電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)開關(guān)電源的pcb設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　開關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)

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>　　電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、信息

3、、國防、教育等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多、更高的要求，這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過程中不斷探索，尋求各種相關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。在近半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機(jī)設(shè)備中，并且取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　本論文采用基于TOP Switch的反激式開

4、關(guān)電源進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。首先確定了整個(gè)設(shè)計(jì)的方案和框圖，然后列出了開關(guān)電源主電路的幾種電路結(jié)構(gòu)（正激型電路、反激型電路、半橋型電路、全橋型電路），比較了這幾種電路各自的在結(jié)構(gòu)上優(yōu)缺點(diǎn)，區(qū)分了它們的應(yīng)用領(lǐng)域，本設(shè)計(jì)主要用于家庭用的低功率開關(guān)電源，所以電路結(jié)構(gòu)基本確定為正激型電路和反激型電路。然后簡(jiǎn)單介紹了兩款功率集成模塊和集成電路的功能和工作原理，選用了這兩中功率集成模塊設(shè)計(jì)了基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源與基于TOP Switch的

5、反激式開關(guān)電源，通過對(duì)比這兩種開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)兩種開關(guān)電源的變壓器、電阻、電容進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算，選定器件，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的保護(hù)電路和整流電路。</p><p>　　通過對(duì)比，最后本文采用基于TOP Switch的反激式電路設(shè)計(jì)開關(guān)電源。本設(shè)計(jì)使用了Altium Designer 6.9軟件對(duì)整個(gè)電路的原理圖進(jìn)行了繪制，并且詳細(xì)的描述了PCB板的制作過程以及注意事項(xiàng)。</p><p&g

6、t;　　關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源；TOP Switch ；PCB設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Energy power is to achieve power conversion and power transmission major equipment. In the information age, agricult

7、ure, energy, transportation, information, defense, education and other areas of rapid development of the power industry made more and higher requirements, which forced the power workers in the power development process c

8、ontinue to explore,and to seek a variety of related technologies, in order to make the best products to meet the requirements of all walks of life. In the past half</p><p>　　This thesis TOP Switch-based flyb

9、ack switching power supply for PCB design. First determine the overall design of the program and block diagram, and then lists several main circuit switching power supply circuit road structure (forward circuits, flyback

10、 circuit, the half-bridge circuits, full-bridge circuit) and compared these types of circuits in the structure of their respective advantages and disadvantages, the distinction between their applications, this design is

11、mainly used for household u</p><p>　　By contrast, the last paper-based TOP Switch flyback switching power supply circuit design. This design draw the entire circuit diagram by using the Altium Designer 6.9 s

12、oftware, and detailed description of the PCB board production process and considerations.</p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p&g

13、t;<p><b>　　名詞 </b></p><p>　　power supply</p><p>　　power source</p><p><b>　　mains</b></p><p>　　key words： Switching power supply; TOP Swit

14、ch; PCB Design</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　1．1 開關(guān)電源的概述2</p><p>　　1.1.1

15、開關(guān)電源的工作原理2</p><p>　　1.1.2 開關(guān)電源的組成2</p><p>　　1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)3</p><p>　　1．2 研究課題的目的和意義3</p><p>　　1．3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求3</p><p>　　第2章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)框圖4</p><p>

16、　　第3章 開關(guān)電源電路的組成6</p><p>　　3．1 主電路結(jié)構(gòu)的選擇6</p><p>　　3.1.1 正激型電路6</p><p>　　3.1.2 反激型電路7</p><p>　　3.1.3 半橋型電路7</p><p>　　3.1.4 全橋型電路8</p><p>　

17、　3.1.5 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)的選定9</p><p>　　3．2 功率模塊及功率集成電路10</p><p>　　3.2.1 UC3842簡(jiǎn)介10</p><p>　　3.2.3 TOP Switch簡(jiǎn)介11</p><p>　　第4章 基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源13</p><p>　　4．1

18、變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.2 開關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇14</p><p>　　4.3 反饋電路設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.5 輸入濾波電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　第5章 基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源

19、18</p><p>　　5.1 器件選擇18</p><p>　　5.2 電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　5.3 反饋電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　5.4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題19</p><p>　　第6章 開關(guān)電源電路圖的選擇及PCB設(shè)計(jì)20</p><p>　　

20、6.1 開關(guān)電源電路圖的選擇20</p><p>　　6.2 開關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)21</p><p><b>　　小結(jié)24</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　

21、附圖126</b></p><p><b>　　附圖227</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，同時(shí)電子設(shè)備的種類也越來越多。任何電子設(shè)備都離不開可靠的開關(guān)電源，它們對(duì)開

22、關(guān)電源性能的要求也越來越高。由于電子設(shè)備今年來的發(fā)展趨向于的小型化和低成本化，從而使得開關(guān)電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。雖然這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)相對(duì)而言比較成熟，并且已經(jīng)有了大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有輸出紋波電壓小、、使用可靠穩(wěn)定性能好等優(yōu)點(diǎn)。但是這樣的電源通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器與濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電極與發(fā)射機(jī)之

23、間必須承受較大的電壓差，因而導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低。而且，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，需要裝體積很大的散熱器同時(shí)采用大功率調(diào)整管有體 [12]。顯然，這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(shí)，取而代之的是小型化、重量輕、效率高的開關(guān)電源。</p><p>　　開關(guān)電源五種間接直流變流電路，分別是：正激型，反激型，全橋型，半橋型和推挽型。正激型電路簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但

