【正文】 第二章 200W輸出可調(diào)型開關(guān)電源的總體設(shè)計(jì) 工作原理圖2－1是說明開關(guān)電源的框圖和波形圖。此矩形脈沖再經(jīng)濾波電路濾波，即可在負(fù)載兩端產(chǎn)生平滑的直流電壓UO 。電流i1的通路是a→D1→RL→D3→b→a，如圖2－1中實(shí)線箭頭所示，這時(shí)負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波電壓u01?！　　　　　　　　　　　　　　。?－3）二極管在截止時(shí)管子兩端承受的最大反向電壓如圖11－3（e）所示，其大小均為電源電壓u2的最大值。因此要加接濾波裝置，使輸出電壓的脈動(dòng)程度降低。為了得到比較平衡的輸出電壓，一般要求RLC≥（3~5）T/2　　　　　　　　　　　　　　　　 （2－5）式中T是電源交流電壓的周期。圖2－5是圖2－4電路的外特性曲線。（3）次級(jí)可繞制一個(gè)或一個(gè)以上的線圈，以此獲得一個(gè)或多個(gè)輸出。電路中必有一個(gè)續(xù)流二極管，同時(shí)也要注意到變壓器原邊和副邊線圈具有相同的同銘端。也可看出電感電流平均值就與輸出電流I0相等。如果負(fù)載電流I0逐步降低，在L中的波動(dòng)電流最小值剛好為0時(shí)，即定義為臨界情況。圖中CC是支磁復(fù)位繞組P2的分布電容。圖2－7 單端正激開關(guān)電源電感的最大值通常受效率、體積、造價(jià)的限制。由于正激變換器負(fù)載電流低于臨界電流時(shí)輸出電壓升高，因此，應(yīng)使最小負(fù)載電流仍在電感臨界電流值之上。為防止高反壓的出現(xiàn)，設(shè)置“能量再生線圈”P2，經(jīng)二極管D3，使儲(chǔ)存的能量返送回電源VS中。如果寄生電容不夠大，只靠磁耦合鉗位電壓超值時(shí)，?？稍贑C位置外接∨電容補(bǔ)充，以改善其鉗位作用。1. 優(yōu)點(diǎn)（1）　正激變換器的銅損較低。（3）開關(guān)管Tr的峰值電流較低。相反，反激變換器雖然不需要電感，但有開關(guān)管（包括原邊和副邊繞組）和濾波電容紋波電流大的不足。一般從計(jì)算原邊圈數(shù)開始，除了按最大占空比和正常的直流電壓VS來計(jì)算原邊線圈之外，正激變換器與反激變換器設(shè)計(jì)思路非常相似，一般前者原邊匝數(shù)多近1倍。在這里只介紹一種方法。但是考慮到單端正激變換器只使用到BH特性的第一象限，如圖24(b)，為了避免飽和，為剩磁的存在、高溫效應(yīng)，瞬變情況等留一些安全裕量是必要的。②電壓額定值設(shè)市電電壓向上波動(dòng)18%，110V倍壓整流上限值為：由于能量再生繞組工作時(shí)晶體管承受兩倍VS值。 圖2－8 正激變換器副邊回路及電壓響應(yīng)曲線圖28示出正激變換器副邊電路及電壓響應(yīng)曲線。于是，變壓器次級(jí)感應(yīng)出交變電壓；經(jīng)L、C濾波后輸出。它內(nèi)部含有基準(zhǔn)電源，欠壓鎖丁電路、振蕩器、誤差放大器、脈寬比較器、鎖存器，并能實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)和關(guān)閉控制等。SG1525A系列電路的顯著特點(diǎn)是在脈寬調(diào)制比較器的輸出端連接一個(gè)鎖存器，然后再送到雙路輸出的或非門。SG1525A系列電路的輸出端功能為：1端（IN） 誤差放大器反向輸入端；2端（IN+） 誤差放大器同相輸入端；3端（SYN） 同步端； 4端（OUTOSC）振蕩器輸出端：5端（CT） 外接定時(shí)電容； 6端（RT） 外接定時(shí)電阻；7端（DIS） 放電端； 8端（SS） 軟啟動(dòng)端；9端（COMP） 誤差放大器輸出補(bǔ)償端；10端（SD） 關(guān)閉端；11端（OUTA） A輸出端； 12端（GND） 地；13端（UC） 集電極B輸出端； 14端（OUTB） B輸出端；15端（VCC） 電源電壓輸出端； 16端（UREF） 