【正文】 61 159 73200 EE85A 714 188 134500 EE85B 859 189 162020 EE110 1280 244 312020 計(jì)算脈沖信號(hào)的最大占空比 Dmax 當(dāng)電網(wǎng)電壓在 220V177。不難算出 N2 = %45*240 %451*14060 ）（）（ ?? = 匝 （ 311） 實(shí)取 N 2 =11 匝，采用 ? 的高強(qiáng)度漆包線繞制。 功率 MOSFET 以其導(dǎo)通電阻低和負(fù)載電流大的突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為 SMPS 控制器中開(kāi)關(guān)組件的最佳選擇，專(zhuān)用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器的出現(xiàn)又為優(yōu)化 SMPS 控制器帶來(lái)了契機(jī)。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 36 典型的 MOSFET 曲線 用公式表示如下： QG = (CEI)(VGS) （ 316） IG = QG/t （ 317） 其中： QG 總柵極電荷，定義同上。這樣不僅降低了產(chǎn)品成本，并且提高了系統(tǒng)可靠性。如上所述 IR2110的特點(diǎn)，可以為裝置的設(shè)計(jì)帶來(lái)許多方便。經(jīng)短暫的死區(qū)時(shí)間（ td）之后， LIN 為高電平， S2 開(kāi)通， VCC 經(jīng) VD1，S2 給 C1 充電，迅速為 C1 補(bǔ)充能量。不論 PM 還是 IGBT，因?yàn)榻^緣門(mén)極輸入阻抗比較高，假設(shè)柵電容（ Cge）充電后，在 VCC=15V 時(shí)有 15μ A 的漏電流（ IgQs）從 C1 中抽取。 （ 4）自舉二極管的選擇 自舉二極管是一個(gè)重要的自舉器件，它應(yīng)能阻斷直流干線上的高壓，二極管承受的電流是柵極電荷與開(kāi)關(guān)頻率之積。 PWM 通過(guò)簡(jiǎn)單的 LC濾波網(wǎng)絡(luò)可以得到與信號(hào)占空比成線性關(guān)系的直接電壓，從而實(shí)現(xiàn) 電壓 轉(zhuǎn)換。直流電壓精度定義為： ??)()1]()[(2 111 12 LHhHLHHVVCRTVVVVVVV??????? （ 329） 總之，設(shè)計(jì) PWM 波 RC 濾波電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)響應(yīng)時(shí)間要求，確定時(shí)間 常數(shù)，并且使 RC 時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于 PWM 周期。輸出電壓 UO 加到 16 腳 ， 作為誤差放大器 2 的同相輸入。 TL494 的輸出三極管可接成共發(fā)射極及射極跟隨 2 種方式，因而可以選擇雙端推挽輸出或單端輸出方式。 片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。 當(dāng)比較器 CT 放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管 Q1 和 Q2 的工作。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 。兩個(gè)誤差放大器具有從 到（ ）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺(jué)得到。 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) 28 2. 工作原理 TL494 是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過(guò)外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如下： TT CRf ?? （ 330） 輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容 CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。 5％基準(zhǔn)電壓，其溫度穩(wěn)定性好，可作為給定信號(hào)或保護(hù)基準(zhǔn)信號(hào)； 1 16 腳：內(nèi)部誤差放大器 2 的反向輸入端與同相輸入端，用于過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)。當(dāng) R30 上取出的電壓信號(hào)足夠大使其絕對(duì)值超過(guò) 2 腳電位時(shí) ， 誤差放大器 1 將翻轉(zhuǎn)并關(guān)閉脈沖信號(hào)輸出 ， 進(jìn)而起到過(guò)流保護(hù)作用。 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) 26 U re fP W M 比較器振蕩器R QSP W M 鎖存器誤差放大器時(shí)鐘頻率TU 1電壓反饋電路UoUrUjVTRsVD 1VD 2L+CoUo（ a ）時(shí)鐘頻率UrUj鎖存器輸出P W M 響應(yīng)波形（ b ） 圖 314 電壓反饋回路及 PWM 的響應(yīng)波形 這個(gè)電路利用 TL494 內(nèi)部誤差放大器 2 進(jìn)行反饋穩(wěn)壓。處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容積累的電荷與釋放的電荷數(shù)量相等，因此電壓會(huì)在一個(gè)穩(wěn)定的電壓值附近做小幅度的波動(dòng)，忽略這樣的紋波，則電容兩端的電壓與 PWM 占空比呈線性關(guān)系。當(dāng)該引腳接地時(shí)，死區(qū)時(shí)間約占總周期的 35%。 綜上所述，在選擇自舉電容大小時(shí)應(yīng)綜合考慮，既不能太大影響窄脈沖的驅(qū)動(dòng)性能，也不能太小而影響寬脈沖的驅(qū)動(dòng)要求。 