24、是變壓器單向勵(lì)磁，利用率低；反激型電路非常簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是難以達(dá)到較大的功率，變壓器單向勵(lì)磁，利用率低；全橋型電路變壓器雙向勵(lì)磁，容易達(dá)到大功率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，可靠性低，需要復(fù)雜的多組隔離驅(qū)動(dòng)電路，有直通和偏磁問題；相比于全橋型，半橋型電路無變壓器偏磁問題，開關(guān)較少，成本低，但是同樣需要復(fù)雜的隔離驅(qū)動(dòng)電路，可靠性低；推挽型電路變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器一次電流回路中只有一個(gè)開關(guān)，同臺(tái)損耗較小，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但

25、是依然有偏磁問題[2]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的題目是開關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)。詳細(xì)對(duì)比了以上五種電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，并且選用了基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源與基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源進(jìn)行整體的對(duì)比，基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要再專門設(shè)計(jì)過電流，過電壓過熱等保護(hù)電路，而且其效率高，性價(jià)比高，在開關(guān)電源中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，所以本設(shè)計(jì)最后設(shè)計(jì)了基于TOP S

26、witch的反激式開關(guān)電源的PCB板。</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1．1 開關(guān)電源的概述</p><p>　　開關(guān)電源具有功耗小、 效率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、影音設(shè)備、家用電器等電子電路中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>

27、;　　1.1.1 開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　開關(guān)電源的工作原理可以用圖1.1進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)節(jié)管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可以得到穩(wěn)定的直流輸出電壓U0。</p><p>　　(a) 電路圖

28、 (b) 波形圖</p><p>　　圖1.1 開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　1.1.2 開關(guān)電源的組成</p><p>　　開關(guān)電源的基本組成如圖1.2所示。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控

29、制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)，PFM信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過流過壓保護(hù)、輸出濾波、輸出采樣、功能指示等電路[17]。</p><p>　　圖1.2 開關(guān)電源的基本組成</p><p>　　1

30、.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)</p><p>　　（1）效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%~90%，高的可達(dá)90%以上。</p><p>　?。?）重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，體積大大縮小了。</p><p>　?。?）穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以

31、下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可以使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。</p><p>　?。?）安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠。</p><p>　?。?）功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20kHZ以上，因此濾波原件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)下，損耗

32、小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍原件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性[3]。</p><p>　　1．2 研究課題的目的和意義</p><p>　　開關(guān)電源是在電子、通訊、電氣、能源、航空航天、軍事以及家電等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛的一種電力電子裝備。它具有電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點(diǎn)，在小功率范圍內(nèi)基本上取代了

33、線性調(diào)整電源，并迅速向中大功率范圍推進(jìn)，在很大程度上取代了晶閘管相控整流電源?？梢哉f開關(guān)電源技術(shù)是目前中小功率直流電能變換裝置的主流技術(shù)[14]。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域和功率等級(jí)的不同，開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)種類繁多，控制方法靈活多變，器工程設(shè)計(jì)包括主電路、控制電路、傳熱、結(jié)構(gòu)、電磁兼容等多方面內(nèi)容，因此開關(guān)電源的設(shè)計(jì)工作比較繁瑣，難度大。國內(nèi)目前仍然以工程經(jīng)驗(yàn)和仿制為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，器缺點(diǎn)就是缺少滲入的理論

34、基礎(chǔ)，不能根據(jù)具體的應(yīng)用去實(shí)現(xiàn)最合理的設(shè)計(jì)，往往造成設(shè)計(jì)裕量過大，設(shè)計(jì)工程中隊(duì)產(chǎn)品工作狀況和實(shí)際性能的預(yù)見性差，經(jīng)常出現(xiàn)樣機(jī)試制不成功而反復(fù)修改設(shè)計(jì)的情況，造成時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。</p><p>　　因此，開關(guān)電源的設(shè)計(jì)應(yīng)該在深入理解開關(guān)電源電路、控制等基本原則的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)原則的指導(dǎo)下，利用設(shè)計(jì)公式，并遵循一定的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　1．3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求</p

35、><p>　　繪制開關(guān)電源的電路原理圖，PCB圖，通過該設(shè)計(jì)，掌握開關(guān)電源PCB布線的一般規(guī)則，設(shè)計(jì)TOP Switch開關(guān)電源PCB圖。</p><p>　　第2章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)開關(guān)電源需要將生活中直接提供的三相交流220V電源整流得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，因此本設(shè)計(jì)總體框架如圖2.1所示。</p><p>　　圖

36、2.1 開關(guān)電源設(shè)計(jì)總框架</p><p>　　圖中輸入回路的作用是將交流輸入電壓整流濾波成為較平滑的直流高電壓；功率變換器的作用是將直流高電壓變換為頻率大于20kHz的高頻脈沖電壓；整流電路及濾波電路的作用是將高頻脈沖電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流輸出電壓；開關(guān)電源控制器的作用是將輸出直流電壓進(jìn)行取樣，控制功率開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖的寬度，從而調(diào)整開通時(shí)間以使輸出電壓可調(diào)且穩(wěn)定[5]。</p><p&g

37、t;　　開關(guān)電源的主電路主要用于處理電能，而控制電路則主要處理電信號(hào)，是“弱電”控制電路，但開關(guān)電源中開關(guān)器件的工作都是由它控制著，所以控制電路一旦出現(xiàn)失誤，將造成嚴(yán)重后果，基本能使整個(gè)電源停止工作，甚至損壞開關(guān)電源。開關(guān)電源的很多指標(biāo)（如紋波、輸出特性、穩(wěn)壓穩(wěn)流精度等）也都同控制電路相關(guān)。綜上，開關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)好壞對(duì)開關(guān)電源的工作性能至關(guān)重要，所以應(yīng)做為開關(guān)電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。</p><p>　　控制電

