【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、交流磁場(chǎng)強(qiáng)度、交流磁感應(yīng)強(qiáng)度、真空導(dǎo)磁率等十幾種參量。設(shè)計(jì)開發(fā)人員對(duì)高頻變壓器的設(shè)計(jì)制作，時(shí)開關(guān)電源設(shè)計(jì)制作的頭等重要任務(wù)。鐵氧體受到的影響因素多、元器件選用以及電路板上元器件的布置和走線的方式等對(duì)此都有影響。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏 蔽是否合適，散熱處理是否得當(dāng)?shù)鹊取? 磁性材料的基本特性 (1) 磁場(chǎng)強(qiáng)度（ H）與磁感應(yīng)強(qiáng)度（ B）。磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱與方向的一個(gè)物理量，用安 /米（ A/m）表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場(chǎng)作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（ Gs）表示。溫度越高，磁感應(yīng)強(qiáng)度越低。 (2) 居里溫度 TC。磁芯的磁狀態(tài)由鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性時(shí)，在 μ— T 曲線上，80%μmax與 20%μmax的連線跟導(dǎo)磁率等于 1的直線的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里溫度。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當(dāng)超過(guò) 130℃時(shí)，初始導(dǎo)磁率為零。 (3) 初始導(dǎo)磁率 μi。磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值稱為初始導(dǎo)磁率。 (4) 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。 (5) 矯頑力 HC。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后繼續(xù)反向磁化，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力（保磁力）。 選用磁性材料時(shí)，要選用可飽和的磁性材料。這種材料具有良好的開關(guān)特性，可產(chǎn)生優(yōu)良的振蕩波形，并要求磁芯具有祭祀舉行的磁滯回線。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號(hào)。如果磁芯的S 矩形曲線在 B 方向上被壓扁，將會(huì)嚴(yán)重影響變壓器的振蕩波形，導(dǎo)致開關(guān)晶體管溫升加劇。 磁芯的結(jié)構(gòu)與選用 磁芯的使用一定要在一定的居里溫度以內(nèi)，這時(shí)選擇磁芯材料首先要考慮的問(wèn)題。其次還要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)時(shí)，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強(qiáng)磁場(chǎng)力作用下，磁性材料會(huì)收縮或膨脹，很可能出現(xiàn)磁共振，所以把磁芯變壓器裝在印制電路板上時(shí)要注意切實(shí)粘結(jié)牢固，防止出現(xiàn)機(jī)械噪聲和電磁噪聲。一下是一些主要磁芯結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。 (1) POT 是罐形磁芯，銅線繞在磁芯內(nèi)面，此貼包圍線圈。它的優(yōu) 點(diǎn)是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少 EMI；它的缺點(diǎn)是散熱效果極差，溫升很高，只能用開關(guān)電源畢業(yè)論文 10 在小功率開關(guān)電源上。 (2) PM 時(shí) R 形磁芯，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但電能耦合不是很好，散熱性能也不是很好。 (3) RM、 X 形磁芯的磁耦合能力和散熱效果都很好，適合用在 100W 以上的大中功率電源上。其缺點(diǎn)是所占空間大，放置困難。 (4) EC 磁芯是在開關(guān)電源上常用的一種磁芯，磁芯截面積大，散熱效果好，常用在 100～ 150W 的開關(guān)電源上。其缺點(diǎn)是窗口面積比較小，對(duì)變壓器的匝數(shù)要有限制。 (5) EE 磁芯是一種常用磁芯， 對(duì)于中小功率的變壓器來(lái)說(shuō)很適合。磁芯面積的大小將決定開關(guān)電源的功率。一般來(lái)說(shuō)，磁芯面積越大，輸出功率也越大。 光電耦合器 光電耦合器（ Optical Coupler， OC）也叫光電隔離器（ Optical Isolationg， OI），簡(jiǎn)稱光耦。它時(shí)一種以紅外光進(jìn)行信號(hào)傳遞的器件，由兩部分組成：一是發(fā)光體，實(shí)際上時(shí)一只發(fā)光二極管，受輸入電流的控制，發(fā)出不同強(qiáng)度的紅外光；另一部分時(shí)受光器，受光器接受光照以后，產(chǎn)生光電流并從輸出端輸出。它的光 — 電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。這就實(shí)現(xiàn)了“電 — 光 — 電” 功能轉(zhuǎn)換，也就是隔離信號(hào)傳遞。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號(hào)傳輸，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了隔離，不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。因?yàn)樗鼤r(shí)一種發(fā)光體，而且用低電平的電源供電，所以它的使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高，而且體積小，可廣泛用于級(jí)間耦合、信號(hào)傳輸、電氣隔離、電路開關(guān)以及電平轉(zhuǎn)換等 [5]。在儀器儀表、通信設(shè)備及各種電路接口中都應(yīng)用到了光電耦合器。