【正文】 實(shí)際工藝的設(shè)計(jì) 。包括主電路的設(shè)計(jì)和參數(shù)的計(jì)算、控制電路的設(shè)計(jì)等。我們對本文所作的工作進(jìn)行下總結(jié)： 第一章介紹了開關(guān)電源的發(fā)展過程應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 MOS管的驅(qū)動(dòng)電路較簡單，它由圖騰柱電路的 A、 B端輸出，經(jīng)電容 CO1 CO2加至脈沖變壓器 Tg1和 Tg2初級，次 級信號經(jīng)保護(hù)電路分別接入 VS VS1的柵極和源極之間。 該開關(guān)穩(wěn) 壓電源的控制驅(qū)動(dòng)電路是以 SG3525為核心，如圖 ，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。 當(dāng) VS1導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD1處于通態(tài)： VS2導(dǎo)通時(shí)二極管 VD2處于通態(tài)。 半橋型開關(guān)穩(wěn)壓電路主要有主電路和控制驅(qū)動(dòng) 電路兩大部分組成。當(dāng)溫度升高時(shí)， A點(diǎn)的電壓逐漸下降。該高電平送給脈 沖產(chǎn)生電路，脈沖產(chǎn)生電路立即封鎖輸出脈沖直到電源重新啟動(dòng)。該電平一 方面用來觸發(fā)計(jì)數(shù)器；另一方面經(jīng)反向后作為觸發(fā)脈沖去觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器，單穩(wěn)觸發(fā)器產(chǎn)生固定時(shí)間的高電平去封鎖脈沖產(chǎn)生電路停止輸出觸發(fā)脈沖，電源停止工作，待高電平變低電平后，電源重新軟啟動(dòng) 恢復(fù)工作。我們采用電流互感器取樣主變壓器初級電流的方法。 過流保護(hù)是指當(dāng)電源輸出電流超過允許值時(shí)，使電源不受損壞的技術(shù)措施。電源自身保護(hù)的基本功 能是：當(dāng)外界發(fā)生各種破壞因素，如負(fù)載打火、斷路等現(xiàn)象時(shí)，保護(hù) 電源本身不受損壞。 (4) 足夠高的輸入輸出電氣隔離性能，使信號電路與柵極驅(qū)動(dòng)電路絕緣。 驅(qū)動(dòng)電路的作用是將 SG3525輸出的兩路 PWM脈沖進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動(dòng) MOSFET。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可以使電力電子器件工作在較為理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時(shí)間，減小開關(guān)損耗。則按 “或非 ”(“或 ”)邏輯來確定， P和 P’兩信號 分別驅(qū)動(dòng)輸出級的上下兩個(gè)晶體管。 輸出級采用了圖騰柱結(jié)構(gòu)，這是該系列控制器的最大優(yōu)點(diǎn)之一。其觸發(fā)信號為振蕩器輸出的時(shí)鐘信號，對應(yīng)每個(gè)鋸齒波下降邊觸發(fā)器被觸發(fā)翻轉(zhuǎn)一次。 PWM比較器的輸入端還設(shè)有軟起動(dòng)及關(guān)閉 PWM信號的功能。 21 誤差放大器是一個(gè)兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為 70dB左右。當(dāng)溫度在 55~+125C范圍變化，其頻率穩(wěn)定 度為 3%。在 CT上產(chǎn)生一鋸齒波電壓，鋸齒波的峰點(diǎn)及谷點(diǎn)電平分 別為 UH=3. 3V和 UL =0. 9V。分述如下 ： 基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)典型的三端穩(wěn)壓器，精度可達(dá) 5. 1V士 1%，采用了溫度補(bǔ)償。常用的集成 PWM控制器有SG352 TL494和 UC382 UC3842/4/5/ UC3875/6/7/8/9等。下面對我們所設(shè)計(jì)的控制電路予以介紹。 