【正文】 )，達到調(diào)整輸出電壓的目的。 當然控制電路還有調(diào)頻方式的，本文不予討論。 在方波的上升沿和下降沿．有很多高次諧波，如果這些高次 諧 波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。因此，在交流輸入端，必須要設(shè)置無線頻率干擾 (RFl)濾波器，把高頻干擾減少到可接收的范圍。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設(shè)計輔助電路，主要包括過壓、過流保護電路等 。 圖 隔離式 開關(guān)電源 酌方框圖 開關(guān)電源 所用的術(shù)語 下面列出一些本書所使用的 開關(guān)電源 術(shù)語，并給出解釋，以供讀者參考。 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負載，輸入 5 交流電壓為標準值。 ESR：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，EsR 值越低的電容，性能越好。 輸出電壓保持時間：在 開關(guān)電源 的輸入電壓撤消后， 依然保持其額定輸出電壓的時間。 啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護電路。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。為了防止不必要的功率損耗，在設(shè)計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。 ‘ 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉?開關(guān)電源 的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化的百分率。條件是負載和周圍的溫度保持恒定。 負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。 噪 音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。通常是以 mv 度量。 隔離式 開關(guān)電源 ：一般指高頻 開關(guān)電源 。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。 輸出瞬態(tài)響應(yīng)時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時間。 過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設(shè)計的額定值而造成電源損壞的電路。 遠程檢測：電壓檢測的一種方法。為了補償電源輸出的電壓降，直接從負載上檢測輸出電壓的方法。 軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關(guān)波形的工作周期的方法。 工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。 電磁干擾 — 無線頻率干擾 (EMLBFl)：即那些由 開關(guān)電源 的開關(guān)元件引起的，不希望傳按和發(fā)射的高頻能量頻譜。 快速短路保護電路；一種用于電源輸出端的保護電路。當出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。 占空比；在高頻 開關(guān)電源 中，開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和變換器的工作周期之比。 2 輸入電路 電壓倍壓整流技術(shù) 在前面已經(jīng)提到，隔離式 開關(guān)電源 是直接對輸入的交流電壓進行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器。現(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國際市場的需求，所 以他們所設(shè)計的 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 一 260v 的范圍。為了實現(xiàn)兩種輸入電源的轉(zhuǎn)換，要利用倍壓整流技術(shù)，如圖 所示。 在圖 中，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、瞬間輸入電壓保護的功能。 電路工作過程如下：當開關(guān) S1 閉合時．電路在 115v 交流輸入電壓下 1：作。在交流電的正半周，通過二極管 vDl 和電容器 c1 被充電到交流電壓的峰值。即 115v 1． 4＝ 160v，在交流電的負半周，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。當開關(guān) S1 打開時，：：極管 VDl— vD4 組成了全橋式整流電路，對輸入的交流 230V 進行整流，也同樣產(chǎn)生 320v 的直流電壓。 圖 兩種輸入交流電壓的轉(zhuǎn)換 第二節(jié) 輸入保護器件 隔離式 開關(guān)電源 在加電時，會產(chǎn)生極高的浪涌電流 *設(shè)計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 7 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 對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 E5R 值。如果不采取任何保護措施，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一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負溫度系數(shù) (NTc)的熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。 電阻 — 雙向可控硅技術(shù)：采用此項浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當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，對其進行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個觸發(fā)電路，當某些預(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)計時要認真地選擇雙向可控 硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因為在它導(dǎo)通時，要流過全部的輸入電流。圖 中的 vs 和 R1 為雙向可控硅和電阻的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) G 熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把 NTc(負溫度系數(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。 圖 中的 RTl 和 RTz。 N 了 c 熱敏電阻的電阻 — 溫度特性和溫度系數(shù) 的關(guān)系如 圖 所示。 圖 熱敏電阻的溫度系數(shù) 在圖 中。是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比 (％／ c)表示。當 開關(guān)電源 接通時，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標稱值 。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負溫度系數(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，在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會影響整個 開關(guān)電源 的效率。 輸入陽間電壓保護 在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為 115v 或 230v 左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風雨天氣時的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達 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： 221 ILW ?? () 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。 用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻 (MOV)瞬態(tài)電壓抑制器。如圖 所示，把壓敏電阻 Rv 連在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時．它的 阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應(yīng)按下述步驟進行。 1．選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn) 定值大 10％一 20％； 2．計算或估計出電路所要承受的最大瞬間能量的焦爾數(shù)； 3．查明器件所需要承受的最大尖峰電流； 上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 3 隔離單端反激式變換器電路 圖 所示的單端反激式變換器電路在其輸入和輸出回路之間缺少安全隔離措施。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，指的是變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。 典型的單端隔離反激式變換器電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。 從圖 的電路工作狀態(tài)波形可見，電路的工作過程如下：當晶體管 vTl導(dǎo)通時，它在變壓器初級電感線圈中儲存能量，與變壓器次級相連接的二極管vD 處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管 vD 截止。在變壓器次級回路無電流流過，即沒有能量傳遞給負載。 。 當晶體管 vTl 截止時，變壓器次級 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，同對在負載 RL 上也有了電流 IL。 9 圖 隔離單端反激式變換 25電路及相關(guān)波形 由于隔離變壓器 T 除了具有初、次級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，但在實際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值。 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管 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條件，即在晶體管截止時，要能承受集電極尖峰 電壓，在晶體管導(dǎo)通時，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進行計算： ? m axm ax 1 ?? VV inCE () 公式中， vin 是輸入電路整流濾波后的直流電壓， 6mx 是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時間與晶體管的一個工作周期 (導(dǎo)通時間十截止時間 )之比