畢業(yè)論文---隔離式開關(guān)電源

1、<p>　　畢業(yè)論文之隔離式開關(guān)電源</p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離不開可靠的電源為其供電。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導(dǎo)體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是

2、隔離式開關(guān)型穩(wěn)壓電源,它的優(yōu)越性表現(xiàn)在:小型化、重量輕、體積小、功耗小、穩(wěn)壓范圍寬、安全可靠、效率高。</p><p>　　隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它可以使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓。</p><p>　　在電子技術(shù)不斷發(fā)展的今天，直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過整流、濾波、變壓、穩(wěn)壓等變換為所需的直

3、流電壓，也就是說,它可以為各種電路器件提供符合一定技術(shù)指標(biāo)的直流電源。</p><p>　　由于開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高。因此，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制裝置及家用電器等電子設(shè)備中.電源是電子設(shè)備的核心，其質(zhì)量的好壞直接影響整個電子設(shè)備的可靠性,電子設(shè)備的故障60%來自電源。目前，各國正在努力開發(fā)新器件、新材料。進(jìn)一步提高效率、縮小體積、降低價格，以解決開關(guān)電源面臨的新課題，即環(huán)境適配性，包括噪聲

4、與諧波等的電磁適配性，同人類之間的安全適配性等。開關(guān)電源主要分為交流/直流（ AC/DC）與直流/直流（DC/DC）兩大類。無論是AC/DC還是DC/DC變換器都是朝著模塊化方向發(fā)展，其特點(diǎn)是：可用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成 N+1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高可靠性；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱更換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時，可以高速更換塊件，無需技術(shù)熟練工人；還可以在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)充容量；多臺模塊并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)大功率

5、電源系統(tǒng)等。 </p><p>　　第1章 隔離式開關(guān)電源簡介</p><p>　　本章對隔離式開關(guān)電源的基本知識進(jìn)行了介紹。主要內(nèi)容包括：隔離式開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展方向、開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)以及開關(guān)電源的基本類型。</p><p>　　1.1 隔離式開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展方向</p><p>　　可以說，有電器的地方就有電源。所有的電子設(shè)備都離

6、不開可靠的電源為其供電。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導(dǎo)體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關(guān)電源。</p><p>　　隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓。</p><p>　

7、　在電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的今天，直流穩(wěn)壓電源的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，它是各種電子設(shè)備所不可缺少的重要組成部分。穩(wěn)壓電源就像人體的心臟，它在電子設(shè)備中能不斷的為各種電路器件提供符合一定技術(shù)指標(biāo)的直流電源。</p><p>　　開關(guān)電源體積小、重量輕、變換效率高。因此，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、控制裝置及家用電器等電子設(shè)備中。目前，各國正在努力開發(fā)新器件、新材料以及改進(jìn)裝連方法，進(jìn)一步提高效率、縮小體積、降低價

8、格，以解決開關(guān)電源面臨的新課題，即環(huán)境適配性，包括噪聲與諧波等的電磁適配性，同人類之間的安全適配性等。開關(guān)電源主要分為交流/直流（ AC/DC）與直流/直流（DC/DC）兩大類。無論是 AC/DC還是DC/DC變換器都是朝著模塊化方向發(fā)展，其特點(diǎn)是：可用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成 N+1 冗余電源系統(tǒng)，從而提高可靠性；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱更換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時，可以高速更換塊件，無需技術(shù)熟練工人；還可以在電源系統(tǒng)建成

9、后，根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)充容量；多臺模塊并聯(lián)可以實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)等。</p><p>　　隔離式開關(guān)電源發(fā)展方向：</p><p><b>　　輸入電壓通用</b></p><p><b>　　要求附加備用電池</b></p><p><b>　　擴(kuò)大電壓輸出范圍</b><

10、;/p><p><b>　　提高輸入側(cè)功率因子</b></p><p>　　普遍要求安全，具有過壓保護(hù)功能以及抗電磁干擾等</p><p>　　分布式結(jié)構(gòu)增多，高頻化和高頻功率密度化，高可靠性以及低噪聲</p><p>　　1.2 隔離式開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　作為電子設(shè)備電源的要求是

11、輕、薄、小和省電，而開關(guān)電源具有這些特點(diǎn)。因此，它在電子設(shè)備中應(yīng)用越來越廣泛，但電源的要求隨電子設(shè)備不同而異，都有不同的技術(shù)指標(biāo)。作為開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)有通用事項(xiàng)，包括電源名稱，適用規(guī)格等。首先是安全規(guī)格，有關(guān)開關(guān)電源各國都有相應(yīng)的安全規(guī)格，例如：國際規(guī)格為 IEC950、IEC65；亞洲為電器用品管理法（日本）；歐洲統(tǒng)一規(guī)格為 EN60-950、EN60065 等。</p><p>　　有關(guān)EMI的規(guī)格：日本為

12、VCC1 1 類、2 類；美國為 FC-CP15J A類,B 類；德國為 VDE0871A類、B類；國際上為CISPR PUB11、PUB12。電器技術(shù)指標(biāo)還有輸入與輸出條件、附屬功能等。機(jī)械結(jié)構(gòu)為外形、安裝和冷卻條件等。環(huán)境條件有溫度、濕度、振動和沖擊等。其它條件有噪聲規(guī)定、可靠性等。</p><p><b>　　1、輸入技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　作為開

13、關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)有輸入電源相數(shù)、額定輸入電壓及電壓的變化范圍、頻率、額定輸入電流等。輸入電源一般為單相2線制和單相3線制，還有單相3線制和3相4線制等。輸入電源的額定電壓因各國或地區(qū)不同而異，我國為220V及380V，輸入電壓的變化范圍一般為±10%,加上配線路徑及各國的具體情況，輸入電壓的變化范圍多為-15%--+10%。</p><p>　　工作頻率為50HZ或60HZ，在頻率變化范圍不影響開關(guān)電源

14、的特性時多半為48HZ─63HZ。</p><p>　　開關(guān)電源最大輸入電流是表示輸入電壓為下限值時,輸出電壓及電流為上限值時的輸入電流。額定輸入電流是在輸入電壓及輸出電壓、電流為額定值時的電流。開關(guān)電源的輸入平波方式是電容輸入方式，有較大的峰值電流，要考慮電流的波峰系數(shù)以及功率因子的規(guī)定。</p><p>　　電壓瞬時跌落或瞬時斷電時，在額定輸出電壓與電流條件下規(guī)定的輸入電壓是額定輸入電

15、壓。瞬時斷電有10ms與20ms，若使用時按規(guī)定瞬時斷電，多數(shù)情況下不會有問題。在輸入的下限，輸出保持時間變得很短，但100%輸出時，在較低額定輸入條件下，使用上問題也不大。</p><p>　　在規(guī)定的時間間隔內(nèi)對輸入電壓進(jìn)行通斷時，輸出電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前流經(jīng)的最大瞬時電流為沖擊電流。對于開關(guān)電源是輸入電源接同時與其后輸出電壓上升時流經(jīng)的電流，這由輸入開關(guān)的承受能力所限，峰值一般為30A-50A。</p

