【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 在很大程度上，用 MOSFET 管設(shè)計(jì)電源比。所以在電源的啟動(dòng)階段需要一些方法給控制電路提供能量，然后過(guò)渡到正常的工作狀態(tài) ]12[ 。如果使輔助電源穩(wěn)壓輸出（通常只要求波動(dòng)在正負(fù) 2％以內(nèi)），可提高電路的可靠性，而且主功率電路的運(yùn)行將更具可預(yù)測(cè)性。 有了磁芯就可以求出原邊的匝數(shù)， 根據(jù)下式： ewppp AB ILN ? ??? 42 10 （ 310） 再根據(jù)原、副邊的匝 數(shù) 比關(guān)系可以求出副邊的匝數(shù)。 反激式變壓器的設(shè)計(jì)可分為以下幾個(gè)步驟： （ 1） 確定已知參數(shù) 開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 25 這里的已知參數(shù)包括：輸入電壓 Uin、輸出電壓 Uout、輸出的功率 Pout、效率η、開(kāi)關(guān)頻率 fs(或周期 T)、線路主開(kāi)關(guān)管的耐壓 Vmos。 同樣地，輸出端接的 R C1也是構(gòu)成尖峰吸收回路 ， 但它還有一個(gè)作用就是其中的電阻 R1 起 阻尼 作用，防止電容 C1和次級(jí)線圈中的寄生電容及電感 Ls 一起產(chǎn)生的振蕩，從而增加了電路 的穩(wěn)定性 。 其中變壓器 T1 起隔離和傳遞儲(chǔ)存能量的作用 ， 即 當(dāng) 開(kāi)關(guān)管 Q導(dǎo)通時(shí)， Np中有電流流過(guò)， 儲(chǔ)存能量 ，與此同時(shí)，二極管 D1 截止，負(fù)載中沒(méi)有電流。 輸入濾波電容的選擇主要考慮三個(gè)方面：能滿足期望電壓紋波的電容值；電容的額定電壓；電容的額定紋波電流。在 輸入電壓 正半周， DD3導(dǎo)通， D D4截止，電流由 信號(hào)源 正 端 （上端） 經(jīng) D1→ RL → D3 回到 信號(hào)源負(fù)端（下端） ，在負(fù)載 RL 上得到一半波整流電壓 。 具體的參數(shù)選擇： （ 1）電容的選擇： C1 采用 高頻特性較好的 薄膜電容器，容量大約在 ～ ，R1理論上越小越好，大約在 100k～ 10M；為了減少漏電流， C C3 選用瓷介電容，容量大約在 2200pF～ ； C1～ C3 的耐壓值均為 630VDC 或 250VAC。還有一個(gè)問(wèn)題是NTC 熱敏電阻在熱態(tài)下重新啟動(dòng)時(shí)，對(duì)浪涌電流起不到限制作用。單相時(shí)， ? 為（ 3～ 5） R1 C1，三相時(shí)為（ 2～ 3） R1 C1 較適宜。 本章將對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的輸入電路、 變換電路 、控制電路、輸出電路及保護(hù)電路設(shè) 計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹 。當(dāng)輸入電壓波動(dòng)時(shí)， 圖 213 中 的電流檢測(cè)電阻 Rs 會(huì)立即檢測(cè)到峰值電流的變化，快速調(diào)整占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。 電流 控制 型 可以看作是一個(gè)受輸出電壓控制的電流源，而電流源的電流大小就反映了電源輸出電壓的大小。 (2)具有過(guò)流保護(hù)和可并聯(lián)性。圖 213 所示為電流型控制方式的原理 框 圖。在整個(gè)控制電路中只有一個(gè)反饋環(huán)路，是一種單環(huán)控制系統(tǒng)。對(duì)于一個(gè)電源電路， 如果 控制方式 選擇不正確，會(huì)使電源工作不穩(wěn)定而浪費(fèi)寶貴 的時(shí)間。 圖 211 PSM 調(diào)制方法 的工作 原理 及波形示意 圖 開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 17 三種不同調(diào)制方法比較 PWM 調(diào)制原理簡(jiǎn)單，電路易于實(shí)現(xiàn)，而且 PWM 脈沖控制信號(hào)的諧波都集中在其基波的整數(shù)倍處，只要知道了 PWM 的基波頻率后，后續(xù)濾波器容易設(shè)計(jì) 。 圖 29 PWM 調(diào)制方法原理框圖 PFM(Pulse Frequency Modulation)調(diào)制方法 圖 210 所示 為 PFM 調(diào)制方法的工作原理 框 圖。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率大，可達(dá) 1000～ 2020W，它對(duì)開(kāi)關(guān)器件的耐壓要求也 不高 。 圖 26 推挽變換器原理 框 圖 半橋式變換電路 半橋式變換電路的工作方式類似于功率放大器的 OCL 形式，其原理框圖 如圖 27所示。這樣在 S 斷開(kāi)時(shí)， D3 即導(dǎo)通（這一點(diǎn)靠線圈的同名端 接法保證），使L在 S閉合時(shí)存儲(chǔ)的一部分能量，在 S斷開(kāi)時(shí)通過(guò) L3 返回給電源。與此同時(shí)，整流二極管 D 截止，負(fù)載 RL 中無(wú)電 流 ， IL=0； 而當(dāng)開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)時(shí)， D導(dǎo)通，初級(jí)線圈電感 中儲(chǔ)存的能量通過(guò)次級(jí)線圈 Ns 釋放給負(fù)載。 當(dāng)開(kāi)關(guān) S斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載上的電壓 Uo為輸入電壓 Ui與電感 L 上自感應(yīng)電壓的代數(shù)和，故 UoUi，故將這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)稱為升壓型變換電路。