電源輸出電壓增大時，電阻R17上分壓增大，TL431的輸入控制端電壓變大，導(dǎo)致其輸出端（2腳）電壓減小，反饋到PC817的2腳電壓減小。光耦TL431的原邊電流If增大，光耦的另一端輸出電流Ic增大，當TL431的3腳和4腳的電流已經(jīng)超出了芯片ST8853芯片的輸出的最大的電流時，導(dǎo)致光耦隔離器4腳電壓減小，電流越大電壓越小，由于引腳電壓下降，芯片輸出PWM占空比減

71、小，隨后輸出電壓減??；反之，當輸出電壓降低時，調(diào)節(jié)過程類似 。反饋電路原理圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 反饋電路原理圖</p><p>　　TL31的控制端（CATHODE）的輸出電壓計算公式是Vo=(1+R1/R2)*Vref</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要，控制端（CATHODE）的輸出電壓為Ｖo＝13V左右，得出R1＝4.3K；R2=

72、1K。電路中的C10和R12來壓制電路低頻紋波和提高電路的輸出調(diào)整率，減小控制端的靜態(tài)誤差，起到米勒補償?shù)淖饔?防止TL431出現(xiàn)振蕩。</p><p><b>　　TL431可控硅</b></p><p>　　可控硅器件圖如圖4.2 所示。</p><p>　　圖4.2 可控硅器件圖</p><p>　　TL431是由

73、德州儀器生產(chǎn)的可控精密穩(wěn)壓源器件。它的輸出電壓用簡單的兩個電阻就可以任意的設(shè)置從Verf（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。其典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中用它代替齊納穩(wěn)壓二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路，可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。</p><p><b>　　密勒補償</b></p><p>　　密勒補償電容將主極點向低頻移動，將非主極點向高頻移動來實現(xiàn)極點分

74、離。添加補償電阻Rm，將右半平面的零點移向高頻，以減小甚至抵消零點對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　光耦隔離器PC817</p><p>　　光耦隔離器期間圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 光耦隔離器期間圖</p><p>　　PC817是一款常用的線性光藕隔離器，被廣泛用在電腦終端系統(tǒng)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，儀器儀表，投影

75、機，售票機，家用電器等領(lǐng)域，如電加熱器，風扇，等電路之間的信號傳輸控制，常用在各種要求比較精密的功能電路中被當作耦合器件，具有前后級電路完全隔離的作用，前后之間不會產(chǎn)生相互影響。使前端與負載端完全隔離，增加安全性，減小后級電路對前級控制電路干擾，優(yōu)化了電路設(shè)計。</p><p>　　開關(guān)電源PWM控制原理和分析</p><p>　　ST8853芯片和大功率mos開關(guān)管組成。PWM控制原理圖

76、如圖4.4所示。</p><p>　　圖4.4 PWM控制原理圖</p><p>　　ST8835的 2腳為電路反饋腳，當開關(guān)電源輸出電壓增大時，芯片2腳（COMP）的電壓下降，芯片輸出脈寬寬度減小，從而穩(wěn)定電路電壓，R7為芯片的啟動電阻，R9，D8，C8組成的半波整流電路為芯片供電，R19，R15，R16為電流取樣電阻，當負載變大時，4腳的電壓也越大。</p><p&

77、gt;　　ST8853芯片原理</p><p>　　ST8853電流模式PWM控制器的集成芯片,具有成本低，啟動電流小,管腳少外圍電路簡單等優(yōu)點。集成的功能包括電流檢測的前沿消隱，內(nèi)部斜率補償。</p><p><b>　　其內(nèi)部特點有：</b></p><p>　　OLP （過載保護）功能；</p><p>　　OVP

78、（過電壓保護）；</p><p>　　非常低啟動電流（ <20uA ）；</p><p>　　LEB （前沿消隱）在CS引腳；</p><p>　　綠色模式控制電流限制；300毫安驅(qū)動能力；</p><p><b>　　省電節(jié)能模式控制；</b></p><p>　　欠壓鎖定（ UVLO ）

