電子與信息工程畢業(yè)論文基于tea1733綠色開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)</p><p>　　基于TEA1733綠色開關(guān)電源的設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子與信息工程 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　電源是電子設(shè)備最重要的組成部分，其質(zhì)量好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性能，而且設(shè)備故障的

3、百分之六十來自于電源。因此，電源的質(zhì)量越來越受到人們的重視。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型功率元器件的不斷出現(xiàn)，開關(guān)電源技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)、通訊、電力、家用電器、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著成果。節(jié)約能源，減少溫室氣體的排放，不光是節(jié)約了成本，更重要的是保護(hù)了我們的地球，保護(hù)了人類的身體健康。開關(guān)電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家用電器、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、通訊、航天航海等各個領(lǐng)域。因此設(shè)計(jì)綠色開關(guān)電源正是適應(yīng)了節(jié)能減排的需求。</

4、p><p>　　此文中分析設(shè)計(jì)了一種電流模式控制PWM型開關(guān)電源電路。它采用TEA1733控制芯片，利用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電流模式控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定。該電路可實(shí)現(xiàn)19.3V穩(wěn)壓功能；開關(guān)頻率為100kHz，最大占空比為80％內(nèi)置過流過壓保護(hù)功能；工作溫度范圍為-25℃～+85℃。</p><p>　　論文基于反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電流模式控制開關(guān)電源的基本原理，提出了電路整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)分析了整

5、體電路在不同負(fù)載下應(yīng)用的工作原理。接著根據(jù)整體電路功能要求完成子電路的設(shè)計(jì)與仿真，主要包括頻率抖動電路、振蕩器、過壓保護(hù)、前沿消隱、過溫保護(hù)、主觸發(fā)器模塊和輔助電源電路。最后，在整體電路的仿真中對正常負(fù)載，輕負(fù)載和重負(fù)載等功能進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。在結(jié)論中，對所作的工作進(jìn)行了詳細(xì)的總結(jié)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：綠色;開關(guān)電源；tea1733</p><p><b>　　ABSTR

6、ACT</b></p><p>　　The power electronic equipment, the most important part of the direct impact on the quality of the electronic equipment, and reliable performance of equipment malfunction sixty percent

7、 from power. Thus, the power supply quality more and more attention by people. Along with the development of the power electronic technology and the new power components appear constantly, switch power technology have de

8、veloped rapidly, in computer, communication, electric power, household appliances, aerospace and</p><p>　　This analysis and design of a current mode control PWM switch power supply circuit. It USES TEA1733 c

9、ontrol chip, using the separate-excited topology current mode control implement system stable. This circuit voltage 19.3 V can realize function ; Switching frequency for 100 KHZ, maximum occupies emptiescompared have bui

10、lt-in flows for 80% pressure protection function; Working temperature range is 85 ℃ ~ + 25 ℃. </p><p>　　Based on topology structure flyback type characteristic and the current mode control switch power suppl

11、y, and puts forward the basic principle of the whole structure design, and circuit are analyzed in detail in the whole circuit under different load applied principle of work. Then according to the whole circuit functions

12、 required to perform the son circuit design and simulation, mainly including frequency jitter circuit, oscillator, over-voltage protection, frontier vanishing, thermal protectio</p><p>　　Keywords: Green; Swi

13、tch power source; Tea1733 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論4</b></p><p>　　第2章DC-DC開關(guān)電源的原理和分析6</p>

14、<p>　　2.1 開關(guān)電源基本構(gòu)成6</p><p>　　2.1.1開關(guān)電源的控制結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.1.2 開關(guān)電源的構(gòu)成原理6</p><p>　　2.2 DC-DC開關(guān)電源分類7</p><p>　　2.3基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)8</p><p>　　2.3.1降壓型(buck)拓?fù)浣Y(jié)

15、構(gòu)8</p><p>　　2.3.2升壓型(boost)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.3.3升降壓型(Buck-Boost)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)9</p><p>　　2.4 PWM控制模式10</p><p>　　2.4.1電壓型PWM控制模式11</p><p>　　2.4.2電流型PWM控制模式12<

16、/p><p>　　第3章 TEA1733芯片介紹14</p><p><b>　　3.1 概述14</b></p><p><b>　　3.2 特性14</b></p><p>　　3.3 功能框圖15</p><p>　　3.4 引腳信息15</p>

17、<p>　　3.5固定頻率返馳轉(zhuǎn)換器16</p><p>　　3.6 待機(jī)模式17</p><p>　　第4章 主要模塊電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 TEA1733芯片功能18</p><p>　　4.1.1 啟動和欠壓鎖定18</p><p>　　4.1.2振蕩器18</p&

18、gt;<p>　　4.1.3 占空比的控制19</p><p>　　4.1.4谷值轉(zhuǎn)換技術(shù)19</p><p>　　4.1.5去磁化技術(shù)19</p><p>　　4.1.6 保護(hù)19</p><p>　　4.2 主要電路設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2.1 電路的總體簡介20</p&

19、gt;<p>　　4.2.2 基于TEA1733的開關(guān)電源流程圖20</p><p>　　4.2.3 開關(guān)電源原理圖20</p><p>　　4.2.4 各部分電路具體分析21</p><p>　　4.3 電路仿真分析22</p><p><b>　　小結(jié)23</b></p><

20、;p><b>　　致謝24</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p>　　附錄1 基于TEA1733綠色開關(guān)電源實(shí)物圖26</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和

21、關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)?！?】隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間?，F(xiàn)如今開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化

22、控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、工控設(shè)備、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表、醫(yī)療設(shè)備、半導(dǎo)體制冷制熱等領(lǐng)域。 </p><p>　　綠色電器的輻射度、噪音度、含氟量等都要在環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。如彩電，要求規(guī)格在29英寸以上，產(chǎn)品照射率（X射線）不超過每小時0.07毫倫，在此范圍內(nèi)不會對人體造成傷害。電視的包裝不得使用環(huán)保避用材料。綠色冰箱、冰柜要求制冷發(fā)泡系統(tǒng)不再消耗含氟物質(zhì)，制冷系統(tǒng)處于無氟狀況，這樣使用時，既不

