【正文】 器可用于過流保護(hù)，電壓比較器可設(shè)置為閉環(huán)控制，調(diào)整速度快，用這種芯片作為低功率開關(guān)電源的PWM的控制是很方便的它可以直接驅(qū)動(dòng)雙極管，MOSFET和IGBT，具有管腳少（8只引腳）外圍電路簡單、安裝與調(diào)試方便、性能優(yōu)良、價(jià)格合適等優(yōu)點(diǎn)。采用這種芯片控制所需元件也少應(yīng)用廣泛，特別適于構(gòu)成無工頻變壓器的20—80W小功率開關(guān)電源。鑒于上面分析，選用芯片控制電路。 電流工作模式的方案選擇電流連續(xù)模式。電流連續(xù)工作狀態(tài)，在下一周期到來時(shí)，電感中的電流還未減小到零，電容的電流能夠得倒及時(shí)的補(bǔ)充，輸出電流的峰值較小，輸出紋波電壓小。這種模式的設(shè)計(jì)要考慮電感的儲(chǔ)能時(shí)間，不容易控制，所發(fā)實(shí)現(xiàn)起來是很復(fù)雜的。電流斷續(xù)模式。斷續(xù)模式下，電感能量釋放完時(shí)，下一周期尚未到來，電容能量得不到及時(shí)補(bǔ)充，二極管的峰值電流非常大，對(duì)開關(guān)管和二極管的要求就非常高，二極管的損耗非常大，而且由于電流是斷續(xù)的，輸出電流交流成分比較大，會(huì)增加輸出電容上的損耗。由于對(duì)于相同功率的輸出，斷續(xù)工作模式的峰值電流要高很多，而且輸出直流電壓的紋波也會(huì)增加，損耗大。但是這種模式工作設(shè)計(jì)不復(fù)雜。鑒于上面分析，本設(shè)計(jì)采用電流斷續(xù)模式。 綜合結(jié)構(gòu)電路圖 電路綜合圖 是由UC3842構(gòu)成的單端反激式開關(guān)電源電路，220V市電由CL1濾除電磁干擾，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻Rt1限流，再經(jīng)VC整流、C2濾波，電阻R電位器RP1降壓后加到UC3842的供電端（⑦腳），為UC3842提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后變壓器的付繞組③④的整流濾波電壓一方面為UC3842提供正常工作電壓，另一方面經(jīng)RR4分壓加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為UC3842提供負(fù)反饋 電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)定輸出電壓。④腳和⑧腳外接的RC8決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達(dá)500KHz。RC6用于改善增益和頻率特性。⑥腳輸出的方波信號(hào)經(jīng)RR8分壓后驅(qū)動(dòng)MOSFEF功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。電阻R10用于電流檢測(cè)，經(jīng)RC9濾濾后送入U(xiǎn)C3842的③腳形成電流反饋環(huán).所以由UC3842構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng)UC3842的③腳電壓高于1V時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過流而損壞。3 開關(guān)電源輸入電路設(shè)計(jì) 電壓倍壓整流技術(shù) 交流輸入整流濾波電路原理在前面已經(jīng)提到，隔離式開關(guān)電源是直接對(duì)輸入的交流電壓進(jìn)行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器?，F(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國際市場(chǎng)的需求，所以他們所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源必須要適應(yīng)世界范圍的交流輸入電壓，通常是交流90 ——130V和180——260V的范圍?！? 輸入濾波、整流電路原理輸入濾波電路：CLCC3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間，要對(duì) C5充電，由于瞬間電流大，加RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在RT1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后RT1阻值減?。≧T1是負(fù)溫系數(shù)元件），這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)電路可正常工作。為了實(shí)現(xiàn)兩種輸入電源的轉(zhuǎn)換，要利用倍壓整流技術(shù)。 ，兩種輸入交流電壓的轉(zhuǎn)換由開關(guān)S1來完成，此外，本電路中的壓敏電阻RV和可控硅VS具有浪涌電流抑制、瞬間輸入電壓保護(hù)的功能。電路工作過程如下：當(dāng)開關(guān)S1閉合時(shí)．電路在115V交流輸入電壓下作用。在交流電的正半周，通過二極管VD1和電容器C1被充電到交流電壓的峰值。即115v1．414≈160v，在交流電的負(fù)半周，電容器C2通過二極管VD4也被充電到160v。這樣，電路輸出的直流電壓應(yīng)該是電容器C1和C2上充電電壓之和．即160V十160V＝320V。當(dāng)開關(guān)S1打開時(shí)，極管Val—VD4組成了全橋式整流電路，對(duì)輸入的交流230V進(jìn)行整流，也同樣產(chǎn)生320V的直流電壓。 倍壓整流電路 輸入保護(hù)器件保護(hù)隔離式開關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電流，設(shè)計(jì)者必須在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對(duì)交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的ESR值。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近幾百安培。