當(dāng)開(kāi)關(guān) S 斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存于電感 L 中的釋能產(chǎn)生一個(gè)電流 IL，使 C 和負(fù)載 RL 中的電流不至 于中斷。其最大輸出功率為 40W，可廣泛用于家用電器的輔助電源 、便攜式電池充電器、調(diào)制解調(diào)器、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的備用電源。 美國(guó)摩托羅拉 (Motorola)公司于 1999 年推出 MC33370 系列五端單片開(kāi)關(guān)電源，也稱為高壓功率開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器（ High Voltage Power Switching Regulator）。 第二個(gè)方向是對(duì)中小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單集成化。 開(kāi)關(guān)電源 一般都具有自動(dòng)保護(hù)電路。功耗小使得電子設(shè)備內(nèi)溫升也低，周圍元件不會(huì)因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境下而損壞，這有利于提高整個(gè)電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。 由于其電壓調(diào)整管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功耗小，而且變壓器工作頻率高，體積小，電路發(fā)熱低，使用到的散熱片也小，使得開(kāi)關(guān)電源效率高，可達(dá) 70％～ 95％，而且體積小、重量輕，特別適合便攜式電子產(chǎn)品使用。 因此線性穩(wěn)壓電源需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器 。所以開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用也受到一定限制 ]1[ 。 44 結(jié)論 11 PFM(Pulse Frequency Modulation)調(diào)制方法 3 單片開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展 3 開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)越性 限于篇幅，對(duì)一些輔助的電路，包括各種保護(hù)電路，如：過(guò)流、過(guò)壓保護(hù)，欠壓鎖定電路， EMI 濾波電路 ,補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)等等只做了簡(jiǎn)單的介紹。開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 1 開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 專業(yè)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師： 中文摘要 本文主要是通過(guò)分析并設(shè)計(jì)一款用于 POS 機(jī)的高效率、低功耗的開(kāi)關(guān)電源適配器來(lái)介紹開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)，讓更多人了解開(kāi)關(guān)電源為什么能夠逐漸取代線性穩(wěn)壓電源而得到廣泛應(yīng)用。然后第 3 章詳細(xì)介紹整個(gè)電路的設(shè)計(jì)思路、電路結(jié)構(gòu)選擇、器件選擇、參數(shù)計(jì)算等一系列工作。 1 開(kāi)關(guān)電源 13 電流控制方式 16 輸入濾波電路設(shè)計(jì) 26 由 TL431 構(gòu)成的輸出電壓檢測(cè)電路 32 第四章 整機(jī)電路解析 37 輸出負(fù)載不變，輸入電壓變化時(shí) 43 測(cè)試總結(jié) 48 附錄 2 性能測(cè)試表 但是，由于調(diào)整元件的控制電路比 較復(fù)雜，輸出的紋波電壓較高，瞬態(tài)響應(yīng)較差。所以，負(fù)載電流是持續(xù)不斷地流過(guò)電壓調(diào)整管的，其上的功率損耗使得線性穩(wěn)壓電源只有 35％～ 60％的轉(zhuǎn)換效率?？刂齐娐犯鶕?jù)誤差電壓大小調(diào)整輸出脈沖的寬度（或頻率）來(lái)控制電 壓調(diào)整管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間，最終使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定， 這就是開(kāi)關(guān)電源 電路穩(wěn)定輸出電壓的基本原理。 由于開(kāi)關(guān)管功率損耗小，因而不需要采用大散熱器。 （ 4） 安全可靠。在其基礎(chǔ)上，國(guó)外又研制出開(kāi)關(guān)頻率達(dá) 1 MHz 的高速 PWM， PFM(脈沖頻率調(diào)制 )芯片 ， 典型產(chǎn)品如 UC1825， UC1864 等 。 該公司 還 于 1998 年 、 2020 年分別開(kāi)發(fā)出 高效率、低功率、低價(jià)格的 TinySwitch 系列、 TinySwitchII 系列 微型單片開(kāi)關(guān)電源。 美國(guó)安森美（ Onsemi）半導(dǎo)體公司在 1998 年～ 2020 年期間，也相繼開(kāi)發(fā)出 NCP1000、NCP1050 系列單片開(kāi)關(guān)電源。此時(shí)二極管 D 截止。