【正文】 焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報(bào)。同時(shí)，通過翻閱大量的資料，利用各種資源從各個(gè)角度對開關(guān)電源進(jìn)行分析等這個(gè)過程，提高了自己的自學(xué)能力和解決實(shí)際問題的能力。對于開關(guān)電源所實(shí)現(xiàn)的功能或者目的，需要將其分解為若干個(gè)模塊，分別弄清它們的原理和功能以及怎么去使用。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。屏蔽有兩個(gè)目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見表1。 （ 2） 功率變換電路 功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。輸出 15V 和 20V 時(shí)的波形圖分別如圖 3圖 35 所示，輸出波形的紋波是由變壓器漏感導(dǎo)致的尖峰電壓以及輸出整流二極管關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生，可通過使用反向恢復(fù)時(shí)間更短的整流二極管和高變壓器制造工藝以及優(yōu)化 PCB 布線方法等方法加以抑制。 1 ％。 箝壓齊納管（ VR）和阻斷二極管 （ VD） 的選擇 在開關(guān)電源的每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， TOP225Y 的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生尖峰電壓， VR 和 VD 構(gòu)成了箝位電路，防止大電壓對 TOP225Y 芯片的損壞， VR 和 VD 的選擇由反射電壓 Vor 定。 留出裕量最終取 C1=47 μ F/400V ，同時(shí)為承受可能從電網(wǎng)線竄入的電擊，可在交流端并聯(lián)一個(gè)標(biāo)稱電壓為 275V 的壓敏電阻 VsRc 。這樣的循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來看，就迫使 Uo 趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且 UREF=Uref。其工作電流范圍寬，動(dòng)態(tài)電阻 低 ，輸出雜波低。 不適合傳輸模擬信號(hào) ， 線性光耦是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，使光敏晶體管的導(dǎo)通程度不同， 從而 輸出相應(yīng) 的電壓或電流。 (3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 3 章 基于 TOP225Y 開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)流程圖 開始 生產(chǎn)準(zhǔn)備 設(shè)計(jì)指標(biāo) 根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)變壓器導(dǎo)線規(guī)格 確定半導(dǎo)體器件的型號(hào) 設(shè)計(jì)輸出電壓選擇整流器與濾波電容 設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路 選擇控制方式和控制 IC 設(shè)計(jì)基本功能 設(shè)計(jì)電壓反饋和交叉調(diào)整電路 設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路和 Vcc 電路 根據(jù)要求設(shè)計(jì)過電壓過電流和緊急保護(hù)電路 設(shè)計(jì)接口電路和功能 設(shè)計(jì)需要的散熱器和熱轉(zhuǎn)移方面的考慮 考慮 PCB 布置和結(jié)構(gòu) 測試所有功能 對設(shè)計(jì)進(jìn)行修改 在測試室進(jìn)行測試 選用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？ 黑箱計(jì)算 變壓器設(shè)計(jì) 輸出濾波器和整流器 功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 控制器設(shè)計(jì) 輸出反饋設(shè)計(jì) 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 高層功能設(shè)計(jì) 熱分析和設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 測試與設(shè)計(jì)結(jié)果區(qū)別 優(yōu)化設(shè)計(jì) EMI/RMI 測試 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在本設(shè)計(jì)中，由于采用了 TOP Switch 智能芯片，其本身集成了 保護(hù)電路、關(guān)斷 電路、 自動(dòng)重 啟 電路等 。 當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級極性上端為正，下端為負(fù)，從而導(dǎo)致 VD1 截止，因而鉗位電路不起作用。自動(dòng)重啟動(dòng) 電路 一直工作到 Uc 進(jìn)入受控狀態(tài)為止 。 電源 啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在 RE兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng) RC 濾波后，輸入到 PWM 比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng) MOSFET 管，因而可通過控制極外接的電容充電過程來實(shí)現(xiàn) 電路 的軟啟動(dòng)。與 TOP Switch 系列 器件相比， TOP SwitchⅡ系列器件在輸入電壓為 100V、 115V 或 230VAC 時(shí)，系統(tǒng)功率從（ 0～ 100）W 提高到（ 0～ 150） W，在三種電壓下均可工作時(shí)，系統(tǒng)的功率從（ 0～50） W 提高到（ 0～ 90） W，從而使得 TOP SwitchⅡ器件可在如電視、監(jiān)視器以及音頻放大器等許多新的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。二者的電路不同單 作用效果相同，均可達(dá)到穩(wěn)壓之目的，都屬于時(shí)間比率控制方式 TRC。其中， 控制電路 又包括 取樣器、 基準(zhǔn)電壓、 比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路 組成 。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L 儲(chǔ)存能量。它屬于雙端式變換電路 ，使用兩個(gè)開關(guān)管 VT1 和 VT2， 在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替導(dǎo)通與截止，在變壓器 T 次級繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?同時(shí) ， 感應(yīng)電壓給 C1 充電 。當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí) , VD2 也導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感 L 儲(chǔ)存能量：當(dāng)開關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感 L 通過續(xù)流二極管 VD3 繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。當(dāng)開關(guān)管 VT1 截止時(shí)，變壓器 T 副邊上的電壓極性顛倒 ， 使初級繞組中存儲(chǔ)的能量通過 VD1 整流和電容 C 濾波后向負(fù)載輸出。主要采用 TOP225Y、 PC81 TL431 等專用芯片以及其他的電路元件相配合 來完成 。當(dāng)今開關(guān)電源正向著集成化、智能化的方向發(fā)展。然而，開關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在 50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的 1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了 1000 倍；即使采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了 500 倍。由于這兩方面原因，所以開關(guān)電源的體積小，重量輕。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源， 這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。 