通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是：利用電阻——雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是：采用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻。用以增加對(duì)交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。 電阻——雙向可控硅技術(shù)：采用此項(xiàng)浪涌電流限制技術(shù)時(shí)，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后．由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對(duì)其進(jìn)行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個(gè)觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因?yàn)樵谒鼘?dǎo)通時(shí)，要流過全部的輸入電流。這種方法是把NTC(負(fù)溫度系數(shù))的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。用了RTC熱敏電阻的電阻—。 熱敏電阻的溫度系數(shù)。是RTC熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比(％／c)表示。當(dāng)開關(guān)電源接通時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當(dāng)電容開始充電時(shí)，充電電流流過熱敏電阻，開始對(duì)其加熱。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會(huì)影響整個(gè)開關(guān)電源的效率。 輸出過壓保護(hù)電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計(jì)值時(shí)，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部穩(wěn)壓環(huán)路出現(xiàn)故障或者由于用戶操作不當(dāng)引起輸出過壓現(xiàn)象時(shí)，過壓保護(hù)電路進(jìn)行保護(hù)以防止損壞后級(jí)用電設(shè)備。在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為115v或230v左右，但有時(shí)也會(huì)有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時(shí)的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴(yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá)5kv。另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： （3—1）公式中．L是電感器的漏感，I是通過線圈的電流。 由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時(shí)間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。所以必須要采取措施加以避免。 4 開關(guān)電源主電路設(shè)計(jì) 單端反激式變換器電路的工作原理單端反激式變換器電路在其輸入和輸出回路之間加入安全隔離措施。一般情況下，隔離式開關(guān)電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件。在電路中，它是以變壓器的形式出現(xiàn)的，但實(shí)際上它起的作用是扼流圈，所以應(yīng)該稱它為變壓器——扼流圈。所謂單端，就是指的是變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。 。 隔離單端反激式變換電路及相關(guān)波形，電路的工作過程如下：當(dāng)晶體管VT1導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級(jí)電感線圈中儲(chǔ)存能量，與變壓器次級(jí)相連接的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止。在變壓器次級(jí)回路無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載。當(dāng)晶體管VT1截止時(shí)，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得二極管VD導(dǎo)通，給輸出電容C充電，同對(duì)在負(fù)載RL上也有了電流IL。由于隔離變壓器T除了具有初、次級(jí)間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個(gè)小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值。由于隔離變壓器T除了具有初、次級(jí)間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實(shí)際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個(gè)小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值，這樣的設(shè)計(jì)便開關(guān)電源工作更安全。 開關(guān)晶體管的設(shè)計(jì)如何選擇到性能參數(shù)合適的主開關(guān)與控制電路直接影響到變換器的性能。在這里需要清楚的是作為主開關(guān)的晶體管、MOSFET、IGBT或晶閘管的性能均耐壓的上升而下降，因此在選擇耐壓時(shí)并不是超高越好，而是適可而止。合理地選擇開關(guān)管的額定電壓直接影響著變換器的性能，通過了解主開關(guān)的電壓波形就可以比較準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)出主開關(guān)的電壓峰值。對(duì)于不同的電路拓?fù)浜筒煌目刂品绞剑箝_關(guān)管的額定電壓將不同。其輸入不同的電壓條件下開關(guān)管的額定電壓與電路拓?fù)浜涂刂品绞降年P(guān)系如下：（1） 交流電不帶有PFC功能。