【正文】 高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關頻率之積。下管的最窄導通時間應保證自舉電容能夠充足夠的電荷，以滿足 Cge 所需要的電荷量再加上功率器件穩(wěn)態(tài)導通時漏電流所失去的電荷量。不論 PM 還是 IGBT，因為絕緣門極輸入阻抗比較高，假設柵電容（ Cge）充電后，在 VCC=15V 時有 15μ A 的漏電流（ IgQs）從 C1 中抽取。假定在器件開通后，自舉電容兩端電壓比器件充分導通所需要的電壓（ 10V，高壓側鎖定電壓為 ）要高；再假定在自舉電容充電路徑上有 的壓降（包括 VD1 的正向壓降）；最后假定有 1/2 的柵電壓（柵極門檻電壓 VTH 汪強：基于單片機的開關電源設計 22 通常 3～ 5V）因泄漏電流引起電壓降。經短暫的死區(qū)時間（ td）之后， LIN 為高電平， S2 開通， VCC 經 VD1，S2 給 C1 充電，迅速為 C1 補充能量。假定在 S1 關斷期間 C1 已充到足夠的電壓（ VC1≈ VCC）。如上所述 IR2110的特點，可以為裝置的設計帶來許多方便。電容 C6 和電阻 R9 的作用是濾去高頻部分，防止高頻振蕩。這樣不僅降低了產品成本，并且提高了系統(tǒng)可靠性。 驅動脈沖的傳播延時必需很短（與開關頻率匹配），才能保證高壓側和低壓側的MOSFET具有相等的導通延遲和截止延遲。 安徽工程大學畢業(yè)設計 19 圖 36 典型的 MOSFET 曲線 用公式表示如下： QG = (CEI)(VGS) （ 316） IG = QG/t （ 317） 其中： QG 總柵極電荷，定義同上。 I = C(dv/dt) （ 314） 實際上， CEI的值比 CISS高很多，必須要根據 MOSFET生產商提供的柵極電荷（ QG）指標計算。 功率 MOSFET 以其導通電阻低和負載電流大的突出優(yōu)點，已經成為 SMPS 控制器中開關組件的最佳選擇，專用 MOSFET 驅動器的出現又為優(yōu)化 SMPS 控制器帶來了契機。假定磁場集中于氣隙處而未向外部泄露，則 2 5 0 *90** 1 ?? B S?? == （ 313） 每邊可留出 ，亦可取 ~。不難算出 N2 = %45*240 %451*14060 ）（）（ ?? = 匝 （ 311） 實取 N 2 =11 匝，采用 ? 的高強度漆包線繞制。因此 N1 =SS1I IN? = 匝 （ 39） 安徽工程大學畢業(yè)設計 17 實取 N1 =60 匝，可采用 ? 的高強度漆包線繞制而成。 汪強：基于單片機的開關電源設計 16 表 31 EE 型磁芯參數 型號 C1(mm1) Ae(mm2) le(mm) Ve(mm3) EE10 276 EE11 334 EE16 693 EE19 903 EE20 1840 EE22 1320 EE25 2130 EE55 354 120 42500 EE65 500 139 69700 EE70 461 159 73200 EE85A 714 188 134500 EE85B 859 189 162020 EE110 1280 244 312020 計算脈沖信號的最大占空比 Dmax 當電網電壓在 220V177。 SJ = M P （ 37） 其中， PM 的單位是 W。 Ua 表示整流輸出電壓的平均值。 圖 ）表示控制開關 K1 和 K2 輪流接通時，變壓器 N3 繞組兩端電壓 Uo 的波形 。 汪強：基于單片機的開關電源設計 14 典型的全橋推挽式隔離變換器電路結構如圖 34 所示 Ui N 1N 2 N 32N 31....TD 1D 2.uoLC.Uo 圖 34 典型的全橋推挽式隔離變換器電路結構 圖 34 是輸出電壓可調的推挽式變壓器開關電源電路。 （ 1）選擇壓敏電阻的電壓額定值，應該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大 10％ 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； （ 3）查明器件所需要承受的最大尖峰電流。 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電源的輸入濾波器、開關晶體管等造成致命的損壞，所以必須要采取措施加以避免 [6]。 輸入尖峰電壓保護 在一般情況下，交流電網上的電壓為 220v 左右，但有時也會有高壓的尖峰出現。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。本設計采用負溫度系數 (NTc)的熱敏電阻 [5]。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關管開始導通的瞬間，電容對交流呈現出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 E5R 值。設輸入交流電壓的變化范圍為 Vline(min) ～ Vline(max)，頻率 f=40khz。 C502220uFC501220uFC503HVCCHGND44331122扼流 24mHT114K681RK~2~3+14工頻整流橋DB1LLNN100pFCHK 圖 32 輸入電路原理圖 汪強：基于單片機的開關電源設計 12 電壓整流技術 在前面已經提到，隔離式開關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。 I G B T 逆變高 頻 變壓 器輸 出 整流P W M 驅動輸 出 濾波輸 出輸 入 濾波輸 入 整流A / D單 片 機P W M 控制 器電 壓 反饋 圖 31 開關電源的基本功能框圖 輸入電路設計 前面已經提到，隔離式開關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。在設計電源時，設計者采取哪種變換器電路形式，主要根據成本、要達到的性能指標等因素來決定。 閉環(huán)時，電源自動進行脈寬調制，當系統(tǒng)讀取到鍵盤 預置的電壓變化時，先將鍵盤輸入值和從輸出端的取樣值相比較，假設當前鍵盤輸入為 10v，從輸出端取樣的值為 6v，差值為 4v，則系統(tǒng)會根據這個差值，更新脈寬使得輸出端電壓上升為 10v；同樣，當鍵盤輸入為 6v，輸出端取樣值為 10v，差值為 4v，系統(tǒng)會根據算法，將占空比減小以使輸出電壓變小，這就是系統(tǒng)脈寬調制過程。 