【正文】 22112 PILT p? ??? ? （ 2– 11） 占空比 TtD on? ,它是 RCC 設(shè)計(jì)時(shí)決定電路特性的重要參數(shù)。對(duì)于 RCC 方式，開(kāi)關(guān)晶體管的集電極電流峰值 cpi 是決定電源的輸出功率之值，它由開(kāi)關(guān)晶體管基極電流 Bi 與晶體管的蓄積時(shí)間 tsg 決定。這種電路如 圖 27 所示，不需要的基極電流分量流經(jīng) 2VT ， 對(duì)于輸入電壓與輸 出電流變動(dòng)時(shí)，保持輸出電壓恒定。因此，必須有最小負(fù)載電流，若負(fù)載不能保證不開(kāi)路時(shí)，可在輸出端接入假負(fù)載電阻 R。 22 圖 210 是幾種過(guò)流保護(hù)實(shí)例。 圖 213 輸出整流波形及其工作波形 24 輸出整流濾波電路是由整流二極管、電解電容和扼流圈組成。 圖 214 電壓檢測(cè)電路 25 第三章 開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì) 一 、開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)步驟 圖 31所示 是 RCC 的設(shè)計(jì)程序，現(xiàn)按程序說(shuō)明如下。 3. 輸入直流電壓 1V 的計(jì)算 1V = ～ 4． 一次電流的峰值 PI1 、圈數(shù)比 N 和一次電感 1L 的計(jì)算。因此，作為確定導(dǎo)線線經(jīng)的指標(biāo)，就要考慮導(dǎo)線的電流密 度 dI 。 確定最佳磁芯和線圈時(shí)，只能通過(guò)實(shí)際工作測(cè)定變壓器的溫度。 線圈的饒法會(huì)影響漏感（漏磁通）的變化，因此要使一次、二次線圈的磁性耦合好。因線圈第二層線圈減少，所以將基極線圈加入該層空余部分。 33 圖 37所示為上述變壓器的設(shè)計(jì)程序。從 onT 轉(zhuǎn)換到 ofT 時(shí)，由于變壓器的漏磁通，致使一部 分電量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈， rV1 就是由這種電量導(dǎo)致的一種波形。s 上 升 時(shí) 間 rt 181。但實(shí)際上一定要考慮 ofT 時(shí)反向漏電流通過(guò)的問(wèn)題。過(guò)電壓發(fā)生時(shí)首 要任務(wù)是保護(hù)負(fù)載，因此，對(duì)于輸出 5V 的開(kāi)關(guān)電源大部分都設(shè)有較好的過(guò)電壓保護(hù)電路，過(guò)電壓發(fā)生時(shí)一般是使振蕩電路停振。 5）扼流線圈的電感不合適，線圈與鐵芯損耗大等。 變壓器與扼流線圈如果設(shè)計(jì)適宜對(duì)效率沒(méi)有多大影響，主要時(shí)假負(fù)載電阻，變壓器與扼流線圈的發(fā)熱而影響效率。 圖 42中 1BI 是為了使晶體管繼續(xù)導(dǎo)通的電流，這電流大時(shí)，發(fā)射極集電極飽和電壓要下降。另外，電路的寄生電阻也包含在 OFFRt 中。 因此，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)以前的電流與寄生電感較大，寄生電容較小。 圖 48（ b） 中電阻 ONRt 表示開(kāi)關(guān)接通時(shí)開(kāi)關(guān)電阻。每當(dāng)開(kāi)關(guān)工作時(shí)也消耗這能量，平均功率損耗與頻率成正比例，這也是開(kāi)關(guān)損耗得一種。這電阻也從較小值（二極管導(dǎo)通時(shí)電阻）到較大值（二極管截止時(shí)電阻）變化，但這里假定為常數(shù)。若由于這反向電流作用，二極管中蓄積能量全部掃出，就形成耗盡層，變?yōu)樽钄喾聪螂娏鞯臓顟B(tài)，這時(shí)二極管中反向電流為 RRI ，則寄生電感 PL ，蓄積能量為 221RRPL ILW ? （ 4– 16） 若二極管變?yōu)樽钄喾聪螂娏鞯臓顟B(tài)，寄生電感中蓄積能量 對(duì)二極管的耗盡層電容充電，等效電路如 圖 410（ c） 所示。 對(duì)于高速開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通時(shí)電阻迅速變小，其結(jié)果在開(kāi)關(guān)中流經(jīng)較大電流浪涌。但是，電流源 ONI 在開(kāi)關(guān)接通時(shí)流經(jīng)開(kāi)關(guān)電流為恒定值。 