【正文】 器的反相輸入在內(nèi)部鉗位于 1V（圖 3— 2— 8）。 圖 323 90W 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 24 圖 324 在欠壓閉鎖期間，對(duì)輸出 驅(qū)動(dòng)器施加了偏壓，以吸收較少量的電流。通常我們通過(guò)測(cè)量該腳是否有穩(wěn)定的 +5V 輸出來(lái)判斷該 IC 是否正常工作。 4 腳外接定時(shí) RC 網(wǎng)絡(luò)，用以確定振 蕩器的工作頻率，其頻率通過(guò)式)( kHzCRf tt?確定。 UC3844 可提供 8 腳雙列直插塑料封裝和 14 腳塑料表面貼裝封裝（ SO14）。 90W 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 21 自動(dòng)前饋補(bǔ)償。這個(gè)適合于驅(qū)動(dòng) N 溝道 MOSFET 或者雙極晶體管開(kāi)關(guān)的輸出級(jí)在關(guān)斷狀態(tài)中為低電平。 基本關(guān)系式 共同關(guān)系式 開(kāi)關(guān) 管 S 導(dǎo)通期間，流過(guò)初級(jí)繞組 Np 的電流1i線性增長(zhǎng)，其增量為： DTLUTLUi inonin 111 ??? （ 231） 式中 T 為開(kāi)關(guān)周期， D 為占空比。采用連續(xù)模式可減小初級(jí)峰值電流 IP 和有效值電流 IRMS，降低芯片的功耗。當(dāng) S 截止時(shí)，初級(jí)感應(yīng)電壓極性反向，使次級(jí)繞組感應(yīng)電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管 D 導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量傳遞給輸出電容 C，同時(shí)給負(fù)載供電，磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來(lái)。由于該方式的開(kāi)關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。 工作原理 開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖 233 進(jìn)行說(shuō)明。 開(kāi)關(guān)電源的基本工作工程： 交流輸入經(jīng)整流濾波變成直流； 控制器輸出高頻 PWM 信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管，將直流電壓斬波成高頻脈沖電壓加到 高頻變壓器初級(jí)繞組上； 高頻變壓器次級(jí)繞組感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載； 反饋環(huán)節(jié)從一部分輸出電壓采樣得到誤差電壓，經(jīng)誤差放大后輸入到控制器，控制占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。與線性穩(wěn)壓電源不同的是，開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)（導(dǎo)通與截至）狀態(tài)。開(kāi)關(guān)工作頻率為 50kHz，輸出 2 路隔離的電壓。當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)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。由于單端反激式開(kāi)關(guān)電源電路簡(jiǎn)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)多路輸出，開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，因此該電源采用單端反激式電路。 VDZ 的穩(wěn)定電壓一般為 22V，需相應(yīng)增加反饋繞組的匝數(shù)，以獲得較高的反饋電壓 UFB，滿足電路的需要。 圖 147 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 一般來(lái)說(shuō)，功率很小的電源（ 1～ 100W）采用電路簡(jiǎn)單、成本低的反激型電路較好；當(dāng)電源功率在 100W 以上且工作環(huán)境干擾很大、輸入電壓質(zhì)量惡劣、輸出短路頻繁時(shí)，則應(yīng)采用正激型電路；對(duì)于功率大于 500W、工作條件較好的電源，則采用半橋或全 橋電路較為合理；如果對(duì)成本要求比較嚴(yán)，可以采用半橋電路；如果功率很大，則應(yīng)采用全橋電路；推挽電路通常用于輸入電壓很低、功率較大的場(chǎng)合。當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，電感 L 儲(chǔ)存能量。