16、><p>　　一般情況下，當(dāng)輸入電源跌落與瞬時斷電時，防止沖擊電流的功能不能動作。另外，用熱敏電阻只能防止冷激活時的沖擊電流，由于每隔幾十秒通斷時防止功能不能動作，因此，也要規(guī)定通斷的重復(fù)時間。</p><p>　　效率是指輸入輸出為額定值時，其輸出功率與輸入有效功率隨之比值。效率隨輸出電壓、電流與輸出電路及開關(guān)方式不同而異，多為70%-80%。并隨輸入與輸出的條件而變化。因此，要注意電子設(shè)備

17、的散熱條件等。</p><p><b>　　2、輸出技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　輸出端的直流電壓的公稱值稱為額定輸出電壓，對于其公稱電壓規(guī)定有精度與紋波系數(shù)等。</p><p>　　額定輸出電流是指輸出端供給負(fù)載的最大平均電流。根據(jù)電子設(shè)備的不同，多數(shù)輸出電源中某路輸出電流增大，另路輸出電流就得減小，保持總的輸出電流不變。市售的開關(guān)電

18、源產(chǎn)品為其使用通用性，多是在初級側(cè)允許功率范圍以內(nèi)增大次級側(cè)各路輸出功率。</p><p>　　穩(wěn)壓精度也稱為輸出電壓精度或電壓調(diào)整率，輸出電壓變動有多種原因，例如：</p><p>　　1、靜態(tài)輸入電壓的變動</p><p><b>　　2、靜態(tài)負(fù)載的變動</b></p><p><b>　　3、初始特性的變

19、動</b></p><p><b>　　4、經(jīng)時特性的變動</b></p><p><b>　　5、環(huán)境溫度的變動</b></p><p>　　6、動態(tài)輸入電壓的變動</p><p>　　7、動態(tài)負(fù)載的變動。</p><p>　　輸出電壓可調(diào)范圍是指在保證電壓穩(wěn)定

20、的精度條件下，由外部可能調(diào)整的輸出電壓范圍，一般為±5%或±10%。條件是輸入電壓的下限時輸出電壓的最大值，以及輸入電壓的上限值時輸出電壓的最小值。若由電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)決定負(fù)載電流時，輸出電流的變動范圍則是電流變動較小的負(fù)載、感性負(fù)載等沖擊電流較大的脈沖負(fù)載的電流變動范圍。</p><p>　　紋波是與輸出端呈現(xiàn)的輸入頻率及開關(guān)變換頻率同步的分量，用峰—峰值表示，一般為輸出電壓的0.5%以內(nèi)。噪

21、聲是輸出端呈現(xiàn)的除紋波以外頻率的分量，也用峰—峰值表示，一般為輸出電壓的1%，也包括與紋波沒有明確區(qū)分的部分，規(guī)定是紋波與噪聲總合值，多數(shù)場合是規(guī)定紋波噪聲綜合的情況，為輸出電壓的2%以內(nèi)。</p><p>　　1.3 隔離式開關(guān)電源的基本類型</p><p>　　DC/DC變換器的基本類型如表1-1所示：</p><p>　　表1-1 隔離式開關(guān)電源的分類<

22、;/p><p>　　第2章 隔離式開關(guān)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要討論開關(guān)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容包括：開關(guān)電源的系統(tǒng)框圖，工作原理，開關(guān)電源PWM脈沖集成控制器IC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作時序，顯示器開關(guān)電源各模塊電路動作分析。</p><p>　　2.1 隔離式開關(guān)電源的系統(tǒng)框架</p><p>　　本次設(shè)計(jì)系統(tǒng)為顯示器隔離式開關(guān)電源

23、，它有以下一些特點(diǎn)：</p><p>　　此類開關(guān)電源有六路輸出電壓：63.5V、44V、10V、6.5V、9.8V、-8.5V。標(biāo)稱輸出功率為70W。主變換電路為MOSFETS單管它勵變換電路。驅(qū)動及控制電路采用PWM脈沖集成控制器芯片UC3842實(shí)現(xiàn)。此外系統(tǒng)還設(shè)置有主開關(guān)電路過流保護(hù)和過壓保護(hù)。</p><p>　　其系統(tǒng)框圖如下圖2—1所示： </p><p&g

24、t;　　本次設(shè)計(jì)的隔離式開關(guān)電源由以上各部分環(huán)節(jié)組成。220V交流電經(jīng)過浪涌電流限制及輸入濾波電路、橋式整流、平滑濾波后加到主變換開關(guān)電路。在驅(qū)動電路的作用下,主變換電路的開關(guān)反復(fù)的通斷,通過變壓器的耦合作用將能量從初級向次級傳遞,次級的感應(yīng)電流經(jīng)過高頻整流及濾波和穩(wěn)壓后輸出。為了得到穩(wěn)定的輸出,本次設(shè)計(jì)從輸出端引入了反饋環(huán)節(jié),構(gòu)成死循環(huán)控制。從輸出端電壓取樣經(jīng)光電耦合器件將反饋信號輸入誤差放大器,其輸出經(jīng)電流檢測比較器比較后輸出,控制

25、PWM調(diào)制器輸出脈沖的占空比,去驅(qū)動開關(guān)管。其中PWM調(diào)制器、電流檢測比較器、誤差放大器集成在PWM控制器UC3842中。另外,電流取樣電路能夠限制流過開關(guān)的電流。過壓保護(hù)電路能夠?qū)敵鲭妷哼M(jìn)行過壓保護(hù)。</p><p>　　隔離式開關(guān)電源原理圖如下圖2-2所示:</p><p>　　SMPS(Switching Mode Power Supply)是通過控制開關(guān)時間來控制變壓器初級向次級

26、傳輸能量的多少,實(shí)現(xiàn)輸出端電壓和電流大小的調(diào)節(jié)和控制。</p><p>　　220V電壓經(jīng)過整流和濾波后,一路到控制電路提供UC3842的工作電壓；一路到主變換電路。UC3842正常工作后輸出的脈沖控制MOSFETS管的通斷,變壓器的原邊流過脈動電流,在變壓器的各組副邊感應(yīng)出同頻率的脈沖電壓,此脈沖電壓經(jīng)過半波整流,平滑濾波后輸出各組穩(wěn)壓直流,提供給顯示器的各部分電路。此外,從開關(guān)管引入到UC3842的反饋起限流

27、作用,從輸出穩(wěn)壓直流引人的反饋起穩(wěn)壓保護(hù)作用。</p><p>　　2.2 隔離式開關(guān)電源的模塊介紹</p><p>　　2.2.1 作為開關(guān)使用的功率MOSFET管</p><p>　　1. 基本的MOSFET管定義</p><p>　　盡管場效應(yīng)管(FET)在各種電路中已經(jīng)應(yīng)用多年,但是金屬-氧化物的半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFETS)未被廣

28、泛地應(yīng)用到電源設(shè)計(jì)中。MOSFET管的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開關(guān)電源對器件的要求,它的工作頻率超過20kHz,可以達(dá)到100kHz到200kHz,完全超過了雙極晶體管工作頻率的限制。</p><p>　　它有幾個適用于設(shè)計(jì)電源變換器的優(yōu)點(diǎn),如其工作頻率可以達(dá)到100kHz以上,更重要的是它減少了體積和重量。功率MOSFET管向電路設(shè)計(jì)者提供了一種高速、大功率、高耐壓的器件,不同的生產(chǎn)廠家利用不同的技術(shù)制造出多種功率FET,

