【正文】 發(fā)展展望 。 開關(guān)電源又一缺點(diǎn)時噪聲大，單純追求電源高頻化，噪聲也隨之增大。如：用一級 AC－ DC 開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流，并具有功率因數(shù)校正功能，稱為單管單級或 4S 高功率因數(shù) AC－ DC 開關(guān)變換器；輸出 1V， 50A 的低電壓大電流 DC－ DC 變換器，又稱電壓調(diào)節(jié)模塊 VRM，以適應(yīng)下一代超快速微處理器供電的需求；多通道（ Multi－ Channel 或Multi－ Phase） DC－ DC 開關(guān)變換器；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（ Server）的開關(guān)電源可攜帶式電子設(shè)備 的高頻開關(guān)電源等。 因 校正技術(shù)（ APFC）的開發(fā)，提高了 AC－ DC 開關(guān)電源功率因數(shù)。 PWM 開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作（開／關(guān)過程中電壓卜降／上升和電流上升／下降波 3 形有交疊 ），因而開關(guān)損耗大。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。隨著新型功率器件和脈寬調(diào)制 (PWM)電路的出現(xiàn)和各種零電壓、零電流變換拓?fù)潆娐返膹V泛應(yīng)用出現(xiàn)了小體積、高效率、高可靠性的混合集成 DCDC 電源。此時期主要為電子管直流電源和磁飽和交流電源，這種電源體積大、耗能多、效率低。 這種開關(guān)電源可用于 AV85～ 240V 輸入的電子產(chǎn)品中。這種特殊的開關(guān)電源可以提供 25～ 150W 的輸出功率，可以用在辦公室小型分組交換機(jī)（ PBX）等產(chǎn)品中。 (1960 年代 1970 年代中期 )。 PWM 技術(shù)簡介 脈沖寬度調(diào)制（ PWM），是英文“ Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào) 制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸 2 出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用 微處理器 的數(shù)字輸出來對 模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM 可以極大地延長通信距離。開關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了（功耗與頻率成正比）。 由于輸入端有整流 —— 電容 元件， AC－ DC開關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備（如逆變器， UPS）等的電網(wǎng)測功率 因 數(shù)僅為 ， 80年代用 APFC 技術(shù)后可提高到 ～ ，既治理了電網(wǎng)的諧波 “ 污染 ” ，又提高了開關(guān)電源的整體效率。 4 開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展動向 1． 小型、薄型、輕量化 由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵使高頻化，因此，國外目前都在致力于同步開發(fā)新型元器件，特別使改善二次整流管的損耗、變壓器及電容小型化，并同時采用表面安裝（ SMT）技術(shù)在電路板兩面布置元器件以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。采用部分諧振變換技術(shù)，在原理上說明可以高頻化， 又可以低噪聲。 、高效、低壓化、標(biāo)準(zhǔn)化是開關(guān)電源主要發(fā)展趨勢： （ 1）低電壓化 半導(dǎo)體工藝等級在未來十年將從 微米向 50納米工藝邁進(jìn)，芯片所需最低電 壓最終將變?yōu)?，但輸出電流將朝著大電流方向發(fā)展。 與線性電源相比， PWM 開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)的。 開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。 PWM 開關(guān)電源的組成模塊 輸入 PFI 濾波器和浪涌抑制器 輸入整流和濾波 反饋網(wǎng)絡(luò) 啟動、IC 供電和驅(qū)動電路 保護(hù)電路 整流與濾波 變壓器 功率開關(guān) 控制器 驅(qū)動 VCC 地 地 保護(hù)抑制 輸出 Vin(DC))))） ))）） )）））） ) Vout(DC) 8 第 3 章 設(shè)計思想與方案論證 設(shè)計思想 PWM 開關(guān)電源在使用時比線性電源具有更高的效率和靈活性。