根據(jù)（ 26）式，求得 ? ?1//21w2t ?PPO FF CLR＝? （ 4– 9） VVOFF 150? , AION 2? 時(shí) OFFRt 作為參數(shù)， PP CL / 從 0 變到 2 OFFRt ，采用（ 29） 式，（ 25）式和（ 7－ 8） 式計(jì)算峰值 電壓 PV 的結(jié)果如 圖 412 所示，由 圖 可知，電阻 OFFRt 較大時(shí)，峰值電壓較高。 圖 44 開(kāi)關(guān)元件或二極管中 的寄生電感與電容 （ a）開(kāi)關(guān)； （ b）二極管 圖 45 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生 電壓浪涌的說(shuō)明 （ a）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路；（ b）等效電路 在 圖 45 所示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)電路中 ,開(kāi)關(guān)接通時(shí) ,通態(tài)電流 ONI 流經(jīng)開(kāi)關(guān) ,同 45 時(shí)也流經(jīng)寄生電感 .寄生電感 PL 中蓄積能量為 221 ONPL ILW ? （ 4– 1） 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí) ,這能量對(duì)寄生電容 PC 充電 ,開(kāi)關(guān)上產(chǎn)生較大的高頻電壓振動(dòng) ,即電壓浪涌 .圖 45(b)是說(shuō)明開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生電壓浪涌機(jī)理的等效電路 .在等效電路中電阻 OFFRt 是表示開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的電阻 ,電壓源 OFFV 表示斷開(kāi)時(shí) ,加在開(kāi)關(guān)兩端電壓。 晶體管到完全導(dǎo)通時(shí)的延遲時(shí)間隨晶體管而有較大不同，即使上升時(shí)間rt 短的晶體管，其中也有很多有較長(zhǎng)的延遲時(shí)間，為 rt 的 5 ∽ 10 倍。需要耐壓高的二極管時(shí)，可采用 PN 結(jié)速?gòu)?fù)二極管，但這種二極管 的恢復(fù)時(shí)間為 100ns 以上，如果工作頻率超過(guò) 50KHZ 以上時(shí)，損耗大不能采用這種二極管。 3）電壓吸收電路參數(shù)不適當(dāng)。F） 1VT 的漏極電流 dsI 為： ????? NII ds （ A） a x1 ??VVdsp 輸出變壓器一次線圈的等效負(fù)載電阻為： 26 a x1 ??? dsIVR 負(fù) （ Ω ） 設(shè)變壓器漏電感 %51 ??? LL漏 （ 181。設(shè) ?＝＝ ，則 ON 時(shí)的損耗 rP 和 OFF 時(shí)的損耗fP 可分 別按下式計(jì)算。該 C、 R值可參考設(shè)計(jì)例采用嘗試 法確定。s） 23211 ?? ????? ??? ?PILT P ? （ 181。如顯得過(guò)緊時(shí)，也可考慮稍增大電流密度的方法?，F(xiàn)計(jì)算繞組節(jié)距高 20mm 時(shí)，各線圈層數(shù)。 3. 基極線圈的尺寸于一次同，減少了導(dǎo)線種類。 自然冷卻時(shí) dI 以 ，風(fēng)扇冷卻以 3 ～ 6 A/ 2mm 為宜。電流在輸入電壓 1V 最低和輸出電流 0I 最大時(shí)最大，此時(shí)變壓器的輸出功率 2P為： 2P = 3= (W) ∴ 21 ?? ????? ??? ?onP TV TPI (A) 電流波形變化如 圖 34所示 ∴ 1I 有效值 611 prms II ? (A) 流入變壓器 15V 線圈的電流 2I 的峰值 pI2 可按下式從輸出電流 0I 求出 圖 34 通過(guò)線圈的電流計(jì)算 322 02 ????? ? II p (A) 有效值為： ?? Prms II (A) 變壓器需要有供給晶體管 1VT 的基極 電流 BI 的基極線圈，因此要算出該線圈的 匝數(shù) BN 如 圖 35，即使輸入電壓 V1 最低時(shí)， 基極電路電壓 BV 也需 ，因此 BN 為： 圖 35 基極線圈的設(shè)計(jì) 30 1 ?????? V NVN BB (匝 ) 設(shè) 15?feh ， 則晶體管 VT1 基極電流 BI 為： ??? fePB hII (A) ∴ BI 有效值 2 ?? Bbrms II (A) 下面談?wù)劥_定線圈用導(dǎo)線（漆包線）的線徑問(wèn)題。 