29、例如HEXFET、VMOS、TMOS等等類似的產(chǎn)品。所有的MOSFET器件的基本工作原理都相同,只是有的廠家采用了不同的技術(shù),增加一些特殊性能,使得其產(chǎn)品更具吸引力。</p><p>　　2. MOSFET管柵極驅(qū)動的考慮</p><p>　　MOSFET管是多數(shù)載流子運(yùn)動的半導(dǎo)體器件，MOSFET管是單極型的電壓控制器件。為了在D極獲得一個較大的電流,在MOSFET管的G極和S極間必須加

30、一個受控的電壓。因?yàn)镸OSFET的柵極與源極在電氣上是靠硅氧化層相互隔離的,管子加電后只有很少的一點(diǎn)漏電流從所加電源端流入到柵極。因此,我們可以說MOSFET管具有極高的增益和阻抗。</p><p>　　為了驅(qū)動MOSFET管導(dǎo)通,需要在柵極和源極間加入電壓脈沖,用它產(chǎn)生有效的充電電流,在設(shè)計(jì)的時間內(nèi),給輸入電容充電。MOSFET管的輸入電容Ciss是幾個電容的總合,其中包括由金屬氧化物柵極結(jié)構(gòu)形成的電容,從柵極

31、到漏極和從柵極到源極的電容等。為了提高M(jìn)OSFET管的開關(guān)速度,驅(qū)動電壓源的阻抗Rg必須非常低。</p><p>　　為了使MOSFET管截止,不需要像驅(qū)動雙極晶體管那樣,對驅(qū)動源進(jìn)行精心地設(shè)計(jì)。因?yàn)镸OSFET管是多數(shù)載流子運(yùn)動的半導(dǎo)體器件,只要把加在柵極-源極間的電壓撤消,它馬上就會截止。當(dāng)柵極電壓撤消,MOSFET管關(guān)閉時,在漏極和源極間,就會出現(xiàn)很高的阻抗,從而抑制了電流的流動,只有幾毫安的漏電流存在。當(dāng)

32、漏極-源極電壓達(dá)到雪崩電壓時,漏電流呈直線增長,而其柵極-源極電壓仍保持在0V。</p><p>　　3. MOSFET管的靜態(tài)工作特性</p><p>　　功率MOSFET管的漏極-源極工作特性曲線如圖2-3所示.</p><p>　　由上圖2-3可知MOSSFET輸出特性曲線顯示出兩個不同的工作區(qū),主要是恒定電流區(qū)和恒定電阻區(qū).當(dāng)漏極-源極電壓增加時,漏極電流也

33、成比例地增加,一直到“夾斷電壓”為止,這個區(qū)域稱為恒定電阻區(qū)；在“夾斷電壓”之后,當(dāng)漏極-源極電壓再增加時,就會產(chǎn)生恒定的漏極電流,即進(jìn)入恒定電流區(qū)。</p><p>　　當(dāng)功率MOSFET管用作開關(guān)時,漏極和源極間的電壓降與漏極電流成正比.換言之,功率MOSFET管工作在恒定電阻區(qū)。因此,它實(shí)際上是像電阻一樣起作用。所以,功率MOSFET管的漏極-源極間的導(dǎo)通電阻RDson就成為一個十分重要的參數(shù),它與雙極晶體

34、管的集電極發(fā)射極間的飽和壓降的重要性一樣。通過圖2-3可以看到,當(dāng)柵極對源極加入電壓VGS時,漏極電流無明顯的增加。事實(shí)上,當(dāng)VGS達(dá)到門限電壓時(一般是2-4V),漏極電流ID開始流動,當(dāng)VGS超過門限電壓之后,漏極電流和柵極電壓的比值呈線性增長。這樣,漏極電流對柵極電壓的變化率(稱為gfs),在漏極電流較大時,實(shí)際是個常數(shù)。圖2-4說明了ID與VGS的傳導(dǎo)特性,而圖2-5表示的是跨導(dǎo)gfs與漏極電流的關(guān)系。</p>&

35、lt;p>　　從圖2-5可見,跨導(dǎo)的上升導(dǎo)致了MOSFET管的增益呈正比例提高,即導(dǎo)致漏極電流的增大,但不幸的是這種條件的變化又增大了輸入電容。因此,為了提高M(jìn)OSFET管的開關(guān)速度,一定要認(rèn)真地設(shè)計(jì)柵極驅(qū)動電路,保證有足夠的電流對輸入電容充電。</p><p>　　4.MOSFET管的安全工作區(qū)(SOA)</p><p>　　MOSFET管可以提供非常穩(wěn)定的SOA,因?yàn)樵谡蚱脮r

36、,它不受二次擊穿的影響。因此,無論是直流還是脈沖,它的SOA曲線特性都比雙極晶體管性能要好。事實(shí)上,用功率MOSFET管作為開關(guān)使用,在額定的電壓下,驅(qū)動額定的電流,不要吸收回路是完全可能的。當(dāng)然,在實(shí)際設(shè)計(jì)電路時,還應(yīng)該適當(dāng)降低額定值。圖2-6表示典型MOSFET的等值雙極晶體管的SOA曲線。為了方便于比較它們的SOA能力,把它們重迭畫在一起。</p><p>　　在MOSFET中,不存在反向偏置的二次擊穿問題

37、。因?yàn)殡p極晶體管的反向偏置工作情況不適于MOSFET。如果要使MOSFET關(guān)斷只要使柵極電壓降到0V就可以了。</p><p>　　5.驅(qū)動功率MOSFET管電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)MOSFET管驅(qū)動電路應(yīng)注意的問題</p><p>　　使用功率MOSFET管進(jìn)行電路設(shè)計(jì)所達(dá)到的性能遠(yuǎn)比使用雙極晶體管要好得多。這是由MOSFET管本身的眾多特點(diǎn)所決定的,

38、特別是器件工作在高頻狀態(tài)下(可達(dá)100kHz以上),雙極晶體管是無法比擬的,圖2-7表示的是典型的MOSFET管驅(qū)動電阻負(fù)載電路,它工作在共源極電路方式。</p><p>　　設(shè)計(jì)MOSFET管的電路有兩個最基本的規(guī)則應(yīng)當(dāng)遵守,它可以防止在高頻工作時產(chǎn)生振蕩。</p><p>　　第一,應(yīng)盡量減少與MOSFET管各管腳連接的聯(lián)機(jī)長度,特別是柵極引線的長度。如果實(shí)在無法減少其長度,可以用現(xiàn)磁

39、環(huán)或者一個小電阻R1與MOSFET管串連起來,如圖2-7所示。使用這兩個組件盡量靠近管子的柵極,它們可以消除寄生振蕩。</p><p>　　第二,由于MOSFET管具有極高的輸入阻抗,為了避免電路的正反饋引起的振蕩,驅(qū)動源的阻抗必須很低,應(yīng)當(dāng)注意的是,當(dāng)MOSFET管的直流輸入阻抗很高時,它的動態(tài)阻抗或者稱交流輸入阻抗就會隨著頻率而改變。因此,MOSFET管的上升時間和下降時間取決于驅(qū)動源的阻抗。</p&g

