【文章內(nèi)容簡介】 路的主要區(qū)別在于：場效應(yīng)管是電壓控制型器件，靠柵源之間的電壓變化來控制漏極電流的變化，放大作用以跨導(dǎo) 來體現(xiàn)；三極管是電流控制型器件，靠基極電流的變化來控制集電極電流的變化，放大作用由電流放大倍數(shù)來體現(xiàn)。 場效應(yīng)管放大電路分為共源、共漏、共柵極三種組態(tài)。在分析三種組態(tài)時，可與雙極型三極管的共射、共集、共基對照。MOS管噪聲小、功耗小、散熱效果好，因此大規(guī)模集成電路多用它，但是缺點在于其放大倍數(shù)小，因此放大能力不如三極管。選取場效應(yīng)管IRF3710的理由：IR系列的HEXFET功率場效應(yīng)管IRF3710采用先進的工藝技術(shù)制造，具有極低的導(dǎo)通阻抗。IRF3710這種特性，加上快速的轉(zhuǎn)換速率，和以堅固耐用著稱的HEXFET設(shè)計，使得IRF3710成為極其高效可靠、應(yīng)用范圍超廣的器件。TO220封裝的IRF3710普遍適用于功耗在50W左右的工商業(yè)應(yīng)用，低熱阻和低成本的TO220封裝，使IRF3710得到業(yè)內(nèi)的普遍認可?！⌒ぬ鼗O管本設(shè)計的BOOST電路中采用了MBR20100肖特基二極管(如圖36) 。肖特基二極管SBD是肖特基勢壘二極管（Schottky Barrier Diode,縮寫成SBD）的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬－半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管。 肖特基二極管優(yōu)點：圖36　肖特基二極管SBD具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開關(guān)電源（SMPS）和功率因數(shù)校正（PFC）電路中功率開關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V～，只能使用快速恢復(fù)外延二極管（FRED）和超快速恢復(fù)二極管（UFRD）。目前UFRD的反向恢復(fù)時間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬開關(guān)為100kHz的SMPS，由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗均較大，殼溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢。因此，發(fā)展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點?！≈饕骷?shù)計算ton時，開關(guān)管S為導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D處于截止狀態(tài)，流經(jīng)電感L和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感L兩端的電壓為Vi，考慮到開關(guān)管S漏極對公共端的導(dǎo)通壓降Vs，即為ViVs。ton時通過L的電流增加部分△ILon滿足(式32)。 (式32)式中：Vs為開關(guān)管導(dǎo)通時的壓降和電流取樣電阻Rs上的壓降之和，~。toff時，開關(guān)管S截止，二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲存在電感L中的能量提供給輸出，流經(jīng)電感L和二極管D的電流處于減少狀態(tài)，設(shè)二極管D的正向電壓為Vf，toff時，電感L兩端的電壓為Vo+VfVi，電流的減少部分△ILoff滿足式(式33)。 (式33)式中：Vf為整流二極管正向壓降。 (式34)儲能電感L：根據(jù)輸入電壓和輸出電壓確定最大占空比。由式得當輸出最大負載時至少應(yīng)滿足電路工作在CCM模式下，即必須滿足式L≥2(ViVs)D(1D)/Iof=2*() **()/2*49000=同時考慮在10％額定負載以上電流連續(xù)的情況，實際設(shè)計時可以假設(shè)電路在額定輸出時，電感紋波電流為平均電流的20％~30％，因增加△IL可以減小電感L，但為不增加輸出紋波電壓而須增大輸出電容C2，取30％為平衡點，即L=(ViVs)D/△If=() **49000=流過電感L的峰值電流由式(10)得I=*2/=　PID電路圖37　PID電路圖PID電路中主要是利用UC3843控制PWM波的產(chǎn)生和可調(diào)占空比，從而調(diào)節(jié)BOOST電路中的電壓時刻保持恒定值。來自單片機電路單片機STC12C5204AD的控制信號Vrei控制，和BOOST反饋回來的信號，兩個信號經(jīng)過電路中的PID調(diào)節(jié)器作為電壓反饋信號輸入到UC3843中。UC3843在做出反應(yīng)其最終使BOOST電路中輸出了一個恒壓限流電源。