79、。</p><p>　　ST8853芯片內(nèi)部工作原理介紹</p><p>　　UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式控制電路，只有六個引腳。內(nèi)部框圖和引腳圖圖如圖4.5所示。</p><p>　　圖4.5 ST8853內(nèi)部框圖和引腳圖圖</p><p><b>　　腳為公共地端；</b></p>

80、<p>　　腳是反饋輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；</p><p>　　腳為脈寬控制端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定；</p><p>　　腳為電流檢測端，當檢測電壓超過1V時芯片縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)，起到保護的作用；</p><p>　　腳是直流電源供電端，

81、具有過、欠壓鎖定功能，芯片功耗為10mW，一路與電源輸出端相連，一路與輔助電源相連；</p><p>　　腳為推挽輸出端，上升、下降時間僅為50ns 驅(qū)動能力為500mA ，通過一個電阻與外部大功率MOS管相連。</p><p><b>　　電路的調(diào)試和總結(jié)</b></p><p>　　把打樣回來的電路板進行檢查，查看其是否有斷路，并與PCB文

82、件對比，沒有發(fā)現(xiàn)問題。檢查后就把PCB文件導(dǎo)出的ＢＯＭ文件進行器件的準備，并用外用表進行簡單的測試，判斷其是否有質(zhì)量問題，器件準備好后，就進行焊接，焊接過程中出現(xiàn)了以下幾個問題</p><p><b>　　焊接中出現(xiàn)的問題</b></p><p>　　通過幾天的焊接終于把電路焊接完了，上電測量輸出端電壓沒有電壓，經(jīng)過調(diào)試和檢查發(fā)現(xiàn)了以下幾個問題。</p>

83、<p><b>　　啟動電阻焊錯</b></p><p>　　測量后發(fā)現(xiàn)，啟動電阻焊接錯誤，焊接了22M的電阻，導(dǎo)致啟動電流過小后換成2.2M后，電路啟動正常。</p><p><b>　　LF2電感虛焊</b></p><p>　　更換電阻后，發(fā)現(xiàn)還是沒電壓輸出，通過測量，發(fā)現(xiàn)電感ＬＦ２出現(xiàn)了假焊的現(xiàn)象，經(jīng)過

84、重新焊接后，電路輸出正常。</p><p><b>　　電路的測試</b></p><p>　　板子焊接好后就對電路板的各項參數(shù)進行測試，是否達到設(shè)計的要求在測試的過程中發(fā)現(xiàn)了幾個問題</p><p><b>　　測試中遇到的問題</b></p><p>　　解決了前面幾個問題后，接入220交流電，

85、未接負載，輸出電壓為13.3V基本達到系統(tǒng)要求，開關(guān)電源接入13歐姆的水泥的電阻后，測量其電壓為12.9V，輸出電流為滿足設(shè)計要求，經(jīng)示波器測量其紋波后發(fā)現(xiàn)紋波值過大，達到了350MV，檢查電路后發(fā)現(xiàn)，后級濾波電感LF2有問題，跟換后，測量紋波值值為90MV。更換的電感經(jīng)電橋測量后，其電感值為2.2UH，設(shè)計值為4.7UH，分析應(yīng)該是其里面線圈被短路了，導(dǎo)致其電感值變小。</p><p><b>　　測

86、量結(jié)果</b></p><p>　　為了對電路板的各項參數(shù)進行精確測量，本次設(shè)計對每一項參數(shù)測量十次，最后算出平均值，本論文只寫了最終算出的平均值。經(jīng)測量多次取平均值得出測量結(jié)果分析，此次畢業(yè)設(shè)計取得了完美的成功，各項參數(shù)達到了設(shè)計的要求，參數(shù)測得如下：</p><p>　　AC-110V的測量結(jié)果如下表1所示。</p><p>　　AC-220V的測量