23、會時常出現(xiàn)漏氟帶來的麻煩，又不會因氟泄露造成對大氣層的污染?！?】</p><p>　　1955年美國羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，

24、二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開關(guān)電源。從此，開關(guān)電源飛速發(fā)展?！?】</p><p>　　在經(jīng)歷了2003年和2004年的高速發(fā)展之后，2005年全球半導(dǎo)體市場發(fā)展趨緩，其中電源管理芯片實(shí)現(xiàn)銷售額902億美元，同比增長8.9%，遠(yuǎn)低于2004年26.1%的增長率。盡管如此，面向便攜式電子產(chǎn)品的電源管理市場一直是片熱土，終端產(chǎn)品的持續(xù)走銷，使得電源管理芯片市場水漲船高。根據(jù)市場調(diào)研公司

25、CIR的預(yù)測報(bào)告，面向便攜式應(yīng)用的電源市場在2008年攀升72億美元。日前，德國英飛凌PWMIC事業(yè)部高級主管Anton Riedhammer預(yù)測，電源管理芯片IC產(chǎn)業(yè)今年的增長空間預(yù)期為15-18%，這比整個半導(dǎo)體產(chǎn)品總體預(yù)估增長5-10%的指標(biāo)高出不少。</p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了

26、開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。【4】開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率

27、各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。</p><p>　　電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展做出貢獻(xiàn)。<

28、;/p><p>　　人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，也有AC/AC DC/AC 如逆變器 DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的

29、進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。</p><p>　　當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)W/cm3，效率為（80～90）％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200～300)kHz，

30、功率密度已達(dá)到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90％。</p><p>　　模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化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)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

31、仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化?！?】</p><p>　　目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開

32、關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，

33、這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對這種開關(guān)電源 的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多</p><p>　　開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開

34、發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn?Zn)材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對于高可靠

35、性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。[6]</p><p>　　開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。</p><p><b&g

36、t;　　第1章 緒論</b></p><p>　　開關(guān)電源的出現(xiàn)是電源發(fā)展過程中出現(xiàn)的一次巨大飛躍。從線性電源向開關(guān)模式電源的轉(zhuǎn)換使電源的平均效率從50%提高到80%。開關(guān)電源自從上世紀(jì)60年代問世以來，就在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。[7]如今的日常生活中，最常見的開關(guān)電源包括個人電腦里的ATX電源和各種設(shè)備的充電器。開關(guān)電源中的種類繁多，但主要的組成部分包括:PWM比較器、功率開關(guān)管、變壓器（電感

37、）和反饋電路。下圖顯示的是最原始的Buck變換器。其輸入的是較高電壓的直流電，輸出是降壓后的較低電壓。功率管開啟時，電流通過電感流到次級，功率管關(guān)閉時，電感電流不能突變，電流通過續(xù)流二極管流到次負(fù)載。通過在負(fù)載端的反饋電路，把輸出電壓的變化反饋到PWM控制器上，而PWM控制電路根據(jù)反饋過來的電壓值的大小來決定功率管開、關(guān)時間的長短，從而將輸出電壓維持在一個穩(wěn)定的值上。也就是說，通過快速地（一般PWM的開關(guān)頻率是從幾十KHz到1MHz之間

38、）開、關(guān)功率管，并由功率開、關(guān)時間的長短即占空比來調(diào)整送住負(fù)載端的能量，從而提供一個持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓。</p><p>　　圖1.1 最原始的Buck變換器</p><p>　　隨著節(jié)能環(huán)保越來越受到人們的重視，“綠色”的概念也逐漸深入人心。近來人們把“綠色”的概念引入了電源領(lǐng)域。各電源廠商和電源IC廠商紛紛推出自己的“綠色”電源和“綠色”電源IC產(chǎn)品并大力宣傳“綠色”的概念。例如PI公

39、司對其EcoSmart節(jié)能技術(shù)的宣傳,公司的“綠色空間”網(wǎng)頁有一個計(jì)數(shù)器正在即時顯示1998年以來，采用該公司EcoSmart綠色節(jié)能芯片技術(shù)的電源產(chǎn)品正在為全球消費(fèi)者節(jié)省的電費(fèi)金額。EcoSmart節(jié)能技術(shù)使能源得到更有效的利用,可實(shí)現(xiàn)環(huán)保設(shè)計(jì)。省略周期和頻率減半等功能可以顯著地降低能耗,特別是在待機(jī)和空載的條件下。這種特性使得很多電子產(chǎn)品可以達(dá)到甚至超過如Energy Star、Blue Angel、Energy 2000之類的通用

40、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。[8]</p><p>　　盡管如此電源領(lǐng)域的“綠色”仍是一個模糊概念。通常認(rèn)為，“綠色”開關(guān)電源至少應(yīng)該滿足以下三個方面：首先是器件的材料以及化學(xué)物質(zhì)要環(huán)保，這一點(diǎn)業(yè)界已達(dá)成共識，目前很多供應(yīng)商都已采用無鉛工藝或符合RoHS；其次，就是待機(jī)和空載時候系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)低功耗，能滿足綠色環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)如Energy Star、BlueAngle；第三點(diǎn)就是MOSFET開和關(guān)過程的功耗要控制好。具體表現(xiàn)在高功率因數(shù)，低

41、諧波畸變，高效節(jié)能，穩(wěn)定可靠，并對電磁干擾(EMI)和電磁輻射具有非常高的抑制能力。[9]</p><p>　　“綠色”開關(guān)電源控制IC是指集成了使電源系統(tǒng)達(dá)到“綠色”標(biāo)準(zhǔn)功能的控制器集成電路。上文所提到的第二、三點(diǎn)即低待機(jī)功耗和好的開和關(guān)過程控制通常都由“綠色”開關(guān)電源控制IC完成。另外，“綠色”開關(guān)電源控制IC還應(yīng)該有軟啟動電路和完善的各保護(hù)電路，包括過載保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓鎖定、過流保護(hù)、過溫保護(hù)等，使芯片

