【正文】 .. 42 交流特性測試器材 .................................................................... 43 交流特性測試數(shù)據(jù) .................................................................... 43 交流特性測試數(shù)據(jù)分析 ............................................................ 44 本章小結(jié) ............................................................................................................... 44 總結(jié) .............................................................................................................................. 45 致謝 .............................................................................................................................. 46 參考資料 ...................................................................................................................... 47 附錄 1 元件清單 ......................................................................................................... 49 附錄 2 總電路圖 ......................................................................................................... 50 附錄 3 實物 ................................................................................................................. 51 文檔精品 歡迎下載 第一章 緒論 開關(guān)電源的產(chǎn)生 開關(guān)電源產(chǎn)生的時代背景 在開關(guān)電源產(chǎn)生之前，電源是晶體管串聯(lián)構(gòu)成穩(wěn)壓電源。文檔精品 歡迎下載 摘要 針對晶體管串聯(lián)提供穩(wěn)壓電源的具有體積很大而且笨重的工頻變壓器，體積和重量都很大的濾波器，占用較大空間，質(zhì)量較大，效率較低不適用現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展的的缺點，提出了發(fā)展新型電源的意見。開關(guān)電源的發(fā)展促使了電力電子器件朝著輕薄化的發(fā)展，開關(guān)電源有多種拓撲結(jié)構(gòu)，選擇合適的拓撲結(jié)構(gòu)，合適的器件，是設(shè)計開關(guān)電源的重中之重。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓的穩(wěn)定，它集電極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，所以會導致調(diào)整管功率較大，電源效率就很低，這樣就造成了能源的浪費。 20 世紀 50 年代，美國宇航局就以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭設(shè)計了開關(guān)電源。由于功耗很小，所以散熱器也隨之減小。 在 20 世紀 80 年代，計算機已經(jīng)全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，領(lǐng)先完成了計算機的電源換代。 開關(guān)電源的發(fā)展 我國的開關(guān)電源的發(fā)展 產(chǎn)品與技術(shù)：在電力電源市場中，只有少數(shù)幾家廠商擁有核心技術(shù)，其他整機生產(chǎn)廠家只能依靠組裝生產(chǎn)，經(jīng)營區(qū)域化市場，這就對電力電源產(chǎn)品性能的發(fā)展產(chǎn)生抑制。近年來，一些電力 電子廠商的設(shè)計研發(fā)人員直接的與用戶接觸，了解他們的不同需要，針對需求來研發(fā)不同的電源，這就推動了開關(guān)電源的發(fā)展，使得開關(guān)電源的發(fā)展更加的成熟。 