開關(guān)器件的開關(guān)損耗可以按通態(tài)損耗的 1到 ，得 PSS= 2W 在每個(gè)二極管單獨(dú)安裝在 1個(gè)散熱器的條件下，根據(jù)開關(guān)器件的損耗功率和器件的結(jié)溫上限以及環(huán)境溫度的上限可以計(jì)算出允許的散熱熱阻的上限為 RthJC+RthcA≦ (TJMTAM)/PSon+PSS (312) = 18 在電力 MOSFET生產(chǎn)廠家提供的手冊中，查到型號為 IXFH15N80的器件，其耐壓為800V，電流為 15A，通態(tài)電阻 ，結(jié) 殼熱阻 RthJC為 ，其管殼與散熱器的接觸熱阻典型值為 ，這樣每個(gè) MOSFET所需散熱器的熱阻應(yīng)該小于 。 ： 本次設(shè)計(jì)開關(guān)器件選取電力 MOSFET，其耐壓為輸入電壓整流后的峰值約為 500V，考慮到關(guān)斷時(shí)的過電壓以及輸入電壓的浪涌，開關(guān)器件的耐壓取 800V以上。 流過二極管的峰值電流為 IDmax =Iomax+1/2ΔI (37) 本次設(shè)計(jì)中 IDmax=21A 流過二極管的最大平均電流為 IDmax= 1/2Iomax (38) 本次 IDmax=10A 所選取的二極管允許的峰值電流應(yīng)大于 (37)IDmax=21A 平均電流應(yīng)大于 (38)IDmax=10A 根據(jù)二極管的平均電流可以估算其通態(tài)損耗為 PDon= IDmaxUD 式中， UD取二極管在流過峰值電流時(shí)的通態(tài) 壓降。 濾波電路的設(shè)計(jì)應(yīng)首先進(jìn)行電感的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行電容的設(shè)計(jì)。由于電壓比已知，可以首先計(jì)算一次或二次繞組匝數(shù)中任意一個(gè)，然后根據(jù)電壓比推算出另一個(gè)繞組的匝數(shù)。將以上數(shù)據(jù)代入式 31，可得 kT1≤（ 150） /（ 5+2） =19 kT1≤（ 150） /（ 12+2） =10 芯選取 計(jì)算出電壓比以后，可以根據(jù)以下公式選取合適的鐵心： AeAw≥PT/fsΔBdckc (32) 史中， Ae為鐵心磁路截面積； Aw為鐵心窗口面積； PT為變壓器傳輸?shù)墓β剩?fs為開關(guān)頻率； ΔB為鐵心材料所允許的最大磁通密度的變化范圍； dc為變壓器繞組導(dǎo)體的電流密度；kc為繞組在鐵心窗口中的填充因數(shù)。 電壓比 kT 電壓比計(jì)算的原則是電路在最大占空比和最低輸入電壓的條件下，輸出電壓能達(dá)到要求的上限，考慮到電路中的壓降，輸出電壓應(yīng)留有裕量，即 kT≤UiminDmax/Uomax+ΔU (31) 式中， kT為電壓比； Uimin為輸入直 流電壓最小值，應(yīng)選取輸入電壓下限并注意考慮電壓的波紋； Dmax為最大占空比； Uomax為最高輸出電壓； ΔU為電路中的壓降，應(yīng)包含整流二極管壓降和電路中的線路壓降等。5V 輸出電流：最大 20A 輸出紋波：紋波系數(shù)不大于 % 效率 85%以上 要求輸入輸出隔離 在研究了上述指標(biāo)后，可知所要求設(shè)計(jì)的電源有三個(gè)特點(diǎn)： (1)這是一 路 輸入、 四路 輸出的變換器，并且要求在輸入與輸出之間要 進(jìn)行隔離； (2)輸入電壓的變化范圍從 50%變化到 120%； (3)在負(fù)載或輸入電源電壓發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓最多變化 11%，并且紋波峰峰值小于50mV。常用的電氣隔離方案有用變壓器實(shí)現(xiàn)隔離方案和變壓器和光耦合器結(jié)合實(shí)現(xiàn)隔離的方案。 本次設(shè)計(jì)選用電壓模式 PWM控制模式。 電壓滯環(huán)控制：這是經(jīng)常所說的 “打 Amt型 ”控制方法，它用一個(gè)簡單的比較器 調(diào)節(jié)輸出電壓，如果電壓 低于某一限制值， PWM發(fā)生器就開通一段時(shí)間，直 到超過這個(gè)限制值 (加上某一滯環(huán)電壓值 )為止。這種方法并不是常用的控制方法，其控制頻率 也是變化的。此外，電路可以設(shè)置其他過載保護(hù) 方法。反之也一樣。從本質(zhì)上說，是調(diào)節(jié)磁心的一些磁參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。只有少數(shù)控制 IC和集成開關(guān) 的頻率與負(fù)載電流成比例。