電路使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 VT1 和 VT2，兩個(gè)開(kāi)關(guān)管在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替的導(dǎo) 通與截止，在變壓器 T 次級(jí)繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。與此同時(shí)，感應(yīng)電壓給 C1 充電，隨著 C1 充電電壓的增高， VT1 基極電位逐漸變低，致使 VT1 退出飽和區(qū)， Ic 開(kāi)始減小，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(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。這種電路在形式上與單端反激式電路相似，但工作情形不同。所謂的反激，是指當(dāng)開(kāi)關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時(shí)，高頻 變壓器 T初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管 VD1 處于截止?fàn)顟B(tài)，副邊上沒(méi)有電流通過(guò)，能量?jī)?chǔ)存在高頻變壓器的初級(jí)繞組中。本課題主要研究的是輸出兩路隔離電壓的開(kāi)關(guān)電源，研究?jī)?nèi)容如下： 開(kāi)關(guān)電源的種類選擇 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的種類很多，分類方法也有多種。 功率因數(shù)校正，許多國(guó)家也在研究性價(jià)比較高的功率因數(shù)校正技術(shù)。鐵氧體或其他薄膜材料可集成在硅片上等。 溫度升高，等效串聯(lián)電阻（ ESR）加大，導(dǎo)致電容壽命減短，這是普通電解電容的缺點(diǎn)。另外電容等效電路上有一個(gè)串聯(lián)的電感，它在分析電容器的濾波效果，非常重要。電容上的電壓與電流90W 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 3 的積分（稱為安 .秒值）成正比，電感上的電流與電壓的積分（稱為伏 .秒值）成正比，如圖下示，只要電感器電壓變化，其電流斜率也變化；正向電壓使電流從零線性上升；反向電壓使電流線性下降。其特點(diǎn)是流過(guò)其上的電流有“很大的慣性”。只有快速，狀態(tài)轉(zhuǎn)換引起的損耗才小。 2．穩(wěn)壓范圍寬：輸入 AC 或 DC 電壓在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓變化率很小。開(kāi)關(guān)電源主要組成部分是DC— DC 變換器，因?yàn)樗寝D(zhuǎn)換的核心，涉及頻率變換。本設(shè)計(jì)將使用 saber 對(duì)電路結(jié)構(gòu)經(jīng)行仿真對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。系統(tǒng)工作頻率為 52kHz，輸出 2 路隔離的電壓。所以，廣義地說(shuō)，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變稱為另一種形態(tài)的主電路都叫做開(kāi)關(guān)變換器電路；轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)則稱開(kāi)關(guān)電源（ Switching Power Supply）。損耗小使得電子設(shè)備內(nèi)部溫度也相對(duì)較低，避免了元件長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下?lián)p壞，這對(duì)電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性的提升有明顯的作用。電子開(kāi)關(guān)只有快速的開(kāi)通，快速的關(guān)斷這兩種狀態(tài)，并且快速的切換。電感常為儲(chǔ)能元件，也常與電容公用在輸入濾波器和輸出濾波器上，用于平滑電流，也稱它為扼流圈。 在分許電感在線路中工作或繪波形圖時(shí)，不妨考慮下面幾個(gè)特點(diǎn)： （ 1)在電感 L 中有電流 I 流過(guò)是，儲(chǔ)存有DTLUTLUi inonin 111 ???； (2)當(dāng)電感 L 嶺段的電壓 V 不變的時(shí)候，依公式可知，忽略內(nèi)阻 R 時(shí)，電感電流變化率，表明電感電流線性增加； (3)正在儲(chǔ)能的電感器，因?yàn)槟芰坎荒芩矔r(shí)突變，若切斷電感在變壓器原邊回路時(shí)，能量絕大部分經(jīng)變壓器副邊出現(xiàn)的電流輸送至負(fù)載，原，副邊耦合中保持相同的安匝數(shù)，維持磁場(chǎng)不變，活每匝伏 .秒值不變； (4)就像電容器有充，放電 流一樣，電感器也有充，放電電壓。這種等效串聯(lián)內(nèi)電阻在開(kāi)關(guān)電源中小信號(hào)反饋控制上，以及輸出紋波抑制的設(shè)計(jì)上，起著不可忽略的作用。