【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 功率的要求，并且具備電路簡(jiǎn)單、所用元件少、輸出與輸入間有電氣隔離、電壓輸入范圍寬、能方便的實(shí)現(xiàn)多路輸出、有較好的電壓調(diào)整率的特點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)選擇了單端反激式的拓?fù)漕愋??！》答侂娐返念愋团c選擇 單片開關(guān)電源的反饋電路有4種基本類型：基本反饋電路、改進(jìn)型本反饋電路、配TL431的光耦反饋電路、配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。 (a) 基本反饋電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本低廉、適于制作小型化、經(jīng)濟(jì)型開關(guān)電源，其缺點(diǎn)是穩(wěn)壓性能較差。(b) 改進(jìn)型基本反饋電路，只需增加一支穩(wěn)壓管VDZ和電阻R1，即可使負(fù)載調(diào)整率達(dá)到2%～+2%。VDZ的穩(wěn)定電壓一般為22V，需相應(yīng)增加反饋繞組的匝數(shù)，以獲得較高的反饋電壓，滿足電路的需要。 (c) 配TL431的光耦反饋電路，其電路較復(fù)雜，但穩(wěn)壓性能最佳，適于構(gòu)成精密開關(guān)電源。(d) 配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，由VDZ提供參考電壓UZ，當(dāng)Uo發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在LED上可獲得誤差電壓。因此，該電路相當(dāng)于給TOPSwitch增加一個(gè)外部誤差放大器，再與內(nèi)部誤差放大器配合使用，即可對(duì)Uo進(jìn)行調(diào)整。由于本設(shè)計(jì)是旨在針對(duì)精密開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行的設(shè)計(jì)與制作的，需要有較好的穩(wěn)壓性能。并且，考慮到光耦所具有的電氣隔離的優(yōu)點(diǎn)，所以選擇了配TL431的光耦反饋電路?！￠_關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及工作原理 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖29所示。它主要由輸入整流濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路及控制電路部分組成。其中，控制電路又包括取樣器、基準(zhǔn)電壓、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成。輸入整流濾波功率轉(zhuǎn)換電路高頻變壓器輸出整流濾波取樣器比較器脈寬調(diào)制振蕩器基準(zhǔn)電壓DCAC圖29 開關(guān)電源的原理框圖首先，交流電經(jīng)輸入部分整流電路和濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電。然后，該直流電又通過功率轉(zhuǎn)換電路進(jìn)人高頻變壓器被轉(zhuǎn)換成所需的電壓值，最后再將這個(gè)電壓經(jīng)輸出部分整流濾波電路的整流、濾波后變?yōu)樗枰闹绷麟姽┙o用電設(shè)備。這中間，電源的穩(wěn)壓是靠反饋控制電路（控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到電壓的穩(wěn)定輸出）來實(shí)現(xiàn)的。即:輸出電流經(jīng)取樣器送至比較器，使之與基準(zhǔn)電壓電路中的電流相比較，然后由脈寬調(diào)制電路根據(jù)比較結(jié)果來進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而控制功率轉(zhuǎn)換電路中相應(yīng)功率輸出的大小，最后實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。目前，這部分電路目前己集成化，制成了各種開關(guān)電源的專用集成電路。開關(guān)電源按控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式以及兩者混合式。其中，前兩者的區(qū)別在于：前者通過改變占空比來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓，開關(guān)器件導(dǎo)通的周期并不變。而后者恰恰相反。在目前開發(fā)和使用的開關(guān)電源電路中，絕大多數(shù)為脈寬調(diào)制（PWM）型,全稱脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation ，PWM）技術(shù)，本設(shè)計(jì)亦采用調(diào)寬式控制方法。它通過對(duì)脈沖寬度進(jìn)行調(diào)制來獲得所需波形（含形狀和幅值）。其基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)以及外接負(fù)載發(fā)生變化的情況下，根據(jù)反饋的結(jié)果，調(diào)節(jié)開關(guān)器件的脈沖寬度（輸出電壓的高或低而使占空比相應(yīng)小或大）使輸出電壓穩(wěn)定。 PWM開關(guān)電源的控制原理如圖210所示。當(dāng)UI與T不變時(shí)，直流平均電壓U0將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要設(shè)法使脈沖寬度即占空比（在一個(gè)周期內(nèi)T內(nèi),開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間Ton所占整個(gè)周期T的比例,稱為占空比D,D=Ton/T），就可達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。圖210 PWM開關(guān)電源控制原理及波形圖　 TOP Switch系列芯片工作原理TOP Switch芯片是一個(gè)自偏置、自保護(hù)的電流占空比線性控制轉(zhuǎn)換器。通常在控制極和源極之間，緊靠其管腳，并聯(lián)一個(gè)外部旁路電容。電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在RE兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)RC濾波后，輸入到PWM比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)MOSFET管，因而可通過控制極外接的電容充電過程來實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反饋控制電流向Uc供電。