【正文】 ... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體管使無工頻變壓器的開關(guān)電源迅速實(shí)用化。 許多家電產(chǎn)品（如電視機(jī)、機(jī)頂盒解碼器、錄像機(jī)）都需要由多路穩(wěn)壓電源來供電。在電子儀器、自控裝置中也要給各種模擬和數(shù)字電路提供多路電源。 降壓式 DC/DC 變換器的基本原理 利用圖 可以分析降壓式 DC/DC 變換器的工作原理。當(dāng) S 斷開時(shí)， L 上產(chǎn)生極性為左端負(fù)、右端正的反向電動(dòng)勢(shì)，使得 VD 導(dǎo)通， L 中的電能就傳送給負(fù)載維持輸出電壓不變，并且 V0V1。若采用開關(guān)電源模塊，上述問題則可迎刃而解。功耗由內(nèi)部限定，轉(zhuǎn)換效率在 94%以上。 2%范圍浮動(dòng)，運(yùn)行溫度范圍為 ?40~+125℃。 表 1 LM2673 的一些工作參數(shù) 名稱 范圍 單位 最大電源電壓 45 V 軟啟動(dòng)管腳電壓 ~6 V 開關(guān)接地電壓 1~VIN V 升壓管腳電壓 VSW+8 V 反饋管腳電壓 ~14 V 功耗 由內(nèi)部限定 — 靜電釋放 20xx V 儲(chǔ)存溫度范圍 60~150 ℃ 焊接時(shí)的管腳溫度 波峰焊（ 4秒） 260 ℃ 紅外線焊接（ 10秒 ) 240 ℃ 氣流焊（ 75秒） 219 ℃ 工作條件 電源電壓 8~40 V 接點(diǎn)溫度范圍 40~125 ℃ 熱阻（ QJR） 30 ℃ /W 熱阻（ QJC） 2 ℃ /W 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 11 管腳 1：輸出開關(guān)（ Switch Output） 功率金屬氧化物（半導(dǎo)體）場(chǎng)效應(yīng)晶體管 開關(guān)的輸出端直接與輸入電壓相連。管腳 1的電壓通過外置肖特基二極管的壓降（ Switch OFF）在輸入電壓 Vin（ Switch ON）與接地之間變換。為實(shí)現(xiàn)電源的最佳性能，輸入管腳應(yīng)當(dāng)總是與一個(gè)設(shè)置在管腳 2附近位置的輸入電容相旁通。在快速開關(guān)中，例如使用 LM2673的大電流應(yīng)用時(shí)，建議使用大面積接地層來 減小分布在電路上的信號(hào)耦合。由于具有穩(wěn)定的電壓輸出驅(qū)動(dòng)（ 、 12V輸出）， LM2673芯片內(nèi)部在被要求提供內(nèi)部增益設(shè)定電阻的同時(shí)也提供與輸出相接的直流線路。如果不要求軟啟動(dòng)的話，該管腳應(yīng)該被斷開。所選擇的整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量至少應(yīng)是計(jì)算值的 2 倍。 （ 3）要有承受高的浪涌電流的能力。其工作電壓的額定值至少應(yīng)達(dá)到 200V。大多數(shù)輸出電壓為 ?5V、 12V、 ?15V、 24V等等，輸出功率一般為幾瓦到幾千瓦。在第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 15 實(shí)際應(yīng)用電路中，還經(jīng)常插入一個(gè)附加的 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于反激式變換器電路，整流二極管 VD1 的反向截止電壓值至少應(yīng)等于 *（ NS/NP）。而它們的反向截止電壓是相同的（即至少應(yīng)等于 *NS/NP)。 功率整流器的特點(diǎn) 在開關(guān)電源中，所需的整流二極管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。 圖 表示的是這三種整流二極管的正向特性。 快速恢復(fù)（見圖 曲線 c）和超快恢復(fù)二極管（見圖 曲線 b）具有適中和較高的正向壓降。 由于現(xiàn)代的開關(guān)電源頻率都在 20kHZ 以上，比起一般的整流二極管，快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間減小到了 ns 級(jí)。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的波紋。 波形（ a）描述的是整流二極管在特定斜率 di/dt 條件下，從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r(shí)期的波形，圖中的圓圈部分是 反向恢復(fù)部分； 波形（ b）描述的是快速恢復(fù)型整流二極管的反向恢復(fù)部分； 波形（ c）描述的是“軟”恢復(fù)型二極管的反向恢復(fù)部分。生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品都有技術(shù)說明，提供給設(shè)計(jì)者去計(jì)算最大的輸出工作電流、電壓、及外殼溫度等。