【正文】 （）式（）中次級(jí)整流管的最大反向峰值電壓2U（BR）S由式（）決定： （）單片開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓Uo=24V，最大連續(xù)輸出電流IOM=，最大輸出功率POM=50W。20A以下的快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極管大多采用TO220封裝。然后整流管上流過(guò)反向電流iR，并且iR逐漸增大；在 t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向電流IRM。鉗位時(shí)間定義為從零伏達(dá)到反向擊穿電壓最小值所需要的時(shí)間。有關(guān)系式UCUBUR。常見(jiàn)的封裝形式有DO－4A27K、A37K，它們?cè)?5 ℃以下的額定脈沖功率分別為2W、5W、15W，在25 ℃、1/120s條件下可承受的浪涌電流分別可達(dá) 50A、80A、200A。電流密度J=4~10A/mm178。需要指出，當(dāng)DSm﹥。Np=83匝，Lp= μH，磁芯不留間隙時(shí)的等效電感AL=178。若J﹥10 A/mm2，應(yīng)選用較粗的導(dǎo)線并配以較大尺寸的磁芯和骨架，使J﹤10 A/mm2。由于次級(jí)繞組上還存在導(dǎo)線電阻，也會(huì)形成壓降，實(shí)取Ns=15匝。EE型磁芯的價(jià)格低廉，磁損耗低且適應(yīng)性強(qiáng)。一般來(lái)說(shuō)，TJ應(yīng)在25℃到100℃之間，才能使開(kāi)關(guān)電源長(zhǎng)期正常運(yùn)行。與此同時(shí)，初級(jí)漏感也釋放能量，并在漏極上產(chǎn)生尖峰電壓UL。177。5改進(jìn)型基本反饋電路177。輸入濾波電容的容量是開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要參數(shù)。如美國(guó)電源集成公司（Power Integrations Inc， 簡(jiǎn)稱PI公司或Power公司）推出的TOPSwitchII器件就是其中的代表。VD2為次級(jí)整流管，COUT是輸出端濾波電容。高頻變壓器在電路中具備能量存儲(chǔ)、隔離輸出和電壓變換著三種功能。電路啟動(dòng)時(shí)，由漏極經(jīng)內(nèi)部高壓電流源為C腳提供工作電壓Vc。此外還有DIP8封裝和SMD8封裝，它們都有8個(gè)管腳，但均可簡(jiǎn)化成3個(gè)，兩者區(qū)別是DIP8可配8腳IC插座，SMD8則為表面貼片，后者不許打孔焊接。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。然而，開(kāi)關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)1955年美國(guó)羅耶（GH該公司于90年代又推出了L4970A系列。在21世紀(jì)，隨著各種不同的單片開(kāi)關(guān)電源芯片及其電路拓?fù)涞膽?yīng)用和推廣，單片開(kāi)關(guān)電源越來(lái)越體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值和美好前景。t do without the participation and support of the technology of the power from daily life to most advanced science, and the power technology and the power industry have very important function in raising the level of a country39。在這方面我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家的差距很大，作為一個(gè)電源工作者，不僅要設(shè)計(jì)出國(guó)際或國(guó)內(nèi)先進(jìn)的電源，還要考慮到電源的適應(yīng)性以及電源的成本。只有具有先進(jìn)性能的電源，加上合理的制作成本，才能使我國(guó)的電源產(chǎn)業(yè)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家。s labor productivity, namely improve an output level of national unit39。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展簡(jiǎn)況開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，使用時(shí)需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制作低壓輸出（～40V）、大中功率（400W以下）、大電流（～10A）、高效率（可超過(guò)90%）的開(kāi)關(guān)電源。Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端，1957年美國(guó)查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國(guó)科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是研究TOPSwitchII開(kāi)關(guān)電源以及相關(guān)的PCB設(shè)計(jì)制作，力圖使電路簡(jiǎn)單且易于調(diào)試，盡最大可能的方便用戶的使用。 TOPSwitchII的管教排列圖TOPSwitchII的三個(gè)管腳分別為控制信號(hào)輸入端C（CONTROL）、主電源輸入端D（DRAIN）、電源公共端S（SOURCE），其中S端也是控制電路的基準(zhǔn)點(diǎn)。