【正文】 uit topologies、 modulation mode and control model have been particularly analyzed after it. And then a series of tasks, such as design theory、 topologies selection、 ponents selection and parameter calculation have been expounded in chapter3. Limited by the paper and time, some assistant circuits are simply introduced, for example, over current、 voltage protection circuit,under voltage locked circuit,EMI filter,pensation work and so on. Besides the principle analysis and theoretic design,the author obtains the real switching power supply processed according to the theoretic design circuit chart in the appendix1, then the author tests the power supply and analyzes the test result. Because of the improvements of the real circuit during the test, the test result indicates that each target of the real power supply has achieved or better than the expectation(the test results enclosed in the end of the paper), verifies the theoretic design and achieves the design task. The whole progress is an energetic attempt of theory bined with practice. Key words: Switching power supply, PWM, Current control model, Highefficiency 開關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計 3 目錄 第一章 緒論 12 三種不同調(diào)制方法比較 32 保護(hù)電路的設(shè)計 34 整機(jī)電路結(jié)構(gòu)解析 34 輸入電路解析 開關(guān)電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率可高達(dá) 70％～ 95％，穩(wěn)壓器體積小，重量輕，調(diào)整管功率損耗小，散熱器也隨之減小。 一直以 來在 AC/DC變 換器中線性 穩(wěn)壓 電源被廣泛使用，其中的一個 主要 原因是由于它的電路 結(jié)構(gòu)簡單，用到的器 件少，價格便宜。在開關(guān)電源 中，電壓調(diào)整管部分的電子器件是工 作于開關(guān)狀態(tài) ， 它的導(dǎo)通和 關(guān)斷時間受檢測電路檢測到的誤差電壓控制。 近幾年來在開關(guān)電源的設(shè)計上不斷改進(jìn)和完善，出現(xiàn)了幾種類型開關(guān)電源的組合，如自激并聯(lián)調(diào)頻 式 開關(guān)電源 、自激串聯(lián)調(diào)頻式開關(guān)電源 、自激并聯(lián)調(diào)寬式開關(guān)電源、自激串聯(lián)調(diào)寬式開關(guān)電源、他激串聯(lián)調(diào)寬式 開關(guān)電源及他激調(diào)頻式開關(guān)電源等。 因此，開關(guān) 電源能適用于電網(wǎng)電壓波動比較大的地區(qū)。 單片開關(guān)電源的發(fā)展 近 20多年來，集成開關(guān)電源沿著下述兩個方向不斷發(fā)展。 但從本質(zhì)上講， 它們都 屬于 DC/DC 電源變換器 。此外，利用這種芯片還能制作高壓步進(jìn)電源。 電感、電容、二極管型 這是一種應(yīng)用較多的電路形式，適合于負(fù)載電流較大的場合，它又可以分為 3 種基本形式 ]6[ 。 