【正文】 2 1－ 1 概述 2 1－ 2 開關電源的新技術 4 1－ 3 開關電源的基本構成 9 1－ 4 開關電源的穩(wěn)定度 9 1－ 5 開關電源的分類 11 第二章 小型開關電源原理 14 2－ 1 RCC 變換器的電路結構 14 2－ 2 簡單的 RCC 方式開關電源 18 第三章 開關電源電路設計 24 第四章 性能改善 40 4－ 1 保護電路 40 4－ 2 效率的提高 41 4－ 3 浪涌及其吸收電路 43 4－ 4 噪聲及其抑制 54 4－ 5 功率 FET 在開關電源中的幾個問題 57 第五章 小型開關電源主控元件 59 5－ 1 二極管 59 5－ 2 開關電源中使用的磁性元件 61 5－ 3 開關電源中選用的電容器 64 第六章 硬件調試 68 第七章 結論 70 致謝 71 4 參考文獻 72 附錄 74 第一章 概 論 11 概述 目前空間技術、計算機、通信。主電路包括輸入、輸出和反饋控制部分。效率低，一般只有 35 ∽ 60%。 另一方面，開關電源中必須采用變壓器、電抗器等 磁性元件以及平滑濾波用地電容元件，開關頻率高，可使這些元件小型化，然而，開關頻率提高 5 時，這些元件地損耗也隨之增加。采用諧振開關方式地幾 MHZ 變換器已實用化，美國已研制成功 20MHZ 以上工作頻率地變換器。然而，把功率開關與控制電路包括反饋電路都集成于同一芯片上，必須 解決電氣隔離與熱絕緣的問題，這是今后一大課題。 ④ 安全可靠 開關穩(wěn)壓電路一般都具有自動保護電路。然而，開關頻率提高時，不但有 磁損耗，而且電路的損耗也會增大。為了減少電源的元器件數(shù)目，需要開發(fā)電源模塊，有效利用漏磁通的寄生參量。 （ 3） 超薄型電源的研制成功 8 最近，通信與便攜式電子設備都要薄型化，其電源當然需要采用薄型變壓器，正在研究采用薄膜技術，但現(xiàn)在已經(jīng)實用化的薄型變壓器是在鐵氧體磁芯 上繞制銅片式狀繞組的變壓器。 （ 2） 部分平滑方式 這種方式是利用無源元件的組合來擴展電流導通角，它本是為防止換流器照明閃爍而開發(fā)的，當用于處理功率 的開關電源時，需要增設所用元器件數(shù)量以提高性能。在目前的市場上，用戶十分需求可耐 C0105 高溫而壽命長達 7000 ～ 10000 小時的品種和高度較低的品種。 利用 預先制作的組件，可以縮短設計和制造周期，減少產(chǎn)品中所用元器件數(shù)量，降低維護費用。 3W 或 5W 的小功率開關方式交流適配器，外形小巧扁薄，重量輕，使用時像插頭一樣，面向個人機的 35 ～ 45W 量級的開關方式交流適配器，采 11 用的是諧振換流器電路，也已經(jīng)開始進入市場。若 A 設為 1000， 310 10????VV ,這就意味著輸入電壓變化 10V，輸出電壓就要變化 10mV。負載變化地串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源地瞬態(tài)響應，由反饋放大器地頻率地頻率特性以及輸出電容地容量與特性決定，而對于開關穩(wěn)壓電源，瞬態(tài)響應主要是輸出LC 濾波器特性決定，因此，可以提高開關工作頻率，降低輸出濾波器 LC 乘積地方法來改善其瞬態(tài)響應特性。 2） 采用變壓器的隔離方式。 圖 21 RCC 基本電路 oft 結束時 ,變壓器電壓 1tV 波形自由振蕩返回到 0 V,見 圖 22（ c） 。 oft 時等效電路如 圖 23（ b） 所示，因初級側無電流，所以， 圖 中未畫出。 D較大時， cI 較小，但 ceV 較高，因此，務必選用高 耐壓晶體管。 圖 26 開關晶體管的基極電流與集電極電流 20 （ a）基極驅動電路 （ b）工作波形 反饋線 圖 pN 產(chǎn)生的正向電壓，使晶體管 1VT 的基極電流按 11CR 時間常數(shù)衰減。電路中 4VD 與 2C 是供給控制 2VT 基極電流的光電耦合器的電源。 圖 28 間歇振蕩實例 圖 29 防止間歇振蕩的電路 主開關電路中還有保護開關晶體管 1VT 的保護電路。 圖（ b） 電路是用兩個二極管替代晶體管電路。有效電流為平均電流（輸出電流）的 ∽ 倍。 20% 輸出電壓： DC15V 輸出電壓變化范圍： 177。 