87、結(jié)果如下表2所示。</p><p>　　表1 交流110V的測量結(jié)果</p><p>　　表2 交流220V的測量結(jié)果</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計實在繁忙又緊張的工作時間之外完成的。先從方案的初步構(gòu)想，再到查找和搜索大量的相關(guān)資料，再到提出設(shè)計方案，最后確定方案的可行性，畫

88、出電路框圖，再跟據(jù)電路框圖的功能要求，設(shè)計并完善每一模塊的電路并進行理論驗證，最后得出設(shè)計電路圖，這一過程，都盡了我最大的能力，不懂的百度，除了百度還是百度。在這次的設(shè)計和研究中，學習到了產(chǎn)品的設(shè)計思路和開發(fā)流程。我充分的利用了大學四年學到的知識和實習其間學到的知識，理論結(jié)合實踐，在實踐中去發(fā)現(xiàn)自己存在的不足。在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，學到了在學校學不到的東西。通過這次畢業(yè)設(shè)計，更系統(tǒng)的從理論上的學習了開關(guān)電源的設(shè)計方法，認識到了開關(guān)電源的

89、優(yōu)點和存在的不足，也鍛煉了自己處理問題和思考問題的能力。從而提升了自我。</p><p>　　由于本人專業(yè)水平有限，本文未深入的對高頻變壓器的關(guān)鍵詞進行理論分析和研究，設(shè)計中存在的不足之處，敬請大家的更正。</p><p><b>　　附件：整體電路圖</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p>

90、;<p>　　[1]侯振義.開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用.北京：電子科技大學出版社,2006.4 </p><p>　　[2]華偉，周文定.電力電子器件及其應(yīng)用.北京：北方大學出版社、清華大學出版社,2011.178-134 </p><p>　　[3]周志敏，周紀海，紀愛華.現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計及應(yīng)用.北京：人民郵電出報社，2005.5 </p

91、><p>　　[4]王鴻麟，電子基礎(chǔ)電源.西安電子科技大學出版社，2005.1 </p><p>　　[5]吳國忠，潘觀立.開關(guān)電源并聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)字均流技術(shù).2003年第一期66 </p><p>　　[6]開關(guān)電源設(shè)計原理.網(wǎng)上下載</p><p>　　[7]反激式開關(guān)電源設(shè)計原理.網(wǎng)上下載</p><p&

92、gt;　　[8]開關(guān)電源優(yōu)缺點.網(wǎng)上下載</p><p>　　[9]System General Corporation．SG6841 Product Specification．Power Factor Calculation and Measurements．Applied Power Electronic Conference Proceeding．1990 </p><p>　

93、　[10] System General Corporation．SG684X Demo Unit Manual & Application Note．2002 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　歷時將近一個月的時間終于將這篇論文寫完，也意味著十幾年的讀書生活將要劃上一個句號，而于我的人生之路卻才剛開始起步，未來的路還很遠，我將面

94、對著人生的第一次征程的開始。在這次論文的寫作和設(shè)計過程中遇到了的困難和障礙，得到了很多人的幫助。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計是在**公司實習其間完成的，首先感謝**公司能提供一個實習崗位，給了我人生的第一份工作，我很珍惜很熱愛這份工作。這次畢業(yè)設(shè)計很多的元器件，焊接工具，器材，測試工具都是**公司提供的，所以很感謝**公司提供了這么一個平臺給我學習。</p><p>　　我還要感謝的

95、是**公司的**，是他帶我學習的，知道我底子很薄的情況下，依然錄用了我，在他繁忙的工作中依然很耐心的指導(dǎo)我，并讓我做自動測試夾具，并很理解我，給與我很多的時間去學習，去接觸新的事物，在他的指導(dǎo)下，很快學會了程序的編程和畫pcb板和電路板基本問題的分析，在這四個月的實習工作里，學習到了不少東西。</p><p>　　我也要感謝在大學四年里曾經(jīng)幫助過我的老師和同學。</p><p>　　正是在