圖 21 Buck 變換器 升壓型（ Boost 變換器） 其電路結(jié)構(gòu) 框圖 如圖 22 所示。 圖 23 BuckBoost 變換器 變壓器耦合式直流變換電路 這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與上面提到的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，具有輸出電壓可任意選擇（升壓、降壓或多路輸出），以及可以實現(xiàn)與市電電網(wǎng)隔離兩大特點，因此是應(yīng)用最廣 泛的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 圖 24 單端反激變換器原理 框 圖 單端正激式變換電路 單端正激式變換電路與單端反激式 電路相似，但工作方式完全不同， 其結(jié)構(gòu)原理框 圖如圖 25所示。 開關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計 13 圖 25 單端正激變換器原理 框 圖 推挽式變換電路 推挽式變換電路的工作方 式與變壓器耦合推挽功率放大電路相似，開關(guān) S1 和 S2輪流導(dǎo)通， 其原理框圖 如圖 26所示。但由于 L1 上電壓的幅值為 Ui的一半，與推挽式變換電路相比，欲輸出相同的功率，則開關(guān)器件需要提供兩倍的電流。 開關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計 15 PWM(Pulse width Modulation)調(diào)制方法 圖 29 所示 為 PWM 調(diào)制方法的工作原理 及其波形示意 圖。 由圖可知，通過調(diào)頻調(diào)制器用載波對變換器的輸出誤差進(jìn)行調(diào)制，然后通過過零比較器得到 PFM 控制信號去控制開關(guān)管的通斷。 PSM 調(diào)制 方法的效率很高，而 且?guī)缀跖c負(fù)載無關(guān)，當(dāng)負(fù)載變換時，效率是一個恒定值。 電壓控制方式 圖 212 所示為電壓控制方式開關(guān)電源原理 框 圖。而 對于整個穩(wěn)壓電源系統(tǒng)來說，實際上是通過初級的勵磁電流 Ip 改變高頻變壓 器中的磁通，以適應(yīng)輸入電壓和負(fù)載的變化而保持輸出電壓穩(wěn)定的要求。 圖 213 電流控制方式原理框 圖 開關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計 19 可見，無論是理論分析還是電路測試，都證明電流 控制 型 比電壓型控制 型 有許多 優(yōu)點： (1)對輸入電壓變化響應(yīng)快，抗干擾性能強(qiáng) 。這在當(dāng)今電源規(guī)格要求繁多、電子設(shè)備整機(jī)可靠性要求提高的形勢下，為模塊化電源系統(tǒng)和電源冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了捷徑。 (5)根本消除了 PushPull 開關(guān)電源存在的磁通量失衡問題。因此反饋電路的設(shè)計可以大幅 度 簡化 。 為了對輸入保險 絲、整流器進(jìn)行保護(hù)，同時要減少對其他電子設(shè)備造成惡劣的影響，需要接入沖擊 電流抑制回路， 把沖擊電流抑制在允許范圍內(nèi)。 其實，抑 制浪涌電流的最簡單方法 就 是在系統(tǒng) AC 線路輸入端串聯(lián)一只 NTC（ Negative Temperature Coefficient， 實為負(fù)溫度系數(shù)之意 ） 熱敏電阻。 該電路 是一種復(fù)合式 EMI 濾波器， R1 和 C1構(gòu)成第一級濾波， C1 主要用來濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。 在實際的輸入濾波電路設(shè)計中， 往往是根據(jù)實際的濾波效果和電路結(jié)構(gòu)安排來選擇電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，本文設(shè)計中在允許情況下去掉了 C2 和 C3， 僅用共模電感 L1 和 L2 來濾除共模干擾。如附錄 1 使用的 KBP206G 就是一種集成的整流橋。 