RCC 在該點時 PI1 最大， f 最小。變壓器的溫度容許度數(shù)取決于磁芯的溫度特性和所用絕緣材料（繞線管和磁帶等）的最高使用溫度。其它線圈同樣，其導線確定結果如表 31所示。這里采用將一次線圈和線圈交替重疊卷繞法以達到良好的磁性耦合。 最后，要檢驗線圈的厚度是否達到繞組節(jié)具的厚度。 因圈數(shù)比為： ?? NNN 所以可分別得： 5 5 1221 ??????? ???????????? ???? VVNPI P ? （ A） 34 3111 ?????? VLIT Pon (181。 NVVNVr 212 ??? 因 ?NV V，所以確定 21 ??? NVV r V 圖 38 晶體管的 ceV 圖 39 復位電路和浪涌 電壓保護電路 圖 39所示是一次線圈的復位電路和減振電路。s 37 下面計算 晶體管的損耗： 晶體管 1VT 的電流波形從 OFF 轉移到 ON 時，如 圖 310 所示，就會有放電電流通過緩沖器的電容器。 ? ? 212020xx222 3 ?????? ??????? ITTIIIITTI of fPponrmc 39 = ? ? 21222 3 ?????? ??????? = （ A） 作為 15V 輸 出電容 6C 選紋 波電流大于 的電容，可以幾個電容并聯(lián)。 一般方式是采用穩(wěn)壓二極管，需要注意其工作點是隨流經(jīng)穩(wěn)壓管電流與溫度而變，因此，設計上必須選用穩(wěn)定電壓的溫飄非常小的穩(wěn)壓管。 諸多原因中最主要的是開關晶體管的損耗與整流二極管的損耗。 43 開關晶體管的損耗與其基極驅動條件有很大關系，基極理想驅動波形如圖 42所 示。 1BI 的最佳值一般為 CI 的 1/5，其值隨晶體管不同而異。（ 74）式所示的開關電壓波形計算實例如 圖 411所示。在開關斷開期間，（ 21）式所表示得電感中蓄積得能量在變換器內(nèi)部消耗掉。根據(jù) 圖 48（ b） 所示等效電路，得到微分方程式為 ONPON RCI tcc vdtdv ＋? （ 4– 11） 若設初始值為 OFFV）＝（ 0vc （ 4– 12） 求得開關兩端電壓為 ONONCRO F F RIV CPON ttc tev ?? ? ）（＝ （ 4– 13） 因此，流經(jīng)開關電流為 ONCRONOFF IRV PON ?? ? t/tts e/i ＝ （ 4– 14） 圖 48 開關接通時產(chǎn)生電流浪涌 （ a）開關接通時電 路 （ b）開關接通時等效電路 圖 49 開關接通時電流波形 49 采用（ 714） 式計算得開關電流波形如 圖 49 所示。反向恢復狀態(tài)得等效電路如 圖 410 所示。等效電路與 圖 4。反向 RV 加到寄生電感上，寄生電感中電流為： ti ????PRDL LVI （ 4– 15） 50 采用（ 215）式計算得二極管電流波形，但電流方向為二極管的正方向，其電流迅速減小降為零。很明顯，開關接通時流經(jīng)開關電流有較大電流浪涌。 開關接通時電路如 圖 413所示，開關斷開時加在開關兩端電壓為 OFFV ，開關寄生電容中蓄積能量為 221OFFPC VCW ? （ 4– 10） 若開關接通，寄生電容通過開關放電，則在開關流經(jīng)較大電流浪涌。電壓浪涌的峰值求得如下： ? ?O F FAP VVV ?????21w/ w/1 /wt ane ）（ ）＋（）（ ? ??? （ 4– 8） 圖 46 開關斷開時電壓波形 圖 47 峰值電壓與電路 中參數(shù)之間關系 47 圖 46中峰值電壓 PV 達到 288V，它約為穩(wěn)定時開關斷開電壓的 2倍。 43 浪涌及其吸收電路 一 、浪涌的產(chǎn)生 眾所周知，作為開關的主元件有寄生電感與電容， 圖 44 所示電路中寄生電容 PC 與開關元件或二極 管并聯(lián)，寄生電感 PL 與其串聯(lián)。開關晶體管導通瞬間晶體管上加有較高電壓，如 圖 43 所示，其電壓下降到正常飽和電壓? ?SATCEV 時需要時間，則晶體管功耗增加，因此，要防止開通瞬間的高電壓產(chǎn)生。為了降低二極管正向壓降，盡可能地留有電流余裕量，降額使用。 圖 41 過電壓保護電路實例 42 42 效率的提高 開關電源效率