42、在任何可預(yù)見的惡劣情況下都能使保護(hù)電源系統(tǒng)和芯片本身。</p><p>　　第2章DC-DC開關(guān)電源的原理和分析</p><p>　　2.1 開關(guān)電源基本構(gòu)成</p><p>　　開關(guān)電源是采用開關(guān)元件的周期性通斷開關(guān)工作，控制開關(guān)元件的占空比（通斷時間之比）來調(diào)整輸出電壓。[10]這種開關(guān)元件是由功率半導(dǎo)體器件來承擔(dān)的。DC/DC變換器用來進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電

43、源的核心部分，此外，還包含過流與過壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路的作用是檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差電壓通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制PWN脈寬調(diào)整電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間比（占空比），從而改變輸出電壓或電流的大小。</p><p>　　2.1.1開關(guān)電源的控制結(jié)構(gòu)</p><p>　　一般地，開關(guān)電源大致由輸入電路、變換電路、控制電路、輸出電路四

44、個主體組成。</p><p>　　如果細(xì)致劃分，它包括：輸入濾波、輸入整流、開關(guān)電路、變壓器、采樣、比較放大、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動、輸出整流、輸出濾波電路等。</p><p>　　實(shí)際的開關(guān)電源還要有保護(hù)電路、功率因素校正電路、同步整流驅(qū)動電路及其它一些輔助電路等。</p><p>　　根據(jù)控制類型不同，PM（脈沖調(diào)制）電路可能有多種形式。這里是典型的PWM結(jié)構(gòu)。&

45、lt;/p><p>　　2.1.2 開關(guān)電源的構(gòu)成原理</p><p><b>　　1.輸入電路</b></p><p>　　濾波電路、整流電路。作用：把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開關(guān)電源直流輸入電源。</p><p>　　（1）濾波電路：抑制諧波和噪聲。</p><p>　　（2）整流電路：把

46、交流變?yōu)橹绷?。有電容輸入型、扼流圈輸入型兩種，開關(guān)電源多數(shù)為前者。</p><p><b>　　2.變換電路</b></p><p>　　含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關(guān)電源變換的主通道，完成對帶有功率的電源波形進(jìn)行斬波調(diào)制和輸出，這一級的開關(guān)功率管是其核心器件。</p><p><b>　?。?）開關(guān)電路</b&g

47、t;</p><p>　　驅(qū)動方式：自激式、他激式。</p><p>　　變換電路：隔離型、非隔離型、諧振型。</p><p>　　調(diào)制方式：PWM、PFM、混合型三種。PWM最常用。</p><p><b>　　（2）變壓器輸出</b></p><p>　　分無抽頭、帶抽頭。半波整流、倍流整流時

48、，無須抽頭，全波時必須有抽頭。</p><p><b>　　3.控制電路</b></p><p>　　向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。</p><p>　　采樣電路：采取輸出電壓的全部或部分。</p><p>　　比較放大：把采樣信號和基準(zhǔn)信號比較，產(chǎn)生誤差信號，用于控制電源PM電路。</p

49、><p>　　V/F變換：把誤差電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。</p><p>　　振蕩器：產(chǎn)生高頻振蕩波。</p><p>　　基極驅(qū)動電路：把調(diào)制后的振蕩信號轉(zhuǎn)換成合適的控制信號，驅(qū)動開關(guān)管的基極。</p><p><b>　　4.輸出電路</b></p><p>　　整流、濾波。把輸出電壓整流成脈動直

50、流，并平滑成低紋波直流電壓。輸出整流技術(shù)現(xiàn)在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。</p><p>　　2.2 DC-DC開關(guān)電源分類</p><p>　　開關(guān)電源按不同的區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類形式。對同一開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)不同的電路名稱，但無論如何稱呼，都是根據(jù)其電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來命名的。[11]不同的電路結(jié)構(gòu)突出了不同的性能參數(shù)。下面將根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制控制方式和電感電流

51、工作模式對不同的開關(guān)電源電路進(jìn)行比較分析，闡述各電路工作原理及其電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。</p><p>　　DC-DC型開關(guān)電源按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為降壓型DC-DC、升壓型DC-DC、降壓升壓型DC-DC。</p><p>　?。?）降壓型——Buck電路，其輸出平均電壓U o小于輸入電壓U I，極性相同。</p><p>　?。?）升壓型——Boost電路，其輸出平均電壓U

52、 o大于輸入電壓U I，極性相同。</p><p>　　（3）升降壓型—Buck-Boost電路，其輸出電壓U o大于或小于輸入U(xiǎn) I，極性相反，電感傳輸。</p><p>　?。?）降壓或升壓斬波器——Cuk電路，其輸出平均電壓U o大于或小于輸入U(xiǎn)I，極性相反，電容傳輸。DC-DC型開關(guān)電源按控制脈沖的調(diào)制方式可分為脈寬調(diào)制（PWM）、脈頻調(diào)制（PFM）和混合調(diào)制。</p>

53、<p>　?。╝）脈沖寬度調(diào)制（PWM），是指工作頻率恒定的情況下（即工作周期不變），通過改變功率開關(guān)管導(dǎo)通時間或截止時間來改變占空比，通過占空比的調(diào)整來使輸出電壓穩(wěn)定。基本實(shí)現(xiàn)方法是由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生一個頻率恒定的鋸齒波，與一個參考電壓比較，輸出方波，用于控制調(diào)整管。通過控制參考電壓的大小，就可以調(diào)整輸出方波的占空比。因開關(guān)周期固定，為設(shè)計(jì)濾波電路提供了方便。但其缺點(diǎn)是負(fù)載較小時，控制電路的工作電流占總工作電流的比例上升，