在開關(guān)電源電路中利用光電耦合器構(gòu)成反饋電路，通過(guò)光電耦合器來(lái)調(diào)整、控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過(guò)光電耦合器進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)換。 圖 26 光電耦合器及其典型用法 實(shí)際上，光電耦合器有晶體管、達(dá)林頓、可控硅、磁效應(yīng)管等多種輸出形式。 通常的光電耦合器由于它的非線性，因此在模擬電路中的應(yīng)用只限于對(duì)較高頻率開關(guān)電源畢業(yè)論文 11 的小信號(hào)的隔離傳送。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。近年來(lái)問(wèn)世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。 (1) 光耦合器的性能特點(diǎn)及其抗干擾作用 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。它廣泛用于 電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器 (SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。 由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。光電耦合器的隔離電阻很大、隔離電容很小（約幾個(gè) pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。 線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會(huì)成比例地產(chǎn)生一個(gè)用于進(jìn)一步控制下一級(jí)的電 路的電壓。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通。光電耦合器是電流驅(qū)動(dòng)型，需要一定的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號(hào)太小，發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通，其輸出信號(hào)將失真。在開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。 在開關(guān)電源中我們是采用電壓環(huán)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出的，光電耦合器作為輸入采樣、反饋信號(hào)、輸出驅(qū)動(dòng)的隔離器件。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn) 生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對(duì)噪音的敏感度低，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會(huì)因?yàn)殡娐分械母哳l電流的電磁干擾對(duì)控制電路產(chǎn)生干擾。 (2) 光耦合器的技術(shù)參數(shù) 主要有發(fā)光二極管正向壓降 FV 、正向電流 FI 、電流傳輸比 CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極 發(fā)射極反向擊穿電壓 (BR)CEOV 、集電極 發(fā)射極飽和壓降CE(sat)V 。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間等參數(shù)。 電流傳輸比 CTR 是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出開關(guān)電源畢業(yè)論文 12 電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流 CI 與直流輸入電流 IF 的百分比。其公式為： OF( / )1 0 0 %CTR I I? （ 21） 采用一只光敏三極管的光耦合器， CTR 的范圍大多為 20%～ 300%（如 4N35），而PC817 則為 80%～ 160%，達(dá)林頓型光耦合器（如 4N30）可達(dá) 100%～ 5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此， CTR 參數(shù)與晶體管的 hFE 有某種相似之處。 普通光耦合器的 FCTR I? 特性曲線呈非線性，在 FI 較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器 的 FCTR I? 特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比 ( /CTR IC IF? ? ? ?)很接近于直流電流傳輸比 CTR 值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。 (3) 線性光耦合器的產(chǎn)品及選取原則 使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國(guó)內(nèi)和國(guó)際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國(guó)埃索柯姆 (Iso)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的 4N 系列 (如 4N24N2 4N35)光耦合器，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào) (高、低電平 )，可以用于單片機(jī)的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。 開關(guān)電源則應(yīng)該選擇線性光電耦合器，上表給出了常見(jiàn)的線性光電耦合器及主要數(shù)據(jù)。 其次，必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)。 再次 ，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須考慮合理選擇 CTR 值。光耦合器的電流傳輸比 (CTR)的允許范圍是 50%～ 200%。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_關(guān)電源 IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若 CTR＞ 200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。 二極管 二極管在電子電路中用得較多，功能各異。