【正文】 22112 PILT p? ??? ? （ 2– 11） 占空比 TtD on? ,它是 RCC 設計時決定電路特性的重要參數(shù)。對于 RCC 方式，開關晶體管的集電極電流峰值 cpi 是決定電源的輸出功率之值，它由開關晶體管基極電流 Bi 與晶體管的蓄積時間 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 ， 對于輸入電壓與輸 出電流變動時，保持輸出電壓恒定。因此，必須有最小負載電流，若負載不能保證不開路時，可在輸出端接入假負載電阻 R。 22 圖 210 是幾種過流保護實例。 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 電壓檢測電路 25 第三章 開關電源電路設計 一 、開關電源設計步驟 圖 31所示 是 RCC 的設計程序，現(xiàn)按程序說明如下。 3. 輸入直流電壓 1V 的計算 1V = ～ 4． 一次電流的峰值 PI1 、圈數(shù)比 N 和一次電感 1L 的計算。因此，作為確定導線線經(jīng)的指標，就要考慮導線的電流密 度 dI 。 確定最佳磁芯和線圈時，只能通過實際工作測定變壓器的溫度。 線圈的饒法會影響漏感（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計程序。從 onT 轉(zhuǎn)換到 ofT 時，由于變壓器的漏磁通，致使一部 分電量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈， rV1 就是由這種電量導致的一種波形。s 上 升 時 間 rt 181。但實際上一定要考慮 ofT 時反向漏電流通過的問題。過電壓發(fā)生時首 要任務是保護負載，因此，對于輸出 5V 的開關電源大部分都設有較好的過電壓保護電路，過電壓發(fā)生時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計適宜對效率沒有多大影響，主要時假負載電阻，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)導通的電流，這電流大時，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，開關斷開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 表示開關接通時開關電阻。每當開關工作時也消耗這能量，平均功率損耗與頻率成正比例，這也是開關損耗得一種。這電阻也從較小值（二極管導通時電阻）到較大值（二極管截止時電阻）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 對二極管的耗盡層電容充電，等效電路如 圖 410（ c） 所示。 對于高速開關，開關接通時電阻迅速變小，其結(jié)果在開關中流經(jīng)較大電流浪涌。但是，電流源 ONI 在開關接通時流經(jīng)開關電流為恒定值。 根據(jù)（ 26）式，求得 ? ?1//21w2t ?PPO FF CLR＝? （ 4– 9） VVOFF 150? , AION 2? 時 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，峰值電壓較高。 圖 44 開關元件或二極管中 的寄生電感與電容 （ a）開關； （ b）二極管 圖 45 開關斷開時產(chǎn)生 電壓浪涌的說明 （ a）開關斷開時電路；（ b）等效電路 在 圖 45 所示開關斷開時電路中 ,開關接通時 ,通態(tài)電流 ONI 流經(jīng)開關 ,同 45 時也流經(jīng)寄生電感 .寄生電感 PL 中蓄積能量為 221 ONPL ILW ? （ 4– 1） 開關斷開時 ,這能量對寄生電容 PC 充電 ,開關上產(chǎn)生較大的高頻電壓振動 ,即電壓浪涌 .圖 45(b)是說明開關斷開時產(chǎn)生電壓浪涌機理的等效電路 .在等效電路中電阻 OFFRt 是表示開關斷開的電阻 ,電壓源 OFFV 表示斷開時 ,加在開關兩端電壓。 晶體管到完全導通時的延遲時間隨晶體管而有較大不同，即使上升時間rt 短的晶體管，其中也有很多有較長的延遲時間，為 rt 的 5 ∽ 10 倍。需要耐壓高的二極管時，可采用 PN 結(jié)速復二極管，但這種二極管 的恢復時間為 100ns 以上，如果工作頻率超過 50KHZ 以上時，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。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載電阻為： 26 a x1 ??? dsIVR 負 （ Ω ） 設變壓器漏電感 %51 ??? LL漏 （ 181。設 ?＝＝ ，則 ON 時的損耗 rP 和 OFF 時的損耗fP 可分 別按下式計算。該 C、 R值可參考設計例采用嘗試 法確定。s） 23211 ?? ????? ??? ?PILT P ? （ 181。如顯得過緊時，也可考慮稍增大電流密度的方法?，F(xiàn)計算繞組節(jié)距高 20mm 時，各線圈層數(shù)。 3. 基極線圈的尺寸于一次同，減少了導線種類。 自然冷卻時 dI 以 ，風扇冷卻以 3 ～ 6 A/ 2mm 為宜。電流在輸入電壓 1V 最低和輸出電流 0I 最大時最大，此時變壓器的輸出功率 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 通過線圈的電流計算 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， 基極電路電壓 BV 也需 ，因此 BN 為： 圖 35 基極線圈的設計 30 1 ?????? V NVN BB (匝 ) 設 15?feh ， 則晶體管 VT1 基極電流 BI 為： ??? fePB hII (A) ∴ BI 有效值 2 ?? Bbrms II (A) 下面談談確定線圈用導線（漆包線）的線徑問題。 