【正文】 后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當(dāng)超過130℃時，初始導(dǎo)磁率為零。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（Gs）表示。鐵氧體受到的影響因素多、元器件選用以及電路板上元器件的布置和走線的方式等對此都有影響。但是，我們不能十分有把握地掌握磁性材料的特性，以及這種特性與溫度、頻率、氣隙等的依賴性和不易測量性。⑤ 開關(guān)速度快，關(guān)斷時間短。② 輸入阻抗高，柵極驅(qū)動功率小，驅(qū)動電路簡單。當(dāng)MOSFET的柵極驅(qū)動電壓突然降到門限電壓時，MOSFET由導(dǎo)通突變?yōu)榻刂梗龢O管BC557加速了ID的跌落，為MOSFET起到加速作用。R的阻值一般為60~200Ω。MOSFET的主要缺點是導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）較大，而且具有正溫度系數(shù)，用在大電流開關(guān)狀態(tài)時，導(dǎo)通損耗較大，開啟門限電壓VGS(th)較高（一般為2~4V），要求驅(qū)動變壓器繞組的匝數(shù)比采用雙極型晶體管多1倍以上。MOSFET具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，可以避免熱不穩(wěn)定性和二次擊穿，適合在大功率和大電流條件下應(yīng)用。MOSFET在大功率開關(guān)電源中用作開關(guān)，比雙極型功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢。MOSFET分P溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型和N溝道增強(qiáng)型4種類型。選用好元器件，是決定開關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。未來的開關(guān)電源像一只茶杯的蓋子：它的工作頻高達(dá)2~10MHz，效率達(dá)到95%，功率密度為3~6W/cm2，長期使用完好，壽命在80000h以上。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動檢測控制實現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。實現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。(2) 材料問題。材料之新、用途之廣，是它快速發(fā)展的主要動力。調(diào)寬式變換器有以下幾種：正激式（Forward Converter）、反激式（Feedback Converter Mode）、半橋式（Half Bridge Converter）、全橋式（Overall Bridge Mode）、推挽式（Push Draw Mode）和阻塞式（Ringing Choke Converter，RCC）等6種。從輸入、輸出有無變壓器隔離來說，DC/DC變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開關(guān)導(dǎo)通時間，通過調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。如果正弦波電壓加到并聯(lián)的電感回路上，這時電感上的電壓就無窮大。另一類叫做軟開關(guān)，電子開關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷。所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號強(qiáng)行對電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過的電流以及兩端施加的電壓無關(guān)。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。美國的“能源之星”對電子鎮(zhèn)流器、開關(guān)電源以及家用電器的效率都制定有很仔細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。對于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。例如：一個開關(guān)電源的工作頻率是50kHz，它的周期（微秒）。在一個電子開關(guān)周期（T）內(nèi)，電子開關(guān)的接通時間與一個電子周期所占時間之比，叫接通占空比（D），D=。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。所謂有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指電源在校正過程中常采用三極管和集成電路。開關(guān)電源通常由六大部分組成，如圖11所示。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。開關(guān)電源畢業(yè)論文1． 緒論 1 開關(guān)電源的概念和分類 1 1 3 開關(guān)電源設(shè)計中存在的問題與未來發(fā)展 4 4 52． 開關(guān)電源元器件的選用 6 開關(guān)晶體管 6 6 絕緣柵雙極型晶體管 7 軟磁鐵氧體磁芯 8 9 9 光電耦合器 10 二極管 12 13 13 14 自動恢復(fù)開關(guān) 14 熱敏電阻 153． 開關(guān)電源的設(shè)計基礎(chǔ) 17 開關(guān)電源的控制方式 17 17 18 各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源分析 19 諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù) 24 24 25 26 30 其它軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展概況 364． 開關(guān)電源設(shè)計 38 開關(guān)電源集成控制芯片 38 38 39 40 開關(guān)電源電路分析 47 47 49結(jié) 論 55致 謝 56參 考 文 獻(xiàn) 57 58 1． 緒論開關(guān)電源是近年來應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。我們用的電，一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。 圖11 開關(guān)電源工作原理框圖第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。開關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號，該信號與控制信號疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，達(dá)到脈沖寬度可調(diào)。斷開時間所占T的比例稱為斷開占空比（D39。很明顯，接通占空比（D）越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開關(guān)接通時間越長，此時負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。開關(guān)電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的優(yōu)點：(1) 節(jié)能。(2) 體積小，重量輕。(4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。顯然，開關(guān)是接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式是有損耗的?？梢?，電子開關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上它的損耗為零，對浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開關(guān)電源的重量和體積則可進(jìn)行更大的改變。利用諧振電路可實現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩倒零時，電子開關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（Zero Voltage Switching）。準(zhǔn)諧振變換器開關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開關(guān)電源的主變換器依靠開關(guān)頻率來穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開關(guān)電源。每一類有6種拓?fù)洌唇祲菏剑˙uck）、升壓式（Boost）、升壓—降壓式（BuckBoost）、串聯(lián)式（Cuk）、并聯(lián)式（Sepic）以及賽達(dá)式（Zata）。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。(4) 軟件問題。(5) 生產(chǎn)工藝問題。這就是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。往往設(shè)計的開關(guān)電源在試驗室中式成功的，一到生產(chǎn)線上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)時，就會出現(xiàn)各種問題。增強(qiáng)型MOSFET具有應(yīng)用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動信號為零時，輸出電流等于零）。