【正文】 導(dǎo)通，電流 信號(hào)源正端（下端） 經(jīng) D2→ RL → D4 回到 信號(hào)源負(fù)端（ 上端 ） ，在負(fù)載 RL 上得到另一半波整流電壓。 （ 2）電感的選擇： 電感 的 選 擇 原則 —— 從以下幾個(gè)方面考慮：第一，磁芯材料的頻率范圍要寬，要保證最高頻率在 1GHz，即在很寬的頻率范圍內(nèi)有比較穩(wěn)定的磁導(dǎo)率。 圖 31 沖擊電流抑制電路原理圖 輸入濾波電路設(shè)計(jì) 輸入濾波電路有兩種作用：其一，是防止輸入電源噪聲 竄入 電路中 ；其二，是抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲反饋到輸入電源。 沖擊電流抑制電路有多種實(shí)現(xiàn)方式，如串聯(lián)電阻方式、功率熱敏電阻方式、雙向晶閘管開關(guān)元件方式和晶閘管方式， 本次設(shè)計(jì)電路采用功率熱敏電阻方式。 輸入電路設(shè)計(jì) 本開關(guān)電源的輸入電路包括沖擊電流抑制電 路、 輸入濾波電路、輸入整流電 路三部分。 (7)簡(jiǎn)化了反饋電路的設(shè)計(jì)。這是因?yàn)殡姼兄?電流脈沖的幅值是與直流輸出電流的平均值成比例的，因而電感的延遲作用就沒有了。在 電流控制型 DC/DC 變換 器中，由于內(nèi)環(huán)采用了直接的電流峰值控制技術(shù)，它可以及時(shí)、準(zhǔn)確地 檢測(cè)輸出或變壓器以及開關(guān)管中的瞬態(tài)電流，自然形成了逐個(gè)電流脈沖檢測(cè)電路。電流信號(hào) Vs 跟誤差放大器的輸出電平 Ve 進(jìn)行比較 ， 輸出脈沖與 OSC 信號(hào) （時(shí)鐘信號(hào)） 加到脈寬調(diào)制鎖存電路 得到開 關(guān) 管控制信號(hào) Vc 來控制開關(guān) 管 的 導(dǎo)通 時(shí)間。 電壓控制型開關(guān)電源是一個(gè)二階系統(tǒng)，它有兩個(gè)狀態(tài)變量，即輸出濾波電容器上的電壓和輸出濾波電感中的電流。設(shè)計(jì)者要知道各種控制方式之間細(xì)微的差別。 但 PWM 調(diào)制方法具有線性調(diào)整率較差、輕負(fù)載時(shí)效率低等缺點(diǎn)。 它基于恒寬變頻 CWVF 的調(diào)制脈沖去控制功率管的導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。 其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路較復(fù)雜，原因是目前 PNP 型或 P 溝道半導(dǎo)體器件的耐壓不能滿足要求，故 S1～ S4均選 用同類型的器件，故需要四組彼此絕緣的驅(qū)動(dòng)電路。圖中電容 C1 和 C2 將 Ui 分成相等的兩半，開關(guān) S1 和 S2 輪流導(dǎo)通。鉗位線圈有兩個(gè)作用，一是將 S兩端的自感應(yīng)電壓限制在 2Ui 以下，二是使變壓器的磁通復(fù)位。開關(guān) S 和二極管 D 總是交替導(dǎo)通或截止，故稱之為反激式。 圖 22 Boost 變換器 反轉(zhuǎn)型（ BuckBoost 變換器） 其電路結(jié)構(gòu) 框圖 如圖 23 所示。與此同時(shí)，二極管 D因電感 L 產(chǎn)生的自感應(yīng)電壓（極性左負(fù)右正）而導(dǎo)通，為電感中的電流 IL 提供通路，使之 續(xù)流，故將二極管 D稱為續(xù)流二極管。此外，該公司最近還研制成功 NCP1200 型單片開關(guān)電源以及 NCP1650 型功率因數(shù) 校正器專用集成電路 ]5[ 。 MC33370 包括MC33369～ MC33374 等 6 種規(guī)格、 17 種型號(hào)。 80 年代初，意－ 法半導(dǎo)體有限公司 (SGSThomson，簡(jiǎn)稱 ST)率先推出 L4960 系列單片開關(guān)式穩(wěn)壓器。當(dāng)穩(wěn)壓電路、高壓電路、負(fù)載等出現(xiàn)故障或短路時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，其保護(hù)功能靈敏、可靠 ]2[ 。 （ 2） 穩(wěn)壓范圍寬。 圖 12 開關(guān)電源的基本構(gòu)成 線性穩(wěn)壓電源與開關(guān) 電源比較 經(jīng)過上面簡(jiǎn)單的介紹 ，我們可以得出線性穩(wěn)壓電源與開關(guān) 電源的各種性能比較 如下表12 所示。另外，由于線性穩(wěn)壓電源中變壓器是工頻變壓器，其工作頻率低，所以體積大，重量大，而且由于頻率低，線路中所使用到的濾波電容和電感體積也很大 所以， 線性穩(wěn)壓電源的主要 問題就是：功耗大、效率低、體積大、重量大 ，所以在便捷式電子產(chǎn)品，如筆記本電腦，儀器儀表中不適合使用線性穩(wěn)壓電源 ]3[ 。 