RCC 在輸出電流減小時(shí)頻率會(huì)增高，以致達(dá) 200KHZ 以上。當(dāng)輸出電壓為 8V 以下時(shí)，檢測(cè)電路采用可變串聯(lián)穩(wěn)壓器，如 圖 215(a)所示，輸出電壓???????? ??2101 RRVV ref 。流經(jīng)二極管 1VD 的電流 Si 其峰值較大，如 圖 中所示，但平均 電流小，選用 電流二極管即可，其耐壓等于或大于 CBOV 。 因整流平滑后的直流電壓變動(dòng)范圍為 105195V，195V 時(shí)的 集電極電流峰值時(shí) 105 時(shí)的 2 倍。若輸入電壓升高，輸出電流又下降，它作為 ont 最小值的輸入電壓與輸出電流的界限時(shí)，就不能維持正常的振蕩，產(chǎn) 生如 圖 28 所示的間歇振蕩。 cpi 大小與電阻 1R 有關(guān)， 1R 越小， cpi 就越大。 二、簡(jiǎn)單的 RCC 方式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源 15V/3A 的 RCC 方式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，它由主開(kāi)關(guān)電路、浪涌電壓吸收電路、電壓檢測(cè)電路、次級(jí)側(cè)整流平滑電路組成。 圖 24 次級(jí)側(cè)電壓與電流之間關(guān)系 設(shè)變壓器輸出功率為 2P ,則： 002 IVP ?? fILP p ????? ?2222 21 （ 2– 4） 102 VVVV F ??? （ 2– 5） 式中，η為變壓器的效率。晶體管 1VT 導(dǎo)通 , 因此變壓器 1T 的初級(jí)線圈 1L 兩 端加上輸入電壓 1V 。 以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，因此，設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必弄清各種方式的特性，進(jìn)行有效的組合，設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)穩(wěn) 壓電源。 3． 按控制方式分 1） 脈寬控制方式有它激式與自激式。 對(duì)于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源，輸出對(duì)輸入的瞬間響應(yīng)特性由調(diào)整管的 rbh 為晶體管基極接地工作方式的輸入反饋系數(shù)，實(shí)用時(shí)此值可忽略不計(jì)。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差電壓通過(guò)放大器放大及控制脈寬 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)地通斷時(shí)間比，從而調(diào)整輸出電壓的大小。 利用數(shù)字控制技術(shù)，可以根據(jù)發(fā)送 /接受模式時(shí)負(fù)載變化量的大小，對(duì)升壓 斬波器的通 /斷控制進(jìn)行連續(xù)模式和不連續(xù)模式的轉(zhuǎn)換，從而提高開(kāi)關(guān)電源的效率并延長(zhǎng)電池的壽命。 ⒋ 引人注目的新技術(shù) （ 1） 軟開(kāi)關(guān)方式 軟開(kāi)關(guān)方式包括零電流開(kāi)關(guān)方式、零電壓開(kāi)關(guān)方式及兩者兼用的方式。 ⒊ 元器件性能的改善 （ 1） 功率 MOSFET 隨著電子設(shè)備的小型化，大規(guī)模機(jī)場(chǎng)電路的性能不斷提高，相應(yīng)地直流 /直流變換器地輸出電壓也將降到 1V 以下。 ⒉ 諧波電流印制技術(shù) （ 1） 扼流圈輸入方式 這種 方式是在電源的輸入級(jí)增設(shè)扼流圈、靜噪濾波器或電抗器等，所用元器件數(shù)量最少。與此相適用的是已經(jīng)開(kāi)發(fā)的眾多的磁性元器件。開(kāi)發(fā)低電壓地集成電路是一種趨勢(shì)，因此，低壓大電流地電源顯得非常重要。 