而且隨著結(jié)溫的增加，其正向壓降更低。 第二是它們具有較大的反向漏電流，使得該器件比其它類型的整流器件更容易受熱擊穿。因此，每支二極管所能承受的截止電壓必須是 2VS或者說是 4VOUT。對(duì)于大電流輸出的電路，把吸收回路跨接在每個(gè)整流器的兩端。 T 1SJLR Cn? (13) 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 12 公式中 LT：變壓器的漏電感， H； CJ：肖特基勢(shì)壘管的結(jié)電容， F； n：變壓器初級(jí)對(duì)次級(jí)的匝數(shù)比， NP/NS。第一個(gè)作用是它可以存儲(chǔ)能量，以便在開關(guān)功率管截止或“死區(qū)”時(shí)間內(nèi)，能夠給負(fù)載提供連續(xù)不斷的電流；第二個(gè)作用就是使輸出的直流電壓更加平滑，使輸出電壓波紋能夠達(dá)到允許的標(biāo)準(zhǔn)?；镜脑O(shè)計(jì)原則是 要與成本、重量和實(shí)用性等因素綜合起來考慮。 （ 3）由于有固有的氣隙口，因此無須對(duì)磁芯再開氣隙口。它更適于使用粗導(dǎo)線繞制電感線圈。 開關(guān)穩(wěn)壓系統(tǒng)的隔離技術(shù) 隔離式高穩(wěn)定開關(guān)電源的任務(wù)主要有兩個(gè)方面，首先，它必須提供高度穩(wěn)定的若干組低輸出，為電子設(shè)備或機(jī)電電路提供充足的供電電源； 另一方面，它必須在輸出和輸出之間提供很高的隔離特性，以保護(hù)電器免受因高壓及沖擊電流引起的電氣短路的危害。如果有兩個(gè)或 更多 的晶體管需要驅(qū)動(dòng)（采用半橋式或全橋式變換器電路），則需要采用一個(gè)雙路的 PWM 電路。這個(gè)電路電路的工作過程如下：誤差放大器將從電源輸出端引入的反饋信號(hào)與其反相輸出端的固定參考電壓 Vref進(jìn)行比較，誤差信號(hào)被放大并送到比較器的反相輸入端，而比較器的同相輸入端輸入的是由一個(gè)固定頻率振蕩器產(chǎn)生的具有線性斜率的鋸齒波，振蕩器的輸出同時(shí)送到一個(gè)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器（ F/F),產(chǎn)生方波輸出 Q 和 。這一類的電路可被用來驅(qū)動(dòng)兩支晶體管或是驅(qū)動(dòng)單晶體管，在后一種情況下，輸出可在片外進(jìn)行“與”處理（直接相與），或者只允許有一路作為驅(qū)動(dòng)。而后許多生產(chǎn)廠家又相繼推出了多款PWM 控制芯片，其中德州儀器公司推出的 TL494 芯片就是對(duì) SG3524 的改進(jìn)，提供了可調(diào)整的死區(qū)時(shí)間控制功能，輸出晶體管也具有較高的拉、灌電流能力 ，改進(jìn)了限流控制，輸出方向控制等功能。 在開關(guān)電源的主振回路中，廣泛的應(yīng)用了像光電耦合器一類的元器件，這些元器 件在反激式變換器和正激式變換器電路中，除了提供必要的輸入 輸出隔離功能外，它們還能提供良好的信號(hào)傳遞功能。圖 表示的是一 個(gè)典型的光電耦合器結(jié)構(gòu)圖。 光電耦合器的基本工作過程如下：當(dāng)有電流經(jīng)過 LED 時(shí)，便產(chǎn)生一個(gè)光源，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)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(gè)與 LED 正向電流成比例的集電極電流。在這種情況下，總的控制電路是以變壓器的初級(jí)側(cè)為基準(zhǔn)的。因此，把線性穩(wěn)壓器也關(guān)閉了。這種電路形式只要稍加變化，便可在許多的實(shí)際電路中被采用。 在 PWM 控制電路中軟啟動(dòng)電路的組成如圖 所示。當(dāng)電容器充滿電荷時(shí)，二極管 VD1 則處于反向偏置。 二極管 VD2 用于旁路電阻 R，為了確保在系統(tǒng)關(guān)閉的情況下，使電容器 C 有足夠的速度放電，這樣，即使在很短的中斷時(shí)間，也可以啟動(dòng)另一個(gè)新的軟啟動(dòng)周期。MOSFET 管的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開關(guān)電源對(duì)于器件的要求，它的工作頻率超過 20kHZ，可以達(dá)到 100kHZ 到 200kHZ，完全超過了雙極性晶體管工作頻率的限制。在圖 中，雙極性晶體管分為集電極、基極和發(fā)射極， MOSFET 與之相對(duì)應(yīng)的極分別是漏極、柵極和源極，分別用字母 D、 G 和 S 表示。 ESR：等效串聯(lián)電阻。 啟動(dòng)浪涌電流限制電路：它屬于保護(hù)電路?；蛘吣軌蚣釉陂_關(guān)電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。