54、導(dǎo)致效率降低，靜態(tài)功耗增加；另外就是線性調(diào)整率也比較差。</p><p>　　（b）脈沖頻率調(diào)制(PFM)，在占空比一定的情況下，通過調(diào)整脈沖頻率，即改變振蕩器的工作頻率來調(diào)整開關(guān)管的開關(guān)頻率。</p><p>　?。╟）混合調(diào)制方式，是指脈沖寬度與開關(guān)頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它屬于PWM和PFM的混合方式。由于脈沖寬度和周期均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合制作供實(shí)驗(yàn)室

55、使用的輸出電壓可以在寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。</p><p>　　DC-DC開關(guān)變換器依據(jù)流經(jīng)電感的電流是否降為零的工作模式來區(qū)分，可區(qū)分為兩種工作類型：</p><p>　?。á。┻B續(xù)導(dǎo)通模式(Continuous-Conduction Mode；CCM)，是指當(dāng)開關(guān)斷開后再次導(dǎo)通時，流經(jīng)電感的電感電流未下降至零。</p><p>　?。áⅲ┎贿B續(xù)導(dǎo)通模式(Dis

56、continuous-Conduction Mode；DCM)，是指當(dāng)開關(guān)斷開后再次導(dǎo)通前，流經(jīng)電感的電感電流已下降至零。</p><p><b>　　2.3基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</b></p><p>　　DC- DC轉(zhuǎn)換器把沒有經(jīng)過調(diào)整的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流輸出電壓Vout，圖2一1是一個基本的DC- DC開關(guān)電源的原理框圖。通過比較輸出電壓Vuot和基準(zhǔn)電壓V

57、erf來調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的周期，脈沖寬度調(diào)制控制斬波電壓的平均值，從而控制輸出電壓的大小。理論上，如果所有器件都是理想的，那么開關(guān)電源變換器的效率為100%，實(shí)際上開關(guān)電源變換器典型的效率一般超過75%，有時可以超過90%。[12]</p><p>　　圖2.1 PWM型DC-DC開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.3.1降壓型(buck)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p&

58、gt;　　圖2.2 降壓型DC-DC電路</p><p>　　圖2-2為常用的降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換電路拓補(bǔ)，由MOSFET開關(guān)Q，儲能電感L，濾波電容C以及續(xù)流二極管組成。MOSFE下開關(guān)由一組占空比為O的信號控制。當(dāng)Q閉合時，輸入電壓Vin通過L對C進(jìn)行充電，此時二極管截止。當(dāng)開關(guān)斷開后，由于電感的存在，使得IL短時間內(nèi)可以維持，但逐漸變小，二極管導(dǎo)通，起到續(xù)流的作用。開關(guān)關(guān)閉時，負(fù)載電流和電容電流都由電感電流

59、提供，而開關(guān)斷開時，負(fù)載電流是電感電流和電容電流之和。從能量轉(zhuǎn)換角度上相同。</p><p>　　圖2.3 Bcuk 開關(guān)閉合和斷開時的工作示意圖</p><p>　　2.3.2升壓型(boost)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.4 升壓型 DC-DC電路</p><p>　　升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)了從低壓輸入得到高壓輸出的功能，它

60、使用NMOS作為開關(guān)管(如圖2-4所示)，開關(guān)受一組占空比為D的方波信號控制，當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，D反偏，L的電流線性上升;開關(guān)斷開時，由于電感電流不能突變，L的電壓極性顛倒，D正偏，此時C兩端電壓高于輸入電壓Vin。在開關(guān)閉合時，負(fù)載電流僅由電容提供，開關(guān)斷開時，負(fù)載電流和電容電流由電感電流共同提供。從能量角度分析，能量是守恒的，即輸入能量等于輸出能量。對于Boost轉(zhuǎn)換器，既然輸入電壓低于輸出電壓，則必然輸入平均電流高于輸出平均電流，也就

61、是負(fù)載平均電流要低于開關(guān)管平均電流。而對于Buck轉(zhuǎn)換器，輸入電壓高于輸出電壓，則負(fù)載平均電流高于開關(guān)管平均電流。</p><p>　　圖2.5 Bcuk 開關(guān)閉合和斷開時的工作示意圖</p><p>　　2.3.3升降壓型(Buck-Boost)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.6 升壓降型DC-DC電路</p><p>　　Buck-

62、BooSt轉(zhuǎn)換器的工作原理為:當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，電感電流線性上升，開關(guān)受一組占空比為D的方波信號控電感兩端電壓為Vs;開關(guān)斷開時，D正偏，電感電流線性下降，此時L兩端電壓等于Vo。在開關(guān)閉合時，負(fù)載電流由電容提供，開關(guān)斷開時，負(fù)載電流和電容電流由電感提供。</p><p>　　2.4 PWM控制模式</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源的反饋控制中。[13]在PW

63、M控制中，開關(guān)頻率是常數(shù)，而開關(guān)的占空比D是可變的。PWM型降壓變換器工作原理圖見圖2- 2，圖2-7是PWM型降壓變換器穩(wěn)態(tài)工作波形圖，開關(guān)周期為T，T從PMOS管導(dǎo)通開始，在導(dǎo)通期間D，反相器的輸出端Vx和輸入電壓短接，電感電壓為(Vin-VO)，電感電流從最小值線性上升到最大值，一部分能量儲存在電感中，另一部分能量傳遞到濾波器電容和負(fù)載上，接著PMOS管關(guān)斷，PMOS同步整流管導(dǎo)通，反相器的輸出端Vx接地。在(1-D)過程內(nèi)，電感

64、電壓反向，電流線性下降，儲存在電感中的能量傳遞到輸出濾波器和負(fù)載上。[14]這個周期通過開關(guān)PMOS管和PMOS管不斷循環(huán)。在穩(wěn)態(tài)周期，消耗在負(fù)載的能量等于從電池中吸收的能量。本節(jié)中的分析均基于Buck型結(jié)構(gòu)。根據(jù)反饋環(huán)路種類可以分為電壓模式控制和電流模式控制。電壓控制模式只反映輸出電壓的變化，這意味著DC-DC變換器為了響應(yīng)負(fù)載電流或者輸入電壓的變化，必須要等到這些變化被輸出電壓所體現(xiàn)，這樣會影響變換器的穩(wěn)壓特性，負(fù)載會輸入電壓的擾動