（實(shí)際電路中C腳外部應(yīng)接入電容，以電容的充電過(guò)程控制Vc逐步升高，以完成電路的軟啟動(dòng)過(guò)程），其PWM反饋控制回路由Rc、比較器A1和F1等元件組成，控制極電壓Vc為控制電路提供電源，同時(shí)也是PWM反饋控制回路的偏置電壓，A2輸出高電平，與此同時(shí)PWM控制電流經(jīng)電阻R與振蕩器輸出的鋸齒波電流分別輸入PWM比較器A4的+/輸入端，這時(shí)因反饋電流較小從A3反向端輸入的鋸齒波信號(hào)經(jīng)門(mén)電路G3和G4送至RS觸發(fā)器B2的復(fù)位端+在鋸齒波信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的共同作用下RS觸發(fā)器的輸出端Q被置為高電平，門(mén)極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（PWM信號(hào)）經(jīng)G6，G7兩次反相，送到開(kāi)關(guān)管F2的柵極，開(kāi)關(guān)管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，A2輸出高電平驅(qū)動(dòng)電子開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制電路的供電切換至內(nèi)部電源；正常工作時(shí)TOPSwitch器件通過(guò)外圍電路形成電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。由圖可見(jiàn)，高頻變壓器觸及繞組Np的極性（同名端用黑圓點(diǎn)表示），恰好與次級(jí)繞組Ns、反饋繞組NF的極性相反。目前國(guó)際上流行采用配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。TOPSwitchII器件集PWM信號(hào)控制電路及功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）于一體，只要配以少量的外圍元器件，就可構(gòu)成一個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、性能穩(wěn)定、制作及調(diào)試方便的單端反激式單片開(kāi)關(guān)電源。CIN值選的過(guò)低，會(huì)使UImin的值大大降低，而輸入脈動(dòng)電壓UR卻升高。5177。表2 確定CIN、UImin值u/VPo/W比例系數(shù)/（μF/W）CIN/μFUImin/V固定輸入：100/115已知2~3（2~3）由于上述不利情況同時(shí)出現(xiàn)，極易損壞芯片，因此需給初級(jí)增加鉗位保護(hù)電路。(9) 初級(jí)電感量Lp的計(jì)算在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，由初級(jí)傳輸給次級(jí)的磁場(chǎng)能量變化范圍是189。若采用三重絕緣線，則選EF30型磁芯。(12) 計(jì)算初級(jí)匝數(shù)Np （）已知Ns=15匝，UOR=135V，Uo=24V，UF1=，將這些值一同帶入式（），可求得Np=，實(shí)取83匝。若J﹤4 A/mm2，宜選較細(xì)的導(dǎo)線和較小的磁芯骨架，使J﹥4 A/mm2，亦可適當(dāng)增加NS的匝數(shù)。一并代入式（）得到，δ=。與單股粗導(dǎo)線繞制方法相比，雙線并饒能增大次級(jí)繞組的等效橫截面積，改善磁場(chǎng)耦合程度，減少磁場(chǎng)泄感及漏感。5960變壓器次級(jí)繞組設(shè)計(jì)參數(shù)61ISPA次級(jí)繞組峰值電流62ISRMSA次級(jí)繞組有效值電流63IOA直流輸出電流64IRIA輸出濾波電容上的紋波電流6566SSminmm178。、（mm）等規(guī)格。IP是瞬時(shí)脈沖峰值電流。TVS的鉗位時(shí)間極短，僅1ns，所能承受的瞬態(tài)脈沖峰值電流卻高達(dá)幾十至幾百A。此后反向電流逐漸減小，并且在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管兩種。已知高頻變壓器的初級(jí)匝數(shù)NP=83匝，次級(jí)匝數(shù)Ns=15匝，直流輸入電壓最大值UImax=375V（對(duì)應(yīng)于交流輸入電壓最大值umax=265 V）。 輸出濾波電容的選取輸出濾波電容C2上的紋波電流很大，在前面已求出IRI=，進(jìn)而求出C2上的功率損耗 （）式（）中r0為濾波電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）。 控制端電容及串聯(lián)電阻的選擇控制端電容一般取47μF/10V，普通電解電容器即可。TL431的電壓溫度系數(shù)αT=3010－6／℃（即30ppm／℃）。TL431的電路符號(hào)和基本接線如圖2所示。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開(kāi)關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流IC與直流輸入電流IF的百分比。這是其重要特性。 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的選擇(1) 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的原理及特點(diǎn)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲（ResettableFuse）的英文縮寫(xiě)為RF。由于聚合物能將導(dǎo)電鏈緊密地束縛在晶狀結(jié)構(gòu)上，因此常態(tài)下的電阻非常低，僅為零點(diǎn)幾Ω左右。它屬于高分子聚 合物－導(dǎo)體，而PTC元件是由鈦酸鋇與稀土元素?zé)Y(jié)而成的陶瓷材料；此外PTC元件在常溫下的電阻值較大，不適合作保險(xiǎn)絲使用。 輸出過(guò)電壓保護(hù)電路 輸入欠電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。Css可限制光耦合器中LED導(dǎo)通時(shí)的尖峰電流，進(jìn)而限制占空比。單片開(kāi)關(guān)電源須采用線性光耦合器，要求CTR=80％～160％，可取中間值120％。