從結(jié)構(gòu)上來(lái)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過(guò) 100℃ 。按照功能來(lái)分，有快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管，有整流二極管、開關(guān)電源畢業(yè)論文 13 穩(wěn)壓二極管及開關(guān)二極管等。以下介紹幾種二極管的 特點(diǎn)及檢測(cè)方法。 開關(guān)二極管 開關(guān)管用在高速運(yùn)行的電子電路中，起信號(hào)傳輸作用，在模擬電路中起作鉗位抑制作用。高速開關(guān)硅二極管是高頻開關(guān)電源中的一個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關(guān)特性。它的反向恢復(fù)時(shí)間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。在開關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如 1N414 1N4448。 硅二極管的主要技術(shù)指標(biāo)是： (1) 最高反向工作電壓 VRM 和反向擊穿電壓 VBR：這兩個(gè)參數(shù)越大越好。 (2) 最大管壓降 VFM：小于 。 (3) 最大工作電流 Id：大于 150mA。 (4) 反向恢復(fù)時(shí)間 trr：小于 10ns。 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（ Zener Diod），具有單向?qū)щ娦裕ぷ髟陔妷悍聪驌舸顟B(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過(guò)穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。它在電子電路中用作過(guò)壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來(lái)提供基準(zhǔn)電壓。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類 穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。穩(wěn)壓值低于 40V 的叫做低壓穩(wěn)壓二極管；高于200V 的叫做高壓穩(wěn)壓二極管?，F(xiàn)在市面上從 到 200V，各種型號(hào)規(guī)格齊全。穩(wěn)壓管 的直徑一般只有 2mm，長(zhǎng)度為 4mm。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。穩(wěn)壓二極管從材料上分為 N 型和 P 型兩種。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標(biāo)稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途 穩(wěn)壓二極管具有以下幾個(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器 TVS 對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： ① 穩(wěn)定電壓 VZ。設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要選用。 開關(guān)電源畢業(yè)論文 14 ② 穩(wěn)定電流 IE。 ③ 溫度系數(shù) t? 。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。 快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管 快速恢復(fù)二極管（ Fast Recovery Diod）和超快速恢復(fù)二極管（ Superfast Recovery Diod， SRD）時(shí)很多電子設(shè)備中常用的器件，在開關(guān)電源中也經(jīng)常用到。這兩種二極管具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大 、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在電子鎮(zhèn)流器、不間斷電源、變頻電源、高頻微波爐等設(shè)備中常用在整流、續(xù)流、限流等電路中。 (1) 超快速恢復(fù)二極管的性能特點(diǎn) ① 反向恢復(fù)時(shí)間 trr：通過(guò)二極管的電流由零點(diǎn)正向轉(zhuǎn)反向后，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時(shí)間。 ② 平均整流電流 Id：這時(shí)選用二極管的又一個(gè)主要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，選用管子的整流電流時(shí)設(shè)計(jì)輸出電流的 3 倍以上。 ③恢復(fù)和快速恢復(fù)二極管有 3 種結(jié)構(gòu)，即單管、共陰對(duì)管和共陽(yáng)對(duì)管。所謂共陰、共陽(yáng)是指兩只二極管接法不同。 (2) 檢測(cè)方法及選用原則 ① 檢測(cè)方法：利用萬(wàn)用表的 電阻檔或數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檢測(cè)檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦裕y(cè)出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測(cè)出反向擊穿電壓。一般正向電阻為 6? ，反向電阻為無(wú)窮大，可從讀出的負(fù)載電壓計(jì)算出正向?qū)▔航怠? ② 選用原則：超快速恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中可作為阻塞二極管和次級(jí)輸出電壓的整流管。超快速恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間在 20～ 50ns 之間；整流電流 Id 為最大輸出電流 IOM 的 3 倍以上，即 Id3IOM；最高反向工作電壓 VRM 為最大反向峰值電壓 V(BR)S的 2 倍以上，即 VRM2V(BR)S。 自動(dòng)恢復(fù)開關(guān) 自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)（ Resettable Swithing， RS）又叫自動(dòng)恢復(fù)保險(xiǎn)絲，它是一種過(guò)流保護(hù)器件。當(dāng)電路