65、會產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓波動。[15]為了彌補(bǔ)電壓</p><p>　　圖2.7 PWM工作模式下穩(wěn)定狀態(tài)的工作波形</p><p>　　2.4.1電壓型PWM控制模式</p><p>　　圖2-6為電壓控制模式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。電壓型PWM控制的基本原理是:電源輸出電壓外B與參考電壓VFB比較放大，得到誤差信號性VERROR，VERROR又和鋸齒波信號比較后，PW

66、M比較器輸出一系列脈沖，這些脈沖的寬度隨誤差信號VERROR的變化而變化，而這些脈沖寬度決定了輸出能量的大小。當(dāng)負(fù)載消耗能量增大時，脈沖寬度增大，而輸出能量減小時，輸出脈沖寬度減小，從而維持輸電壓恒定。這種電壓控制開反饋環(huán)，關(guān)電源只需要一個反饋信號，用于實(shí)現(xiàn)整個電路的負(fù)反饋而維持輸出恒定。在整個控制電路系統(tǒng)中只有一個反饋環(huán)路，是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。[16]</p><p>　　圖2.8 電壓控制模式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)

67、構(gòu)</p><p>　　電壓控制型開關(guān)電源是一個二階系統(tǒng)，它有兩個狀態(tài)變量，即輸出濾波電容器上的電壓和輸出濾波電感中的電流。二階系統(tǒng)是一個有條件穩(wěn)定系統(tǒng)，只有對控制回路進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，在滿足一定條件下，閉環(huán)系統(tǒng)才能穩(wěn)定工作。</p><p>　　2.4.2電流型PWM控制模式</p><p>　　峰值電流控制模式(PCM，Peak Current Mode)簡稱電流控

68、制模式，又稱為電流編程模式(CPM，Curreni Progam Mode)。[17]電流控制模式就是在保留電壓控制模式的輸出電壓控制部分上，又增加了一個電流反饋環(huán)，即存在電壓反饋外環(huán)和電流反饋內(nèi)環(huán)，是一個雙環(huán)控制系統(tǒng)。電感電流不再是一個獨(dú)立的量，從而使閉環(huán)系統(tǒng)成為一個一階無條件穩(wěn)定系統(tǒng)。</p><p>　　圖2.9電流控制模式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-9為電流控制

69、模式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。其工作原理為:在脈寬比較器的輸入端直接用檢測到的輸出電感電流信號或功率管電流信號與誤差放大器的輸出信號進(jìn)行比較，從而控制輸出脈沖的占空比，以此達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電感的峰值電流跟隨誤差電壓變化。它并不是用電壓誤差信號直接控制PWM脈沖寬度，而是用峰值電感電流間接地控制PWM脈沖寬度。</p><p>　　在圖2-9中誤差放大器對基準(zhǔn)電壓VREF和負(fù)載電壓分量VFB之間的差值進(jìn)行放大，得到控制信號

70、VERROR。由于在一個開關(guān)周期時間內(nèi)，負(fù)載電壓的變化量很小，可近似認(rèn)為同一個開關(guān)周期時間內(nèi)VERROR值不變。VERROR被送到比較器的反相輸入端;VSENSE和斜坡補(bǔ)償信號VSAW相加后得到合成信號(VSENSE+VSAW)送至比價器的同相輸入端的。合成信號跟誤差放大器的輸出電平VERROR進(jìn)行比較，輸出脈沖與OSCILLATOR的輸出信號進(jìn)入LOGIC&DIRVE模塊，驅(qū)動功率管道通，電源回路中的電流脈沖逐漸增大。當(dāng)電流在

71、采樣電阻RSENSE上的幅度達(dá)到VERROR電平時，脈寬比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，功率管截止。電路就是這樣逐個地檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖，達(dá)到控制電源輸出的目的。</p><p>　　與電壓型PWM控制相比，電流型PWM控制具有以下幾種優(yōu)點(diǎn):</p><p>　　1、輸入電壓變化瞬態(tài)響應(yīng)快，線性調(diào)整率高。具體分析如下:輸入電壓變化會立即引起晶體管導(dǎo)通時間調(diào)整是電流模式固有特性。與電壓模式不同，這種響應(yīng)無需

72、等到輸出變化反饋到誤差放大器時才發(fā)生，因此沒有延時。電壓模式控制只有一個電壓反饋閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)制法，即將電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號與恒定頻率的三角波上斜坡相比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時的脈沖寬度。逐個脈沖的限流保護(hù)電路必須另外附加。當(dāng)輸入電壓突然變小或負(fù)載阻抗突然變小時，因?yàn)橹麟娐酚休^大的輸出電容C及電感L相移延時作用，輸出電壓的變小也延時滯后，輸出電壓變小的信息還要經(jīng)過電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路延時滯后，才能

73、傳至PWM比較器將脈寬展寬。這兩個延時滯后作用是電壓模式暫態(tài)響應(yīng)慢的主要原因。[18]</p><p>　　而在電流模式中，輸入電壓變化能立刻在脈沖寬度的變化上反映出來，因此該方法對輸入電壓的變化引起的瞬態(tài)響應(yīng)速度明顯提高。若直流輸入電壓，則Vin斜坡上升率增加，它達(dá)到原VEA的時間提前，導(dǎo)通時間縮短。這就實(shí)現(xiàn)了對輸入電壓躍升的快速調(diào)整。同時，由于斜坡峰值VP升高，導(dǎo)通時間縮短的現(xiàn)象持續(xù)以得到正確的輸出電壓VOU