38、路的結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 控制電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路時(shí)控制電路與主電路的接口，同開關(guān)電源的可靠性、效率等性能密切相關(guān)。驅(qū)動(dòng)電路需要有很高的快速性，能提供一定的驅(qū)動(dòng)功率，并且有較高的抗干擾和隔離噪聲能力。</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)器電路：調(diào)節(jié)器的核心是運(yùn)算放大器，調(diào)節(jié)器的作用是為了得到控制量將給定

39、量和反饋量進(jìn)行比較和運(yùn)算。多數(shù)PWM控制器內(nèi)部都含有運(yùn)算放大器，可以構(gòu)成調(diào)節(jié)器，但有時(shí)其性能難以滿足要求，這時(shí)可以選用合適的集成運(yùn)算放大器構(gòu)成調(diào)節(jié)器。</p><p>　?。?）并機(jī)均流電路：開關(guān)電源經(jīng)常需要并機(jī)組成系統(tǒng)運(yùn)行，以獲得更大的容量和更高的可靠性。</p><p>　?。?）保護(hù)電路：未了保證開關(guān)電源在正常和非正常使用的情況下的可靠性，其控制電路中應(yīng)包含保護(hù)電路。保護(hù)電路具備自身

40、和負(fù)載保護(hù)兩方面的功能，一旦出現(xiàn)故障，立即使開關(guān)電路停止工作，并以聲或光的形式報(bào)警，以保證在任何情況下，自身不損壞，并且不損壞負(fù)載。</p><p>　　自保護(hù)功能有：輸入過電壓、輸入欠電壓、系統(tǒng)過熱、過電流等。</p><p>　　負(fù)載保護(hù)功能有：輸出過電壓、輸出欠電壓等。</p><p>　　第3章 開關(guān)電源電路的組成</p><p>　

41、　3．1 主電路結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　開關(guān)電源的隔離型電路包括：正激型，反激型，半橋型，全橋型和推挽型五種電路。在這里我們著重討論前四種電路模型。</p><p>　　3.1.1 正激型電路</p><p>　　正激開關(guān)電源是一種采用變壓耦合的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源，其電路如圖3.1所示。加在電壓器N1繞組上的電壓振幅等于輸入電壓Ui，功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)間T

42、ON為開關(guān)脈沖寬度，變壓器次級(jí)側(cè)開關(guān)脈沖電壓經(jīng)二極管V1整流為直流。</p><p>　　圖3.1 正激開關(guān)電源電路</p><p>　　這種開關(guān)點(diǎn)煙中功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級(jí)繞組勵(lì)磁電流最大值為</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　在電流連續(xù)的情況下，輸出電壓表示為</p&

43、gt;<p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　輸出電感電流不連續(xù)時(shí)，是出電壓U0將高于（3-2）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而上高，在負(fù)載為零的極限情況下，是出電壓表達(dá)式為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，LN1表示變壓器初級(jí)繞組N1的電感值；</

44、p><p><b>　　D表示脈沖占空比；</b></p><p>　　T表示脈沖開關(guān)周期。</p><p>　　正激開關(guān)電源的特點(diǎn)是，當(dāng)初級(jí)側(cè)功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，電源輸入側(cè)的能量由次級(jí)側(cè)二極管V1經(jīng)輸出電感L為負(fù)載供電；當(dāng)功率開關(guān)管VT斷開時(shí)，有續(xù)流二極管V2繼續(xù)為負(fù)載供電，并有消磁繞組N3和消磁二極管V3將初級(jí)繞組N1的勵(lì)磁能量回饋到電源輸入

45、端。</p><p>　　3.1.2 反激型電路</p><p>　　反激開關(guān)電源如圖3.2所示。當(dāng)功率開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)，輸入側(cè)的電能以磁能的形式儲(chǔ)存在電壓器的初級(jí)線圈N1，由于同名端關(guān)系，次級(jí)側(cè)二極管V1不導(dǎo)通，負(fù)載沒有電流流過。當(dāng)功率開關(guān)晶體管VT斷開時(shí)，變壓器次級(jí)繞組以輸出電壓U0為負(fù)載供電，并對(duì)變壓器進(jìn)行消磁。</p><p>　　圖3.2 反激開關(guān)電源電路

46、</p><p>　　反激開關(guān)變換電路的工作模式分為電流連續(xù)模式和電流斷續(xù)模式。</p><p>　?。?）電流連續(xù)模式：當(dāng)VT開通時(shí)，N2繞組中的電流尚未下降到零。輸出和輸入電壓的關(guān)系為</p><p><b>　　(3-4)</b></p><p>　?。?）電流斷續(xù)模式：VT開通前，N2繞組中的電流已經(jīng)下降到零。其

47、輸出電壓高于式（3-4）的計(jì)算值，并隨負(fù)載減小而升高，在負(fù)載為零的極限情況下，U0趨向于無窮。因此反激電路不能工作在負(fù)載開路狀態(tài)。 </p><p>　　反激開關(guān)電源電路簡(jiǎn)單，輸出電壓U0既可高于輸出電壓Ui又可低于輸出電壓Ui，一般適用在輸出功率為200W以下的開關(guān)的電源中。</p><p>　　3.1.3 半橋型電路</p><p>　　半橋開關(guān)電源電路及波形如