40、t;<p>　　上升時間或者下降時間的近似值由下列計(jì)算:</p><p>　　tr=tf=2.2Rg*Ciss (2-1)</p><p>　　式中, tr: MOSFET管的上升時間, s；</p><p>　　tf: MOSFET管的下降時間, s；</p><p>　　Rg: 驅(qū)動源的阻抗

41、, ；</p><p>　　Ciss: MOSFET管的輸入電容,F.。</p><p>　　公式2-1成立的先決條件是負(fù)載電阻Rl>>Rg,并且假定MOSFET管沒有儲存時間和延遲時間, 這樣,就允許上升時間和下降時間由設(shè)計(jì)者按公式2-1設(shè)置。圖2-7中的電阻R2是關(guān)斷MOSFET管的加速電阻。</p><p>　　另外,需注意的是,MOSFET管的柵

42、極與源極間的硅氧化層比較容易被擊穿。如果兩級間所加的電壓超過了廠家給定的參數(shù)值,就會使管子造成永久性的損壞。實(shí)際上,柵極電壓的最大值一般是20V到30V。即使所加的柵極電壓低于最大允許值,也要對電路進(jìn)行深入的研究,確保沒有雜散電容引起的尖峰脈沖信號存在,因?yàn)榧夥逍盘栆餐耆赡馨袽OSFET的氧化層破壞。</p><p>　　6.功率MOSFET管的開關(guān)保護(hù)電路</p><p>　　前邊在介

43、紹MOSFET安全工作區(qū)時曾經(jīng)提到,MOSFET管工作在最大功率時,也無需吸收回路。但在實(shí)踐中,為了使MOSFET管更安全有效地工作,一般情況下,還是要在MOSFET管上跨接RC吸收回路。其原因有兩方面：</p><p>　　第一,RC吸收回路改變了MOSFET管的負(fù)載曲線,增加了它達(dá)到最大功率時的可靠性。</p><p>　　第二,吸收回路消耗掉了多余的關(guān)斷MOSFET管的能量,否則,這

44、部分能量要由MOSFET管開關(guān)消耗。這樣,在不影響整個開關(guān)效率的情況下,可以使MOSFET管的體積盡量小型化。</p><p>　　在使用功率MOSFET管,跨接在晶體管開關(guān)兩端的漏電感阻尼二極管就不需要了。這是因?yàn)镸OSFET管的結(jié)構(gòu)特殊,它有一個主體漏極PN結(jié)與信道并聯(lián)。圖2-8所示的是用作開關(guān)的MOSFET管,它帶有主體漏極二極管,還有一個RC吸收回路。</p><p>　　2.2.

45、2 PWM集成控制器芯片介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)使用的PWM脈沖集成控制芯片為UC3842，它是單端輸出電路,它是一種高性能的固定頻率電流型控制電路,能很好地應(yīng)用在隔離式單端開關(guān)電源的設(shè)計(jì)以及直流——直流電源變換器設(shè)計(jì)之中,它最大的優(yōu)點(diǎn)是外接組件少、外電路裝配簡單、成本低廉。它的內(nèi)部電路包括如下主要性能:</p><p>　　具有自動反饋正向補(bǔ)償功能；</p>&l

46、t;p>　　采用電流型操作,并可在500kHz高頻下工作；</p><p>　　可調(diào)整的充放電振蕩電路,可精確地控制占空比；</p><p>　　帶鎖定的PWM,可以進(jìn)行逐個脈沖的電流限制；</p><p>　　具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源,可以進(jìn)行欠壓鎖定；</p><p>　　采用圖騰柱輸出電路,提供大電流輸出,輸出電流可達(dá)1A；<

47、;/p><p>　　工作電流低,且能進(jìn)行低電流激活；</p><p>　　可直接對雙極晶體管和MOSFET管進(jìn)行驅(qū)動；</p><p>　　具有滯后的欠壓封鎖；</p><p><b>　　低啟動和工作電流；</b></p><p>　　由于它只有一個輸出端,所以它主要用于單端控制的開關(guān)穩(wěn)壓源。下面詳

48、細(xì)介紹UC3842系列電路的工作原理。</p><p>　　UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如2-9所示:</p><p>　　UC3842的7腳為電壓輸入端,其激活電壓范圍為15—18V。UC3842激活電壓閥值為16V。如果Vcc<16V,輸入電壓施密特比較器輸出為0,此時無基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生,電路不工作；當(dāng)Vcc>16V時,輸入電壓施密特比較器送出高電平到5V基準(zhǔn)穩(wěn)壓器,產(chǎn)生5V基準(zhǔn)電壓

49、,此電壓一方面供內(nèi)部電路工作；另一方面通過8腳向外部提供參考電壓。一旦施密特比較器翻轉(zhuǎn)為高電平,Vcc可以在10—20V范圍內(nèi)變化而不影響電路的工作狀態(tài)。UC3842關(guān)閉閥值為10V。當(dāng)Vcc低于10V時施密特比較器又翻轉(zhuǎn)為低電平,電路停止工作。6V的激活與關(guān)閉差值可有效地防止電路在閥值電壓附近工作時產(chǎn)生振蕩。利用輸入端設(shè)置的34V穩(wěn)壓管有效防止高壓造成的損壞。</p><p>　　當(dāng)基準(zhǔn)穩(wěn)壓器有5V基準(zhǔn)穩(wěn)壓輸出

50、時,基準(zhǔn)穩(wěn)壓檢測邏輯比較器送出高電平信號到輸出電路。同時振蕩器將根據(jù)4腳外接R,C的參數(shù)產(chǎn)生f=1.72/RC的振蕩信號,此信號一路加到圖騰柱式電路的輸入端；另一路加到PWM脈寬調(diào)制器RS觸發(fā)器的置位端,RS型PWM脈沖調(diào)制器的R端接電流檢測比較器輸出端。R端為占空比調(diào)節(jié)控制端。當(dāng)R電壓上升時, 端脈沖加寬,同時6腳送出脈沖也加寬；當(dāng)電壓下降時, 端脈沖變窄,同時6腳送出脈沖也變窄。</p><p>　　2腳一般

51、接輸出電壓取樣信號,也稱反饋信號。當(dāng)2腳電壓上升時,1腳電壓將下降,R端電壓亦隨之下降,于是6腳脈沖變窄；反之,當(dāng)2腳電壓下降時,1腳電壓將上升,R端電壓亦隨之上升,于是6腳脈沖變寬。3腳為電流傳感端,通常在功率管的源極串入一小阻值為取樣電阻,將流過開關(guān)管的電流轉(zhuǎn)換為電壓,并將此電壓引入3腳。當(dāng)負(fù)載短路或其它原因引起功率管電流增加,并使取樣電阻上的電壓等于或超過1V時,6腳就停止脈沖輸出,這樣就可有效地保護(hù)功率管不受損壞。PWM鎖存器的

52、作用是保證每一個振蕩周期僅出現(xiàn)一個控制脈沖,有效地防止了噪聲干擾；輸出級為圖騰柱式,輸出平均電流為200MA,最大電流可達(dá)1A。</p><p>　　圖2-10給出了UC3842的工作原理圖:</p><p>　　觀察圖2-10中可知,它有兩個控制死循環(huán)回路,一個是輸出電壓V0反饋回誤差放大器,用于同基準(zhǔn)電壓Vref比較之后產(chǎn)生誤差電壓；另一個是變壓器初級電感中的電流在電阻Rs產(chǎn)生的電壓,

