【正文】 開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路如圖 41 所示。 計(jì)算得： )( VD UUUU LDFO ???? (49) 取 UDF＝ ， UO＝ 3V，代入式 (68)可得 L＝ 140μH。由 N3＝ (UC /e)N1 可得 N3＝ 匝，取 3 匝。 副邊線圈匝數(shù)為： m a x012 )( DU UUUNNILDF ??? (44) 式中： UDF―― 整流二極管 VDl 上的壓降； UL―― 輸出電感 L 上的壓降。 設(shè)計(jì)單端 控制 開關(guān)電源時(shí)，一般占空比 D 最大不超過 ，這里選擇D＝ ，則： )( SDTTON ???? (41) 根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開關(guān)頻率選擇 PQ26/25 磁芯，磁芯截面積S＝ ，磁路有 效長度 L＝ ，飽和磁通密度 BS＝ 。另外高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、運(yùn)行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。 控制電路形式為它激式，采用 UC3842 為 PWM 控制電路 。 為了使振蕩頻率穩(wěn)定 ， C12 的充電電壓取自 UC3842⑧腳內(nèi)部的 5 V 基準(zhǔn)電壓。當(dāng) VT7 導(dǎo)通時(shí)，輸入整流電壓經(jīng) L VT7漏源極、 R6 完成回路，輸入整流電壓全部加在 L5 兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ)于 L5。為了提高升壓電路的可靠性， UC3842 采用多路取樣的控制方式形成保護(hù)電路。當(dāng) VT7 截止時(shí)， L5 產(chǎn)生的自感電勢與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過升壓二極管 V 電容 C7 向負(fù)載供電。 升壓型開關(guān)電源 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。此時(shí) VT1 的 N 溝道 FET 管截止。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到截止點(diǎn)時(shí)， Cl2 充電電壓最大。 為了實(shí)現(xiàn) VT VT 3 的輪流導(dǎo)通，電路中由雙場 效應(yīng)管 VT 1 組成驅(qū)動(dòng)脈沖相位分離電路。開關(guān)管 VT2 為 P 溝道FET 管 IRF4905，其漏源極導(dǎo)通電阻為 20M?，關(guān)斷時(shí)間 80ns。 ○ 5 腳為共地端。電容器 C11 為高次諧波旁路電容，以避免脈沖尖峰使保護(hù)電路誤動(dòng)作。比較器的反向輸入端在集成電路內(nèi)部，由5V基準(zhǔn)電壓分壓得到 基準(zhǔn)電壓。外電路接入 R2 作為負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定增益 。低 內(nèi)阻的 MOSFET 管 D－ S 極并聯(lián)接入續(xù)流二極管，使電路等效內(nèi)阻大幅度降低，儲(chǔ)能電感能量釋放電流增大，向負(fù)載放電。其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓 8～ 16V，輸出電壓 5V，最大負(fù)載電流 10A，輸出端脈沖紋波峰值 80mV，輸入電壓、負(fù)載電流以及環(huán)境溫度在額定范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電壓變動(dòng)小于 2 %，環(huán)境溫度 10～ +70℃，變換器頻率 120KHz，在允許的輸入電壓范圍內(nèi)，負(fù)載電流最大時(shí)開關(guān)電源的平均效率 95％。 C R7 構(gòu)成信號(hào)的有源濾波。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。 圖 33 是反激式開關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用 UC3842。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由④腳外接電阻與⑧腳外接電容設(shè)定。 (6) 過流檢測輸入端可對每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到 %／ V。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速 RC 電路，同時(shí)將內(nèi)部振蕩器 的頻率限制在 40 kHz 以下。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。 UC3842 的使用特點(diǎn) (1) 采用 單端圖騰柱式 PWM 脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為177。兩晶體管的基極分別接前級的 13 控制。 (7) PWM 鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 (5) 電流取樣比較器：③腳 ISENSE 用于檢測開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng) VISENSE1V 時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。 ○ 8 腳為內(nèi)部 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端 ，有 50mA 的負(fù)載能力。 ○ 2 腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端 ，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度； ○ 3 腳為 PWM 比較器的另一輸入端 ，當(dāng)檢測電壓超過 lV時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)； ○ 4 腳為定時(shí)電容 CT 端， 內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定， f=／ (RT CT)。 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。 10 圖 24 輸出過電壓保護(hù)電 第 3 章 UC3842 UC3842 簡介 繼 MC139 AN5900 之后，人們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。同樣如果輸出電壓 UO 減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高 [ 10]。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率 [1]。開關(guān)管上的電流 變化 會(huì)使UR2 變化 ， UR2 接入 UC3842 的保護(hù)輸入端⑶腳， 當(dāng) UR2＝ 1V 時(shí)， UC3842芯片 的 輸出脈沖 將 關(guān)斷。 CC3 跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。 P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過，但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P 區(qū)中的空穴推開，而將 P 區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P 區(qū)表面。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10 kW 的電源電子裝置 。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。 (3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管 (SBD)，簡稱為肖特基二極管。 (2) 快恢復(fù)二極管 (FRD) 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管。 RKA 圖 1－ 3 tl431 的外觀和管腳 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管 , 快恢復(fù)二極管 ,肖特基二極管三種。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值。作電路分析時(shí)，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際 5 開關(guān)。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在 20 kHz 以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性 [2]。開關(guān)電源的交流輸入電壓在 90~270 V 內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在 177。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端 LC 濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、 降低輸出濾波器 LC 的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。其中 DC/DC 變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是 PWM 信號(hào)、 PFM 信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、 頻率、 波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。 開關(guān)電源直流輸出電壓 Uo 與輸入電壓 Ui 之間有如下關(guān)系： Uo=UiD (12) 由式 (11)和式 (12)可以看出，若開關(guān)周期 T 一定，改變開關(guān) S 的導(dǎo)通時(shí)間 n0T ，即可改變脈沖占空比 D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 2 第 1 章 開關(guān)電源的簡介 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖11 進(jìn)行說明。晶體三極管對后面的電路來說，也可以看做是信號(hào)源。發(fā)電機(jī)能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能 .發(fā)電機(jī) .電池本身并不帶電 ,它的兩極分別有正負(fù)電荷 ,由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓 (電流是電荷在電壓的作用下定向移動(dòng)而形成的 ),電荷導(dǎo)體里本來就有 ,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可 ,當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時(shí)為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去 ,當(dāng)電荷散盡時(shí) ,也就荷盡流 (壓 )消了 .干電池等叫做電源。 外文資料譯文 ..........................................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。設(shè)計(jì)思路，并附有詳細(xì)的電路圖。 UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。 I 基于 UC3842 的開關(guān)電源設(shè)計(jì) 摘 要 電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中 “ 簡潔至上 ” 的原則。 附 錄 1：總體電路圖 ........................................................................... 25 附 錄 2：開關(guān)電源常用英文標(biāo)志與縮寫 ............錯(cuò)誤 !未定義書簽。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。晶體三極管能把前面送來的信號(hào)加以放大，又把放大了的信號(hào)傳送到后面的電路中去。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展 。 U iSU i0T O N U 0t0t0( b )V( a )U 0 (a) 電路圖； (b) 波形圖 圖 11 開關(guān)電源的工作原理 為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下 TTD ON? (11) 式中， T 表示開關(guān) S 的 開關(guān)重復(fù)周期； TON 表示開關(guān) S 在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。若保持 n0T 不變，利用改變開關(guān)頻率 f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓 Uo 穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)。 開關(guān)電源的組成 開關(guān)電源的基本組成如圖 12 所示。 DC/DC 變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM 變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的 1/5，體積也大大縮小了 ； (3) 穩(wěn)壓范圍寬。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè) 置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠 ； (5) 功耗小。 (3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。 器件 TL431. TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。％ ，典型值 25℃ （ TL431B） ； （ 3） 低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型 ； （ 4） 負(fù)載電流能力 to 100mA； （ 5） 等效全范圍溫度系數(shù) 50 ppm/℃ 典型 ； （ 6） 溫度補(bǔ)償操作 全額定工作溫度范圍 ； （ 7） 低輸出噪聲電壓 。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很 6 高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長，后者則在 100 ns 以下，有的甚至達(dá)到 20~30 ns。 光耦 PC817 PC817[12]是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響 . 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受 光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了 “電 光 電 ”的轉(zhuǎn)換。 圖 1－ 4 PC817 的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電力場效應(yīng)晶體管 MOSFET (1)