【正文】 沒(méi)有變壓器隔離兩類。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。材料之新、用途之廣，是它快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α? (2) 材料問(wèn)題。實(shí)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)。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì) 未來(lái)的開(kāi)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，功率因數(shù)高達(dá) ，長(zhǎng)期使用完好，壽命在 80000h 以上。脈沖頻率調(diào)制（ Pulse Frequency Modulation， PFM）是將脈沖寬度固定，通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。混合 調(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。 to nto ntto f fTto f fTVi nVi nV0V000t (a) PWM控制方式 to nto f fT1T2tVi nVi nV0V000 t (b) PFM控制方式 圖 32 PWM、 PFM控制方式和波形圖 脈寬調(diào)制的基本 原理 開(kāi)關(guān)電源采用脈寬調(diào)制方式的占很大比例，所以有必要對(duì)脈寬調(diào)制的基本原理加以了解。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大，然后將其差值送到脈寬調(diào)制器。再經(jīng)過(guò)瞬間定時(shí)器、控制邏輯和輸出級(jí)，輸出一方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng) MOS 開(kāi)關(guān) 管，最后經(jīng)高頻變壓器 TR 和整流濾波獲得穩(wěn)定的輸出電壓 V0。假設(shè)電源效率為 η ，脈沖寬度為 m，脈沖頻率為 f，則有 V0= 1Vfm ???? 。 壓 控 振 蕩 器零 電 壓 比 較 器 控 制 邏 輯誤 差 放 大 器V C 0瞬時(shí)定時(shí)器++abcd0 . 5 V5VVrFV TT R+ BV DV0CR 圖 34 脈沖頻率調(diào)制的基本原理 諧振式電源與軟開(kāi)關(guān)技術(shù) 諧振式電源的基本原理 諧振式電源是新型開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向。 PWM一般只能達(dá)到幾百 K，但諧振開(kāi)關(guān)電源可以達(dá)到 1M 以上。開(kāi)關(guān)管在零電流時(shí)關(guān)斷。下面是這兩種開(kāi)關(guān)的簡(jiǎn)單原理圖。這個(gè)諧振電路的電壓是正弦波，而 Is 接近矩形波。 諧振開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析 實(shí)際上，諧振開(kāi)關(guān)中的所謂 “ 諧振 ” 并不是真正理論上的諧振，而是 L、 C 電路在送電瞬間產(chǎn)生的一個(gè)阻尼振蕩過(guò)程。用零電流開(kāi)關(guān)替代 PWM 電路的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。諧振角頻率： 0 r r1/ LC? ? (39) S L1 C1 S L1 C1 VD1 S L1 C1 VD1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 i1 Vi VD2 VD1 L1 L2 C2 RL S C1 V0 特性阻抗： 0 r r/Z L C? (310) 動(dòng)態(tài)過(guò)程如下： ① 線性階段（ 01tt? ）： 在 S 導(dǎo)通前， VD2處于續(xù)流階段。 ② 諧振階段（ 12tt? ）： 在電流 i1上升期間，當(dāng) 10iI? 時(shí)，由于 1i 無(wú)法供應(yīng)恒流 0I ，續(xù)流過(guò)程將維持。 c 1 1 L 1 1 1 0 1 1 0 1c o s ( ) [ 1 c o s ( ) ]V V V V V t t V t t??? ? ? ? ? ? ? ? (316) 諧振到 at 時(shí)刻，諧振電流歸零。 1i 第一次過(guò)零（ at ）時(shí)， S 斷開(kāi)。 ③ 恢復(fù)階段（ 23tt? ）： 由于 VC1 滯后 1/4 個(gè)諧振周期，因而在 t2 后，因 L2 的作用還將繼續(xù)向負(fù)載放電，直至 1CV =0。此時(shí)，我們根據(jù)電路的要求，選擇在適當(dāng)時(shí)間再次開(kāi)通 S，重新開(kāi)始線性階 段。 (2) 零電壓開(kāi)關(guān) ZCS 在 S 導(dǎo)通時(shí)諧振，而 ZVS 則在 S截止時(shí)諧振，二者形成對(duì)偶關(guān)系。要實(shí)現(xiàn) PWM，還需要增加輔助開(kāi)關(guān)管。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用t t t t t t t t S iL VS VC1 ON ON S iL VS VC1 t0 t1 t3 t4 t0 t1 t3 t4 t2 t2 I0問(wèn)題。在開(kāi)關(guān)電源中，用作開(kāi)關(guān)功率管的 MOSFET 幾乎全部都是 N 溝道增強(qiáng)型器件。 (1) MOSFET 的主要特點(diǎn) MOSFET 是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場(chǎng)控制器件。 MOSFET 中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒(méi)有內(nèi)裝阻尼二極管。 TRD W1D W2V TGDS 圖 41 加速 TR關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路 在圖 41 中， NS為脈沖變壓器次級(jí)驅(qū)動(dòng)繞組， R是 MOSFET 的柵極限流電阻。 R值小，則開(kāi)關(guān)速度高，只要柵極的驅(qū)動(dòng)電壓一撤銷，就會(huì)立刻截止。它的耐壓能力為 600～ 1800V，電流容量為 100～ 400A，關(guān)斷時(shí)間低至 ，在開(kāi)關(guān)電源中作功率開(kāi)關(guān)用，具有 MOSFET 與之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 IGBT 的導(dǎo)通電阻只有 MOSFET 的 10%。 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(shí)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(shí)，它不像電子元件那樣可以測(cè)量，它的具體的參 數(shù)、特性曲線在顯示測(cè)量?jī)x器上也不時(shí)一目了然。