例如 FUJI50A/600VIGBT 充分導(dǎo)通時(shí)所需要的柵電荷 Qg=250nC（可由特性曲線查得）， VCC=15V，那么 C1=2 250 10－ 9/(15－ 10－ )= 107F （ 318） 可取 C1= F 或更大一點(diǎn)的，且耐壓大于 35V 的鉭電容。此時(shí) VC1 可等效為一個(gè)電壓源。 IR2110 的內(nèi)部功能框圖如圖 38所示。 電路對(duì)功率器件的控制要求，同時(shí)提高了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性?？梢钥吹?，為了保證 MOSFET 導(dǎo)通，用來(lái)對(duì) CGS 充電的 VGS 要比額定值高一些，而且 CGS也要比 VTH 高。 功率 MOSFET 和雙極型晶體管不同，它的柵極電容比較大，在導(dǎo)通之前要先對(duì)該電容充電，當(dāng)電容電壓超過(guò)閾值電壓（ VGSTH）時(shí) MOSFET 才開(kāi)始導(dǎo)通。 自饋繞組 UF 回路中的整流管 VD 1 采用 FR305 型快恢復(fù)二極管，其中 UF ≈ 1V。設(shè)開(kāi)關(guān)電源的效率 ? =70%，則高頻變壓器的額定輸入功率 PI = P0 /? =600W。 圖 ）中， Up、 Up 分別表示開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)線圈 N3 繞組兩端輸出電壓 Uo 的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值）， [Up]、 [Up ]分別表示開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)線圈 N3 繞組兩端反激輸出電壓的正最大值（半波平均值）和負(fù)最大值（半波平均值）。 功率變換電路設(shè)計(jì) 隔離全橋推挽變換電路 一般情況下，隔離式開(kāi)關(guān)電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件。受?chē)?yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá) 5kv。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 RTl和 RTz與 NTc 熱敏電阻的電阻 — 溫度特性和溫度系數(shù)的關(guān)系如圖 33 所示 圖 33 熱敏電阻的溫度系數(shù) 圖 33 中，α是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比 (％／ c)表示。 輸入浪涌保護(hù)器件 隔離式開(kāi)關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電流。 220V市電經(jīng)整流橋整流以后，變?yōu)榧s 300V 的。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 隔離式高頻開(kāi)關(guān)電源 隔離式開(kāi)關(guān)電源的變換器具有多種形式。信號(hào)的給定則用 PWM 的方式進(jìn)行 D/A 輸出，對(duì) PWM 進(jìn)行二階濾波后，信號(hào)的輸出電壓 Uo=DU，其中 U 為 PWM 波形的高電平值。 MUR3060PT 肖特基二極管正向傳輸損耗低，而且不存在反向恢復(fù)損耗。 功率變換部分：本設(shè)計(jì)選用隔離式開(kāi)關(guān)變壓器，隔離式開(kāi)關(guān)電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件， 并通過(guò) MOSFET 功率管對(duì) 300V 直流電壓進(jìn)行 PWM 斬波，送入到高頻開(kāi)關(guān)變壓器進(jìn)行功率的變換及傳送。 提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案 針對(duì)提高效率的問(wèn)題，使用了如下兩種方案。開(kāi)關(guān)電源的一般結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示 ，本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)不同的方案的對(duì)比得出了最佳方案的設(shè)計(jì)。 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) 6 （ 2）低功耗 隨著各種整機(jī)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)和社會(huì)對(duì)環(huán)保問(wèn)題的日益重視，功耗問(wèn)題逐漸成為關(guān)注熱點(diǎn)，電源管理和電源控制市場(chǎng)成為整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最為活躍 的領(lǐng)域之一，降低電子產(chǎn)品功耗這一需求，將推動(dòng)電源管理器件市場(chǎng)的穩(wěn)步發(fā)展。在開(kāi)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。 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。若保持 n0T 不變，利用改變開(kāi)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(chēng)做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)。 PWM。