48、圖3.3所示。兩個(gè)功率開關(guān)管VT1和VT2在開關(guān)脈沖信號(hào)的作用下，交替地導(dǎo)通與截止。當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通、VT2截止時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT1、電壓器初級(jí)繞組N1和電容C2為變壓器初級(jí)線圈N1勵(lì)磁，同時(shí)經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V1、繞組N2給負(fù)載供電。當(dāng)開關(guān)管VT1截止、VT2導(dǎo)通時(shí)、輸入電源經(jīng)C1、電壓器初級(jí)側(cè)繞組N1和開關(guān)管VT2給變壓器初級(jí)繞組N1勵(lì)磁，同時(shí)經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V2給負(fù)載供電。所以，初級(jí)側(cè)電源通過功率開關(guān)管VT1、VT2交替給變壓器初

49、級(jí)線圈N1勵(lì)磁并為負(fù)載供電。變壓器初級(jí)側(cè)的脈沖電壓峰值為Ui/2。同樣，電容C1、C2上的電壓也分別為Ui/2。</p><p><b>　　(a) 電路圖</b></p><p><b>　?。╞）波形圖</b></p><p>　　圖3.3 半橋式開關(guān)電源及波形</p><p>　　當(dāng)濾波電感L

50、的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(3-5)</b></p><p>　　半橋開關(guān)電源的最大優(yōu)點(diǎn)是自平衡能力強(qiáng)，不易使變壓器由于VT1、VT2的導(dǎo)通時(shí)間不一致而產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，是功率開關(guān)管VT1、VT2損壞。這是因?yàn)?，?dāng)VT1、VT2導(dǎo)通時(shí)間不一致時(shí)，變壓器初級(jí)側(cè)N1繞組的勵(lì)磁電流大小不一樣，致使電容C1、C2上的電壓不相等，勵(lì)磁電流越大

51、，則對(duì)應(yīng)的電容器電壓越小，從而起到自平衡對(duì)稱作用。但是由于每個(gè)功率開關(guān)管上的電壓只是輸入電源電壓Ui的一半，因此要輸出同樣的功率，每個(gè)功率開關(guān)管中流過的電流就要增大一倍。300W左右的開關(guān)電源多采用半橋式。</p><p>　　3.1.4 全橋型電路</p><p>　　全橋開關(guān)電源電路及波形如圖3.4所示。由4個(gè)功率開關(guān)管VT1、VT2、VT3、VT4組成一個(gè)電橋形式的電路，其中，有VT

52、1和VT4、VT2和VT3分別組成兩個(gè)導(dǎo)通回路。當(dāng)VT2、VT3的觸發(fā)控制信號(hào)有效時(shí)，VT1、VT1的觸發(fā)控制信號(hào)無效，VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Ui經(jīng)VT2、變壓器的初級(jí)線圈N1和VT3形成電路回路，加至變壓器初級(jí)線圈的電壓為電源電壓Ui，經(jīng)次級(jí)側(cè)二極管V1整流、濾波后為負(fù)載供電。同理、當(dāng)VT2、VT3關(guān)斷時(shí)，VT1、VT4導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓Ui從和VT2、VT3導(dǎo)通時(shí)電流相反的方向?yàn)樽儔浩鞒跫?jí)線圈N1勵(lì)磁，并通過次級(jí)線圈N2和整流

53、二極管V2為負(fù)載供電，這樣在次級(jí)得到如Up所示的脈沖波形。</p><p><b>　?。╝）電路圖</b></p><p><b>　　（b）波形圖</b></p><p>　　圖3.4 全橋開關(guān)電源電路及波形</p><p>　　設(shè)每對(duì)管導(dǎo)通時(shí)間為TON，開關(guān)周期為T，則在濾波電感電流連續(xù)時(shí)，輸

54、出電壓與輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式為</p><p><b>　　(3-6)</b></p><p>　　和半橋開關(guān)電源相比，由于加在全橋變壓器初級(jí)線圈上的電壓、電流比半橋開關(guān)電源的各大一倍，因此在同樣的電源供電電壓Ui下，全橋開關(guān)電源的輸出功率是半橋開關(guān)電源的4倍。全橋開關(guān)電源常用在輸出功率較大的場(chǎng)合。</p><p>　　3.1.5 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)

55、的選定</p><p>　　各種結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源的比較如表3.1所示。</p><p>　　表3.1各種結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源的比較</p><p>　　由表可見，正激型開關(guān)電源與反激型電源不久就夠簡(jiǎn)單，成本低，而且可靠性高，基本上能滿足日常設(shè)備開關(guān)的電源的要求，所以在下面設(shè)計(jì)中，主要針對(duì)這兩種開關(guān)電源結(jié)構(gòu)作談?wù)揫17]。</p><p>　　3．2

56、功率模塊及功率集成電路</p><p>　　從20世紀(jì)80年代中后期開始，在電力電子器件研制和開發(fā)中的一個(gè)共同趨勢(shì)是模塊化，即按照典型電力電子電路所需要的電路結(jié)構(gòu)，將多個(gè)電力電子器件封裝在一個(gè)模塊中，這樣就可以縮小裝置的體積，簡(jiǎn)化布局、不限，降低成本，提高可靠性。更重要的是，對(duì)工作頻率高的電路，可大大減小線路電感，從而簡(jiǎn)化對(duì)保護(hù)和緩沖電路的要求。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)討論了UC3842和TOP Switch兩種典型的集成電路

57、。</p><p>　　3.2.1 UC3842簡(jiǎn)介</p><p>　　UC3842功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中，器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 UC3842內(nèi)部電路框圖</p><p>　　UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電