保護(hù)電路要求響應(yīng)很快，以實(shí)現(xiàn)包括磁 保護(hù)電路的保護(hù)限制值是固定的，而且也不會(huì)因其他參數(shù)改變而變化，所以不是 一種電流型控制。第二種過電流保護(hù)方法是逐周過電流保護(hù)。當(dāng)電流放大 器檢測到輸出電流接近原先設(shè)定 的限制值時(shí)，就阻礙電壓誤差放大器的作用，從而把電流加以限制，以免電流繼續(xù)增大。電壓誤差信號升高或降低使輸出信號的脈寬增大或減 小。由于鋸齒波電壓比誤差放大器輸出低，所以 PWM比較器的輸出較高，因?yàn)橥叫盘栆栽谛逼码妷旱钠鹗键c(diǎn)使倒相電路工作，所以脈沖倒相電路將這個(gè)高電位輸出倒相 VT1，當(dāng)斜坡電壓比誤差放大器的輸出高時(shí)， PWM比較器的輸出電壓下降，通過脈沖倒相電路使 VT 1截止，下一個(gè)斜坡周期則重復(fù)這個(gè)過程，不過，這時(shí)脈沖倒相電路將 PWM的高電位輸出耦合到 VT 2，如果電源電壓下降，則輸出電壓的取樣將下降而低于基準(zhǔn)電壓變得比誤差放大器的輸出高的時(shí)間更長，從而延長每個(gè)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，大部分 PWM穩(wěn)壓器具有一個(gè)約為脈沖周期 5%的最小死期時(shí)間，且可以由外部電阻或電壓分壓器來設(shè)定更長的死期時(shí)間。由于今和 T均可調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié) 范圍最寬，適合供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬度范圍調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。在電路設(shè) 計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓頻率 轉(zhuǎn)換器 (例如壓控振蕩器 VCO)改變頻率。其特點(diǎn)是受功率開關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間的 限制，對輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié)；另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時(shí)輸出高電壓。反之如果是個(gè)負(fù)值，就 說明輸出電壓太高，要減小輸出的能量。所有的電源控制器，無論線性 電源還是開關(guān)電源，都要檢測輸出電壓。該類變換器是軟 開關(guān)技術(shù)的又一次飛躍。該類變換器是在 QRCS的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)恒頻率控制， 即實(shí)現(xiàn) PWM控制。準(zhǔn)諧振 變換器分為零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 (ZCS QRCS)和零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振變換器 (ZVSQRCS)。該變換器與 負(fù)載的關(guān)系比較大。目前所研究的軟開關(guān)技 術(shù)不再采用有損緩沖電路，而是真正的減小開關(guān)損耗，不是開關(guān)損耗的轉(zhuǎn)移。同時(shí)也解決了硬開關(guān)引起的 EMI問題。另外，提高開關(guān)頻率可以降低開關(guān)電源 的音頻噪聲和改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)。 在設(shè)計(jì)中，通常需要綜合考慮可靠性、 成本、效率等多方面因素。 開關(guān)電源的小型化、輕量化最直接的途徑是提高開關(guān)頻率。 從目前市場上流行的微機(jī)電源看，按主回路的不同，大體可以分為單管自激式 PWM可調(diào)穩(wěn)壓電源和它激式半橋型 PWM 可調(diào)穩(wěn)壓電源兩大類。S2W2W 2 39。 S1S2W2W 2 39。限制了變換器的輸出功率，要增加輸出功率，必須提高開關(guān)的電流應(yīng)力?，F(xiàn)在主要采用電流控制，使電流峰值自動(dòng)平衡。變壓器能夠 雙向勵(lì)磁，磁芯利用率高，開關(guān)管 的電壓應(yīng)力高，達(dá)到輸入電壓的兩倍，所以推挽變換器適合用在低輸 入電壓的中、大功率的開關(guān)電源中。 