基準(zhǔn)電源輸出端；表3－2額定值參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值電源電壓（Vcc）+40V功耗（TA=+25℃時(shí)）1000mW集電極電源電壓（UC）+40V熱阻（結(jié)至環(huán)境）100℃/W邏輯輸入功耗（在TC=+25℃時(shí)）2000mW模擬電流+UIN熱阻，結(jié)至外殼60℃/W輸出電流（源出或吸入）500mA工作溫度范圍①55℃至150℃基準(zhǔn)電源輸出電流50mA貯存溫度范圍65℃至150℃振蕩器充電電流5Ma引線溫度（焊接時(shí)間10s）300℃①工作溫度范圍 SG1525A/SG1527A 55℃～+125℃ SG1525A/SG1527A 25℃～+85℃ SG1525A/SG1527A 0℃～+70℃表3－3推薦工作條件參數(shù)數(shù)值參數(shù)數(shù)值電源電壓（+VCC）+8V至+35V吸入（源出）負(fù)載電流（峰值）0至400mA集電極電源電壓++35V基準(zhǔn)電源輸出電阻0至20mA吸入/源出負(fù)載電流（穩(wěn)態(tài)）0至100mA震蕩器頻率范圍100Hz至400KHz振蕩器定時(shí)電阻2000至15000歐姆振蕩器頻率范圍0至500歐振蕩器定時(shí)電容 功率MOSFET功率場(chǎng)控制管簡稱功率MOSFET，它是一種單極型的電壓控制器件，不但有關(guān)斷能力，而且有驅(qū)動(dòng)功率小，工作速度高，無二次擊穿問題，安全工作區(qū)寬等顯著優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻與高耐壓較困難，目前已研制開發(fā)電流為100A，電壓為1000V的功率MOSFET模塊。圖35 功率MOSFET的輸出特性（2）通態(tài)電阻通態(tài)電阻是影響最大輸出的重要參數(shù)，在開關(guān)電路中它決定了信號(hào)輸出幅度與自身損耗。在工業(yè)應(yīng)用中，常將漏極短接條件下ID等于1mA時(shí)的柵極電壓定義為閾值電壓。（6）柵極電荷特性圖3－6示出功率MOSFET的柵極電荷特性，按照電荷量劃分為三個(gè)區(qū)域。開通時(shí)間tON與功率MOSFET的閾值電壓，柵源間電容CGS和柵漏間電容CGD有關(guān)，也與信號(hào)源的上升時(shí)間和內(nèi)阻的影響。⑤很多情況下，不能原封不動(dòng)地用于雙極型晶體管的自激振蕩電路。本節(jié)主要以DC/DC類電源為例，介紹開關(guān)電源的性能測(cè)試方法。負(fù)載電流可保持為額定范圍內(nèi)的任意值。電壓穩(wěn)定度和下面的負(fù)載穩(wěn)定度、效率等都在預(yù)熱和輸出穩(wěn)定后進(jìn)行測(cè)試。將輸入電壓分別設(shè)置在標(biāo)稱值、標(biāo)稱值下限和標(biāo)稱值上限駱測(cè)出兩個(gè)輸出電壓：額定負(fù)載電流時(shí)測(cè)得U0，空載或50%額定負(fù)載時(shí)測(cè)得U01。注意：η隨負(fù)載變化。圖53 暫態(tài)波形用示波器觀測(cè)并記錄輸出電壓的恢復(fù)時(shí)間時(shí)，同時(shí)可測(cè)出過沖幅度。定時(shí)元件RT、CT接規(guī)定的最大值（最小值），電源端施加規(guī)定的電壓，用接在振蕩器輸出端的頻率計(jì)測(cè)出輸出脈沖的頻率fmin（fmax）。用示波器測(cè)量器件的驅(qū)動(dòng)器的輸出脈沖周期T。使我對(duì)問題認(rèn)識(shí)由無到有。電源端施加規(guī)定的電壓。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，RT、CT的精度應(yīng)在1%以內(nèi)。試驗(yàn)時(shí)，模擬過壓、過流等故障的產(chǎn)生和恢復(fù)，檢查保護(hù)電路是否按規(guī)定動(dòng)作。測(cè)量線路見圖4－2。　　　　　　　　　　　　　　?。?－2）式中，ΔU0＝U0－U01。負(fù)載穩(wěn)定度也常稱作負(fù)載調(diào)整率、負(fù)載效應(yīng)等。