當(dāng) S 斷開(kāi)時(shí)，電壓兩端產(chǎn)生的自感應(yīng)電壓的極性為左負(fù)右正，它與輸入開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用 —— POS 機(jī)的電源設(shè)計(jì) 11 電壓 Ui 疊加起來(lái)使二極管 D導(dǎo)通，電流 IL流過(guò)負(fù)載，并給電容充電。 其基本原理框圖 如圖 24所示，當(dāng)開(kāi)關(guān) S 閉合時(shí)，初級(jí)線圈 Np 中有電流 Ii 通過(guò)，儲(chǔ)存能量。必須指出，在這種單端正激式變換電路中，由于 S 和 D1 是同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)截止的，故在 S 斷開(kāi)時(shí)， L1 兩端會(huì)感應(yīng)出極高的感應(yīng)電壓，使作為 S 使用的器件承受極高的反向工作電壓，因此在脈沖變壓器中增加了鉗位線圈 L3，它與初級(jí)線圈L1具有相同的匝數(shù)。二極管 D1和 D2 構(gòu)成全波整流電路，電感 L和電容 C 為濾波電路。 S1 和 S2 同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)截止； S3 和 S4 同時(shí)導(dǎo)通，同時(shí)截止。從圖可知，當(dāng)輸出電壓 Vo 發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出誤差 Ve 變化時(shí)， PWM 控制信號(hào) 的 脈沖寬度將發(fā)生相應(yīng)的 變化， 從而開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間也發(fā)生變化 ，達(dá)到使輸出穩(wěn)定的目的， 但其工作頻率不變。 PSM (Pulse Skip Modulation)的工作原理為 ： 控制器對(duì)輸出電壓進(jìn)行檢測(cè)，如果在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)輸出 電壓 Vo 低于額定值 Vref， 則讓這個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的脈沖信號(hào)通過(guò)控制器去控 制開(kāi)關(guān)管工作，否則跨過(guò)這個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖信號(hào)不用，使開(kāi)關(guān)不工作， 這樣就可以達(dá)到使輸出電壓 穩(wěn)定的目的。 開(kāi)關(guān)電源控制方式 選擇 合適的 控制方式 極其重要。這種電壓控制開(kāi)關(guān)電源只需要一個(gè)反饋信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的負(fù)反饋 而維持輸出穩(wěn) 定。電流控制型開(kāi)關(guān)變換器正是在傳統(tǒng)的電壓控制型的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)內(nèi)環(huán) —— 電流反饋環(huán)，使其成為一個(gè)雙環(huán)控制系統(tǒng)，讓 電感上的電流不再是一個(gè)獨(dú)立變量，從而使開(kāi)關(guān)變換器的二階模型去掉了電感電流而成為一階系統(tǒng)。在電壓型控制電路中，檢測(cè)電路對(duì)輸 入電壓的變化沒(méi)有直接反應(yīng)，要到輸出電壓發(fā)生 變化后，一般要在 510 個(gè)周期后才能響應(yīng)輸入電壓的變化。 (4)回路穩(wěn)定性好、負(fù)載響應(yīng)快 。 (6)電壓調(diào)整率顯著減小。根據(jù)前兩章對(duì)開(kāi)關(guān)電源不同的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制方法、控制方式的比較，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)電路的性能要求及條件， 為使電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊 、 工作可靠、減少成本， 本文采用單端反激式電流控制型脈寬調(diào)制方式的原理 電路模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。輸入電容充電結(jié)束的必要時(shí)間 ? 由 R C1時(shí)間常數(shù)決定。 但是 ，由于 NTC 熱敏電阻在熱態(tài)下的阻抗并不是零，故會(huì)產(chǎn)生功率損耗，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 C C3 跨接在輸出端，能有效抑制共模干擾。 工作原理： 四只整流二極管接成電橋形式，故稱橋式整流。 C 的紋波電 流 對(duì)電源壽命有很大影響，應(yīng)特別注意。所以，本文設(shè)計(jì)的 POS 機(jī) 電源電路就采用單端反激式變換電路，變換電路部分如圖 34所示 ]10[ 。為此，接入此吸收回路，此電壓經(jīng)二極管整流，電容平滑后消耗在電阻中，一般把此電壓抑制到 50V 左右 。變壓器參數(shù)的選取應(yīng)結(jié)合整個(gè)電路設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用情況，在最初的設(shè)計(jì)中，為取得比較適中的性能，可考慮使電路工作于電流臨界連續(xù)狀態(tài)。 根據(jù)求得的 AwAe 值選擇合適的磁芯， 一般盡量選擇窗口長(zhǎng)寬之比 較大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時(shí)可以減小漏感。 這類輔助電源并一定要穩(wěn)壓輸出，因?yàn)樨?fù)載通?？梢猿惺芟鄬?duì)較大的輸入電源波動(dòng)（最大可達(dá) 15％）。而當(dāng)主電路不工作，輔助電路也隨之關(guān)閉