所有類型的有源功率因數(shù)校正器都是為驅(qū)動功率MOSFET而設(shè)計的，所以說，用作開關(guān)的MOSFET是任何雙極型功率晶體管所不能替代的[4]。MOSFET從驅(qū)動模式上來分，屬于電壓控制器件，驅(qū)動電路設(shè)計比較簡單，驅(qū)動功率甚微，在啟動或穩(wěn)定工作條件下的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。 (2) MOSFET的驅(qū)動電路MOSFET的驅(qū)動電路如圖21和圖22所示。盡管MOSFET的輸入阻抗很高，但仍會產(chǎn)生充電電流。 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種大電流密度、高電壓激勵的場控制器件，是高壓、高速新型大功率器件。③ 低導(dǎo)通電阻。上述這些特征克服了MOSFET的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時導(dǎo)通電阻大、器件發(fā)熱嚴(yán)重、輸出功率下降、電源效率低下的弊病。在選擇鐵氧體時，它不像電子元件那樣可以測量，它的具體的參數(shù)、特性曲線在顯示測量儀器上也不時一目了然。對于一個產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏蔽是否合適，散熱處理是否得當(dāng)?shù)鹊?。溫度越高，磁感?yīng)強(qiáng)度越低。(3) 初始導(dǎo)磁率μi。(5) 矯頑力HC。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號。在設(shè)計時，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。它的優(yōu)點是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少EMI；它的缺點是散熱效果極差，溫升很高，只能用在小功率開關(guān)電源上。(4) EC 磁芯是在開關(guān)電源上常用的一種磁芯，磁芯截面積大，散熱效果好，常用在100～150W的開關(guān)電源上。一般來說，磁芯面積越大，輸出功率也越大。這就實現(xiàn)了“電—光—電”功能轉(zhuǎn)換，也就是隔離信號傳遞。在開關(guān)電源電路中利用光電耦合器構(gòu)成反饋電路，通過光電耦合器來調(diào)整、控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過光電耦合器進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)換。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。光電耦合器是電流驅(qū)動型，需要一定的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號太小，發(fā)光二極管不會導(dǎo)通，其輸出信號將失真。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對噪音的敏感度低，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會因為電路中的高頻電流的電磁干擾對控制電路產(chǎn)生干擾。當(dāng)輸出電壓保持恒定時，它等于直流輸出電流與直流輸入電流IF的百分比。普通光耦合器的特性曲線呈非線性，在較小時的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號。(3) 線性光耦合器的產(chǎn)品及選取原則使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計電路時，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國內(nèi)和國際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國埃索柯姆(Iso)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N系列(如4N24N24N35)光耦合器，目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。再次，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須考慮合理選擇CTR值。 二極管二極管在電子電路中用得較多，功能各異。以下介紹幾種二極管的特點及檢測方法。在開關(guān)電源的過壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如1N4141N4448。(4) 反向恢復(fù)時間trr：小于10ns。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價格便宜。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：① 穩(wěn)定電壓VZ。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。② 平均整流電流Id：這時選用二極管的又一個主要指標(biāo)。 (2) 檢測方法及選用原則① 檢測方法：利用萬用表的電阻檔或數(shù)字萬用表的二極管檢測檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦裕y出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測出反向擊穿電壓。 自動恢復(fù)開關(guān)自動恢復(fù)開關(guān)（Resettable Swithing，RS）又叫自動恢復(fù)保險絲，它是一種過流保護(hù)器件。當(dāng)電路電流超過最大設(shè)計值或發(fā)生短路故障時，電流增加，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量時聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對電路起到保護(hù)作用。通常，將自動恢復(fù)開關(guān)串接在低壓直流輸出端，此時交流輸入端的保險管可省去。 ② 過流后自動恢復(fù)能力的檢查在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動恢復(fù)開關(guān)與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動恢復(fù)開關(guān)的電流容量IH。觀察電流表，如果一段時間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時間就是自動恢復(fù)開關(guān)的自動恢復(fù)時間。(3) ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化1℃所消耗功率的相對變化量（mW/℃）。如果電路輸入電壓超高，熱敏電阻就會發(fā)熱，其電阻值降低，對輸入電流分流。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。這就是熱敏電阻對軟啟動的作用。穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時，控制器輸出信號的脈沖寬度不變，而工作周期變長，使占空比減小，輸出電壓降低。再者，這種開關(guān)電源電路比較復(fù)雜，集成控制電路也不是很多。開關(guān)管的基極或場效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動。寬脈沖經(jīng)開關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動高頻變壓器，使變壓器初級電壓升高，然后耦合到次級，經(jīng)過二極管VD整流和電容C2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。需要指出的是：a、b、c是壓控振蕩器外圍元件連接端，它們將決定振蕩的工作頻率和頻率調(diào)制靈敏度。輸出電壓因為占空比作用，不會超過輸入電源電壓。當(dāng)S斷時，L向負(fù)載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓，因而有升壓作用。④ 丘克變換器Cuk電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。這里的C1用于傳遞能量，而且輸出極性和輸入相反。② 半橋型變換器圖39給出了半橋型變換器的電路圖。這個電路也相當(dāng)于降壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。⑤ 隔離型Cuk變換器隔離型Cuk變換器電路如下所示： N2C12TC2L2RUoSN1VDUiL1C11圖312 隔離型Cuk變換器當(dāng)S導(dǎo)通時，Ui對L1充電。這里的C12明顯是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。其作用是在SS2斷開期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到N3繞組，通過VD3回饋到輸入端。因此，L有升壓作用。所以諧振開關(guān)電源是當(dāng)前開關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。② 此時的阻抗最小，電路電流有效值達(dá)到最大。Q值越大，振蕩越強(qiáng)。明顯地，串并諧振的特點是：① 導(dǎo)納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。從外部看，L、C部分類似于開路，L、C各自有效電流卻達(dá)到最大。同時，也使得電源諧波成分大為