74、T加對輸入電壓的前饋控制是開環(huán)控制，而對輸出電壓的控制是閉環(huán)控制，兩者目的是增加對輸入電壓變化的動態(tài)響應(yīng)速度。從另一種角度看，這是一個有開環(huán)和閉環(huán)構(gòu)成的雙環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2、易于實(shí)現(xiàn)限流和過流保護(hù)。逐個進(jìn)行電流脈峰值控制，反應(yīng)快，限制控制電壓信號，就可以限制最大電流，降低損耗，并且可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的過流保護(hù)。</p><p>　　3、輸出電壓不會隨輸入電壓線性變化，系統(tǒng)的電

75、源調(diào)整率好。</p><p>　　4、允許的輸入電壓交流紋波可以比較大，減小了輸入濾波電容，提高了可靠性，并且提高了輸入交流電的功率因數(shù)。</p><p>　　5、多套系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時，均流效果好。如果多套系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時的控制信號相同，在理論上輸出電流就是相等的。但是，要使電流反饋系數(shù)的精度達(dá)到一定的要求才行。</p><p>　　電流型PWM控制的缺點(diǎn)是當(dāng)開關(guān)電源的

76、占空比大于50%的時候，電感電流的擾動將隨著時間的增加而增加，說明該條件下系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。對于電感電流擾動不穩(wěn)定的情況，可以采取給電流采樣信號疊加鋸齒波信號的斜坡補(bǔ)償方法來解決。</p><p>　　第3章 TEA1733芯片介紹</p><p><b>　　3.1 概述 </b></p><p>　　TEA1733是一個反激開關(guān)電源芯片，具

77、有固定頻率開關(guān)，可減小EMI的頻率抖動，對CCM方式進(jìn)行斜率補(bǔ)償?shù)忍匦浴?lt;/p><p>　　TEA1733內(nèi)含過功率保護(hù)（OPP），這能夠使控制器在過功率狀態(tài)下運(yùn)行持續(xù)一段時間。</p><p>　　VINSENSE和PROTECT引腳，專為保護(hù)目的而設(shè)計(jì)。外部使用很小元件就可以實(shí)現(xiàn)輸入低壓保護(hù)（UVP），輸入過壓保護(hù)（OVP），輸出過壓保護(hù)及過溫保護(hù)（OTP）。</p>

78、<p>　　在低功率水平時，初級峰值電流限制為25%的最大峰值電流，為限制開關(guān)損耗，開關(guān)頻率同時也會減小。高功率輸出時的固定頻率操作與低功率輸出時的減小頻率運(yùn)行，兩種方式的結(jié)果使到在全負(fù)載范圍里都有較高的效率。</p><p>　　TEA1733的低功耗，高效率和可靠性，讓您使用外部很少的元件就可以輕松設(shè)計(jì)出高達(dá)75W的電路。</p><p><b>　　3.2 特性

79、</b></p><p>　　??低功耗的開關(guān)電源驅(qū)動IC； </p><p>　　??寬輸入電壓范圍12~30V； </p><p>　　??在啟動與復(fù)位的時候非常低的供應(yīng)電流（典型10uA）； </p><p>　　??在正常運(yùn)行時非常低的供電電流（無負(fù)載時典型為0.5mA）； </p><p>　　?

80、?過功率或高低線性補(bǔ)償 </p><p>　　??可調(diào)過功率暫停； </p><p>　　??可調(diào)過功率重啟時間； </p><p>　　??帶可減小EMI的頻率抖動的固定開關(guān)頻率</p><p>　　??在低功率輸出時，帶設(shè)定的最小峰值電流的頻率減小功能，可維持高效； </p><p>　　??CCM模式下帶斜率補(bǔ)償

81、； </p><p>　　??低的且可調(diào)的過流保護(hù)觸發(fā)電平； </p><p>　　??可調(diào)節(jié)軟啟動操作； </p><p>　　??兩個保護(hù)輸入（如輸入U(xiǎn)VP，OVP，OTP和輸出OVP）； </p><p><b>　　??IC過溫保護(hù)。</b></p><p><b>　　3.3

82、功能框圖</b></p><p>　　圖3.1 產(chǎn)品功能框圖</p><p><b>　　3.4 引腳信息 </b></p><p>　　表 3.1 引腳描述</p><p>　　圖3.2 TEA1733引腳封裝</p><p>　　3.5固定頻率返馳轉(zhuǎn)換器</p>&l

83、t;p>　　返馳轉(zhuǎn)換器是目前最常見的開關(guān)電源拓?fù)湫问?。圖1給出了TEA1733返馳式拓?fù)涞湫筒贾眯问健EA1733使用峰值電流控制，輸出功率由CTRL引腳調(diào)節(jié)。負(fù)載結(jié)果由光耦合器測量并傳送回CTRL引腳。流經(jīng)外部電阻R1的一次電流由ISENSE引腳檢測。峰值電壓通過內(nèi)部電壓對比、調(diào)整，與CTRL電壓呈比例變化。通過控制峰值電流相應(yīng)調(diào)整占空比，當(dāng)占空比超過50%時激活斜率補(bǔ)償，以避免諧波失真。最大占空比不超過74%。[19]<

84、;/p><p>　　低功率運(yùn)行時，通過降低開關(guān)頻率減少開關(guān)損失。內(nèi)部電壓控制振蕩器(VCO)可以逐漸將頻率降低至0Hz。為避免聲頻噪聲，隨著頻率降低，峰值電流降至最大電流的25%。圖2給出了頻率和峰值電流控制對應(yīng)關(guān)系圖。</p><p>　　低功率運(yùn)行時，通過降低開關(guān)頻率減少開關(guān)損失。內(nèi)部電壓控制振蕩器(VCO)可以逐漸將頻率降低至0Hz。為避免聲頻噪聲，隨著頻率降低，峰值電流降至最大電流的2

85、5%。圖2給出了頻率和峰值電流控制對應(yīng)關(guān)系圖。</p><p>　　圖3.2 ISENSE峰值電壓、開關(guān)頻率與CTRL電壓關(guān)系圖</p><p>　　TEA1733集成頻率抖動功能可降低EMI干擾。通過抖動振蕩器將中心頻率控制在66.5kHz±4kHz。抖動振蕩器頻率選擇260Hz以避免聲頻噪聲。 </p><p>　　啟動期間，電源電壓VCC通過啟動電阻