安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 安徽工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè)： 題 目： 基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源 設(shè)計(jì) 作 者 姓 名 ： 導(dǎo)師及職稱(chēng) ： 導(dǎo)師所在單位： 2020 年 6 月 13 日 汪強(qiáng)：基于單片機(jī)的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì) II 摘 要 本次設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，開(kāi)關(guān)電源在日常生活中應(yīng)用非常廣泛，比如 電視機(jī)、電腦、冰箱以及其他常用的電子產(chǎn)品都需要開(kāi)關(guān)電源，如今是數(shù)字化時(shí)代，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品十分方便，所以在這次設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 Switching power supply。由于 PWM 式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此 PWM 式開(kāi)關(guān)電源用得 較多。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差 放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。合理設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率 ； （ 4）安全可靠。對(duì)于便攜式電源管理，效率尤為重要。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 2 章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 方案論證 開(kāi)關(guān)電源具有較快的發(fā)展，從而產(chǎn)生了不同的設(shè)計(jì)思路?；谏鲜隹紴V及題目的具體要求，本設(shè)計(jì)選用 PWM 調(diào)制方式 [2]。系統(tǒng)框圖如圖 24 所示 安徽工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 輸入電路部分： 首先由一個(gè)壓敏電阻對(duì)輸入的市電進(jìn)行尖峰電壓限幅，然后由一個(gè)扼流線圈對(duì)輸入浪涌電流進(jìn)行限流，再由全橋整流濾波電路將輸入電壓轉(zhuǎn)化成 300V 直流電壓。經(jīng)過(guò)元器件的選型與比較，本設(shè)計(jì)選用 MUR3060PT肖特基二極管。 89C51 單片機(jī)主要是對(duì)功率電路的控制和對(duì)輸出電壓、電流的采樣反饋。 同時(shí)，電源可以自動(dòng)穩(wěn)壓，假定在某一正常狀態(tài)下，輸出為 V0，反饋電壓?jiǎn)?Vf（ Vf=V0）， 用戶(hù)設(shè)定電壓為 Vs，當(dāng) V0=Vs 時(shí)，偏差為 0，單片機(jī)不進(jìn)行脈寬更新，當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)導(dǎo)致輸出增加時(shí)，即 V0Vs 時(shí) ,單片 機(jī)采樣的電壓也增加，單片機(jī)根據(jù)偏差修改占空比使導(dǎo)通時(shí)間變小，從 而使電壓下降，同樣當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)使輸出電壓下降時(shí)，即V0Vs 時(shí)，單片機(jī)修改脈寬使導(dǎo)通時(shí)間變長(zhǎng)，從而使輸出電壓上升，如此循環(huán)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓?，F(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿(mǎn)足國(guó)際市場(chǎng)的需求，所以他們所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源必須要適應(yīng)世 界范圍的交流輸入電壓，通常是 180260v 的范圍。 相電壓有效值： Vline(min) ～ Vline(max)： 220V*（ 15%～ 20%） =176～ 253V 相電壓峰值： 2 Vline(min) ～ 2 Vline(max)： 249～ 358V 整流濾波后直流電壓的最大脈動(dòng)值： Vpp= 2 Vline(min)*（ 20%～ 25%） =50V（單相） 整流濾波后的直流電壓 Vin:（ 2 Vline(min)Vpp）～ 2 Vline(max) 為了保證整流濾波后的直流電壓最小值 Vin(min)符合要求，每個(gè)周期中 Cin 所提供的能量約為： Win= Pinf = PinAf? = =(焦耳 ) 每個(gè)半周期輸入濾波電容所提供的能量為： 2Win =12 Cin[( 2 Vline(min))2Vin(min)2] （ 31） 因此 輸入濾波電容容量為： Cin=Win/(( 2 Vline(min))2Vin(min)2)=713? F （ 32） 上式中，變壓器轉(zhuǎn)換率 ? =70%，由于我們提供的是單相輸入則： A=1，頻率 f=40KHZ。 熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把 NTc(負(fù)溫度系數(shù) )的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過(guò)橋式整 流后的直流線上。比如電網(wǎng)附近有電感性開(kāi)關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時(shí)的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。 上述幾步完成后， 就可以根據(jù)壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 圖 ）表示開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)線圈 N3 繞組兩端輸出電壓經(jīng)全波整流后