【文章內(nèi)容簡介】 、交流磁場強(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此都有影響。對于一個產(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) 磁場強(qiáng)度（ H）與磁感應(yīng)強(qiáng)度（ B）。磁場強(qiáng)度時(shí)表示磁場強(qiáng)弱與方向的一個物理量，用安 /米（ A/m）表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場作用于磁性物質(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 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。如果磁芯的S 矩形曲線在 B 方向上被壓扁，將會嚴(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)磁場力作用下，磁性材料會收縮或膨脹，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，對變壓器的匝數(shù)要有限制。 (5) EE 磁芯是一種常用磁芯， 對于中小功率的變壓器來說很適合。磁芯面積的大小將決定開關(guān)電源的功率。一般來說，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），簡稱光耦。它時(shí)一種以紅外光進(jìn)行信號傳遞的器件，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，也就是隔離信號傳遞。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號傳輸，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，傳輸效率高，而且體積小，可廣泛用于級間耦合、信號傳輸、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，通過光電耦合器來調(diào)整、控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過光電耦合器進(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)用只限于對較高頻率開關(guān)電源畢業(yè)論文 11 的小信號的隔離傳送。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號，不適合傳輸模擬信號。近年來問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，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，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，傳輸效率高。它廣泛用于 電平轉(zhuǎn)換、信號隔離、級間隔離、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號傳輸、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 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，在輸出端會成比例地產(chǎn)生一個用于進(jìn)一步控制下一級的電 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，光敏三級管導(dǎo)通。光電耦合器是電流驅(qū)動型，需要一定的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號太小，發(fā)光二極管不會導(dǎo)通，其輸出信號將失真。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，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，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、輸出驅(qū)動的隔離器件。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使兩個系統(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，不會因?yàn)殡娐分械母哳l電流的電磁干擾對控制電路產(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、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、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。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，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內(nèi)和國際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國埃索柯姆 (Iso)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的 4N 系列 (如 4N24N2 4N35)光耦合器，目前在國內(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 (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，這會增大光耦的功耗。若 CTR＞ 200%，在啟動電路或者當(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 100℃ 。按照功能來分，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?，它工作在電壓反向擊穿狀態(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過穩(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壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來提供基準(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，各種型號規(guī)格齊全。穩(wěn)壓管 的直徑一般只有 2mm，長度為 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作用：第一，對漏極和源極經(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 對初級回路產(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主要指標(biāo)。一般來說，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、共陰對管和共陽對管。所謂共陰、共陽是指兩只二極管接法不同。 (2) 檢測方法及選用原則 ① 檢測方法：利用萬用表的 電阻檔或數(shù)字萬用表的二極管檢測檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦裕y出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測出反向擊穿電壓。一般正向電阻為 6? ，反向電阻為無窮大，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。 自動恢復(fù)開關(guān) 自動恢復(fù)開關(guān)（ Resettable Swithing， RS）又叫自動恢復(fù)保險(xiǎn)絲，它是一種過流保護(hù)器件。當(dāng)電路