開關(guān)電源設(shè)計中，拓?fù)漕愋团c電源各個組成部分的布置有關(guān)。 LC 濾波器平均了占空比調(diào)制的脈沖電壓。續(xù)流電流環(huán)包括：二極管電感負(fù)載。 其拓?fù)洹⒅饕ㄐ魏鸵恍┕烙媴?shù)，如圖 32。 3. 方案三 在 150～ 500W 范圍內(nèi)，半橋電路比較常用。 14 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計 在本文中，是設(shè)計一個 65W 通用交流輸入多路輸出反激式變壓器的 PWM開關(guān)電源。 5%） V 微處理器掉電信號：該電源系統(tǒng)在 +5V 輸出端電壓低于 （ 1177。 電磁干擾濾波器（ EMI Filter）是近年來被推廣應(yīng)用的一種新型組合器件。如果濾波器前的線太長，從外面引入的傳導(dǎo) EMI 會干擾開關(guān)電源的工作。常用的箝位保護(hù)器是氧化鋅壓敏電阻ＭＯＶ，瞬態(tài)電壓抑制器（ＴＶＳ）等。根據(jù)圖 42（ a）的電路圖可知： 17 （ a）橋式整流電路 （ b）波形圖 圖 42 單相橋式整流電路 當(dāng)正半周時，二極管 D D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。在這次設(shè)計中，我選用的是二級管 IN4004。 當(dāng) v2到達(dá) ?t=?/2 時，開始下降。 圖 44 電容濾波電路波形 (c) 外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓 VO隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線如圖45 所示。如果傳輸?shù)哪芰繛槎ㄖ?，工作頻率高，在一定時間內(nèi)傳輸能量的次數(shù)多，每一次傳輸?shù)哪芰靠梢陨?，則變壓器用的材料少，結(jié)構(gòu)尺寸小。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度 Br，或者從 Br變化到 Bm。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計的一個主要內(nèi)容。 高頻電源 變壓器，遵守變壓器基本原理： 1） 遵守變壓器的同名端原理。圖 4－ 6 是反激式變壓器二次繞組的安排。所以選擇 UC3845 系列。 ? 電流模式工作達(dá) 500KHz 輸出開關(guān)頻率 ? 輸出靜區(qū)時間從 50%至 70%可調(diào) ? 自動前饋補(bǔ)償 ? 鎖蹲脈寬調(diào)制，用于逐周期限流 ? 內(nèi)部微調(diào)的參考源，帶欠壓鎖定 ? 大電流圖騰柱輸出 ? 輸入欠壓鎖定，帶滯后 ? 低啟動和工作電流 ? 直接與安森美半導(dǎo)體的 SENSEFET 產(chǎn)品接口 24 圖 47 8管腳雙列直插與 14管腳塑料表面貼裝 最大額定值 額定值 符號 值 單位 總電源和齊納電源 （ Icc+Iz） 30 mA 輸出電流拉或灌（注 1） Io A 輸出能量（每周容性負(fù)載） W μ J 25 電源取樣和電壓反饋輸入 Vin ～ + V 誤差放大輸出灌電流 Io 10 mA 功耗和熱特性 D 后綴，塑料封裝，外殼 751A，最大功耗T=25℃ 結(jié)至空氣熱阻 N 后綴，塑料封裝，外殼 626A，最大功耗T=25℃ 結(jié)至空氣熱阻 Pd R Pd 862 145 100 mW ℃ /W W ℃ /W 工作結(jié)溫 Tj +150 ℃ 工作環(huán)境溫度 Ta 0～ +70 ℃ 保存溫度范圍 Tstg 65～ +150 ℃ 電氣特性（ Vcc=15V。工作頻率可達(dá) 。 2， 4， 6，13 空腳 無連接（僅對 14 管腳封裝而言）。這與 CT 的放電周期相結(jié)合，是輸出靜區(qū)時間可以從 50%調(diào)節(jié)到 70%。輸出電壓因兩個二極管壓降而失 調(diào)（≈ ），保證在輸出（管腳 6）不出現(xiàn)驅(qū)動脈沖。在這些條件下，電流取樣比較器門限將被內(nèi)部箝位至 。大滯后和小啟動電流使得， UC3845 準(zhǔn)備應(yīng)用于更低電壓直流到直流 變換器中的。 %（對 UC3845），它首要的目的是為振蕩騎定時電容提供充電電流?？僧嫵稣鞑ㄐ稳鐖D 411所示 。在 U2達(dá)到最大值以后開始下降，此時電容器上的電壓 UC也將由于放電而逐漸下降。 電壓反饋環(huán)的核心部分是一個稱為誤差放大器的高增益運(yùn)算放大器，這部分僅僅是個高增益的放大器而已，它把兩個的誤差放大，并產(chǎn)生電壓誤差信號。