In(Ic2/Is) () 式中，k為波爾茲曼常數(shù)，T為環(huán)境溫度(用熱力學(xué)溫度表示)，q是電子電量。T/R3=(℃)25℃/= 恒流準(zhǔn)確度為：γ=(I＇OHIOH/IOH) 采用繼電器的限流保護(hù)電路電路電源接通瞬間，輸入電壓經(jīng)整流（D1～D4）和限流電阻R1對(duì)濾波電容器C1充電，防止接通瞬間的浪涌電流，同時(shí)輔助電源Vcc經(jīng)電阻R2對(duì)并接于繼電器K線包的電容器C2充電，當(dāng)C2上的電壓達(dá)到繼電器K的動(dòng)作電壓時(shí)，K動(dòng)作，電源進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)[14]。 高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。(1) 濾波針對(duì)開(kāi)關(guān)電源主要通過(guò)電源線向外傳輸噪聲的特點(diǎn)，采用濾波技術(shù)抑制干擾，可分為：交流側(cè)濾波、直流側(cè)濾波及其他一些輔助措施。TOPSwitchⅡ由導(dǎo)通變成截止時(shí)，在開(kāi)關(guān)電源的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，這是由于脈沖變壓器漏感造成的，通常用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）D6和超快恢復(fù)二極管（SRD）D5組成的電路進(jìn)行鉗位，也有用R、C電路的，但效果要稍差一些。將電路置于屏蔽殼中，屏蔽殼可靠接地或中性線，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性。減少了一、二次側(cè)的電場(chǎng)的耦合干擾。、B、C、D所示，其中L為共模扼流圈，圖A、B中的電容器C能濾除串模干擾。(4) 其他原因元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾[6]。 功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路，為了使IGBT穩(wěn)定工作，一般要求雙電源供電方式，即驅(qū)動(dòng)電路要求采用正、負(fù)偏壓的兩電源方式，輸入信號(hào)經(jīng)整形器整形后進(jìn)入放大級(jí)，放大級(jí)采用有源負(fù)載方式以提供足夠的門(mén)極電流。100%=%≈8%與設(shè)計(jì)指標(biāo)相吻合。ICIC1分別為VTVT2的集電極電流。令R1=39Ω時(shí)，UR1=。 μF電解電容器[9]。設(shè)VT的發(fā)射結(jié)電壓UBE=，VD4導(dǎo)通壓降UF4 =。 單片開(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 輸出過(guò)電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí) ，電流急劇增大，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量使聚合物從晶狀膠體變成非晶狀膠體，原本被束縛的導(dǎo)電鏈便自行分離斷裂，器件的電阻值就迅速增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，呈開(kāi)路狀態(tài)，立即將電流切斷 ，起到保護(hù)作用。傳統(tǒng)的保險(xiǎn)絲屬于一次性過(guò)流 保護(hù)器，使用很不方便。這是因?yàn)楫?dāng)CTR＜50%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF＞)，才能正?？刂茊纹_(kāi)關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。(1) 光耦合器的性能特點(diǎn)光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。TL431的穩(wěn)壓原理可分析如下：當(dāng)由于某種原因致使Uo↑時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREFUref，比較器輸出高電平，令VT導(dǎo)通，Uo↓。～36V，陰極工作電流IKA=1～100mA。 TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器的選擇TL431是由美國(guó)德州儀器公司（TI）～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。輸出紋波電壓由式（）決定URI=ISP再根據(jù)式（）求得URM≥。幾十A的快恢復(fù) 、超快恢復(fù)二極管一般采用TO3P金屬殼封裝，更大容量（幾百A至幾kA）的管子則采用螺栓型或平板型封裝[3]。由t1到 t3的時(shí)間間隔即為反向恢復(fù)時(shí)間trr。 (2) 阻塞二極管反向恢復(fù)時(shí)間tIr反向恢復(fù)時(shí)間tIr的定義是電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)向反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。TVS的峰值脈沖功率PP與干擾脈沖的占空比（D）以及環(huán)境溫度（TA）有關(guān)。(c)中 ，UB、IT分別為反向擊穿電壓（即鉗位電壓）、測(cè)試電流。式（）可作為驗(yàn)證公式[7]。導(dǎo)線外徑（單位是mm）的計(jì)算公式為 （）將b=，M=3，Ns=15匝一并代入式（）中得到，DSM=。 （）(18) 計(jì)算留有氣隙時(shí)磁芯的等效電感 （）將Lp= μH，Np=83匝代入式（）得到，ALG=178。故不選用。實(shí)取8匝。由手冊(cè)中查出SJ=178?！?89。(5) 根據(jù)UImin和UOR來(lái)確定最大占空比DmaxDmax的計(jì)算公式為 （）已知UOR=135V，UImin=90V，將UDS(ON)設(shè)為10