58、路，器內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存電路、5VC基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等[6]。</p><p>　　UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，其功能如下：</p><p>　?。?）輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1A，驅(qū)動(dòng)MOS管及雙極性晶體管。</p><p>　?。?）5V基準(zhǔn)電源：內(nèi)部電源，經(jīng)衰

59、減得到2.5V作為誤差比較器的比較基準(zhǔn)。</p><p>　?。?）誤差放大器：由VFB端輸入的反饋電壓和2.5V做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡(luò)，以改變?cè)鲆婧皖l率特性。</p><p>　?。?）欠壓鎖定電路VVLO：開通閾值16V，關(guān)閉閾值10V。具有滯回特性。</p><p>　?。?）振蕩器：產(chǎn)生方波振蕩。RT接在4、R

60、EF 8腳之間，CT接在4、GND 5之間。頻率,最大為500Hz。</p><p>　　（6）PWM鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。</p><p>　?。?）電流取樣比較器：3腳ISENSE用于檢測(cè)開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣每當(dāng)VISENSE>1V時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過電流保護(hù)電路。</p>

61、<p>　?。?）圖騰柱輸出電路：輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)NPN型晶體管的集電極，這個(gè)晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩個(gè)晶體管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出晶體管，從直流角度看是串聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管同時(shí)截止，輸出高阻態(tài)。</p><p>　　3.2.3 TO

62、P Switch簡(jiǎn)介</p><p>　　TOP Switch是另一種典型的功率集成電路，它將功率開關(guān)管（MOSFET）、PWM控制器、電壓基準(zhǔn)、誤差放大器以及過電流、過熱保護(hù)電路等電路均集成在一起。只需要附加輸入及輸出整流電路、高頻變壓器、輸出電壓反饋等少數(shù)外圍原件就可以構(gòu)成一臺(tái)反激式開關(guān)電源，基本可以滿足功率為150W以下的各類直流電源的要求[4]。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3—6所示。</p><p

63、>　　圖3.6 TOP Switch的內(nèi)部電路框圖</p><p>　　Top Switch 的主要性能為:</p><p>　　(1) 將PWM 控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中,內(nèi)含脈寬調(diào)制器、MOSFET 自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路、環(huán)路補(bǔ)償電路等,通過高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離,使用安全可靠。</p><p>　　(2) 支持極寬的輸

64、入交流電壓和頻率范圍。作固定電壓輸入可選110V/ 115V/ 230V , 允許變化±15 %;在寬電壓輸入范圍時(shí),允許輸出交流電壓在85V～265V 間變化。但其POM 值將下降約40 %。</p><p>　　(3) 工作頻率典型值100KHz。允許范圍是90KHz～ 110KHz。占空比調(diào)節(jié)范圍是1. 7 %～67 %。</p><p>　　(4) 外圍電路簡(jiǎn)單,成本低廉

65、。芯片本身功耗很低,電源的總體效率可達(dá)80 %左右。</p><p>　　第4章 基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源</p><p>　　單端正激式開關(guān)電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖4.1中，開關(guān)管VT但同時(shí)V1導(dǎo)通，副邊線圈N2向負(fù)載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關(guān)斷時(shí)V1截止，V4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842腳供電，同時(shí)原邊線圈N1上產(chǎn)生

66、的電感電動(dòng)勢(shì)使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。由于變壓器中磁場(chǎng)能量可通過N3泄放，而不像一般的RC D磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，因此可達(dá)到減少發(fā)熱，提高效率的目的[8]。</p><p>　　圖4.1 12V基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源主電路</p><p>　　4.1 變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)</p><p>　　依據(jù)UC3842應(yīng)用方式，選定定時(shí)電阻，定時(shí)電容

67、.確定開關(guān)頻率f=85kHz，周期。</p><p>　　設(shè)計(jì)單端控制開關(guān)電源時(shí)，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D=0.5，則 （4-1）</p><p>　　根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S=1.13cm2 ，磁路有效長度l=6.4cm，飽和磁通密度BS=0.4T。取變壓器最大磁感

68、應(yīng)強(qiáng)度,則電感系數(shù)A為</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　式中，Ui為最小直流輸入電壓。</p><p>　　交流輸入電壓的最小值約為90V，，得出

69、N1=49.9匝，取50匝。原邊線圈電感。</p><p><b>　　副邊線圈匝數(shù)為</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中，UDF為整流二極管V1上的壓降；UL為輸出電感L上的壓降。</p><p>　　取,代入式（4-4），的N2=10匝。副邊線圈電感

70、為</p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　開關(guān)管斷開時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開關(guān)管正常工作，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到e=300V。反饋電線圈向UC3842提供U=12V的工作電壓，按電容C1上的電壓UC=16V計(jì)算，以保證有足夠的供電電壓給UC3842。由可得N3=2.67匝，取3匝。</p><p>　

71、　變壓器副邊電流為矩形波，其有效值為</p><p><b>　　(4-6)</b></p><p>　　導(dǎo)線電流密度取，所需繞組導(dǎo)線截面積為。同樣可選擇原邊繞組導(dǎo)線，原邊電流有效值為</p><p><b>　　(4-7)</b></p><p>　　所需繞組導(dǎo)線截面積為，選用截面積為0.0962

72、1mm2 的導(dǎo)線（）。</p><p>　　取輸出電感的電流變化量,則輸出電感為</p><p><b>　　(4-8)</b></p><p>　　式中，U2為副邊線圈最小電壓。</p><p><b>　　計(jì)算得</b></p><p><b>　　(4-9)&