根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗， C 的電容值 C=2 PL 左右 ，其中， PL 為電源輸出功率，單位為 W， C的單位為 f? ，所以 這里 C 的取值 C＝ 2 34=68 f? 。 因為 開關(guān)導(dǎo)通期間是在變壓器漏感中蓄積能量的。 反激變換器可工作于電流連續(xù)模式 (CCM)和電流斷續(xù)模式 (DCM)。若 Ip1 為 0，則說明變換器工作于斷續(xù) 模式，否則工作于連續(xù)模式。我們應(yīng)該在設(shè)計完成后核算窗口面積是否夠大、變壓器 的損耗和溫升是否可以接受， 同時，在變壓器的制作中還有一些工藝問題需要注意 ]11[ 。主要用于中小功率電源系統(tǒng)，有利于減小整個電源的體積，實現(xiàn)小型化，節(jié)約成本。同時 它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、功耗小、制造工藝簡單和便于集成化等優(yōu)點 。 實際應(yīng)用中，更多是采用場效應(yīng)晶體管（ MOSFET）來構(gòu)成開關(guān)電路。 如圖 35所示為本文所設(shè)計電路中輔助電源的原理電路。 為了避免磁芯飽和，我們應(yīng)該在磁回路中加入一個適當(dāng)?shù)臍庀?Lg，計算如下： pepg L ANL 82 ????? ? （ 311） 在上式中， Lg 為氣隙長度，單位為 cm； Np 為原邊匝數(shù) ； Ae 為磁芯的截面積，單位為 cm2 ； Lp 為原邊電感量，單位為 H。所以確定了反激電壓之后，就可以確定 原、副邊的匝 數(shù) 比了： sfsp UUNN ? （ 35） 其中 ， Us＝ Uo＋ Vd1＝ ＋ ＝ （ Us為次級線圈電壓， Vd1 為輸出整流二極管導(dǎo)通電壓）。 在輸出端 接有由 L C2和 C3 組成一個低通濾波器 ， 濾除噪聲干擾， 輸出低紋波電壓 。 這個電流將會持續(xù)到下次開關(guān)管截止時 (若到下次開關(guān)管截止前電流已下降到零則電路工作于電流斷續(xù)模式，否則工作于電流連續(xù)模式 )，從而保證負(fù)載電流持續(xù)不斷。對于 DC/DC變換器紋波電壓峰峰值設(shè)計為 ～ 。這樣就在負(fù)載 RL 上得到一個與全波整流相同的電壓波形，其電流的計算與全波整流相同，即 UL= ， IL = ， 流過每個二極管的平均電流 DI =IL/2= ， 每個二極管所承受的最高反向電壓為 2 Ui。第二，磁導(dǎo)率高，但是 在實際中很難滿 足這一要求，所以，磁導(dǎo)率往往是分段考慮的。根據(jù)噪聲規(guī)制一般是兩種作用的回路結(jié)構(gòu)。輸入電流 Iac=（最大），最大輸入電壓為 240V。 沖擊電流抑制電 路 設(shè)計 浪涌電流 （又稱沖擊電流） 是指電網(wǎng)中出現(xiàn)的短時間 像 “ 浪 ” 一樣的高電壓引起的大電流。 在電壓 控制方式中， LC 濾波電路在頻率達(dá)到共鳴頻率?2/LCf ? 后，相移會接近最大值 0180 ，輸入到輸出的增益會隨著頻率的升高而迅速減小，這就增加了開關(guān)電源反饋電路設(shè)計的復(fù)雜程度。電流控制型和電壓控制型的開關(guān)電源相比有許多優(yōu)點，但其本身也有缺點，如電感峰值電流與平均電流有誤差 ， 直流開環(huán)負(fù)載調(diào)整率較差。只要給定或限制參考電流，就可以準(zhǔn)確地限制流過開關(guān)管和變壓器中的最大電流，從而在輸出過載或短路時保護(hù)了開關(guān)管和變壓器，也可以有效地克服因輸入電壓的浪涌產(chǎn)生很大的尖峰電流而損壞功率開關(guān)管的缺陷。當(dāng) 電源回路中的電流脈沖逐漸增 大， 電流在采樣電阻 Rs 上的幅度達(dá)到 Ve 電平時，脈寬比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，開關(guān)管截止。二階系統(tǒng)是一個有條件穩(wěn)定系統(tǒng)， 只 有 對控制回路進(jìn)行精心設(shè)計，在滿足一定條件下，閉環(huán)系統(tǒng)才能穩(wěn)定工作。 總體上說，正激式拓?fù)?常 用電壓型控制器，升壓式拓?fù)渫ǔＳ秒娏餍涂刂?器 。 PFM 具有在負(fù)載較輕 時效率很高 ，工作頻率高，頻率特性好，電壓調(diào)整率高，適合于電壓或者電流控制方 式。 PFM 保持控制脈沖的寬度， 即 Ton 不變，通過改變脈沖的頻率來調(diào)節(jié)輸出電壓。 圖 28 全橋式變換器原理框圖 開關(guān)電源調(diào)制方法