53、與誤差電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖信號。當(dāng)然,這些均在時鐘所設(shè)定頻率下工作。由于誤差信號實(shí)際控制著峰值電感電流,故稱之為電流型脈沖寬度調(diào)制器,這種電路有如下特點(diǎn):</p><p>　　1)、較好的線性調(diào)整率(電壓調(diào)整率)能達(dá)到0.01%V,這是因?yàn)檩斎腚妷篤i的變化立即反映為電感電流的變化,它不經(jīng)過任何誤差放大器就能在比較器中改變輸出脈沖寬度。在實(shí)際應(yīng)用中,再增加一級輸出電壓V0至誤差放大器的控制,能使線性調(diào)整率更

54、好。</p><p>　　2)、可明顯地改善負(fù)載調(diào)整率。因?yàn)檎`差放大器可專門用于控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓變化,特別是當(dāng)輕負(fù)載時電壓升高的幅度大大減小,從1/3負(fù)載至滿載,負(fù)載調(diào)整率降至8%,2/3負(fù)載至滿載調(diào)整率降至3%以下。</p><p>　　3)、誤差放大器的外電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得到簡化,穩(wěn)定度提高并改善了頻向,具有更大的增益帶寬乘積。由于電感電流是連續(xù)的,所以電阻RS上檢測出的峰值

55、電流代表平均電流。整個電路可看作一個誤差電壓控制電流源,變換器(誤差放大器)的幅頻特性由雙機(jī)點(diǎn)變成高機(jī)點(diǎn)。因此,改善了系統(tǒng)的頻響。</p><p>　　4)、電流限制電路得到簡化。由于電阻RS上感應(yīng)出尖峰電感電流,故能自然形成逐個脈沖限制電路,只要RS上電平達(dá)到1V,PWM就立即關(guān)閉,而且這種峰值電感電流感應(yīng)檢測技術(shù)可以靈敏地限制輸出的最大電流。</p><p>　　5)、UC3842PW

56、M控制器設(shè)有欠壓鎖定電路,其開啟閥值設(shè)在16V,關(guān)閉閥值設(shè)在10V。在輸入電壓Vi小于16V時,整個電路的電流消耗僅1mA,這樣,高壓可直接由輸入電阻Rin降壓后為芯片供電,而由輸入電容Cin儲能推動輸出建立電壓。自饋電之后,整個電路的電流消耗達(dá)15mA.由于激活閥值電壓和關(guān)閉閥值電壓的差值盡為6V,故可以有效地防止電路在閥值電壓附近工作時的振蕩.由于激活電流小于1mA,所以Rin上的功耗很小。</p><p>

57、　　UC3842的內(nèi)部電源輸入端設(shè)置一個34V的齊納二極管,保證其內(nèi)部電路絕對在34V以下工作,防止高壓可能帶來的損壞。5V的基準(zhǔn)電壓源從腳8引出,最大可供出50mA電流,5V的基準(zhǔn)電壓再降至2.5V為誤差放大器同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓,5V的基準(zhǔn)電壓還同時作為內(nèi)部電路的電源。</p><p>　　6)、UC3842的振蕩器工作頻率f由下式進(jìn)行設(shè)定: </p><p>　　f=1.72/(R

58、T*CT)</p><p>　　另外,該電路允許采用外電路作精確的外部定時,使用外時鐘同步的方法可參照圖2-11進(jìn)行。</p><p>　　7)、UC3842的誤差放大器同相輸入端接在內(nèi)部+2.5V基準(zhǔn)電壓上,反相輸入端接收外部控制信號,其輸出端引出線可外接補(bǔ)償RC網(wǎng)絡(luò),然后接到反相輸入端,在使用過程中,可改變R,C值來改變放大器的死循環(huán)增益和頻率響應(yīng).圖2-11的誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以穩(wěn)

59、定這種電流型控制PWM。</p><p>　　電路中的電阻Ri和Rf決定了低頻增益。該放大器可以輸出0.5mA電流,漏下2mA電流,電阻Rf的最小取值為8.8k,放大器的輸入偏置電阻應(yīng)盡可能取低的數(shù)值。</p><p>　　8)、隨著工作頻率的增加,輸出相位的滯后也迅速增加,故放大器的最高工作頻率不</p><p>　　宜超過500kHz。</p>&

60、lt;p>　　9)、UC3842輸出級為圖騰柱式輸出電路,輸出晶體管的平均電流為200mA,最大峰值</p><p>　　電流可達(dá)1A,由于電路有峰值電流自我限制的功能,所以,不必串入電流限制電阻。</p><p>　　10)、UC3842內(nèi)部設(shè)置有PWM鎖存器,加入鎖存器可以保證在每個振蕩周期內(nèi)僅輸出一個控制脈沖,防止了噪聲干擾和功率管的超功耗。</p><p&

61、gt;　　11)、UC3842的關(guān)閉技術(shù):UC3842提供了兩種關(guān)閉技術(shù),第一種是將3腳電壓升高超過</p><p>　　1V,引起過流保護(hù)開關(guān)關(guān)閉電路輸出；第二種是將1腳電壓降到1V以下,使PWM比較器輸出高電平,PWM鎖存器復(fù)位,關(guān)閉輸出,直到下一個時鐘脈沖的到來,將PWM鎖存器置位,電路才能重新激活。</p><p>　　12)、免除噪聲的其它方法:免除噪聲的重要方法就是設(shè)法濾除芯片

62、供電端Vcc的高頻迭加信號?；镜姆椒ㄊ菑倪@兩端分別對地接一瓷片電容,并特別在布線中注意,不能有電感的成分介入,以免產(chǎn)生干擾,引起電路工作不穩(wěn)定。</p><p>　　13)、UC3842的應(yīng)用方法:UC3842的輸出能給出足夠的漏電流,所以非常適合驅(qū)動N溝</p><p>　　道MOS功率晶體管。圖2-12給出直接驅(qū)動N溝道MOS功率管的電路,這時UC3842和MOSFET管</p

63、><p><b>　　之間不必進(jìn)行隔離。</b></p><p>　　2.2.3 隔離式開關(guān)電源各部分電路分析</p><p>　　1.輸入整流及濾波電路</p><p>　　圖 2-13 輸入整流濾波電路</p><p>　　220V交流電壓先經(jīng)過3.15A/250V保險(xiǎn)絲,再送到由C901、R9

64、01、C916、C918、L901、C902、C911、C915、L902組成的浪涌電流限制電路和低通濾波器,然后加到四個二極管組成的橋式整流電路中,經(jīng)整流后的100Hz單向脈沖電壓又送到C906進(jìn)行平滑濾波,最后在兩端得到310V的直流電壓。此電壓分兩路送出:一路到控制電壓；一路到主變換電路。其中C901,C902為X電容,濾除輸入電路中的差模干擾,C916,C918,C911,C915為Y電容,濾除輸入電路中的共模干擾,L901,L

65、902為線性濾波電感,RT901為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,用于抑制輸入信道的浪涌電流。當(dāng)上電的瞬間,其阻值非常大,隨著電阻的加熱,其電阻值開始下降，在負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時,其電阻很小。</p><p><b>　　2.主變換電路</b></p><p>　　主變換電路原理圖如下2-14所示:</p><p>　　圖 2-14 主變換電路<