對(duì)于一個(gè)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)鹊取囟仍礁?，磁感?yīng)強(qiáng)度越低。 (3) 初始導(dǎo)磁率 μ i。 (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(hào)。在設(shè)計(jì)時(shí)，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。它的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少 EMI；它的缺點(diǎn)是散熱效果極差，溫升很高，只能用在小功率開(kāi)關(guān)電源上。 (4) EC 磁芯是在開(kāi)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(kāi)關(guān)電源上。一般來(lái)說(shuō)，磁芯面積越大，輸出功率也越大。按照功能來(lái)分，有快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管，有整流二極管、穩(wěn)壓二極管及開(kāi)關(guān)二極管等。它的反向恢復(fù)時(shí)間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。 (3) 最大工作電流 Id：大于 150mA。它在電子電路中用作過(guò)壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來(lái)提供基準(zhǔn)電壓。穩(wěn)壓管的直徑一般只有 2mm，長(zhǎng)度為 4mm。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途 穩(wěn)壓二極管具有以下幾個(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開(kāi)關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器 TVS對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。 ③ 溫度系數(shù) t? 。 薄膜電容器：分兩種類型 有極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜。它是開(kāi)關(guān)電源中的重要元件，其主要性能要求如下： 額定工作電壓：直流工作電壓必須高于最高交流峰值電壓。其靜電容量的最大偏差可以為177。 使用溫度范圍：開(kāi)關(guān)電源的溫升一般為 60℃ ，使用溫度每升高 10℃ ，鋁電解電容的壽命降低 30%，一般我們選用使用溫度范圍為 25~+105℃ 的高溫型鋁電解電容。 高溫負(fù)荷特性：在 105℃ 環(huán)境中，施加額定工作電壓和最大允許紋波電流 1000h 后，鋁電解電容的特性能在 25℃ 下應(yīng)符合以下要求：額定電流不大于初期規(guī)定值， tgδ 不大于初期規(guī)定值的 200%，靜電容量的變化率在初始值的 177。 手機(jī)電池和手機(jī)充電器上有一些參數(shù)，許多使用者不是非常明白。 飽和綠色燈亮?xí)r電池端電壓： ≥ 工作狀態(tài)顯示：極性紅色燈亮 :表示電池極性與觸片極性不正確， 充電綠色燈閃閃發(fā)亮 :表示充電器對(duì)電池充電，飽和綠色燈亮 :表示電池充電 容量達(dá) 90%左右 ,同進(jìn)轉(zhuǎn)入涓流充電。而普通廉價(jià)充電器則使用恒流充電。 很多充電器雖然沒(méi)有過(guò)充現(xiàn)象，但存在充電不足的問(wèn)題，直接表現(xiàn)為電池放電時(shí)間短，即手機(jī)待機(jī)通話時(shí)間短。本次設(shè)計(jì)電路原理圖如圖 51所示： 圖 51手機(jī)充電器用電源變換器電路圖 原理分析 分析一個(gè)電源，往往從輸入開(kāi)始著手。 13003為開(kāi)關(guān)管 (完整的名應(yīng)該是 MJE13003)，耐壓 400V，集電極最大電流 ，最大集電極功耗為 14W，用來(lái)控制原邊繞組與電源之間的通、斷。 13003 下方的 10Ω電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓 (其值為 10*I)，這電壓經(jīng)二極管 4148 后，加至三極管 C945 的基極上。那么這取樣電壓就是負(fù)的 (4V左右 )，并且輸出電壓越高時(shí)，采樣電壓越負(fù)。右邊的次級(jí)繞組就沒(méi)有太多好說(shuō)的 ,RF93 整流， 220uF 電容濾波后輸出 6V的電壓。 結(jié) 語(yǔ) 本論文通過(guò)對(duì)手機(jī)充電器用電源變換器的開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)，主要完成的 內(nèi)容如下： 1. 開(kāi)關(guān)電源的概念、分類、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)等的分析； 2. 開(kāi)關(guān)電源元器件的選用（二極管、開(kāi)關(guān)管、電容器、磁芯材料等）； 3．開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（包括開(kāi)關(guān)電源的控制方式、各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析等）； 4．開(kāi)關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)（電路原理圖設(shè)計(jì)、原理分析）。要求所有的電子設(shè)備體積小、重量輕、節(jié)省電能是眾望所求，而開(kāi)關(guān)電源在很多方面都具有優(yōu)勢(shì)，因此，開(kāi)關(guān)電源必將會(huì)有更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。隨著科學(xué)的發(fā)展，電能變換技術(shù)又與現(xiàn)代理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，其綜合性相當(dāng)強(qiáng)烈。這里可以用常見(jiàn)的 1N5811N5817 等肖特基二極管代替。前面說(shuō)了，當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，那么取樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后， 穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開(kāi)關(guān) 13003 的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)或者推遲開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。變壓器左下方的繞組 (取樣繞組 )的感應(yīng)電壓經(jīng)整流二極管 4148 整流， 22uF 電 容濾波后形成取樣電壓。 從電路的結(jié)構(gòu)來(lái)看，可以推測(cè)出來(lái)，這個(gè)電源應(yīng)該是反激式的。這個(gè) 10