某電容電解液受溫度影響，溫度升高，電阻減小，即電容串聯(lián)電阻減小，則是理想的。m 超薄鈷基非晶態(tài)磁帶，納米結(jié)晶軟磁薄膜也在研究。 新型電容器，研發(fā)適合于功率電源的新型電容器和超大電 容，要求電容量大、等效電阻 ESR 小、體積小等。這使得各種電子設(shè)備不同功能的需要都可以得到滿足。電路中所謂的單端是指高頻變換器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)。 圖 141 單端反激式開(kāi)關(guān)電源 單端正激式開(kāi)關(guān)電源 單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖 142 所示。當(dāng)接入電源后在 R1 給開(kāi)關(guān)管 VT1提供啟動(dòng)電流 ，使 VT1 開(kāi)始導(dǎo)通，其集電極電流 Ic 在 L1 中線性增長(zhǎng)，在 L2 中感應(yīng)出使VT1 基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使 VT1 很快飽和。它屬于雙端式變換電路，高頻變壓器的磁芯工作在磁滯回線的兩側(cè)。 圖 145 降壓式開(kāi)關(guān)電源 升壓式開(kāi)關(guān)電源 升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖 146 所示。降壓式、升壓式、反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的高壓輸出電路與副邊輸出電路之間沒(méi)有絕緣隔離，統(tǒng)稱為斬波型直流變換器。 (b)改進(jìn)型基本反饋電路，只需增加一支穩(wěn)壓管 VDZ 和電阻 R1，即可使負(fù)載調(diào)整率達(dá)到 2%～ +2% 。 單片開(kāi)關(guān)電源的典型應(yīng)用電路分析： 系列單片開(kāi)關(guān)電源的典型應(yīng)用電路如圖 152 所示。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管 VDZ1 和阻塞二極管 VD1組成， VD1 宜采用超快恢復(fù)二極管。 本設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源是采用全控型電力電子器件 MOSFET 作為開(kāi)關(guān)，利用控制開(kāi)關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)整并穩(wěn)定輸出電壓，主電路采用多路輸出單端反激式變換器結(jié)構(gòu)，采用 UC3844控制芯片實(shí) 現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，采用 PC81 TL431 等專用芯片以及其他的電路元件相配合，作為反饋環(huán)節(jié)，使設(shè)計(jì)出的開(kāi)關(guān)電源具有電壓自我調(diào)節(jié)功能。 90W 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 13 第二章 開(kāi)關(guān)電源的原理 開(kāi)關(guān)電源的基本原理 在線性電源中，功率晶體管工作在線性模式，線性電源的穩(wěn)壓是以犧牲調(diào)整管上的耐壓來(lái)維持的，因此調(diào)整管的功耗成為了線性穩(wěn)壓電源的主要損耗。最后這些交流脈沖波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到所需的直流輸出電壓。 +Vout+ 232 隔離式 DCDC 結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)采用方案二。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，稱做脈沖頻率調(diào)制 (PFM)。當(dāng)功率開(kāi)關(guān)管 S 導(dǎo)通時(shí)，直流輸入電 壓in加在初級(jí)繞組上，在變壓器初級(jí)電感線圈中儲(chǔ)存能量，由于次級(jí)繞組感應(yīng)電壓為上負(fù)下正，使二極管 D 反偏截止，次級(jí)繞組中無(wú)電流，此時(shí)電能轉(zhuǎn)化為磁能存儲(chǔ)在初級(jí)電感中。這表明，因?yàn)樵谶B續(xù)模式下，儲(chǔ)存在高頻變壓器中的能量在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)并未全部釋放掉，所以下一開(kāi)管周期具有一個(gè)初始能量。 本設(shè)計(jì)采用不連續(xù)工作模式。在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的電路包括啟動(dòng)電流小于 1mA 的欠壓閉鎖電路一個(gè)精確的基準(zhǔn)（經(jīng)過(guò)休整以在誤差放大器輸入端上提 供高準(zhǔn)確度），用于確保閉鎖操作的邏輯電路，一個(gè)另外還提供了電流限值控制功能的 PWM 比較器，以及一個(gè)專為供應(yīng)或吸收高峰值電流而設(shè)計(jì)的圖騰柱輸出級(jí)。 