在正常工作階段，由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)MOSFET的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，Uc升高，采樣電阻RE上的誤差電壓亦升高。而在與鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開關(guān)電源的電壓減小。，MOSFET管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向Uc充電，其關(guān)斷/~。圖3所示是其運(yùn)行波形圖，中a圖為正常運(yùn)行波形，ｂ圖為自動(dòng)重啟波形。自動(dòng)重啟電路具有一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，可以阻止輸出級(jí)MOSFET再次導(dǎo)通，直到八個(gè)放電充電周期完成為止。因此，在自動(dòng)重啟期間，占空比控制在５%左右可有效地限制芯片的功耗。自動(dòng)重啟動(dòng)電路一直工作到Uc進(jìn)入受控狀態(tài)為止[1]。該電源的穩(wěn)壓原理簡(jiǎn)述如下：高頻變壓器初級(jí)繞組NP的極性與次級(jí)繞組NS、反饋繞組NF的極性相反。在TOPSwitch導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)整流管VD2截止，此時(shí)電能以磁能量形式存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中；當(dāng)TOPSwitch截止時(shí)，VD2導(dǎo)通，能量傳輸給次級(jí)。高頻變壓器在電路中兼有能量存儲(chǔ)、隔離輸出和電壓變換這三大功能。圖中，BR為整流橋，CIN為輸入端濾波電容，COUT是輸出端濾波電容。交流電壓經(jīng)過整流濾波后得到直流高壓，經(jīng)初級(jí)繞組加至TOPSwitch的漏極上。在功率MOSFET關(guān)斷瞬間，高頻變壓器漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，另外在初級(jí)繞組上還會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓(即反向電動(dòng)勢(shì))UOR，兩者疊加至內(nèi)部功率開關(guān)管MOSFET的漏極上，因此必須在漏極增加鉗位保護(hù)電路。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管VDZ1和超快恢復(fù)二極管VD1組成。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)極性上端為正，下端為負(fù)，從而導(dǎo)致VD1截止，因而鉗位電路不起作用。在MOSFET截止瞬間，初級(jí)極性則變?yōu)樯县?fù)下正，此時(shí)尖峰電壓就被VDZ1吸收掉。反饋繞組電壓經(jīng)過VDCF整流濾波后獲得反饋電壓UF，經(jīng)光耦合器中的光敏三極管給TOPSwitch的控制端提供偏壓。CI是控制端C的旁路電容。輸出電壓Uo通過電阻RR2分壓，然后通過光耦去改變控制端電流。TOPSwitch的占空比D與IC（控制電流）成反比，是通過調(diào)節(jié)D來穩(wěn)定輸出電壓的。比如： 當(dāng)某種原因使Uo減小，將導(dǎo)致UF減小，Ic減小，進(jìn)而D增大，又使Uo增大，最終使輸出電壓趨于穩(wěn)定，反之亦然。由此可見，反饋電路正是通過調(diào)節(jié)TOPSwitch的占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。第三章　小功率DVD開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)開始生產(chǎn)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變壓器導(dǎo)線規(guī)格確定半導(dǎo)體器件的型號(hào)設(shè)計(jì)輸出電壓選擇整流器與濾波電容設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路選擇控制方式和控制IC設(shè)計(jì)基本功能設(shè)計(jì)電壓反饋和交叉調(diào)整電路設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路和Vcc電路根據(jù)要求設(shè)計(jì)過電壓過電流和緊急保護(hù)電路設(shè)計(jì)接口電路和功能設(shè)計(jì)需要的散熱器和熱轉(zhuǎn)移方面的考慮考慮PCB布置和結(jié)構(gòu)測(cè)試所有功能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改在測(cè)試室進(jìn)行測(cè)試選用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？黑箱計(jì)算變壓器設(shè)計(jì)輸出濾波器和整流器功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)控制器設(shè)計(jì)輸出反饋設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路設(shè)計(jì)高層功能設(shè)計(jì)熱分析和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試與設(shè)計(jì)結(jié)果區(qū)別優(yōu)化設(shè)計(jì)EMI/RMI測(cè)試在本設(shè)計(jì)中，由于采用了TOP Switch智能芯片，其本身集成了保護(hù)電路、關(guān)斷電路、自動(dòng)重啟電路等。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可以省去上面的幾個(gè)環(huán)節(jié)，只需對(duì)其進(jìn)行好選型?！〖夹g(shù)指標(biāo)和性能要求本設(shè)計(jì)依據(jù)DVD機(jī)的工作要求，采用了較新的電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出小功率通用開關(guān)電源。它應(yīng)具備小功率通用開關(guān)電源紋波小、電壓低、效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)欠壓、過壓、過流、過熱等電路工作異常時(shí)的保護(hù)。具體技術(shù)指標(biāo)為如下：交流輸入電壓：220V（140V～240V）；電網(wǎng)頻率：50Hz；開關(guān)電源頻率：100KHz；輸出直流電壓Uo：8V（兩路），5V（兩路），8V，24V各一路；輸出額定電流：2A；額定輸出功率：30W；負(fù)載調(diào)整率SI：4%～+4%；電源效率H：高于84%；空載功率損耗：（230V時(shí)）；輸出紋波電壓：低于120mV。