橋式變換器：400—500V；推挽式變換器：800—900V；單端正/反激式變換器：600—700V；單端正激式變換器帶有有源箝位：600V；（2） 交流電帶有PFC功能。橋式變換器：500—600V；推挽式變換器：900—1000V；單端正/反激式變換器：800V；單端正激式變換器帶有有源箝位：800V；（3） 直流48V電壓系統(tǒng)橋式變換器：80V；推挽式變換器：200V；單端正/反激式變換器：200V；反激式開關(guān)電源的開關(guān)管額定電流的選擇：在交流電220V電壓應(yīng)用條件下，如果考慮電源電壓變化范圍在20%—+20%。選擇開關(guān)管耐壓為600V時(shí)，假設(shè)效率為80%，電路工作在電流斷續(xù)模式，在這種工作狀態(tài)下，在開關(guān)管上每流過1A電流可以輸出30—32W的輸出功率。，則開關(guān)管上每流過1A電流可以輸出28—30W的輸出功率?？紤]到開關(guān)管的導(dǎo)通電阻對(duì)效率的影響，應(yīng)該選擇開關(guān)管的額定電流達(dá)到實(shí)際電流峰值的3—4倍，如在沒有PFC時(shí)，電源電壓為220*(1177。20%)V，這樣設(shè)計(jì)就沒有帶PFC時(shí)優(yōu)化。在單端反激式變換器電路中。所使用的開關(guān)晶體管必須符合兩個(gè)條件，即在晶體管截止時(shí)，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時(shí)，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時(shí)所承受的尖峰電壓按下面的公式進(jìn)行計(jì)算： （4－1） 公式中，Vin是輸入電路整流濾波后的直流電壓，δmax是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時(shí)間與晶體管的一個(gè)工作周期(導(dǎo)通時(shí)間十截止時(shí)間)之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對(duì)地低一些，一般要低于50％，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一般取0．4左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓。因此，在單端反激式變換器電路設(shè)計(jì)中，晶體管的工作電壓一般在800V以上，通常按900v計(jì)算可安全可靠地工作。 按如下粗算考慮：交流輸入電壓180—260V，取260V，260v乘以1．414(有效值)，即是整流后的直流電壓V*2601. 4＝354V，360V再乘以2．2得800V，實(shí)際取900V即可。 第二個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須滿足晶體管在導(dǎo)遏時(shí)的集電極電流的需求。 （4—2）公式中的Il是變壓器初級(jí)繞組的峰值電流，而n是變壓器初級(jí)與次級(jí)間的匝數(shù)比。為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電懾峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量可用下式表示： （4—3）公式中，η是變換器的效率。 略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表達(dá)的晶體管工作電流的公式為： （4－4） 變壓器繞組的設(shè)計(jì)由于在單端反激式變換器電路中，變壓器初級(jí)繞組只在B—H待佐曲線[磁滯回線)的一個(gè)方向上被驅(qū)動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)注意不要使其飽和。在這里，我們只是強(qiáng)調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴(kuò)大其有效體積，傳輸變壓器有效體積v的計(jì)算公式如下： （4－5）Ilamx：最大負(fù)載電流。 L：變壓器次級(jí)繞組的電感量；U0：空氣的導(dǎo)磁率。其值為15。Ue：所選磁芯的磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率。Bmax：磁芯的最大磁通密度。 相對(duì)導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高，選擇磁芯的形狀時(shí)，需要綜合考慮應(yīng)用要求、磁芯的成本、變壓器的制作成本、工作溫度、電磁干擾。在選擇磁芯尺寸時(shí)，通常只能作一個(gè)大致優(yōu)估計(jì)，最終的產(chǎn)品將根據(jù)樣機(jī)的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，幾乎每一個(gè)磁芯制造廠都會(huì)給出選擇磁芯尺寸的方法，以方便用戶選擇，選擇磁芯最常用的方法是：圖表法和面積乘積法，這章就不作介紹。本文結(jié)合具體例子，在經(jīng)典書籍基礎(chǔ)上，提供了更簡潔明了的反激變壓器設(shè)計(jì)方法。并對(duì)較難理解部分做了詳細(xì)解釋。設(shè)計(jì)初始條件：輸入電壓范圍：AC 85265V輸出電壓和電流見下表：（最大輸出功率50W，最大輸入功率不大于75W） 輸出電壓電流的關(guān)系項(xiàng)目特色：低成本、高交叉調(diào)整率。實(shí)現(xiàn)該特色關(guān)鍵在于反激變壓器設(shè)計(jì)。在開關(guān)管開通時(shí)，原邊電流不斷上升，在Ton結(jié)束時(shí)至峰值Ip，這個(gè)Ip在開關(guān)斷開的瞬間，會(huì)被傳遞到副邊。最初傳遞到副邊的電流在副邊的分配原則是：大多數(shù)會(huì)傳遞到漏感最小的那一路輸出。如果這一路沒有用做開關(guān)管PWM的反饋控制，它的峰值就會(huì)很高。調(diào)試中通過對(duì)該路增加副邊小電感來控制開關(guān)關(guān)斷期間副邊調(diào)整率的變化率，從而實(shí)現(xiàn)了較高的交叉調(diào)整率。變壓器設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)前先要確定參數(shù)：磁芯，預(yù)設(shè)頻率，最