RCC 在輸出電流減小時頻率會增高，以致達 200KHZ 以上。當輸出電壓為 8V 以下時，檢測電路采用可變串聯(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范圍為 105195V，195V 時的 集電極電流峰值時 105 時的 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，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， 1R 越小， cpi 就越大。 二、簡單的 RCC 方式開關穩(wěn)壓電源 15V/3A 的 RCC 方式開關穩(wěn)壓電源，它由主開關電路、浪涌電壓吸收電路、電壓檢測電路、次級側(cè)整流平滑電路組成。 圖 24 次級側(cè)電壓與電流之間關系 設變壓器輸出功率為 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 導通 , 因此變壓器 1T 的初級線圈 1L 兩 端加上輸入電壓 1V 。 以上這些方式的組合可構(gòu)成多種方式的開關穩(wěn)壓電源，因此，設計時務必弄清各種方式的特性，進行有效的組合，設計出高質(zhì)量的開關穩(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。 對于串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源，輸出對輸入的瞬間響應特性由調(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)，實用時此值可忽略不計。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準電壓比較，其誤差電壓通過放大器放大及控制脈寬 調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導體開關地通斷時間比，從而調(diào)整輸出電壓的大小。 利用數(shù)字控制技術，可以根據(jù)發(fā)送 /接受模式時負載變化量的大小，對升壓 斬波器的通 /斷控制進行連續(xù)模式和不連續(xù)模式的轉(zhuǎn)換，從而提高開關電源的效率并延長電池的壽命。 ⒋ 引人注目的新技術 （ 1） 軟開關方式 軟開關方式包括零電流開關方式、零電壓開關方式及兩者兼用的方式。 ⒊ 元器件性能的改善 （ 1） 功率 MOSFET 隨著電子設備的小型化，大規(guī)模機場電路的性能不斷提高，相應地直流 /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 （ 1） 扼流圈輸入方式 這種 方式是在電源的輸入級增設扼流圈、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)開發(fā)的眾多的磁性元器件。開發(fā)低電壓地集成電路是一種趨勢，因此，低壓大電流地電源顯得非常重要。 目前，世界各國正在大力研制開發(fā)新型開關電源，包括新的理論、新型電路方案于新型功率器件等，以適應各種電子設備的小型化。 功耗小使得電子設備內(nèi)溫升也低，周圍元件不會因長時間工作在高溫環(huán)境下而損壞，這有利于提高整個電子設備的可靠性和穩(wěn)定性。然而，開關頻率達到 MHZ 以上，期待著開發(fā)幾 m? 厚膜 非晶 磁材料。 為防止開關工作產(chǎn)生地噪聲，需要用 RC 或 LC 吸收電路，對于二極管蓄積電 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雜，輸出的紋波電壓較高，瞬間響應較差。雷達、電視及家用電器中的電源逐漸被開關電源取代。 第二部分主要介紹其 工作 原理，第三部分介紹設計步驟。這種穩(wěn)壓器的缺點是承受過載和短路的能力差。開關電源基本上是半導體器件的開關工作，從原理上講是低損耗的，但是半導體開關工作也必然存在著開關損耗，而且損耗隨著開關頻率成比例地增加。諧振開關方式可以極大地提高開關速度，原理上開關損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關電源工作頻率地一種最有效方式。 開關電源的集成化與小型化正在變?yōu)楝F(xiàn)實，目前正在研制開發(fā)主開關與控制電路集成于同一芯片的集成模塊。 ③ 體積小、重量輕 開關穩(wěn)壓電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流，再通過 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 提高開關電源的開關頻率，這些器件就會小型化。除了損耗與開關頻率以外決定開關電源體積的還有構(gòu)成 電源的元器件。開關頻率為 300KHZ、變換效率為90％、輸出電壓為 5V、輸出功率為 100W 的開關電源。不過，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，目前正在開發(fā)之中。而對于這類電容器而言，縮小體積、提高紋波電流和延長壽命，則是永恒的課題。 （ 2） 組件化技術 所謂組件化技術，就是預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，目前已有采用開關方式的小型交流適配器上市。 圖 12 開關穩(wěn)壓電源穩(wěn)定度的說明 在 圖 12 所示的開關穩(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