【正文】 高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。下管的最窄導(dǎo)通時間應(yīng)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(dǎo)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(shè)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(dǎo)通所需要的電壓（ 10V，高壓側(cè)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(qiáng)：基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計 22 通常 3～ 5V）因泄漏電流引起電壓降。經(jīng)短暫的死區(qū)時間（ td）之后， LIN 為高電平， S2 開通， VCC 經(jīng) VD1，S2 給 C1 充電，迅速為 C1 補(bǔ)充能量。假定在 S1 關(guān)斷期間 C1 已充到足夠的電壓（ VC1≈ VCC）。如上所述 IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)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(chǎn)品成本，并且提高了系統(tǒng)可靠性。 驅(qū)動脈沖的傳播延時必需很短（與開關(guān)頻率匹配），才能保證高壓側(cè)和低壓側(cè)的MOSFET具有相等的導(dǎo)通延遲和截止延遲。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shí)際上， CEI的值比 CISS高很多，必須要根據(jù) MOSFET生產(chǎn)商提供的柵極電荷（ QG）指標(biāo)計算。 功率 MOSFET 以其導(dǎo)通電阻低和負(fù)載電流大的突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為 SMPS 控制器中開關(guān)組件的最佳選擇，專用 MOSFET 驅(qū)動器的出現(xiàn)又為優(yōu)化 SMPS 控制器帶來了契機(jī)。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(shí)取 N 2 =11 匝，采用 ? 的高強(qiáng)度漆包線繞制。因此 N1 =SS1I IN? = 匝 （ 39） 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 實(shí)取 N1 =60 匝，可采用 ? 的高強(qiáng)度漆包線繞制而成。 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計 16 表 31 EE 型磁芯參數(shù) 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(dāng)電網(wǎng)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(guān) K1 和 K2 輪流接通時，變壓器 N3 繞組兩端電壓 Uo 的波形 。 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計 14 典型的全橋推挽式隔離變換器電路結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu) 圖 34 是輸出電壓可調(diào)的推挽式變壓器開關(guān)電源電路。 （ 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％ 20％； （ 2）計算或估計出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù)； （ 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(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 [6]。 輸入尖峰電壓保護(hù) 在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為 220v 左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。本設(shè)計采用負(fù)溫度系數(shù) (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(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。設(shè)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(qiáng)：基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計 12 電壓整流技術(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(jìn)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(qū)動輸 出 濾波輸 出輸 入 濾波輸 入 整流A / D單 片 機(jī)P W M 控制 器電 壓 反饋 圖 31 開關(guān)電源的基本功能框圖 輸入電路設(shè)計 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(jìn)行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器。在設(shè)計電源時，設(shè)計者采取哪種變換器電路形式，主要根據(jù)成本、要達(dá)到的性能指標(biāo)等因素來決定。 閉環(huán)時，電源自動進(jìn)行脈寬調(diào)制，當(dāng)系統(tǒng)讀取到鍵盤 預(yù)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(shè)當(dāng)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(jù)這個差值，更新脈寬使得輸出端電壓上升為 10v；同樣，當(dāng)鍵盤輸入為 6v，輸出端取樣值為 10v，差值為 4v，系統(tǒng)會根據(jù)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(diào)制過程。 軟件設(shè)計思路 單片機(jī)根據(jù)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(guān)管，以 便得到期望的輸出電壓值 ，并根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換器所采樣的電壓和鍵盤輸入比較，根據(jù)差值調(diào)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(shè)計選用單片機(jī)控 制系統(tǒng)的工作。 振蕩器產(chǎn)生的鋸齒形振蕩波送到 PWM 比較器的反相輸入端 ， 脈沖調(diào)寬電壓送到 PWM 比較器的同 相輸入端 ， 通過PWM 比較器進(jìn)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(yán)重，因此要選擇低導(dǎo)通壓降的快恢復(fù)二極管。MOSFET 的工作需要有專用的驅(qū)動電路，由 MOSFET 的各個參數(shù)算出選擇 IR2110 作為MOSFET 的驅(qū)動電路。系統(tǒng)主要包括控制開關(guān)電源模擬電路部分和單片機(jī)組成的數(shù)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(fù)損耗。 方案二：采用脈沖寬度調(diào)制 PWM（ Pulse Wildth Modulation）的控制方式，其特征是固定開關(guān)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(jié)構(gòu) 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開關(guān)電源設(shè)計 8 方案二：主回路采用隔離推挽式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖 23 所示），輸入與輸出電氣不相連，通過開關(guān)變壓 器的磁偶合方式傳遞能量，適合實(shí)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(shè)有一個在一起的供電區(qū)。 （ 4）高集成 便攜式應(yīng)用的空間十分有限，這就迫使電源供應(yīng)商把更多功能集成到更小的封裝內(nèi)，或者把多路電壓轉(zhuǎn)換集成到單芯片封裝內(nèi)。尤其是未來越來越多的中國產(chǎn)品將出口到國外，需要滿足歐美等國的電源標(biāo)準(zhǔn)，這將促進(jìn)中國企業(yè)對高效電源的需求。 開關(guān)電源發(fā)展方向 開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展動向是高可靠、高穩(wěn)定、低噪聲、抗干擾和實(shí)現(xiàn)模塊化、小型、薄型、輕運(yùn)化。2%以下。 開關(guān)電源的特點(diǎn) 開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： (1) 效率高。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動、 過流過壓保護(hù)、 輸入濾波、 輸出采樣、 功能指示等電路。既改變 n0T ，又改變 T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。 T 不變，只改變 n0T 來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制 (PWM)。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓 Ui 經(jīng)開關(guān) S 加至輸出端， S 為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān) S 按要求 改變導(dǎo)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(shè)計中對輸入進(jìn)行了濾波同時還進(jìn)行了輸入保護(hù)的設(shè)計，對功率變換電路進(jìn)行了著重介紹 ,逆變電路使用 MOSFET 斬波電路進(jìn)行逆變，對高頻變壓器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計算，使用 IR2110 對 MOSFET 斬波電路進(jìn)行驅(qū)動。本設(shè)計提出了一種基于脈沖寬度調(diào)制 (PWM)高效率、低功耗開關(guān)電源直流電壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計方法 , 采用全橋、降壓、推挽回路為主電路拓?fù)?，單片機(jī)對輸出電壓和電流進(jìn)行采樣形成高精度的電壓電流反饋。 關(guān)鍵詞 ： TL494；脈寬調(diào)制；開關(guān)電源； PWM； MOSFET 斬波 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)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