86、的電流充電，該芯片耗電量僅為10µA左右，因此無需高電壓啟動電路。當(dāng)VCC達(dá)到20.6V左右的啟動電壓且所有其他條件同時滿足時，控制器開始動作。此后，電源電壓由變壓器輔助繞組負(fù)責(zé)。不包括DRIVER引腳負(fù)載的正常工作電流為0.5mA。低耗電量有助于提高效率。</p><p><b>　　3.6 待機(jī)模式</b></p><p>　　由于耗電量少且頻率低，使用

87、TEA1733的待機(jī)功率不超過100mW。如果配上合適的電阻器和X電容等外部器件，通常65W/19.5V電源待機(jī)功率測量值為48mW(115Vac)或84mW(230Vac)。</p><p>　　如果提供外部“運(yùn)行/省電”信號指示待機(jī)模式，比如電池驅(qū)動設(shè)備，待機(jī)功耗還可以通過關(guān)閉整體系統(tǒng)進(jìn)一步降至30mW以下。這就是所謂的“零功耗”設(shè)計(jì)。“活動關(guān)閉”狀態(tài)的基本應(yīng)用原理圖參見圖3.2待機(jī)模式時外部“省電”信號為高

88、電平。隨后晶體管Qx導(dǎo)通拉低VINSENSE電壓，激活重啟保護(hù)。芯片立即停止開關(guān)操作，轉(zhuǎn)入省電模式。省電模式下的芯片耗電量僅為10µA。同時，VCC通過鉗位控制使電壓降至略低于啟動電壓水平，以保證從待機(jī)狀態(tài)快速重啟。[20]</p><p>　　第4章 主要模塊電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 TEA1733芯片功能</p><p>　　本文設(shè)計(jì)的開

89、關(guān)電源PWM控制電路芯片tea1733主要由模擬部分和數(shù)字部分組成，其中模擬部分主要實(shí)現(xiàn)一些基本功能，數(shù)字部分主要用于邏輯控制。具體如圖下圖所示:</p><p>　　圖3.3 產(chǎn)品功能框圖</p><p>　　4.1.1 啟動和欠壓鎖定</p><p>　　最初芯片是由整流器后的電源電壓供電。一旦在VCC腿上的電壓超過了VCC（start）電平，芯片的供電開始轉(zhuǎn)換

90、。只有當(dāng)VCC足夠高時，芯片的供電才會由變壓器的輔助繞組取代，同時由電網(wǎng)的供電停止，從而使芯片工作頻率提高。一旦VCC腿的電壓降到VCC（stop）電平之下，芯片停止轉(zhuǎn)換，然后重新開始由整流后的電源電壓供電。</p><p><b>　　4.1.2振蕩器</b></p><p>　　振蕩器的頻率由RC腿上的外接電阻和電容設(shè)定，外加電容快速充電至Vrc（max）電平，并

91、開始新的基本形成，然后放電至Vrc（min）電平。因?yàn)榉劈c(diǎn)是指數(shù)型的，脈沖占空比對穩(wěn)壓值相對靈敏，并且在低占空比的敏感度總是與高占空比的敏感度相等，這樣在整個占空比范圍內(nèi)，在帶有線性鋸齒振蕩器的PWM系統(tǒng)比較，指數(shù)型放點(diǎn)的振蕩器其增益更加穩(wěn)定。低占空比的系統(tǒng)穩(wěn)定的工作更容易實(shí)現(xiàn)，為了獲得更高效率，一旦占空比降到某個值之下時。頻率就要降低。這是由增加振蕩器的充電時間來實(shí)現(xiàn)。要確保電容器能在充電時間內(nèi)充電。振蕩器電容器的值應(yīng)當(dāng)限定至大約1n

92、F之內(nèi)。</p><p>　　4.1.3 占空比的控制</p><p>　　占空比由內(nèi)部穩(wěn)定電壓和RC腿上的振蕩器信號控制，內(nèi)部穩(wěn)定的電壓由外部穩(wěn)定電壓（減2.5V）乘以誤差放大器的增益。</p><p>　　開關(guān)電源的最小占空比為0%，最大占空比設(shè)定為75%。</p><p>　　4.1.4谷值轉(zhuǎn)換技術(shù)</p><p&g

93、t;　　開關(guān)導(dǎo)通時，初級形成開始一個新的周期，經(jīng)過一定時間（由RC振蕩電壓和內(nèi)部穩(wěn)壓電平?jīng)Q定）之后，開關(guān)斷開，第二個行程開始。內(nèi)部穩(wěn)壓電平由REG腿上的電壓決定。一旦振蕩器電壓再次升高，則第二次行程終止，在開始下一個新的行程之前，電路在等待漏極電壓變低。</p><p>　　4.1.5去磁化技術(shù)</p><p>　　本電路組成的開關(guān)電源系統(tǒng)，始終工作在不連續(xù)導(dǎo)通方式（DCM）。只要次級行程

94、不結(jié)束，振蕩器將會開始一個新的初級行程。在關(guān)斷時間內(nèi)，去磁化識別也被關(guān)斷。在變壓器漏感較大以及輸出電壓較低的應(yīng)用場合，這種關(guān)斷是必要的。</p><p><b>　　4.1.6 保護(hù)</b></p><p><b>　　1.過流保護(hù)</b></p><p>　　漏極峰值電流先知電路使用外接源極電阻，逐個周期來測量電流。在上

95、升沿間隔時間之后此電路才啟動。保護(hù)電路把源極電壓限制至Vsource（max）之下，這樣就限制了初級峰值電流。</p><p><b>　　2.繞組和短路保護(hù)</b></p><p>　　繞組短路保護(hù)線路也是在上升沿間隔時間之后啟動。如果源極電壓超過繞組短路保護(hù)電壓Vswp則TEA1733停止轉(zhuǎn)換。此時，只有接通清楚才能重新開始正常操作。</p><