最通用的光電耦合器是把一個發(fā)光二極管 LED 合一個光敏三極管 VT 封裝在一個完全與外界隔離的外殼中。 TL431的電壓溫度系數(shù) 30 106/℃。 啟動和集成供電電路的設(shè)計 啟動和輔助電源給控制器電路（ IC）和功率開關(guān)驅(qū)動電路提供工作電壓，有時把這個電路叫自啟動電路。 電源輸出短路的情況一旦結(jié)束，回到正常工作時，要立刻使 控制功率開關(guān)電路的所有功能工作。在電路穩(wěn)定工作期間，發(fā)射極 上的二極管和基極反偏，這樣完成了對啟動電流的切斷過程。這種條件下，會使電源進(jìn)入“閉鎖”模式，即輸出的占空比達(dá)到最大值，無法對輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。 傳統(tǒng)的吸收電路一直使為防止雙極型功率晶體管二次擊穿所采用的方法，在控制快速恢復(fù)整流關(guān)的 dv/dt 以減少 EMI 輻射方面也很有用。使我了解到 PWM 開關(guān)電源在電子設(shè)備、電力設(shè)備和通信系統(tǒng)的直流供電中得到廣泛應(yīng)用，在高頻開關(guān)電源中 DCDC變換是其核心。另外，輸入電壓越低，通過功率開關(guān)管的電流就越大，會使開關(guān)管因功耗過大而損壞。在穩(wěn)壓工作時，就只有很小的偏置電流流過晶體管的基極和其納二極管。 在短路期間，進(jìn)入完全關(guān)機(jī)狀態(tài)，然后關(guān)閉系統(tǒng)。 自啟動電路在高輸入電壓的情況下顯得更加重要，因?yàn)檩斎敫哂谥绷?0V 時，輸入電壓不能直接供電給控制 IC 和功率開關(guān)，而時需要采用啟動、輔助電源電路。陰極工作電壓的允許范圍是 ～ 36V，陰極工作電流為 1～ 100mA。為了減少光隔離器漂移的影響，二次惻要用到一個誤差放大器，這個誤差放大器可以用 TL431CP。輸出電壓在輸入到誤差放大器之前先進(jìn)行分壓，分壓的比例為電壓參考值與額定輸出電壓的比值。直到下一個正半周，當(dāng) U2 ＞ UC時， D又導(dǎo)通。 半波整流電路簡單，元件少，但輸出電壓直流成分小（只有半個波），脈動程度大，整流效率低，僅適用于輸出電流小、允許脈動程度大、要求較低的場合。 輸出整流和濾波電路 經(jīng)過高頻開 關(guān) 變壓器降壓后的脈動電壓同樣要使用二極管和電容進(jìn)行整流和濾波，只是此時整流時的工作頻率很高，必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管，普通的整流二極管難當(dāng)此任，而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗，否則就無法濾除其中的高頻交流成分，因此選擇的電容不但容量要大，還要有較低的交流電阻才行 。它的作用是保護(hù)集成電路免受系統(tǒng)啟動期間產(chǎn)生的過高電壓破壞。這個尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流恢復(fù)時間造 成的。 UC3845 作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)的導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出 /補(bǔ)償（管腳 1）建立的門限電平時中止。此放大器具有 90dB的典型直流增益和具有 57176。 工作描述 UC3845 系列是專門設(shè)計用于離線和直流到直流變換器應(yīng)用的高性能，固定頻率，電流模 式控制器，為設(shè)計者提供使用最小外部元件的高性能價格比的解決方案。 7 12 VCC 該管腳是控制集成電路的正電源。） 特性 符號 UC384X 單位 最小值 典型值 最大值 參考部分 參考輸出電壓（ Io=，Tj=25） Vref V 電源調(diào)整率（ Vcc=12V～25V） Reg － 20 mV 負(fù)載調(diào)整率（ Io=～20mA） Reg － 25 mV 溫度穩(wěn)定性 Ts － － mV/℃ 交流線路，負(fù)載和溫度引起的總的輸出變化 Vref － V 輸出噪聲電壓（ f=10Hz～10KHz， Tj=25） Vn － 50 － μ V 長期穩(wěn)定性（在 T=125條件下工作 1000 小時） S － － mV 輸出短路電流 Isc 30 85 180 mA 振蕩部分 頻率 Tj=25℃ Ta=Tlow至 Thigh Fosc 47 46 52 － 57 60 KHz 頻 率 隨 電 壓 變 化 率（ Vcc=12V至 25V） △ Fosc/△ V － % 頻率隨溫度變化率 Ta=Tlow至 Thigh △ Fosc/△ T － － % 振蕩器電