它從輸入的交流電源直接 進(jìn)行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。工作周期是從零到它的正常工作點(diǎn)所用的時(shí)間。 步驟 5：確定一個(gè)輸入電容器以供固定輸出電壓應(yīng)用。該二極管的額定電流必須遠(yuǎn)大于最大負(fù)載電流，同時(shí)逆向額定電壓必須遠(yuǎn)大于最大輸入電壓。 第二章 單片式降壓穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 35 LM2673 固定輸出電壓設(shè)計(jì)方案 通過以上步驟，我們得出了電路設(shè)計(jì)方案畫出了電路圖。 步驟 1：運(yùn)行條件為：輸出電壓 、最大輸入電壓 16V、最大負(fù)載電流 步驟 2：選擇一個(gè) 。 步驟 3：使用 。具有 33μ H的電感器 這里有四個(gè)直插式輸出電容器 與同樣類型型號(hào)的電容器相并聯(lián)，而且還給出了鑒別電容器的標(biāo)碼。尋找特定元件的特性，以下的選擇是符合要求的： 1 1000μ F/63V Sanyo MVGX (code C14) 1 820μ F/63V Nichicon PL (code C24) 1 560μ F/50V Panasonic HFQ (code C13) 第二章 單片式降壓穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 37 步驟 6：必須選擇一個(gè)電流為 3A或者更高的肖特基二極管。 首先我們放置元器件：芯片 LM2673（ IC1）、電感器 L輸出電容器 C反饋 回路電容 C軟啟動(dòng)電路電容 C輸出電容 C電阻 R肖特基二極管 D1。 布線完成后，我們可以按照設(shè)計(jì)要求編輯元器件的屬性，對(duì)于元器件的名稱（ Lib Ref），元件在電路圖中的流水序號(hào)（ Designator）以及元件的電氣屬性標(biāo)稱值進(jìn)行標(biāo)注和說明。這對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)以后 PCB 印制板以及實(shí)際電路都有很重要 的意義。進(jìn)行 ERC 測(cè)試時(shí)，不僅給出詳細(xì)的測(cè)試報(bào)告，而且還在原理圖中有錯(cuò) 誤的地方作了標(biāo)記，以便分析和修改錯(cuò)誤。 在完成了以上各個(gè)步驟之后，我們便可以保存文件，同時(shí)進(jìn)行原理圖的輸出。 自動(dòng)布局布線 由于我們?cè)诖饲斑M(jìn)行了電路原理圖的繪制，因此我們可以使用 Protel99 進(jìn)行 PCB元件的自動(dòng)布局和自動(dòng)布線，在此之前，我們必須通過 Design 目錄下的 Rules 菜單進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)定。在本設(shè)計(jì)中，由于 TO220 的七腳封裝在 PCB 封裝庫(kù)中無法找到，因此我便自己制作了該封裝，并保存在了 PCB 封裝庫(kù)中。它可以檢查出布線方面的錯(cuò)誤（如線距太近、是否還有未完成的網(wǎng)絡(luò)走線或是走線寬度有誤等），也可以通過信號(hào)分析事先反映出制成電路板實(shí)體后的非理想效果。 同時(shí)，我也注意到，在采用 TO220 封裝的芯片中，第三腳為地線，它兼作交流電源整流濾波電路、反饋電路、狀態(tài)控制電路的公共端，在布線時(shí)需要格外注意。在這里，我 們對(duì)它作一簡(jiǎn)單的介紹。 Protel99 的技術(shù)特點(diǎn) Protel99 SE的根本特點(diǎn)在于采用了三個(gè)技術(shù)： SmartDoc、 SmartTool、 SmartTeam。 技術(shù) SmartTool 技術(shù)的基礎(chǔ)是 Clint/Server（客戶 /服務(wù)器 )結(jié)構(gòu)，把所有的設(shè)計(jì)工具（原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、 PLD 設(shè)計(jì)、自動(dòng)布線、信號(hào)完整性分析以及文件管理器，如 第三章 Protel 簡(jiǎn)介 45 MS Word、 MS Excel 等）都集成 到一個(gè)獨(dú)立、直觀的設(shè)計(jì)管理界面上來。 Protel99 提供了大量的標(biāo)準(zhǔn)模板（如超過 60 個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 PC 板）供用戶任意選擇使用。從菜單上選擇 Place/Wire 后，按空格鍵切換自動(dòng)連線方式，觀察狀態(tài)欄就可以看到 AutoWire 方式。 SimCode（類 C 語(yǔ)言）用于描述數(shù)字元件的屬性。游標(biāo)手使得調(diào)整 PCB 視窗變得容易而快捷。 信號(hào)完整性仿真使用電路的特性阻抗，通過傳輸線計(jì)算、 I/O 緩沖宏模型信息作