W3 D3 S W1 D1 D2 L C W2 7 圖 反激變換器 反激型變換器通常工作在電流斷續(xù)模式，這樣變壓器磁芯的利用率較高、較合理，若工作在電 流連續(xù)模式時(shí)，其變壓器磁芯的利用率會(huì)顯著 下降。磁復(fù)位的基本要求是隔離變壓器的原邊勵(lì)磁和去磁過程中所加 的伏秒面積相等，極性相反。 Sepic變換器如圖 (e)所示，此種變換器既能升壓又能降壓，輸出與輸 入極性相同，輸入電流脈動(dòng)小，輸出電流脈動(dòng)大，不能空載工作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 適用于升降壓型功率因數(shù)校正電路。 +DS LC+UoUi+SLC+UoUiD （ a） Buck變換器 （ b） Boost變換器 +LSC+UoUiD++UoUiLSCDL1C1 （ c） BuckBoost變換器 （ d） Cuk變換器 ++UoUiL C1S L1CD++UoUiS C1L DCL1 （ d） Sepic變換器 （ e） Zeta變換器 圖 基本 DC/DC變換器拓?fù)鋱D Buck變換器如圖 (a)所示，此種變換器只能降壓，不能升壓，輸出與 輸入同極性，輸出電流脈動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡單，但輸入電流脈動(dòng)大，適用于各種降 壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。 DC/DC變換器按輸入與輸出是否有電氣隔離可分為兩類：無電氣隔離的稱為不隔離的直流變換器，有電氣隔離的稱為有隔離的直流變換器。12V輸出，頻率為 50kHz。當(dāng)然也介紹了有關(guān)軟開關(guān)的技術(shù)。 本文的工作 本文的主要工作是對開關(guān)電源有關(guān)知識進(jìn)行比較全面的介紹，并設(shè)計(jì)一種低成本的計(jì)算機(jī)開關(guān)電源。開關(guān)電源亦稱為無工頻變壓器的電 源。目前常用的直流穩(wěn)壓電源分線性電源和開關(guān)電 源兩大類。 開關(guān)電源的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的 各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展 不可缺少的一種電源方式。但 AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題；根據(jù)控制 模式可分為電流模式和電壓模式兩個(gè)大類，電流模式是以電流作為電路中的信 號變量，并通過處理電流變量來決定電路功能。因此目前可以通過集成復(fù)雜的功能電路來進(jìn)一步提 高開關(guān)電源的性能和安全性，這包括熱關(guān)斷電路、限流電路、過 /欠壓保護(hù)電路 等等。當(dāng)然，由于工作頻率高，濾波器體積也大為減小。這時(shí)可以調(diào)節(jié)逆變器輸出的方波脈沖電壓的寬度，使直流輸出電壓 uo保持穩(wěn)定。圖 。 開關(guān)電源自從上世紀(jì) 60年代問世以來，就在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而單一輸入電壓值的線性電源會(huì)給生產(chǎn)廠家?guī)聿簧俾闊?，因?yàn)?他們不得不準(zhǔn)備很多規(guī)格的電源。但最主要的缺陷還是在體積和重量上。而后開關(guān)電源是作為線性穩(wěn)壓電源的一種替代物出現(xiàn)的，開關(guān)電源這一稱謂也是相對于線性穩(wěn)壓電源而產(chǎn)生的。 進(jìn)入 90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種 電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都己廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 關(guān)鍵詞 開關(guān)電源 多路輸出 SG3525 電壓型控制 Abstract The fundamental of the switching power supply is illustrated in this paper. Firstly, the development tendency is