66、;/p><p>　　當(dāng)UC3842的7腳得到15-18V的電壓以后,UC3842就開始工作并從其6腳送出17kHz的調(diào)制脈沖,此脈沖經(jīng)R909加到Q901柵極，有正向脈沖出現(xiàn)時，Q901導(dǎo)通,310V直流電壓經(jīng)變壓器的初級繞組,L903,Q901,R907形成通路,于是在變壓器的初級線圈中儲存能量。</p><p>　　當(dāng)Q901柵極有效脈沖消失時,Q901因失去柵源電壓而截止,由于原邊線圈中

67、的電流突然變小,將在其繞組上產(chǎn)生反電動勢,此時儲存在變壓器T901中的能量由原邊繞組經(jīng)D905,R904,C907進(jìn)行釋放,同時在副邊各繞組上感應(yīng)出與Q901導(dǎo)通時方向相反的脈沖。</p><p>　　由于Q901柵極不斷地得到控制脈沖,上述過程反復(fù)進(jìn)行最終在各副邊上得到連續(xù)的方波電壓,然后再經(jīng)過輸出半波整流和平滑濾波及穩(wěn)壓電路得到所需的各組電壓。</p><p>　　電路中的R909是構(gòu)

68、成一個減速電路,使MOSFET管在有效脈沖到來時的導(dǎo)通速度減慢，D910的作用是在6腳有效脈沖消失時,使Q901由導(dǎo)通迅速轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)。R907為電流取樣電阻。</p><p><b>　　3.控制及保護(hù)電路</b></p><p><b>　　1)、激活電路</b></p><p>　　圖2-15 UC3842 激活電

69、路</p><p>　　在電源接通的瞬間,Q902滿足導(dǎo)通的條件,310V直流電經(jīng)過R903,Q902加到UC3842的7腳,提供UC3842的開啟電壓,UC3842正常工作后,從第6腳輸出的方波信號驅(qū)動Q901,同時在其內(nèi)部產(chǎn)生5V基準(zhǔn)電壓,從8腳輸出。此5V電壓經(jīng)過D914、R929耦合到Q903的基極使其導(dǎo)通,Q903的集電極電位被拉低,D913截止,使得Q902由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂C3842正常工作的驅(qū)動電

70、壓由副邊一繞組提供,通過R908、D908耦合到達(dá)7腳,C909對這個電壓進(jìn)行濾波。</p><p><b>　　2)、穩(wěn)壓環(huán)節(jié)</b></p><p>　　穩(wěn)壓環(huán)節(jié)由以下電路組成,其中U900為光電耦合器,U904為精密電壓調(diào)節(jié)器。</p><p>　　圖 2-16 電壓反饋電路</p><p>　　在6.5V、44

71、V端電壓正常時,可以通過調(diào)節(jié)VR901使UC3842的1腳輸出2.5V的電壓。</p><p>　　當(dāng)由于某種原因引起44V或6.5V端電壓上升時,U904的R端電壓也將隨著上升,于是K端電壓下降,U900內(nèi)部發(fā)光二極管更亮,U900耦合加強(qiáng)C913兩端電壓下降,UC3842的1腳電位被拉低,使UC3842的6腳輸出脈沖的占空比減小,Q901導(dǎo)通時間縮短,各路輸出端平均電壓下降,并逐漸穩(wěn)定于額定電壓值。</

72、p><p>　　如果由于某種原因引起44V或6.5V端電壓下降, U904的R端電壓也將隨著下降,于是K端電壓上升,U900耦合減弱,C913兩端電壓增大,UC3842的1腳電位上升,使UC3842的6腳輸出脈沖的占空比增大,Q901導(dǎo)通時間延長,各路輸出端平均電壓上升,并逐漸穩(wěn)定于額定電壓值。其中R973,C975為增加反饋的靈敏度而設(shè)計(jì)。</p><p>　　U900是光電耦合器,在開關(guān)電

73、源的主振回路中,它在輸入回路和輸出回路之間起隔離作用。同時,它還為電源的穩(wěn)壓控制電路提供信號傳遞通路。圖2-17表示的是典型的光電耦合器結(jié)構(gòu)圖。</p><p>　　光電耦合器主要由兩個組件組成:一個是光源，實(shí)際上它是一個發(fā)光二極管(LED),另一個是光敏器件,它可以是光電池,光敏三極管,光敏單向可控硅等器件。最通用的光電耦合器件是把一個砷化鉀發(fā)光二極管(LED)和一個硅光敏三極管封裝在一個完全與外界光線隔離的外

74、殼中。</p><p>　　光電耦合器的基本工作過程如下:當(dāng)有電流流過LED時,便產(chǎn)生一個光源,光的強(qiáng)度取決于激勵電流的強(qiáng)度,此光源照射到封裝在一起的光敏三極管上后,控制光敏三極管產(chǎn)生一個與LED正向電流成比例的集電極電流。</p><p><b>　　3)、限流環(huán)節(jié)</b></p><p>　　圖 2-18 過流保護(hù)電路</p>

75、<p>　　如圖2-18所示，限流保護(hù)由主變回路電流取樣電阻R911、R930、D930、R938等組成。分兩路進(jìn)行限流保護(hù)。</p><p>　　當(dāng)電壓輸出端因負(fù)載短路或電容擊穿等原因造成主變換回路過流時,R907上的電壓隨之增大,一方面加在R907上的電壓通過R930,D930,R938耦合到可控硅Q930的觸發(fā),當(dāng)這個電壓加到一定程度時,Q930導(dǎo)通,從而使UC3842的1腳電壓被拉低,使6腳

76、脈沖停止輸出,Q901截止,各路電壓也停止輸出；另一方面, 此點(diǎn)的電壓通過R911加到UC3842的3腳控制PWM占空比調(diào)節(jié)器,當(dāng)3腳電壓等于或超過1V時,6腳停止脈沖輸出,Q901截止，從而保證了Q901和其它組件的安全。</p><p><b>　　4)、輸出電路</b></p><p>　　根據(jù)顯示器各部分電路的需要,本次設(shè)計(jì)的開關(guān)電源分44V、63.5V、6.