啟動(dòng)電流低（ 1mA）。 500kHz 工作頻率 1低 RO 誤差放大器 IC 選擇指南： 根據(jù)設(shè)計(jì)所需我選擇了其中的 3844。 3 腳為電流檢測(cè)輸入腳，外接電流檢測(cè)電阻，將流過(guò)初級(jí)繞組上的電流實(shí)時(shí)反饋到控制器，當(dāng) 3 腳電壓等于或高于 1V 時(shí)，電流檢測(cè)比較器輸出高電平，復(fù)位 PWM 鎖存器，從而關(guān)閉輸出脈沖，起到過(guò)流保護(hù)作用。 8 腳為基準(zhǔn)電壓輸出，產(chǎn)生精確的 +5V 基準(zhǔn)電壓，并具有一定的帶載能力，帶載能力可達(dá) 50mA。盡管它所呈現(xiàn)的飽和特性與正常操作時(shí)有所不同，但它仍然能夠很容易的吸收 1mA 的電流，這足以確保 MOSFET 保持關(guān)斷狀態(tài)。 圖 326 UC3844 的電流檢測(cè)的配置如圖 3— 2— 7 所示，電流 — 電壓轉(zhuǎn)換利用接地參考電阻器 Rs在外部完成，在正常工作條件下， Rs 兩端的峰值電壓受控于 E/A（誤差放大器），依據(jù)的公式如下： 式中， Vc=控制電壓 =E/A 輸出電壓。這種方法確保了轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性，而且還提供了上佳的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通常是把發(fā)光器（發(fā)光二極管 LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)如圖 34。其價(jià)格低廉，可廣泛應(yīng)用于精密線性穩(wěn)壓電源和單片精密開(kāi)關(guān)電源中。 當(dāng)控制 IC 輸出一個(gè)導(dǎo)通脈沖到 MOSFET 的柵極時(shí)， MOSFET 飽和導(dǎo)通，變壓器初級(jí)繞組中電流逐漸增加，而此時(shí)初級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使輸出回路的整流二極管截止，次級(jí)繞組中無(wú)電流，能量以磁能的形式存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中。 抑制開(kāi)關(guān)應(yīng)力有兩個(gè)辦法。 輸入整流濾波電路通常由： EMI 濾波器、浪涌電壓電流抑制器、整流器和濾波電容組成。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證陰極電流要大于 1mA，以保證 TL431 正常工作。 PC817 屬于線性光電耦合器，可以傳輸模擬信號(hào)。由于 TL431 本身就是一個(gè)高增益的誤差放大器，因此，在 圖 3— 2— 11 中直接采用腳 1 做反饋，從 UC3844 的腳 8(基準(zhǔn)電壓腳 )拉了一個(gè)電阻到腳 l，腳 2 通過(guò) R18 接地。 2%， E/A 輸出可在引腳 1 上提供（用于外部補(bǔ)償），從而使用戶能夠控制轉(zhuǎn)換器的閉環(huán)頻率響應(yīng)。一旦確定了死區(qū)時(shí)間，則可以準(zhǔn)確的找出與給定死區(qū)時(shí)間相對(duì)應(yīng)的最接近的 Ct 標(biāo)準(zhǔn)值，接著采用 Ct 和振蕩器頻率的關(guān)系曲線，定時(shí)電阻器的阻值可以由下式來(lái)計(jì)算： Fosc（ kHz） =(Rt(k))xCt(uf) UC3844 和 UC3845 具有一個(gè)由振蕩器來(lái)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)部二分頻觸發(fā)器，以提供一個(gè) 50%的最大占空比。 6V 遲滯用于防止在電源排序器件發(fā)生 Vcc震蕩，圖 6 示出了電源電流要求，由于能夠從一個(gè)隔離式轉(zhuǎn)換器的整流輸出實(shí)現(xiàn)高效的自舉，因此啟動(dòng)電流小于 1mA（如圖 3— 2— 3 所示），在正常電路的操作期間， Vcc 利用 D1和 Cin 從輔助繞組 WAUX 產(chǎn)生，然而，在啟動(dòng)的時(shí)候， Cin 必須通過(guò) Rin 充電至 16V 由于啟動(dòng)電流為 1mA，因此 Rin 的阻值最大可以達(dá)到 100K。 7 腳為集成電路的正電源，其開(kāi)啟電壓為 16V，關(guān)閉閥值為 10V。另一個(gè)為內(nèi)部電流感應(yīng)比較器所構(gòu)成的電流閉環(huán)控制回路，變壓器初級(jí)繞組中的電流在反饋電阻 Rs 上產(chǎn)生的壓降，通過(guò)第 3 腳，與誤 差電壓進(jìn)行比較，調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。 具遲滯的欠壓鎖定。 UC3843 和 UC3845 的對(duì)應(yīng)門限為 和 。