開關(guān)電源的發(fā)展及方向 開關(guān)電源的發(fā)展經(jīng)歷了從線性電源、相控電源到開關(guān)電源的發(fā)展歷程，由于開關(guān)電源具有功率轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)壓范圍寬、功率密度比大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，從而取代了相控電源，成為通信電源的主體，并向著高頻小型化、高效率、高可靠 性 的方向發(fā)展。 49 開關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 5 第 一 章 緒論 目前空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、雷達(dá)、電視機(jī)及家用電器中的電源已經(jīng)漸漸地被開關(guān)電源取代。 36 整機(jī)電路工作過程解析 29 輸出電路設(shè)計(jì) 10 PWM(Pulse width Modulation)調(diào)制方法 1 線性穩(wěn)壓電源 本文除了完成原理分析和理論設(shè)計(jì)外，還得到了由本電源電路圖（附錄 1）加工而成的實(shí)物電源，并對(duì)實(shí)物電路進(jìn)行測(cè)試，分析和總結(jié)。該電源電路采用脈寬調(diào)制型（ PWM）、電流控制模式、單端反激式工作原理，設(shè)計(jì)電路中還考慮了各種保護(hù)電路。其次詳細(xì)地對(duì)比介紹了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制方法、控制方式的不 同特點(diǎn)。 1 開關(guān)電源的發(fā)展及方向 6 變壓器耦合式直流變換電路 16 沖擊電流抑制電路設(shè)計(jì) 17 輸入整流電路的設(shè)計(jì) 19 變壓器設(shè)計(jì) 23 開關(guān)管的選擇 31 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34 脈寬調(diào)制電路解析 35 輸出電路解 析 46 參考文獻(xiàn) 允許的環(huán)境溫度也可以大大提高。 在線性穩(wěn)壓電源中，電壓調(diào)整部分的晶體管等電子器件是工作于放大狀態(tài)，其作用相當(dāng)于一個(gè)阻值大小受誤差電壓控 制的可變電阻。 檢測(cè)電路通過對(duì)輸出直流電壓的取樣并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，可以得到一個(gè)反映輸出電壓變化的誤 差控制電壓送到控制電路。 開關(guān) 電源的優(yōu)越性 開關(guān) 電源的優(yōu)越性主要表現(xiàn)在： （ 1） 功耗小。 開關(guān) 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 直 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福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 硅鋼片，使電源體積縮小、重量減輕。 1977 年國外首先研制成功脈寬調(diào) 制 (PWM)控制器集成電路，如美國摩托羅拉 (Motorola)公司、 Silicon General 公司、Unitrode 公司等相繼推出一批 PWM 芯片，典型產(chǎn)品有 MC3520， SG3524， UC3842。 其第一代產(chǎn)品為 1994 年問世的 TOPSwitch 系列，第二代產(chǎn)品則是 1997 年問世的 TOPSwitchII 系列 ，第三代和第四代產(chǎn)品是在 2020 年 1 月和 11 月相繼推出的 TOPSwitchFX、 TOPSwitchGX系列的單片開關(guān)電源。該公司還開發(fā)出 TEA150 TEA150 TEA1562 TEA156 TEA156 TEA156 TEA156 TEA1569 等型號(hào)的單片開關(guān)電源，最大輸出功率可達(dá) 125W。當(dāng)開關(guān) S閉合時(shí)， Ui 產(chǎn)生的電流 Ii經(jīng)過電感 L流入負(fù)載及電容 C。因?yàn)?S 閉合時(shí)其兩端電 壓為零，故二極管 D不導(dǎo)通，負(fù)載中的電流 IL 為零。 單端反激式變換電路 單端反激式變換電路，是指它的電路形式與功率放大電路中的單端甲類放大 相似，它福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 們的變壓器鐵芯（或磁芯）僅工作于磁滯回線的一側(cè)，并且初級(jí)線圈只有一個(gè)接地端（稱為冷端）和一個(gè)非接地端（稱為熱端）。當(dāng) S斷開時(shí)，續(xù)流二極管 D2 導(dǎo)通， L 中的能量向負(fù)載釋放，保證負(fù)載中電流連續(xù)。