73、lt;/b></p><p>　　取UDF=0.5V,U0=3V,代入式（4-8）可得。根據(jù)輸出電感山的電流，所需繞組導(dǎo)線截面積應(yīng)為，故選擇截面積為導(dǎo)線。</p><p>　　4.2 開關(guān)管、整流二極管和續(xù)流二極管的選擇</p><p>　　由于開關(guān)管斷開時(shí)原邊線圈N1兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到，交流輸入電壓經(jīng)全波整流、電容濾波后，直流輸入電壓的最大值</p

74、><p><b>　　（4-10）</b></p><p>　　所以整流二極管所承受的最高反響電壓為</p><p><b>　?。?-11）</b></p><p>　　續(xù)流二極管所承受的最高反向電壓為</p><p><b>　?。?-12）</b>&l

75、t;/p><p>　　流過整流二極管和續(xù)流二極管的最大電流為</p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　得。根據(jù)以上計(jì)算選擇肖特基半橋MBR25120CT，平均整流電流為25A，反向峰值電壓為120V。開關(guān)管選用MOSFET 2SK793，漏源擊穿電壓為900V，最大漏極電流為3A[7]。 </p>&

76、lt;p>　　4.3 反饋電路設(shè)計(jì)</p><p>　　電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖4.2所示。電流互感器的輸出分別為電流瞬時(shí)值反饋和電流平均值反饋兩路，R2上的電壓反應(yīng)電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使UR2變化，UR2接入U(xiǎn)C3842的保護(hù)輸入端3腳，當(dāng)UR2=1V時(shí)，UC3842芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)R1、R2D 分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流

77、瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)，兩種過流保護(hù)互為補(bǔ)充，是電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的功率[17]。</p><p>　　圖4.2 電流反饋電路</p><p>　　電壓反饋電路如圖4.3所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器反饋到UC38

78、42的1腳，調(diào)節(jié)R1、R2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓U0升高，則集成穩(wěn)壓器TL431的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即UC3842腳對(duì)地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓U0減小。同樣，如果輸出電壓U0減小，則可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。</p><p>　　圖4.3 電壓反饋電路</p><p>　　4.4 保護(hù)

79、電路設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4.4所示為變壓器過熱保護(hù)電路，NTC為測(cè)變壓器溫度的一個(gè)負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。由NTC、R2、運(yùn)放A1構(gòu)成滯環(huán)比較器。在正常工作時(shí)，變壓器溫度正常，NTC的阻值較大，運(yùn)放A1兩輸入端電壓，輸出為零；當(dāng)電壓器異常，溫度上升到設(shè)定值時(shí)，運(yùn)放A1輸出高電平，并送到PWM控制芯片是輸出脈沖關(guān)斷。</p><p>　　圖4.4 變壓器過熱保護(hù)電路</p>

80、<p>　　圖4.5所示為輸出過電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓管VS的擊穿電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時(shí)，VS不導(dǎo)通，晶閘管V的門極電壓為0，不導(dǎo)通。當(dāng)輸出過壓時(shí)，VS擊穿，V受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過UC3842控制開關(guān)管關(guān)斷。</p><p>　　圖4.5 輸出過電壓保護(hù)電路</p><p>　　圖4.6所示為空載保護(hù)電路。為了防止變壓器繞組上的電壓過高，

81、同時(shí)也為了使電源從空載到滿載的負(fù)載效應(yīng)較小，開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出端不允許開路。在圖中R2、R3給運(yùn)放同相輸入端提供固定的電壓。R8為取樣負(fù)載電流的分流器，當(dāng)為電路為接負(fù)載RL時(shí)，R8上無電流，運(yùn)放的反相輸入端電壓U=0V，因?yàn)?，運(yùn)放的輸出電壓較高，使三極管VT飽和導(dǎo)通，將電源內(nèi)部的假負(fù)載R7自動(dòng)接入。當(dāng)電源接入負(fù)載RL時(shí)，R8上的壓降使，運(yùn)放的輸出電壓為0，VT截止，將R7斷開。</p><p>　　圖4.6 空載

82、保護(hù)電路</p><p>　　4.5 輸入濾波電路設(shè)計(jì)</p><p>　　輸入濾波電路具有雙向隔離作用，可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開關(guān)電源工作室產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。圖4.6所示濾波電路時(shí)一種復(fù)合式EMI濾波器，L1、L2和C1構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感L3和電容C2、C3構(gòu)成第二級(jí)濾波。</p><p>　　圖4.7 輸出濾波電路&

83、lt;/p><p>　　C1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻R給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。C2、C3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，C2、C3選用陶瓷電容器[16]。</p><p>　　第5章 基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源</p><p>　　TOP系列電源為美國POWER INT

84、EGRATION公司生產(chǎn)的集成開關(guān)電源，具有集成度高、性價(jià)比高、外圍電路簡(jiǎn)單、性能指標(biāo)佳以及能夠構(gòu)成高效無工頻變壓器的隔離式開關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)，目前已成為國際上開發(fā)中、小功率開關(guān)電源，精密開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。由它構(gòu)成的開關(guān)電源，在成本上與同等功率的線性穩(wěn)壓電源相當(dāng)，但電源效率顯著提高，體積和重量則大為減小。以上特點(diǎn)為新型開關(guān)電源的推廣與普及創(chuàng)造了良好條件[15]。</p><p><b>　　