目前，世界各國(guó)正在大力研制開(kāi)發(fā)新型開(kāi)關(guān)電源，包括新的理論、新型電路方案于新型功率器件等，以適應(yīng)各種電子設(shè)備的小型化。 功耗小使得電子設(shè)備內(nèi)溫升也低，周圍元件不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫環(huán)境下而損壞，這有利于提高整個(gè)電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。然而，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)到 MHZ 以上，期待著開(kāi)發(fā)幾 m? 厚膜 非晶 磁材料。 為防止開(kāi)關(guān)工作產(chǎn)生地噪聲，需要用 RC 或 LC 吸收電路，對(duì)于二極管蓄積電 荷產(chǎn)生地浪涌電壓要采用非晶體磁性、矩形磁芯地磁吸收電路。但是，由于調(diào)整元件的控制電路比較復(fù)雜，輸出的紋波電壓較高，瞬間響應(yīng)較差。雷達(dá)、電視及家用電器中的電源逐漸被開(kāi)關(guān)電源取代。 第二部分主要介紹其 工作 原理，第三部分介紹設(shè)計(jì)步驟。這種穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是承受過(guò)載和短路的能力差。開(kāi)關(guān)電源基本上是半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)工作，從原理上講是低損耗的，但是半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)工作也必然存在著開(kāi)關(guān)損耗，而且損耗隨著開(kāi)關(guān)頻率成比例地增加。諧振開(kāi)關(guān)方式可以極大地提高開(kāi)關(guān)速度，原理上開(kāi)關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開(kāi)關(guān)電源工作頻率地一種最有效方式。 開(kāi)關(guān)電源的集成化與小型化正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，目前正在研制開(kāi)發(fā)主開(kāi)關(guān)與控制電路集成于同一芯片的集成模塊。 ③ 體積小、重量輕 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流，再通過(guò) 高頻變壓器獲得各種不同交流電壓，這樣就可免去笨重的工頻變壓器，從而節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，使電源體積縮小、重量減輕。若 提高開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率，這些器件就會(huì)小型化。除了損耗與開(kāi)關(guān)頻率以外決定開(kāi)關(guān)電源體積的還有構(gòu)成 電源的元器件。開(kāi)關(guān)頻率為 300KHZ、變換效率為90％、輸出電壓為 5V、輸出功率為 100W 的開(kāi)關(guān)電源。不過(guò)，可用于抑制諧波電流和電磁干擾兩者的混合小型扼流圈和小型電抗器以及專用諧波電流抑制的小型靜噪濾波器，目前正在開(kāi)發(fā)之中。而對(duì)于這類電容器而言，縮小體積、提高紋波電流和延長(zhǎng)壽命，則是永恒的課題。 （ 2） 組件化技術(shù) 所謂組件化技術(shù)，就是預(yù)先將電源中所需使用的直流 /直流變換器、用于諧波電流抑制的功率因數(shù)改善電路、整流平滑電路以及靜噪濾波電路等部分分別制成微型或薄型組件，再根據(jù)用戶需要制作半制定電源，或者根據(jù)用戶需求，和交流 /直流前端電路配合，構(gòu)成適應(yīng)大功率輸出或多路輸出等用途的系統(tǒng)電源。以往的交流適配器采用降壓電路，體積大而且笨重，目前已有采用開(kāi)關(guān)方式的小型交流適配器上市。 圖 12 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源穩(wěn)定度的說(shuō)明 在 圖 12 所示的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中，由于由于反饋放大器的作用，輸出電壓與輸入電壓變化之比為： AV