作為開關(guān)的電子器件要承受 2Ui 的峰值電壓，這種 電路輸出功率較大，可達(dá) 500W以上。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 圖 27 半橋式變換器原理框圖 全橋式變換電路 全橋式變換電路的工作方式類似于功率放大電路中的 BTL（橋式推挽電路）， 其原理框 圖 如圖 28 所示。其中 Ton 為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間， Toff 為開關(guān)管截止時(shí)間， T為開關(guān)周期。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 圖 210 PFM 調(diào)制方法原理框圖 PSM(Pulse Skip Modulation)調(diào)制方法 圖 211所示 為 PSM調(diào)制方法的工作原理 及波形示意 圖。 但是其輸出紋波大，輸入電壓調(diào)整能力差。當(dāng) 輸出電壓下降 時(shí)，脈沖寬度增大， 增加導(dǎo)通時(shí)間 ， 使輸出電壓升高； 反之， 輸 出脈沖寬度 變窄 ， 減少導(dǎo)通時(shí)間，使輸出電壓下降， 從而 達(dá)到使輸出電壓穩(wěn) 定 的目的 。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 212 電壓控制方式原理框圖 電流控制方式 針對(duì)上述電壓型控制 方式 的缺點(diǎn)，最近十幾年發(fā)展起來了電流型控制技術(shù)。但是只要電流信號(hào) 達(dá)到了預(yù)定的幅度，電流控制回路就動(dòng)作，使得 控制 脈沖寬度發(fā)生改變，保證輸出電壓的穩(wěn)定。 在半橋、全橋和推挽變換器中，電壓型控制不能完全克服偏磁現(xiàn)象 ， 電流 控制 型 可以自動(dòng)解決磁通不平衡的問題， 這是因?yàn)樗?的內(nèi)部電流環(huán) 使 得即使電流脈沖寬度不同， 幅值 也 肯定相同。電流控制方 式在每個(gè)周期都限定功率管峰值電流，能徹底杜絕磁通量失衡。該電源提供單組 ， 34W 的穩(wěn)定輸出。 沖擊電流抑制回路實(shí)例如圖 31 所示。而當(dāng)電流的熱效應(yīng)使 NTC 熱敏元件的溫度升高， NTC 阻值急劇下降時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的電流限制作用會(huì)較小。 共模電感 L L2 和電容 C C3 進(jìn)行 第二級(jí)濾波。所以，本文設(shè)計(jì)的整 流回路就是 典型的 電容輸入型橋式全波整流電路，其原理圖如圖 33 所示。 （ 1） 具體選擇整流 橋時(shí)，應(yīng)考慮的主要參數(shù)是：正向平均電流 DI ，浪涌電流 FSMI ，直流擊穿電壓 RV ，預(yù)期的耗散功率 DP ， 即每個(gè)二極管要滿足： RV ≥ )(max)( ppinV ? DI ≥ )(max)(DCinI FSMI ≥ 5DI （ 2） 輸入 濾波 電容由輸出保持時(shí)間以及直流輸入電壓要求的紋波大小決定，而且流經(jīng)電容的紋波電流 應(yīng) 在電容允許值范圍內(nèi)。 圖 33 輸入整流電路原理圖 變換電路設(shè)計(jì) 通過第 2 章中對(duì)各種不同變換器比較，我們知道單端反激式變換器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠、 成 本低，輸出功率一般為幾瓦到一百多瓦，適合于低功率輸出的開關(guān)電源 。開關(guān)管截止瞬間發(fā)生的作為初級(jí)繞組的電壓加到開關(guān)管的漏源極，這種電壓與初級(jí)繞組的阻抗成比例，非常大，就有可能損壞開關(guān)管。 另外，工作于電流斷續(xù)模式時(shí)，由于變壓器電感量 較小，體積可以做得小一些 ； 而工作于電流連續(xù)模式，變壓器體積一般會(huì)較大。 可由 AwAe 法求出所要鐵芯： 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 )10(jowppew KKB ILAA ?? ???? （ 39） 在上式中， Aw 為磁芯窗口面積，單位為 cm2 ； Ae 為磁芯截面積，單位為 cm2 ； Lp 為原邊電感量，單位為 H； Ip2 為原邊峰值電流，單位為 A； Bw 為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為 T； Ko 為窗口有效使用系數(shù)，根據(jù)安規(guī)的要求和輸出路數(shù)決定，一般 為 ～ ； Kj 為電流密度系數(shù)，一般取 395A/cm。其中，輔助功能包括過流、過壓的檢測(cè)和保護(hù)、遙控信號(hào)等。如果輔助電源不給控制電路供電，主變換器將不工作。 福州大學(xué)本科生