通過對BOOST電路中采樣電阻的電壓水平進行采樣，將采樣信號通過放大電路進行放大，然后對其電流的最大值進行限制，將最大電流限制在不大于1A，因為本課題所設(shè)計的是恒壓限流源，所以兩路積分電路在工作時，先由電壓控制部分工作，因為在電壓調(diào)整升高過程中電流會逐漸增大，所以要對電路進行限流處理，當電流達到1A時，控制電壓部分停止工作，轉(zhuǎn)而由電流控制部分的積分電路開始工作，保證將電路中的電流限制在不大于1A，從而有效保證了電路的效率和安全性。對BOOST升壓電路的控制通過比例積分控制電路將信號傳遞給UC3843芯片，并由UC3843控制對升壓電路的給定，實現(xiàn)最終對電壓的控制。BOOST電路中經(jīng)過升壓后5V的穩(wěn)壓管會使得SLV輸出電壓控制在5V，另外會有一個電壓比較器對此進行比較檢測，如果SLV比5V大，則比較器會將相應(yīng)的信號輸入到3842芯片的引腳2中，使得引腳2上的電壓增大，因而該放大器將提前輸出一低電平，該低電平加到電流傳感比較器的反相輸入端，并使產(chǎn)生一高電平加到RS觸發(fā)器的R端，使其復(fù)位，這時Q4開關(guān)會提前關(guān)斷，因此降低了開關(guān)電源的占空比。這時的MOS管會提前關(guān)斷，保持電路一個穩(wěn)定的電壓下會有一個穩(wěn)定的電壓。其次，如果BOOST內(nèi)的電壓維持在一個穩(wěn)定的值，還要通過電流采樣監(jiān)測在穩(wěn)定的電壓范圍內(nèi)是不是也有穩(wěn)定的電流，當BOOST電路取樣電流因為某些原因升高時，此取樣電流SLI+和SLI就會經(jīng)放大器放大，然后經(jīng)過和設(shè)定值進行比較，這時3843的引腳2上的電壓會增大，因而該放大器將提前輸出一低電平，該低電平加到電流比較器的反相輸入端，并使產(chǎn)生一高電平加到RS觸發(fā)器的R端，使其復(fù)位，這時Q4開關(guān)會提前關(guān)斷，因此降低了開關(guān)電源的占空比。這時的MOS管會提前關(guān)斷，保持電路一個穩(wěn)定的電壓下會有一個穩(wěn)定的電流?！C3843芯片本次設(shè)計所用芯片是UC3843芯片，UC3843芯片主要是輸出控制信號來控制BOOST升壓電路中的MOS管的開通與關(guān)斷，從而實現(xiàn)電壓的調(diào)整，下面主要對其原理與功能進行詳細說明。圖38　UC38438管腳功能1補償該管腳為誤差放大器輸出，并可用于環(huán)路補償。2電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。3電流取樣一個正比于電感器電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用 此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。4RT CT通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達500KHZ。5地該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對8管腳封裝如此）。6輸出該輸出直接驅(qū)動功率MOSFET的柵極。7Vcc該管腳是控制集成電路的正電源。8Vref該管腳為參考輸出，它通過電阻R向電容CT提供充電電流。下面將UC3843的內(nèi)部原理做如下介紹，UC3843的管腳7，VDD供給12V電壓供給管腳7，管腳7的驅(qū)動電壓是8V，此時集成電路UC3843內(nèi)部施密特觸發(fā)器輸出高電平，使得UC3843開始啟動。這時管腳8有5V基準電壓，該5V基準電壓的作用有(1)為內(nèi)部線路供壓。（2）經(jīng)內(nèi)部分壓后。（3）通過R45對C33充電，經(jīng)一定的延誤時間后，4觸腳內(nèi)部震蕩器起振，C33是消噪電容，C29，R44用來改善誤差放大器的頻率響應(yīng)。UC3843起振后，從6腳輸出的脈沖信號加在開關(guān)Q4的柵極，在脈沖信號的高電平期間，開關(guān)管Q4導(dǎo)通，在脈沖信號的低電平期間，開關(guān)管Q4截止。 圖39　自激振蕩電路　單片機接口電路圖310　單片機電路本設(shè)計采用了STC12C5204AD作為主控制系統(tǒng)CPU，~，當PP1P12為高電平，數(shù)碼管導(dǎo)通，從而按要求顯示出所需的數(shù)值。因為用到了按鍵，按鍵可以用普通I/O口來實現(xiàn)，但考慮到如果使用I/O口對接線和電路都會造成不必要的麻煩，所以我們在設(shè)計中使用了單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊來實現(xiàn)按鍵控制的功能?！TC12C5204AD芯片STC12C5204AD系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM,8路高速8位A/D 轉(zhuǎn)換(300K/S)，針對電機控制，強干擾場合。