77、5V、10V、9.8V、 -8.5V共六路直流電壓輸出,現(xiàn)任選一路進(jìn)行說明（如圖2-19所示）。在變壓器次級繞組中感應(yīng)的電流經(jīng)過D943半波整流,C947平滑濾波后輸出。其中R963,C963組成尖峰脈沖吸收網(wǎng)絡(luò),可以保護(hù)D943不被高壓尖峰脈沖擊穿,還可以抑制D943由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止時產(chǎn)生的干擾信號。R939為虛擬負(fù)載。</p><p>　　圖 2-19 輸出電壓電路</p><p>　

78、　在輸出電路中,對所需的整流二極管也有一定的要求，它必須具有正向壓降低、快速恢復(fù)的特點(diǎn),還應(yīng)具有足夠的輸出功率。普通的PN結(jié)二極管不適于作為開關(guān)使用。主要是因?yàn)樗鼈兓謴?fù)得慢,并且效率低。因此,我們選擇高效超快恢復(fù)二極管。</p><p>　　超快恢復(fù)二極管具有適中的和較高的正向壓降。其范圍是從0.8V~1.2V。這種整流二極管還應(yīng)該具有較高的截止電壓參數(shù)。因此,它特別適合于在輸出小功率的電源電路中使用。</

79、p><p>　　由于本次設(shè)計(jì)的隔離式開關(guān)電源工作頻率在20kHz以上,比起一般的整流二極管,高效超快恢復(fù)整流二極管的反向恢復(fù)時間減小到了ns級。因此,大大提高了電源的工作效率。在選擇快速恢復(fù)整流二極管時,其反向恢復(fù)時間參數(shù)trr至少應(yīng)該比開關(guān)晶體管的上升時間低三倍。</p><p>　　這種整流二極管還減少了開關(guān)電壓尖峰。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的紋波。雖然某些稱為“軟”恢復(fù)型整流二極管

80、的噪音較小,但是它們的反向恢復(fù)時間trr較長,反向電流IRM也較大。因而使得開關(guān)損耗增大。圖2-20說明的是快速恢復(fù)型與“軟”恢復(fù)型二極管的特性。</p><p>　　波形(a)描述的是“軟”恢復(fù)型二極管的反向恢復(fù)部分；</p><p>　　波形(b)描述的是快速恢復(fù)型整流管的反向恢復(fù)部分。</p><p>　　從圖2-20可見,兩類不同的整流管的trr和IRM數(shù)值

81、有明顯的區(qū)別。</p><p>　　高效超快恢復(fù)整流二極管在開關(guān)電源中作為整流器使用時,是否需要散熱器,要根據(jù)電路的最大輸出功率來決定。一般情況下,這些二極管在制造時允許的結(jié)溫在1750C左右。生產(chǎn)廠家對其產(chǎn)品都有技術(shù)說明,提供給設(shè)計(jì)者計(jì)算最大的輸出工作電流、電壓及外殼溫度等。</p><p><b>　　5)、過壓保護(hù)</b></p><p>

82、;　　過壓保護(hù)如下圖2-21所示,在正常情況下,ZD930處于微導(dǎo)通狀態(tài),當(dāng)UC3842的6腳輸出脈沖的占空比增大而使輸出電壓增大時,圖2-21中副邊繞組的電壓也增大,通過R908、D908耦合到穩(wěn)壓管ZD930的負(fù)極電壓增大,流過ZD930的電流增加到一定程度后,觸發(fā)可控硅Q930導(dǎo)通,從而使UC3842的1腳電平被拉低,6腳停止脈沖輸出,Q901截止,各路電壓端停止電壓輸出。</p><p>　　圖 2-21

83、 過壓保護(hù)電路</p><p>　　第3章 隔離式開關(guān)電源的模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　由于此類開關(guān)電源屬于模塊化設(shè)計(jì)，因此本章內(nèi)容是針對每一模塊進(jìn)行分析與計(jì)算，選取適當(dāng)?shù)脑骷?lt;/p><p>　　3.1 開關(guān)電源輸入回路的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.整流電路的設(shè)計(jì)</b></p>&l

84、t;p>　　整流電路有電容輸入型與扼流圈輸入型兩種。開關(guān)電源一般采用電容輸入型整流電路設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　輸入電容C906容量由輸入保持時間以及直流輸入電壓要求的紋波大小決定,而且流經(jīng)電容的紋波電流在電容允許范圍內(nèi),C906的紋波電流對電源壽命有很大的影響,應(yīng)特別注意。流經(jīng)直流輸入回路的平均電流Idc為:</p><p>　　Idc=Idc*Dmax=(I1p+I1b)/

85、2*Dmax=(3.9+2.34)/2*0.4=1.25(A)</p><p>　　進(jìn)行輸入回路設(shè)計(jì)時,有必要現(xiàn)假定C906值,據(jù)過去經(jīng)驗(yàn),C906=(400~600)*Idc,若取中間值,則C906=500*1.2=600(F)可求出交流輸入電壓E1與直流輸入電壓V1的關(guān)系,電容的負(fù)載電阻RLC為</p><p>　　RLC=V1min/Idc=105/1.25=84()</p&g

86、t;<p>　　W*RLC*C906=2**f*RLC*C906=2*3.14*50*84*600*10-6=15.8</p><p>　　若設(shè)輸入串聯(lián)電阻Rs為3.3,則</p><p>　　Rs/RLC=3.3/84=0.04</p><p>　　根據(jù)電容并聯(lián)型整流電路電壓系數(shù)圖,可知V1/E1=1.17</p><p>&

87、lt;b>　　則 </b></p><p>　　V1min=90*1.17=105(V)</p><p>　　V1max=21/2*E1max=21/2*264=373(V)</p><p>　　Iac交流輸入(整流器)電流有效值,Iac為交流輸入(整流器)電流峰值。因?yàn)槭侨ㄕ?有:</p><p>　　K*W*RL

88、C*C906=2*15.8=31.6</p><p>　　Rs/K*RLC=3.3/2*84=0.02</p><p>　　由整流器與輸出平均電流間的關(guān)系有 Iac/Idc=1.3,得 </p><p>　　Iac=1.3*Idc=1.3*1.25=1.6(A)</p><p>　　由整流器的峰值電流與輸出平均電路的關(guān)系有 Idcp/Idc=

89、4,則</p><p>　　Iacp=4*Idc=4*1.25=5(A)</p><p>　　由Q=W,輸入電容的紋波電壓Vcr為: Idc*t=C906*Vcr,則</p><p>　　Vc=Idc*r/C906=1.25*7*10-3/600*10-6=14.6(V)</p><p>　　式中,t為整流器非導(dǎo)電時間,50Hz全波整流約

90、為7ms,采用此值,求流經(jīng)C906的紋波電流Iclrms。對于市電交流頻率與振蕩頻率時分別計(jì)算電容C906的紋波電流。</p><p>　　市電交流頻率的紋波電流Ir1為:</p><p>　　Ir1=1/T*（Iac）2</p><p>　　因輸入電流平均值供給負(fù)載側(cè),因此</p><p>　　Ir1=[(Iac)2-(Iaca)2]1/2

91、</p><p>　　Iaca為交流輸入電流半周期的平均值,若設(shè)整流器的導(dǎo)電時間為3ms,對電容進(jìn)行充電電流波形近似三角波</p><p>　　Iaca=Ton/(T/2)*1/2*Iacp</p><p>　　式中,T與Ton分別是市電周期與導(dǎo)電時間,50Hz全波整流時,T=20ms,由式 Iaca=Ton/(T/2)*1/2*Iacp有Ia

92、ca=3/10*1/2*5=0.75A</p><p>　　由式 I=[(Iac)2-(Iaca)2]1/2=[(1.6)2-(0.75)2]1/2=1.4(A)</p><p>　　再求振蕩頻率的紋波電流Irh。流經(jīng)開關(guān)部分的電流有效值</p><p>　　Irms=1/T*Ton</p><p>　　式中,T與Ton分別為振蕩頻率的

93、周期與導(dǎo)電時間.則</p><p>　　Irms=Ids*(Ton/T)1/2=3.12*(8/20)1/2=1.95(A)</p><p>　　振蕩頻率的平均電流也直接供給負(fù)載,因此</p><p>　　Irh=[(Irms)2-(Idc)2]1/2=[(1.95)2-(1.25)2]1/2=1.5(A)</p><p>　　Icrms=[