85、5.1 器件選擇</b></p><p>　　此設(shè)計(jì)選擇TOP系列的TOP204作為開關(guān)器件。其輸出功率可達(dá)80W~100W , 輸出電壓DC18 V~ DC24 V , 輸出電流4 A.。開關(guān)電源電路原理圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 基于TOP204反激式開關(guān)電源電路圖</p><p>　　5.2 電源次級(jí)電路的設(shè)計(jì)</p&g

86、t;<p>　　次級(jí)電路設(shè)計(jì)主要是選擇整流管和濾波電容。整流管的選擇應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓進(jìn)行，其最大值選擇為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　（5-3）</b></p><p&

87、gt;　　式中，U0為輸出電壓；I0為輸出電流；Umax為最大直流輸入電壓；Dmin為開關(guān)的最小占空比；n為脈沖變壓器的變比。</p><p>　　電源次級(jí)整流管在輸出電壓較低的情況下，采用肖特基二極管以減小二極管的損耗。當(dāng)輸出電壓較高時(shí)，則需要采用快恢復(fù)二極管；當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管做整流管，以減小其反方向電流對(duì)初級(jí)的影響。濾波電容C7的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求，L1及C9應(yīng)能有效地濾除開關(guān)

88、過程中所產(chǎn)生的高頻噪聲干擾[9]。</p><p>　　5.3 反饋電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　圖5.1所示電路的反饋電路采用光耦合器和可調(diào)式三端穩(wěn)壓器VS2以及R10、R11、R6組成的輸出電壓調(diào)整電路，R5為光電耦合器的限流電阻。在啟動(dòng)瞬間，檢測(cè)光電耦合器輸出電流，從而改變IC1控制端的電流，實(shí)現(xiàn)預(yù)調(diào)整，以確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值。C3和R4、C4組成環(huán)路補(bǔ)

89、償電路。</p><p>　　5.4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題</p><p>　　在設(shè)計(jì)電源是應(yīng)注意一下幾個(gè)問題：</p><p>　?。?）因?yàn)殡娫吹妮敵龉β瘦^大，故要求脈沖變壓器的漏感應(yīng)盡可能小，特別是在低壓大電流的情況下更應(yīng)如此。脈沖變壓器的初、次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制，即使這樣，脈沖變壓器漏感中儲(chǔ)存的能量仍有可能超過瞬態(tài)抑制二極管V1的功率容量。因此用R2和R3與VS

90、1并聯(lián)，將漏感中的能量部分地?fù)p耗在R3上，以保證IC1的工作可靠性；同時(shí)又將電壓鉗位在DC 200V，是TOP204在電源啟動(dòng)與過載條件下，確保器件內(nèi)部的功率MOSSFET的漏感電壓低于DC 700V[13]。</p><p>　?。?）輸出濾波電容的等效串聯(lián)電阻應(yīng)盡可能小，特別是在低壓、大電流的情況下更應(yīng)該如此，否則會(huì)由于電容損耗增大而大大降低電源的可靠性。</p><p>　　（3）

91、光電耦合器的輸出端應(yīng)靠近TOP204控制端C，控制端C的濾波電容應(yīng)靠近源極S。</p><p>　　第6章 開關(guān)電源電路圖的選擇及PCB設(shè)計(jì)</p><p>　　開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。各種電子裝置、許多電氣控制設(shè)備的工作電源都是直流電源。在看管電源出現(xiàn)之前，這些裝置的工作電源都采用線性穩(wěn)壓電源。由于計(jì)算機(jī)等電子裝置的集成度不管增加，功能越來越強(qiáng)，它們的體積卻越來越小。隨著近幾年開關(guān)

92、電源的發(fā)展，種類繁多，結(jié)構(gòu)各異的開關(guān)電源相繼出現(xiàn)，因此，設(shè)計(jì)開關(guān)電源是不僅需要選擇體積小、重量輕、效率高的、性能好的設(shè)計(jì)方案，更要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域選擇成本低，同時(shí)性能佳的電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　6.1 開關(guān)電源電路圖的選擇</p><p>　　對(duì)比以上基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源和基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源。我們可以發(fā)現(xiàn)，基于TOP Switch的反激式開關(guān)電

93、源不僅集成度高、性價(jià)比高、性能指標(biāo)佳等優(yōu)點(diǎn)，而且由于TOP Switch本身集成了過電流、過熱保護(hù)電路等保護(hù)電路，所以不需要在專門設(shè)計(jì)過電流、過熱保護(hù)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且減小了各種干擾。</p><p>　　綜上，本設(shè)計(jì)最終確定選用了基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源。利用Altium designer6.9軟件畫出電路原理圖如圖6.1所示。</p><p>　　圖6.1 基于TOP

94、 Switch的反激式開關(guān)電源電路圖</p><p>　　6.2 開關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì)</p><p>　　Altium Designer是業(yè)界首例將設(shè)計(jì)流程、集成化PCB設(shè)計(jì)、可編程器件（如FPGA）設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品。本設(shè)計(jì)采用Altium Designer 6.9軟件，結(jié)合開關(guān)電源的各種特性來合理的設(shè)計(jì)、制作PCB板[18]。</p>

95、<p>　　PCB板的分類方法比較多。根據(jù)板材的不同可以分為紙制敷銅板、玻璃布敷銅板和撓性塑料制作的柔性敷銅板，其中柔性敷銅板能夠承受較大的變形。有些電路的功能和特性可能會(huì)對(duì)板材有特殊要求，在此種情況下，是應(yīng)該考慮板材類型的。</p><p>　　根據(jù)電路板的結(jié)構(gòu)制版可分為單面板、雙面板和多層板三種。</p><p>　　（1）單面板是只有一面敷銅，另一面沒有敷銅的電路板，只