渠 道：近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，電子商務(wù)的發(fā)展也呈現(xiàn)出迅猛式地增長，這使得電力設(shè)備的制造商有了更加便利的條件來進行產(chǎn)品的直銷，拓展電源的銷售手段和渠道。電力電源的維護是比較復雜的，只經(jīng)過專業(yè)培訓的技術(shù)人員才能擔任售后服務(wù)的工 作，以及能夠?qū)Ξa(chǎn)品的保養(yǎng)及維修、元件的更換等。隨著市場的擴大，用戶對電源智能化的程度的要求越來越高，有關(guān)電源繼續(xù)紅監(jiān)控的標準相繼被推出，使 得中國的電源業(yè)的發(fā)展得到了很好的維護。 變壓器是開關(guān)電源中重要的必不可少的部件，平面表壓器是近兩年才面試的一種全新產(chǎn)品。具有各種控制功能的專用芯片，近幾年發(fā)展很迅速，如功率因數(shù)校正 (PFC)電路用的控制芯片；軟開關(guān)控制用的 ZVS、 ZCS 芯片；移相全橋用的控制芯片； ZVT、 ZCT PWM 專用控制芯片；并聯(lián)均流控制芯片；電流反饋控制芯片等。集成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來極大方便。而從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風扇等器件的壽命決定著通信電源的壽命，所以，要從設(shè)計方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高集成度。采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原 理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。 文檔精品 歡迎下載 開關(guān)電源的現(xiàn)狀 今年來年中國電力電源市場呈現(xiàn)如下特征： 大容量電力電源產(chǎn)品的需求迅速提升，開關(guān)電源市場穩(wěn)步增長。 市場集中度較低，廠商競爭相對激烈。 技術(shù)進步驅(qū)動產(chǎn)品創(chuàng)新?！熬G色”電源，模塊化電源的問世在節(jié)能、降耗、環(huán)保方面發(fā)揮了重要的作用，對于緩解我國的能源和環(huán)境 問題大有裨益。當 V1 截止時，電感 L1 中電流不能突變，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢阻止電流減小，感應(yīng)電勢的極性為下正上負，二極管 D1 導通，電感中儲存的能量（ L1I*I/2）經(jīng)二極管 D1，流入電容 C1，并供給負載 R。假定開關(guān)管沒有損耗，并聯(lián)變換器電路在輸入電壓V1 和輸入電流 I1，能在較低的輸出電流 I0 下，輸出較高的電壓 V0。 Boost電路能將電壓升高的原因是電感 L1 儲能之后具有使電壓泵升的作用，而電容 C 能將輸出電壓保持住。 文檔精品 歡迎下載 buck 電路 buck 電路圖 圖 22 buck電路 buck 電路的工作原理 Buck 電路（圖 22）即為降壓斬波電路。當負載電壓低于電容 C 兩端的電壓時，C 便向負載放電。 由上式可知 ，輸出電壓 V0 越開關(guān)管的占空比 D=Ton/T 成正比，所以通過改變開關(guān)管的占空比可以控制輸出平均電壓的大小。 Buck 電路的輸出只有一路，不能用于多路輸出，除非加個第二級的電壓調(diào)節(jié)器，雖然 buck 電路即可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流總 是斷續(xù)的。39。、 VD1 向輸入電源釋放而去磁。通常 W139。 VT 的導通時間應(yīng)小于截止時間，即占空比小于 ，否則 T 將飽和。 當采用雙正激時，功率增大了一倍，輸出頻率增加一倍，紋波及動態(tài)響應(yīng)得到改善，開關(guān)管耐壓值減半，而且取消了反饋繞組，自身的幾個穩(wěn)壓管構(gòu)成反饋路徑，降低了變壓器的制作工藝要求。吃食 W2 兩端電壓使 VD2 反偏，隨著 VT 集電極電流增大，R3 上的壓降增加， VT 的基極電位由于電路中加了穩(wěn)壓二極管 VD3 而保持不變，故 VT 基極電流不斷減小， VT 開始退出飽和區(qū) ,并向截止狀態(tài)轉(zhuǎn)換。當磁能全部釋放完畢， W139。 輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系： V0=TonV1WL2TLR 反激電路的特點 在 VT 導通期間， VD2 反偏；在 VT 截止時， VD2 正偏，供給負載功率；VT 集電極承受的最大電壓值 Vcemax=Vimax+nVomax；另外電路的利用率不 高，一般用在小功率輸出場合。 3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調(diào)節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時，建議用多個變換器，這樣做的結(jié)果比較理想。 