關(guān)于STC12C5204AD芯片的主要功能特性介紹：(1)增強型 8051 CPU，1T，單時鐘/ 機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051(2)工作電壓：(3)工作頻率范圍：0 35MHz，相當于普通8051的 0～420MHz(4)用戶應(yīng)用程序空間 4K字節(jié)(5)片上集成 256 字節(jié) RAM(6)通用I/O口（27/23/25/23/11個），復(fù)位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）(7)ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片(8)有EEPROM功能(9)看門狗(10)內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體20M以下時，復(fù)位腳可接1K電阻到地）(11)內(nèi)置一個掉電檢測電路，(12)時鐘源：外部高精度晶體/ 時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器（溫漂為+/5%到+/10%以內(nèi)）(13)共4個16位定時器(14)2個時鐘輸出口，, (15)外部中斷路I/O口6路,傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊(16)PWM(2 路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,2 路）(17)A/D轉(zhuǎn)換, 8位精度ADC，共8 路，轉(zhuǎn)換速度可達300K/S(每秒鐘30 萬次)(18)通用全雙工異步串行口（UART），由于STC系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多串口。(19)工作溫度范圍： 40 +85℃(工業(yè)級) / 0 75℃(商業(yè)級)?！?shù)模轉(zhuǎn)換電路本設(shè)計中采用了74HC14施密特觸發(fā)器，用來對輸出電壓波形進行整波，使輸出的波形為矩形波，用來實現(xiàn)最終對電路的控制。利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于Vt+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。圖311　數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖311所示，施密特觸發(fā)器（74F14）用來對輸出電壓波形進行整波。PWM輸出的脈沖信號直接進入施密特觸發(fā)器，經(jīng)過施密特觸發(fā)器的整波后變成了規(guī)則的矩形波，波形整定后再經(jīng)過阻容濾波電路，使輸出的波形近似一條直線，這就完成了數(shù)模之間的轉(zhuǎn)換?！“存I模塊按鍵如圖312所示：使用了單片機的A/D轉(zhuǎn)換模塊。此外，如果要求按鍵檢測更加穩(wěn)定可靠，可以減少按鍵數(shù)量放寬各個按鍵檢測電壓允許誤差量。圖312　按鍵電路　顯示模塊數(shù)碼管是電路中常見的顯示元件，按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）按照顯示“8” 的個數(shù)，可分為1位、2位、4位等數(shù)碼管，如圖313所示的為一個8段數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極接到+5V 或+，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰極數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM 接到地線GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 圖313　顯示電路 圖313　顯示電路　電源電路圖314　電源電路電源電路圖見圖314，通過12V蓄電池直接供電，經(jīng)過7812和7805，使輸出電壓分別穩(wěn)定在12V和5V，12V供給Boost電路，5V供給單片機。從而滿足對電路整體的供電需求以及保證單片機芯片的工作電壓的穩(wěn)定。使用了自恢復(fù)電子保險代替了普通的保險絲，增加了電源部分供電的安全性。其中D1為整流二極管，整流輸入電源交流部分。輸入輸出端連接電容的目的：(1)濾波，消除交流噪聲是輸出電流更平穩(wěn)；(2)提供儲備電流，當需要突發(fā)大電流時變壓器不夠用時電解電容可以補充瞬間的不足?！?8系列穩(wěn)壓電路本設(shè)計中選取了78系列（如圖315）中7812和7805集成穩(wěn)壓電路用來分別輸出穩(wěn)定的12V和5V電壓，以對控制器中相應(yīng)的元件進行供電。圖315　78系列引腳圖三端穩(wěn)壓集成電路使用時要求輸入電壓比輸出電壓值至少大2V以上，即｜U1｜｜U2｜=2V，但也不宜過大。另外還有自地端流過的 靜態(tài)電流IQ=8mA。7812主要參數(shù)有：輸出直流電壓 U0＝＋12V，輸出電流 L:，M:，電壓調(diào)整率 10mV/V，輸出電阻 R0＝，輸入電壓UI的范圍15～17V 。因為一般UI要比 U0大3～5V ，才能保證集成穩(wěn)壓器工作在線性區(qū)，7812的2端接入了1N4148二極管，在本設(shè)計中用來對其輸出電壓進行補償。7812做為穩(wěn)壓電路的輸出端連接電容的目的是為了：1．濾波，慮除交流噪聲是輸出電流更平穩(wěn)；2．提供儲