軟件設計思路 單片機根據鍵盤輸入值和取樣值之間的差值，修改脈沖占空比，并輸出控制功率開關管，以 便得到期望的輸出電壓值 ，并根據 A/D 轉換器所采樣的電壓和鍵盤輸入比較，根據差值調用 PID 算法再次修改脈寬使輸出電 壓穩(wěn)定。 信號給定部分：本設計選用單片機控 制系統(tǒng)的工作。 振蕩器產生的鋸齒形振蕩波送到 PWM 比較器的反相輸入端 ， 脈沖調寬電壓送到 PWM 比較器的同 相輸入端 ， 通過PWM 比較器進行比較 ， 輸出一定寬度的脈沖波。又由于輸出電流較大，整流管的壓降損耗嚴重，因此要選擇低導通壓降的快恢復二極管。MOSFET 的工作需要有專用的驅動電路，由 MOSFET 的各個參數算出選擇 IR2110 作為MOSFET 的驅動電路。系統(tǒng)主要包括控制開關電源模擬電路部分和單片機組成的數控部分?？梢赃x擇肖特基二極管，其正向傳輸損耗低，而且不存在反向恢復損耗。 方案二：采用脈沖寬度調制 PWM（ Pulse Wildth Modulation）的控制方式，其特征是固定開關的頻率 ，通過改變脈沖寬度改變占空比控制型效率高并具有良好的輸出電壓和噪聲。 +V inP W MVout 圖 22 非隔離式 DCDC 結構 汪強：基于單片機的開關電源設計 8 方案二：主回路采用隔離推挽式拓撲結構（如圖 23 所示），輸入與輸出電氣不相連，通過開關變壓 器的磁偶合方式傳遞能量，適合實驗室使用。它的電源管理單元 Flex PMU 是一個單芯片的解決方案，設有一個在一起的供電區(qū)。 （ 4）高集成 便攜式應用的空間十分有限，這就迫使電源供應商把更多功能集成到更小的封裝內，或者把多路電壓轉換集成到單芯片封裝內。尤其是未來越來越多的中國產品將出口到國外，需要滿足歐美等國的電源標準，這將促進中國企業(yè)對高效電源的需求。 開關電源發(fā)展方向 開關電源產品的技術發(fā)展動向是高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實現模塊化、小型、薄型、輕運化。2%以下。 開關電源的特點 開關電源具有如下特點： (1) 效率高。除此之外，開關電源還有輔助電路，包括啟動、 過流過壓保護、 輸入濾波、 輸出采樣、 功能指示等電路。既改變 n0T ，又改變 T，實現脈沖占空比調節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調頻調寬方式。 T 不變，只改變 n0T 來實現占空比調節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調制 (PWM)。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui 經開關 S 加至輸出端， S 為受控開關，是一個受開關脈沖控制的開關調整管，若使開關 S 按要求 改變導通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓 Ui 變成矩形脈沖電壓。 Pulse Width Modulation。 在設計中對輸入進行了濾波同時還進行了輸入保護的設計，對功率變換電路進行了著重介紹 ,逆變電路使用 MOSFET 斬波電路進行逆變，對高頻變壓器的相關參數進行了計算，使用 IR2110 對 MOSFET 斬波電路進行驅動。本設計提出了一種基于脈沖寬度調制 (PWM)高效率、低功耗開關電源直流電壓轉換器的設計方法 , 采用全橋、降壓、推挽回路為主電路拓撲，單片機對輸出電壓和電流進行采樣形成高精度的電壓電流反饋。 關鍵詞 ： TL494；脈寬調制；開關電源； PWM； MOSFET 斬波 安徽工程大學畢業(yè)設計 III Abstract This design of main purpose is to achieve a switching power supply, switching power supply is widely used in daily life in, such as televisions, puters, refrigerator and other monly used electronic products require power supply, now is The digital age, electronic products achieved with SCM very convenient, so the design used in this MCU. This design is a design method of DC voltage switching power is proposed which is based on PWM modulates and has high efficiency and low power loss. It uses entire bridge, voltage dropping and pushpull to return route as primarily electric circuit topology. MCU carries on the sampling to the output voltage and the electric current to form a high accuracy voltage and current feedback. In the design while filtering the input we also make an Input protection design. The design focuses on the power conversion circuit. Inverter circuit uses MOSFET chopper circuit to inverter. Calculate the relevant parameters of high frequency transformer. Use Ir2110 to drive the MOSFET chopper circuit. MCU control part uses 80C51. MCU shows the feedback voltage. In order to achieve humanputer exchange the design through the keyboard to setting the output voltage. MCU will set the value transmitted to the PWM cont