96、能在它敷銅的一面布線和焊接。單面板結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，制作成本較低。但是對(duì)于復(fù)雜電路，由于只在一個(gè)平面上走線并且不能交叉，單面板布線難度較大，布線率往往較低，因此通常只有電路比較簡(jiǎn)單時(shí)才采用單面板的布線方案。</p><p>　?。?）雙面板式一種包括頂層和底層的電路板。頂層一般為原件面，底層一般為焊接面。雙面板兩面都覆上銅箔，因此PCB圖中兩面都可以布線，并且可通過導(dǎo)孔在不同工作層中切換走線相對(duì)多層板而言，雙面板制作

97、成本不高。對(duì)于的應(yīng)用電路，在給定一定面積的時(shí)候通常都能完全布通，因此目前一般的印制板都是雙面板。</p><p>　　（3）多層板就是包含多個(gè)工作層面的電路板。最簡(jiǎn)單的多層板有4層，通常是在頂層和底層中間加上了電源層和底線層。通過這樣的處理，可以極大程度地解決電磁干擾問題，提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)也可以提高布通率，縮小PCB板面積。</p><p>　　基于本設(shè)計(jì)電路圖不是很復(fù)雜，所以選擇了

98、雙層板設(shè)計(jì)PCB板。</p><p>　　開關(guān)電源的PCB 設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意以下一些問題[11]：</p><p>　?。?）開關(guān)電源中，設(shè)計(jì)中所有傳送交流信號(hào)的引線要盡可能短且寬，因?yàn)橛行┬盘?hào)包含豐富的高頻分量，因而任何一條PCB引線都可以成為天線。同樣剪短連線的長度，任何與多條功率線相連的功率器件要盡可能緊挨在一起[10]。</p><p>　?。?）為了使地層上

99、高頻電流走線不會(huì)遭到破壞，所以必須避免在高頻電流返回路徑上放置過多過孔。但是如果必須在高頻電流路徑上放置一些過孔的話，過孔之間可以留出一些空間讓高頻電流順利通過。</p><p>　　（3）設(shè)計(jì)中對(duì)電源地的安排要十分小心，因?yàn)殡娫吹刈鳛殡娐返墓餐娢粎⒖键c(diǎn)，在電路中起著非常重要的作用。同時(shí)也要考慮控制地（連接控制集成電路和與之相關(guān)的無源器件的地）。</p><p>　?。?）多個(gè)不同特性的

100、電容器可以并聯(lián)起來使用可以改善電容的高頻特性。只是在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量將電容排在環(huán)路的兩邊，讓電容從紋波電流源開始呈“放射性對(duì)稱布置”。</p><p>　?。?）把地線和電源線加粗以填滿PCB板的空白區(qū)，同時(shí)把PCB板盡可能敷銅，這樣可以改善開關(guān)電源的散熱條件。并且，大量的銅可以捕獲射頻能量，通過渦流方式消耗掉[11]。</p><p>　　最終得到PCB布線圖，如圖6.2所示。</p&

101、gt;<p>　　圖6.2 基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源PCB布線圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)好的PCB板繪制出PCB的3D實(shí)際效果和全貌，如圖6.3和圖6.4所示。</p><p>　　圖6.3 開關(guān)電源PCB 3D效果圖（頂層）</p><p>　　圖6.3 開關(guān)電源PCB 3D效果圖（底層）</p><p>

102、;<b>　　小結(jié)</b></p><p>　　隨著社會(huì)的向前進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電源的應(yīng)用日益廣泛和重要。目前，高頻開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、工業(yè)加工和航空航天等領(lǐng)域。因此，從事開關(guān)電源學(xué)習(xí)和研究的高校師生以及從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)研發(fā)的工程師都積極的投身于開關(guān)電源的設(shè)計(jì)工作中來。</p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)開關(guān)電源的基本工作原理做了詳細(xì)的闡述，并且還

103、列舉出了幾種開關(guān)電源的典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行一一分析、比較，說明了選擇開關(guān)電源結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。本文對(duì)開關(guān)電源有個(gè)較深入的研究，進(jìn)一步闡述了開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的主要工作是對(duì)開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選定功率集成器件，最后設(shè)計(jì)出整個(gè)開關(guān)電源的原理圖并繪制出開關(guān)電源的PCB板。</p><p>　　目前隨著開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，新型多功能開關(guān)電源集成控制芯片不斷推向市場(chǎng)，大量超

104、小型、多功能、模塊化開關(guān)電源不斷涌現(xiàn)。本設(shè)計(jì)選用了UC3842和TOP Switch兩種集成芯片進(jìn)行了介紹，闡述了它們各自的功能，結(jié)構(gòu)和典型的應(yīng)用。</p><p>　　對(duì)比兩種芯片所構(gòu)成的開關(guān)電源電路，本設(shè)計(jì)最終選擇了基于TOP204反激式開關(guān)電源。對(duì)比與基于UC3842的單端正激式開關(guān)電源，基于TOP Switch的反激式開關(guān)電源不僅集成度高、性價(jià)比高、性能指標(biāo)佳等優(yōu)點(diǎn)，而且由于TOP Switch本身集成了

105、過電流、過熱保護(hù)等保護(hù)電路，所以不需要在專門設(shè)計(jì)過電流、過熱保護(hù)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且減小了各種干擾。</p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)] </b></p><p>　　[1] 侯振義.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.</p><p>　　[2] 李金伴,李捷輝.開關(guān)電源技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,200

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