96、;p><b>　　3.過溫保護(hù)</b></p><p>　　TEA1733提供精確的溫度保護(hù)。當(dāng)結(jié)溫超過熱關(guān)斷溫度，芯片停止工作，在熱保護(hù)期間，芯片電流低于啟動電流。只要過溫狀態(tài)不出現(xiàn)，則芯片將連續(xù)正常工作。</p><p><b>　　4.過壓保護(hù)</b></p><p>　　把REG腿上的電瓶提升到正常工作電平之

97、上或者使AUX腿上的電平保持在Vdemag之上，就能實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。此時，初級行程的電流將立即終止，在REG腿上的電壓降至正常工作電壓之前，不會啟動新的初級電流行程。REG腿上有一個內(nèi)部鉗位，供給至REG腿的電流必須被限制。</p><p>　　4.2 主要電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1 電路的總體簡介</p><p>　　輸入整流濾波器將交流輸入電壓行進(jìn)整

98、流濾波，為變壓器提供直流電壓。變壓器把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。輸出整流濾波器將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時還防止高頻噪聲對負(fù)載的干擾?？刂齐娐窓z測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。保護(hù)電路在開關(guān)電源發(fā)生過電壓或者過電流時，使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。</p><p&

99、gt;　　4.2.2 基于TEA1733的開關(guān)電源流程圖</p><p>　　圖4.1 基于TEA1733的開關(guān)電源流程圖</p><p>　　4.2.3 開關(guān)電源原理圖</p><p>　　圖4.2 設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　　4.2.4 各部分電路具體分析</p><p>　　1. 輸入整流濾波電路</p

100、><p>　　開關(guān)電源的輸入整流部分采用的是一個全橋整流芯片。濾波部分采用的是電容濾波，濾除輸出電壓中的交流分量，使得整流出的直流電壓盡量平滑。</p><p>　　隔離式開關(guān)電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣

101、泛用于開關(guān)電源的整流電路。硅整流橋有4個引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個。</p><p>　　硅整流橋的最大整流電流平均值分0．5～40A等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有50～1000V等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。</p><p>　　為降低整流濾波器的輸出紋波，輸入濾波電容器的容量CI必須選的合適。令每單

102、位輸出功率(W)所需輸入濾波電容器容量(μF)的比例系數(shù)為k，當(dāng)交流電壓u=85～265V時，應(yīng)取k=(2～3)μF／W；當(dāng)交流電壓u=230V(1±15％)時，應(yīng)取k=1μF／W。Po為開關(guān)電源的輸出功率。</p><p>　　表4.1輸入濾波電容器容量的選擇方法</p><p><b>　　2.鉗位保護(hù)電路</b></p><p>

103、;　　對反激式開關(guān)電源而言，每當(dāng)功率開關(guān)管(MOSFET)由導(dǎo)通變成截止時，在開關(guān)電源的一次繞組上就會產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。其中的尖峰電壓是由于高頻變壓器存在漏感(即漏磁產(chǎn)生的自感)而形成的，它與直流高壓UI和感應(yīng)電壓UOR疊加在MOSFET的漏極上，很容易損壞MOSFET。為此，必須在增加漏極鉗位保護(hù)電路，對尖峰電壓進(jìn)行鉗位或者吸收。</p><p><b>　　3. 電壓取樣電路</b>

104、;</p><p>　　檢測直流輸出電壓，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，放大，調(diào)制振蕩器輸出的脈沖寬度，從而保持輸出穩(wěn)定的直流電壓。</p><p><b>　　4.電流取樣電路</b></p><p>　　在開關(guān)電源發(fā)生過壓，過流或短路時，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作，以保護(hù)負(fù)載和電源本身。</p><p><b>　　

105、5.輸出濾波電路</b></p><p>　　濾波電路由兩塊組成：輸出的兩路高頻電壓首先經(jīng)過一個二極管將負(fù)半邊的電壓濾除，使它變?yōu)閱蜗虻碾妷?，然后再?jīng)過一個LC濾波單元濾除高頻電壓，這樣就可以得到所要的直流電壓量。</p><p>　　4.3 電路仿真分析</p><p>　　下圖為在不同負(fù)載及輸入電壓條件下，輸出電壓、負(fù)載電流、輸出功率和效率隨溫度變化

106、的仿真結(jié)果。由于外圍電路中變壓器和光耦合器件用的是理想模型，因此測出效率偏高。</p><p>　　表4.2 電路仿真分析表</p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　本文所設(shè)計(jì)的電流模式PWM型開關(guān)電源，利用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)19.3V的穩(wěn)壓功能。</p><p>　　我國不斷發(fā)展的電源市場對開關(guān)

107、電源芯片的需求日益增加，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源精度低、效率低、重量大、散熱大，而開關(guān)電源以其體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠逐漸取代了線性穩(wěn)壓電源。隨著高壓工藝的發(fā)展，大功率開關(guān)電源得到了長足的進(jìn)步，其中雙極工藝的大功率開關(guān)電源技術(shù)最為成熟。</p><p>　　在一般的DC/DC開關(guān)電源電路中，一般采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。開關(guān)電源有三種能量調(diào)制模式，其中脈沖寬度調(diào)制(Pulse-width modulation，PWM)因?yàn)榫€

108、性度好的特點(diǎn)在本文中得到應(yīng)用。由于電流模式脈沖寬度調(diào)制采用雙反饋模式，能夠有效地避免峰值電流的影響，快速反應(yīng)電網(wǎng)和負(fù)載的影響。</p><p>　　本文首先給出了PWM控制器的總體功能框圖，之后在設(shè)計(jì)帶隙基準(zhǔn)時，為了避免運(yùn)算放大器失調(diào)的影響，對電路進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)了一種不采用運(yùn)放結(jié)構(gòu)但加入反饋的帶隙基準(zhǔn)。此外，電路中加入了完整保護(hù)功能，有過壓保護(hù)，過流保護(hù)，過流保護(hù)等功能?？蓪?shí)時防范過載、變壓器飽和、輸出短路等異常