8）是否能夠同步整流：同步整流不管負載大小如何，都可以是變換器工作于電流連續(xù)模式 9）輸出電流的大小：如果輸出電流很大，選用電壓模式要比電流模式控制好。但是 buck 變換器只有一個 輸出電壓，無法得到多個輸出電壓，輸出電壓和輸入電壓沒有隔離，輸出電壓不能比輸入電壓低，即使完全關(guān)斷開關(guān)，輸出電壓只能等于輸入電壓（除去二極管的導通壓降）。 反激式變換器，開關(guān)導通時，能量存儲于變壓器原邊的電感中，注意變壓器的同名端，當開關(guān)關(guān)斷時，漏極電壓要高于輸入電壓，變壓器副邊電壓高于地，使二極管導通，向輸出電容和負載提供電源。 我所設(shè)計的開關(guān)電源的輸入是我們所用的日常的交流電，而輸出的電壓是48V，輸出的最高電流是 5A。 下面是根據(jù)所選的設(shè)計出來的整體結(jié)構(gòu)圖： 圖 31 電路的整體結(jié)構(gòu) 反激變壓器的主要方程 我們從交流電已經(jīng)整成直流開始，電壓加在原邊電感上，開關(guān)導通期間，電流持續(xù)上升： Ipk= LV Ton= LVDT =fLVD 這里， D 是占空比， f 是開關(guān)頻率， T= f1 是開關(guān)周期，這個方程適用于電流斷續(xù)反激式變壓器，原邊電流波形圖。但是實際的電感都由一個最小值，斷續(xù)工作的反激式變換器由最大輸出的限制。我們要用的鐵氧體磁芯磁路長度非常短，這樣 B 值會文檔精品 歡迎下載 很大，甚至可能會使磁芯飽和，同時損耗也增大。 近似值來計算，我們可以得到以下式子： B=mmaxl ? 與m8e2 l ?? （ 6） 這些方程的使用前提 我們必須清楚：對于帶有氣隙的鐵氧體材料磁芯，在確認（ 4）方程成立的條件下，可以試方程（ 6）；否則，應(yīng)使用基本方程（ 1）和（ 2），如果磁芯的氣隙非常小，應(yīng)該使用有效磁路長度（ 3)。 變壓器的匝數(shù)的計算 磁芯的形狀和材料選擇好以后，下面我們要選擇合適的氣隙。 即使是使用帶有氣隙的磁芯，仍然會有很多問題： 由于本身的氣隙很小，當兩塊磁芯連接在一起的時候，總的氣隙誤差會比較大；粘合的膠水也會增加氣隙的長度。 由公式： N1N2 = ? ? ? ?D*minV1 D1*VV0 D ）（ ?? N2 的二次側(cè)的線圈的匝數(shù)， N1 為一次側(cè)的線圈匝數(shù) ,V0 為輸出電壓， VD 為二文檔精品 歡迎下載 極管順向電壓， V1（ min）是輸入的最小的電壓， D 為占空比。 現(xiàn)在我們降低開關(guān)頻率可否降低磁芯損耗，損耗與頻率、磁感應(yīng)強度之間是一種非線性關(guān)系，典型的關(guān)系式為： loss/lb= Bf 因為，我們需要有 2 倍的電感值來保持同樣的功率，這就意味著需要 2 倍的繞組來實現(xiàn)兩倍的電感，這就使得磁感應(yīng) 強度變?yōu)樵瓉淼?2 ，因為磁感應(yīng)強度 B與匝數(shù)同比增加。如果開關(guān)損耗遠大于通態(tài)損耗的話，可以有： PQ ??????2f ≈ ??f 一般情況下，通常的情況是這樣的：即使在整個范圍內(nèi)進行優(yōu)化，改變開關(guān)頻率文檔精品 歡迎下載 對效率的影響不是很大。 如果磁芯損耗大得無法接受，可以有兩個方法：第一個辦法是進一步增加氣隙，如兩半塊磁芯的匹配連接，定制自己需要的，帶有氣隙的磁芯；第二個辦法是選用大尺寸的磁芯，隨著氣隙的增大，其邊界范圍也隨著增大，漏感也要增大，漏感增加會影響到電路中的其他元件，并且使變壓器的效率降低。 文檔精品 歡迎下載 第四章 開關(guān)電源中的芯片介紹 TOP250 TOP250 的管腳圖及其作用 圖 41 TOP250的管腳圖 漏極 (D) 引腳：高壓功率 MOSFET的漏極輸出。與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時的內(nèi)部偏置電流。 外部流限 (X) 引腳： (僅限 Y、 R或 F封裝 )外部流限調(diào)節(jié)、遠程開／關(guān)控制文檔精品 歡迎下載 和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能并使 TOP250以簡單的三端模式工作。它也是初級控制電路的公共點及參考點。 TOP250還集成了多項新功能，可以降低系統(tǒng)成本，提高了設(shè)計靈活性及效率。 TOP250 的典型外接電路 圖 42 TOP250典型的外接電路 由圖 42 可見， TOP250 構(gòu)成的開關(guān)電源采用的是反激式拓撲結(jié)構(gòu)。 TOP250增加了頻率、線電壓檢測和 外部電流限制（僅限 Y、 R或 F封裝）引腳或一個多功能引腳（ P或 G封裝），以實現(xiàn)一些新的功能。 4. 采用較高的 132 kHz開關(guān)頻率，可減少變壓器尺寸，并對 EMI沒有顯著影響。 7. 采用缺省引腳及引線的封裝，可提供更大的文檔精品 歡迎下載 漏極爬電距離。如下圖 44所見： 圖 44 X和 L引腳和 M引腳的特性曲線（