當(dāng)前，隨著人們生活水平的提高，更多種類的家用電子設(shè)備進(jìn)入到了普通家庭中，給我們的生活帶來了無限樂趣。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的離線式變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 TOP225Y 開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 摘 要 開關(guān)電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍廣，體積小等突出優(yōu)點(diǎn)， 在通信設(shè)備數(shù)控裝置，儀表儀器影音設(shè)備，家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng)用。而單端反激型直流穩(wěn)壓電源配合電流型 PWM 控制電路，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。 DVD 播 放機(jī)就是其中之一。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間 。 。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的 1/500～ 1/1000。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。高度集成、功能強(qiáng)大的開關(guān)型穩(wěn)壓電源代表著開關(guān)電源發(fā)展的主流方向 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2 章 開關(guān)電源的分類及原理 開關(guān)電源的分類 開關(guān)電源的分類方法有多種 。 圖 21 單端反激式開關(guān)電源 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 單端反激式開關(guān)電源電路簡單、所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便的實(shí)現(xiàn)單路或多路輸出 。 在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管 VD1，它可以將開關(guān)管 VT1 的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。 隨著 C1 充電電壓的增高 ， VT1 基極電位逐漸變低 并 退出飽和區(qū)， Ic 減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時(shí)二極管 VD1 導(dǎo)通，高頻變壓器 T初級繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 24 推挽式開關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開關(guān)管容易驅(qū)動(dòng) ， 缺點(diǎn)是開關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。當(dāng)開關(guān)管 VT1 截止時(shí)，電感 L 感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管 VD1 向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖 28 所示 ： 圖 28 開關(guān)電源 的 原理 框圖 首先， 交流電經(jīng) 輸入部分 整流電路 和 濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電 。 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的工作原理 : 交流 220V 輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路變成直流電壓，在由開關(guān)功率管斬波和高頻電壓器降壓，得到高頻矩形波電壓，經(jīng)整流濾波后獲得所需要的直流輸出電壓，脈寬調(diào)制器是這類開關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)符號(hào)，控制開關(guān)功率管的通斷狀態(tài)，來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低達(dá)到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器用于提供穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率信號(hào)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 TOP Switch 主要用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，寬輸入范圍（ 85V265V），提供了 PI Expert 專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，便于用戶更快地設(shè)計(jì)出自已的產(chǎn)品。當(dāng)控制極電壓 Uc達(dá)到 時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反饋控制電流向 Uc 供電。 該電源的穩(wěn)壓原理簡述如下：高頻變壓器初級繞組 NP 的極性與次級繞組 NS、反饋繞組 NF 的極性相反。在 MOSFET截止瞬間，初級極性則變?yōu)樯县?fù)下正，此時(shí)尖峰電壓就被 VDZ1 吸收掉。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可以省去上面的幾個(gè)環(huán)節(jié)，只需對其進(jìn)行好選型。在固定電壓輸入時(shí)， 可選 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 110V/115V ／ 230V 交流電，允許變化 177。 光耦以光為媒介傳輸電信號(hào)。最大輸入電壓為 37V，最大工作電流為 150mA，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為 ，輸出電壓范圍為 ～ 36V。 圖 32 TL431 的基本接線 和 電路符號(hào) 在本設(shè)計(jì)中就是利用 TL431 和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與 TL431 中的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使 LED 的工作電流發(fā)生變化，再通過光電耦合器 PC817 把電壓反饋到 TOP224Y 的控制端 C 端 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 高頻變壓器的設(shè)計(jì) 1. 為滿足 TOP225Y 芯片 100kHz 的工作頻率，選用錳鋅鐵氧體材料，磁心的形狀 ( 如 E1 、 EE 等 ) 應(yīng)盡可能的選擇圓形磁芯以減小漏感。 Vor 薦值為 135V,VR 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 的箝位電壓 Vclo 可由經(jīng)驗(yàn)公式 Vclo= 得出。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò) (R4 、 R5) 引入 TL431 的 Ref 端，轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào)，經(jīng)光藕隔離后輸入到 TOP225Y 控制端。 采用 TOP225Y 研制的一款雙路輸出單端反激式開關(guān)電源，將開關(guān)電源外部電路劃分為輸入整流濾波、變壓器、輸出整流濾波、反饋等部分構(gòu)成，并對各部分電路功能進(jìn)行了分析和工程設(shè)計(jì)， 針對樣機(jī)實(shí)測波形，提出了改 進(jìn)電路設(shè)計(jì)和性能的方法。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為 a） 開關(guān)管開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開關(guān)管流過 大的脈沖電流（大體上是矩形波）時(shí)，該波形含有許多高頻成份；同時(shí)，關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級的大電流，開關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開關(guān)管