94、(Ir1/K1)2+(Irh/K2)2]1/2</p><p>　　式中,K部為100Hz時允許紋波電流系數(shù),K2為50Hz時允許紋波電流系數(shù)。</p><p>　　采用日本電解電容SMH系列,耐壓400V,容量為150F。當(dāng)120Hz時K1為1,K2采用50kHz 時值為1.4,據(jù)</p><p>　　Icrms=[(Ir1/K1)2+(Irh/K2)2]1/2&

95、lt;/p><p>　　有Icrms=[(1.4/1)2+(1.5/1.4)2]1/2=1.76</p><p>　　如果使用電容器外殼大小為35*25,850C時允許紋波電流為2.0A時完全滿足。</p><p>　　最后求出整流器功耗Prf因是全波整流,采用整流橋D5SBA40。</p><p>　　Prf=Iacp*VF/(31/2)*To

96、n/T*4</p><p>　　式中T為市電交流周期,50Hz時T=20ns,Ton=3ns,則</p><p>　　Prf=5*105*3*4/(20*3)=1.8(W)</p><p>　　整流橋承受的反壓是交流輸入電壓最大值的2倍,此處為264*21/2=373V,選用400V整流橋就可。</p><p>　　2.沖擊電流抑制回路的設(shè)計(jì)

97、</p><p>　　開關(guān)電源一般采用電容輸入型回路,在交流輸入接通的瞬間要對電容器進(jìn)行充電,為了對輸入回路的通斷,用輸入保險(xiǎn)絲,整流器等進(jìn)行保護(hù),同時為了要減少對其它電子設(shè)備造成惡劣影響,因此需要接入沖擊電流抑制回路。在交流輸入電壓最大,相位為900時,沖擊電流出現(xiàn)最大值。在規(guī)定的時間間隔時輸入電壓進(jìn)行通斷時,輸入電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前,流經(jīng)的最大瞬時電流為沖擊電流。在受開關(guān)電源的承受能力所限下,峰值一般達(dá)到30

98、A~50A。</p><p>　　沖擊電流抑制回路實(shí)例如上圖3-1所示。</p><p>　　此設(shè)計(jì)中采用功率熱敏電阻,取沖擊電流峰值為40A輸入電壓峰值E1p=20.5*261=360V,則熱敏電阻需瞬時接入R=360/40=9,此熱敏電阻選SP15008其電氣特性為:在常溫下其阻值為8+15%,在周圍環(huán)境溫度為1000C以上時流過的電流Imax=5A,能夠滿足要求。 </p>

99、;<p>　　3、輸入濾波回路的設(shè)計(jì)</p><p>　　輸入濾波回路有兩種作用:其一, 是抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲反饋到電源。其二, 是防止輸入電源串入噪聲。根據(jù)噪聲規(guī)章一般是其二作用的回路結(jié)構(gòu)。噪聲規(guī)制型有VCCI,FCC,VDE871,CI8PR等,按照A類,B類以及使用環(huán)境確定規(guī)制電平。</p><p>　　如圖2-13中C901、C902、C916、C918、C911

100、、C915為線性濾波電容器,其中C901、C902為X電容,濾出輸入電路中的差模干擾,采用薄膜電容器。C916、C918、C911、C915為Y電容，濾出輸入電路中的共模干擾,主要采用KCKD和MX系列電容器。</p><p><b>　　4、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1)限流保護(hù)</b></p><

101、p>　　限流保護(hù)由主變回路電流取樣電阻R907,R911,C914等組成,產(chǎn)生過流的原因,常常是:</p><p>　　(1)電壓輸出端負(fù)載短路；(2)電容擊穿。</p><p>　　因此,造成主變換回路過流,則Q901上流過Ids過大,為此可以在Q901的源極接一取樣電阻,因需要敏感性,故其值很小,取0.33。</p><p>　　當(dāng)主變換回路過流時,流過R

102、907上電流也增大，從而轉(zhuǎn)換為其上的電壓值也隨之增大,并超過1V,此電壓通過R911加到UC3842的3腳控制PWM占空比調(diào)節(jié)器,使6腳停止脈沖輸出,考慮時間常數(shù)因素,R911和C914都不能選太大,R911取1K,C914取1000PF,=RC=10-6s=1s,它小于Ton。為了使過流能得到徹底的保護(hù),設(shè)計(jì)了雙保護(hù),另一種保護(hù)是當(dāng)過流時,R907電阻上電壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常值,取樣電阻上的電壓會通過R930,D930,R938觸發(fā)晶閘管

103、Q930,則拉低UC3842的1腳,使其6腳無脈沖輸出,R930取240,其上電壓很小,D930選1N4148,其電氣特性為IF=10mA,VF(max)=1V,tr=4ns,由于其正向壓降小,反應(yīng)速度快,故很好的滿足要求。</p><p><b>　　2)過壓保護(hù)</b></p><p>　　過壓保護(hù)由R908,D908,ZD930和晶閘管Q930組成。當(dāng)輸入電壓過

104、高時,NB繞組提供電壓也高,當(dāng)其值達(dá)到保護(hù)值時,經(jīng)R908,D908將ZD930擊穿,觸發(fā)Q930,從而使UC3842的1腳拉低,關(guān)掉其6腳輸出,起到保護(hù)作用。</p><p>　　R908取值小,為2.2,D908選快速二極管FR104,其反向耐壓較高,最大平均電流為1A。根據(jù)輸出電壓波動范圍,又因?yàn)殡娫捶€(wěn)定工作時UC3842的7腳輸入電壓為16V,故ZD930的穩(wěn)壓值取為20V,ZD930選GZ20-2穩(wěn)壓管

105、。</p><p>　　3.2 主變換電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1.技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　輸入電壓-------------------單相交流220伏</p><p>　　輸入電壓范圍---------------90到264伏</p><p>　　6路輸出: 1路輸

106、出----------電壓+63.5伏,電流0.2安</p><p>　　2路輸出----------電壓+10伏,電流0.8安</p><p>　　3路輸出----------電壓+44伏,電流1.0安</p><p>　　4路輸出----------電壓+9.8伏,電流0.2安</p><p>　　5路輸出----------電壓+6.5

107、伏,電流0.4安</p><p>　　6路輸出----------電壓-8.5伏,電流0.3安</p><p>　　總輸出功率-----------------70瓦</p><p>　　2.基本電路如圖2-15所示</p><p>　　電壓和電流波形如下圖3-2所示:</p><p>　　在Q901導(dǎo)通Ton期間變壓

108、器T901從輸入側(cè)蓄積能量,在下一次截止Toff期間,變壓器蓄積的能量傳遞給變壓器次級端，從而供給輸出負(fù)載。輸出電壓V1是輸入交流電壓經(jīng)整流后的直流電壓。</p><p>　　Ton時,晶體管Q901導(dǎo)通,因此變壓器T901的初級繞組L1兩端加上輸入電壓V1。這期間,輸出二極管D943中無電流,因此變壓器初次級側(cè)不產(chǎn)生相互作用。L1中蓄積的能量為L1*I12/2。</p><p>　　To