然后，以它們計(jì)算出額定負(fù)載和空載時(shí)的電壓穩(wěn)定度，取最大值作為電源的電壓穩(wěn)定度SU。一、電壓穩(wěn)定度電壓穩(wěn)定度是僅由輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸入電壓的最大相對(duì)變化量。⑦開關(guān)速度快而產(chǎn)生噪聲，容易使驅(qū)動(dòng)電路誤動(dòng)作。圖3－8 功率MOSFET的輸入電壓與輸出電壓對(duì)應(yīng)的波形⑻正向偏置安全工作區(qū)功率MOSFET的正向偏置安全工作區(qū)（FBSOA）如圖3－9所示。根據(jù)斜率CGS＋CGD＝dQg/dUGS可計(jì)算出不同偏置條件時(shí)電容大小。（5）功率MOSFET的電容功率MOSFET的柵極有絕緣層，極間存在著絕緣電容。不必要時(shí)若用高電壓驅(qū)動(dòng)，會(huì)對(duì)電容過充電，使關(guān)斷時(shí)間變長，這點(diǎn)需要注意。功率MOSFET的漏極電流上升時(shí)間（tr）與柵源極間電壓UGS變化趨勢(shì)一致。這樣它可保證每周期內(nèi)只有PWM比較器送來的單脈沖，而將誤差放大器上的噪音、振鈴及系統(tǒng)所有的跳動(dòng)或振蕩消除掉。同步輸入可使主電路帶幾個(gè)從電路同步工作，單個(gè)電路可由系統(tǒng)外的時(shí)鐘同步。圖中RR1C9與SG1525A配合，形成限流電路，防止電源的輸出電流超過額定的輸出電流。若R187。故：Vce=2VS+=　　　 （2－13） 尚須設(shè)計(jì)正確的基極驅(qū)動(dòng)小型以及緩沖器網(wǎng)絡(luò)，使集電極電流在高電壓Vce出現(xiàn)之前，IC已降到零，否則有二次擊穿(雙極型晶體管)的可能。這種小于最佳磁感應(yīng)強(qiáng)度值的設(shè)計(jì)法，叫“飽和限制法”。（1）根據(jù)輸出功率選擇磁芯P0=40?5=200(W)考慮6%的余量。為了補(bǔ)償這個(gè)缺陷，控制線路就能把占空比調(diào)到最大。反激變換器適用在功率較小的場(chǎng)合。（4）因?yàn)榧y波電流小，波電壓小。因此，銅損較小。會(huì)使得輸出電壓線上有VS電壓紋波頻率調(diào)制的電壓分量，所以要小心地選用附加電容CC。為了避免在P1和P2間存在的漏電感過大和因此產(chǎn)生的晶體管集電極的電壓過高，一般采用原邊繞組P1與能量再生線圈P2雙線并繞的方法。若有負(fù)載為0的情況時(shí)，則只能加固定電阻作為假負(fù)載，以求得電壓的穩(wěn)定。從性能角度看，L過大則限制了負(fù)載出現(xiàn)較大瞬時(shí)變化時(shí)輸出電流的最大變化率。L值的另一限制因素將出現(xiàn)在應(yīng)用于多輸出電壓的情況。否則，為連續(xù)狀況。當(dāng)輸入電壓及占空比固定時(shí)，輸出電壓與負(fù)載電流無關(guān)。一般電感量越大越好，使得IP較小。而且，變壓器泄漏電感還可能在電路內(nèi)導(dǎo)致高的電壓尖峰脈沖。與無電容濾波時(shí)相比，外特性曲線變化較大，即外特性較差。流過二極管的電流幅值增加而形成較大的沖擊電流。本節(jié)著重分析電容濾波電路。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)較小，管子承受的反向電壓較低，變壓器的利用諧調(diào)。電流i2的通路是b→D2→RL→D4 →a→b，同樣，在負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓u02。ton越長，UO越大。開關(guān)串聯(lián)在電源的輸入和負(fù)載之間，構(gòu)成串聯(lián)型的電源電路。 環(huán)境條件規(guī)定的使用溫度范圍隨使用場(chǎng)所不同而異，一般為－5℃~50℃，保存溫度一般為－25℃~75℃。時(shí)要根據(jù)負(fù)載條件而定，以免引起振蕩等故障。（c）欠壓保護(hù)在輸出電壓達(dá)到規(guī)定