【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。所以當(dāng)我們把頻率從工頻 50Hz 提高到 20kHz,提高400 倍的話 , 用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計(jì)的 5 ~ l 0 % 。無(wú)論是逆變式整流焊機(jī) , 還是通訊電源用的開關(guān)式整流器 , 都是基于這一原理。同樣 , 傳統(tǒng) 整流行業(yè) 的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造 , 成為 開關(guān)變換類電源 , 其主要材料可以節(jié)約 9 0 % 或更高 , 還可節(jié)電 3 0 % 或更多。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高 , 促使許多原來(lái)采用電子管的傳統(tǒng)高頻設(shè)備固態(tài)化 , 帶來(lái)顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益 , 更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。 共 45 頁(yè) 第 12 頁(yè) （ 2） 模塊化 模塊化有兩方面的含義 , 其一是指功率器件的模塊化 , 其二是指電源單元的模塊化。我們常見(jiàn)的器件模塊 , 含有一單元、兩單元、六單元直至七單元 , 包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管 , 實(shí)質(zhì)上都屬于 標(biāo)準(zhǔn) 功率模塊 ( S P M ) 。近年 ,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去 , 構(gòu)成了 智能化 功率模塊 ( I P M ) , 不但縮小了整機(jī)的體積 , 更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。實(shí)際上 , 由于頻率的不斷提高 , 致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重 , 對(duì)器件造成更大的電應(yīng)力 ( 表現(xiàn)為過(guò) 電壓、過(guò)電流毛刺 ) 。為了提高系統(tǒng)的可靠性 , 有些制造商開發(fā)了 用戶專用 功率模塊 (ASPM), 它把一臺(tái)整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中 , 這樣的模塊經(jīng)過(guò)嚴(yán)格、合 理的熱、電、 機(jī)械方面的設(shè)計(jì) , 達(dá)到優(yōu)化完美的境地。由此可見(jiàn) , 模塊化的目的不僅在于使用方便 , 縮小整機(jī)體積 , 更重要的是取消傳統(tǒng)連線 , 把寄生參數(shù)降到最小 , 從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低 ,提高系統(tǒng)的可靠性。 （ 3） 數(shù)字化 在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中 , 控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代 , 電力電子技術(shù)完 全是建立在模擬 電路基礎(chǔ)上的。但是 , 現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來(lái)越重要 , 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟 , 顯示出越來(lái)越多的優(yōu)點(diǎn) : 便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾 ( 提高抗干擾能力 ) 、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào) , 也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。所以 , 在八、九十年代 , 對(duì)于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō) , 模擬技術(shù)還是有用的 ,特別是 : 諸如印制版的布圖、電磁兼容 (EMC) 問(wèn)題以及功率因數(shù)修正 (PFC)等問(wèn)題的解決 , 離不開模擬技術(shù)的知識(shí) , 但是對(duì)于智能化的開關(guān)電源 , 需要 用計(jì)算機(jī)控制時(shí) , 數(shù)字化技術(shù)就離不開了。 （ 4） 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 : 首先是顯著節(jié)電 , 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約 , 而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因 , 所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染 。 其次這些電源不能 ( 或少 ) 對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染 ,國(guó)際電工委員會(huì) ( I E C )對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn) , 如 IEC55 IEC91 IECl000 等。事實(shí)上 ,許多功率電子節(jié)電設(shè)備 , 往往會(huì)變成對(duì)電網(wǎng)的污染源 : 向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流 ,使總功率因數(shù)下降 , 使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰 , 甚至出現(xiàn)缺角和畸變 。 2 0 世紀(jì)末 , 各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生 , 有了多種修正功率因數(shù)的方法。這些 共 45 頁(yè) 第 13 頁(yè) 為 21 世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。 總而言之 , 開關(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn) , 將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟 , 實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。這幾年 , 隨著通信行業(yè)的發(fā)展 , 以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源 , 吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨 , 因此 , 同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng) , 并將很快發(fā) 展起來(lái)。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。 開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)與基本設(shè)計(jì)要求 直流穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)可以分為兩大類：一類是特性指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的固有特性，如輸入 電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出電壓調(diào)節(jié)范圍；另一類是質(zhì)量指標(biāo)，反映直流穩(wěn)壓電源的優(yōu)劣，包括穩(wěn)定度、等效內(nèi)阻（輸出電阻 ）、紋波電壓及溫度系數(shù)等。 （ 1） 特性指標(biāo) i． 輸出電壓范圍 符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標(biāo)的上限是由最大輸入電壓和最小輸入－輸出電壓差所規(guī)定，而其下限由直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部的 基準(zhǔn)電壓 值決定。 ii． 最大輸入－輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。 －輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所需的最小輸入－輸出之間的電壓差值。 負(fù)載電流 范圍 輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范所給出的指標(biāo)。 （ 2） 質(zhì)量指標(biāo) SV 電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，又稱 為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當(dāng)輸入電壓 VI 變化時(shí)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓 VO 穩(wěn)定 共 45 頁(yè) 第 14 頁(yè) 的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓的相對(duì)變化的百分比表示。電壓調(diào)整率公式見(jiàn)圖 2－ 2－ 1。 ii． 電流調(diào)整率 SI 電流調(diào)整率是反映直流穩(wěn)壓電源負(fù)載能力的一項(xiàng)主要自指標(biāo)，又稱為電流穩(wěn)定系數(shù)。它表征當(dāng)輸入電壓不變時(shí)，直流穩(wěn)壓電源對(duì)由于負(fù)載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動(dòng)的抑制能力，在規(guī)定的負(fù)載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來(lái)表示直流 穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。 iii． 紋波抑制比 SR 紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對(duì)輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源輸入和輸出條件保持不變時(shí)，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰－峰值與輸出紋波電壓峰－峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時(shí)也可以用百分?jǐn)?shù)表示，或直接用兩者的比值表示。 iv． 溫度穩(wěn)定性 K 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度 Ti最大變化范圍內(nèi)（ Tmin≤Ti≤Tmax）直流 輸出電壓的相對(duì)變化的百分值。 （ 3） 極限指標(biāo) i． 最大輸入電壓 是保證直流穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。 ii． 最大輸出電流 是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。 共 45 頁(yè) 第 15 頁(yè) 第二章 開關(guān)變換電路 濾波電路 輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。圖 21所示濾波電路是一種復(fù)合式 EMI 濾波器， L L2 和 C1 構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感 L3 和電容 C C3 進(jìn)行第二級(jí)濾波。 圖 21輸入濾波電路 C1 用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻 R 給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。 C C3 跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流， C C3 宜選用陶瓷電容器。 反饋電路 電流反饋電路 電流反饋電路采用電流互感器，通過(guò)檢測(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖 22 所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時(shí)值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反 映電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使 UR2 變化， UR2接入 UC3842 的保護(hù)輸入端 ⑶ 腳，當(dāng) UR2＝ 1V時(shí)， UC3842 芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過(guò)調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。兩種過(guò)流保護(hù)互為補(bǔ)充，使電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率。 共 45 頁(yè) 第 16 頁(yè) 圖 22 電流反饋電路 電壓反饋電路 電壓反饋電路如圖 23 所 示。輸出電壓通過(guò)集成穩(wěn)壓器 TL431 和光電耦合器反饋到 UC3842 的 ⑴ 腳，調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓 UO 升高，集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽(yáng)極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即 UC3842⑴ 腳對(duì)地的分流變大， UC3842 的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓 UO 減小。同樣如果輸出電壓UO 減小，可通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使之升高。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護(hù)電路 圖 24 所示為輸出過(guò)電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓管 VS 的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常 時(shí)， VS 不導(dǎo)通，晶閘管 V 的門極電壓為零，不導(dǎo)通。當(dāng)輸出過(guò)壓時(shí)， VS 擊穿， V 受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過(guò) UC3842 控制開關(guān)管關(guān)斷。 共 45 頁(yè) 第 17 頁(yè) 圖 24 輸出過(guò)電壓保護(hù)電 共 45 頁(yè) 第 18 頁(yè) 第三章 UC3842 UC3842 簡(jiǎn)介 繼 MC139 AN5900 之后，人們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。其特點(diǎn)是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。典型的 UC3842 就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用 ，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。 UC3842 是美國(guó) Unitrode 公司 [14]生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。 UC3842 為 8 腳 雙列直插式封裝 ，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差 放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端 1 為 COMP 端；端 2 為反饋端；端 3 為電流測(cè)定端；端4 接 Rt、 Ct 確定鋸齒波頻率；端 5 接地；端 6 為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端 7 為集成塊工作電源電壓端，可以工作在 8～ 40V；端 8 為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓 5V，帶載能力 50mA。 UC3842 的引腳及其功能 U c 3 8 4 2V c c7V r e f8R t / C t4V f b2C o m p1O u t6G n d5I S E N S E3 圖 3－ 1 UC3842 的引腳 UC3842 的引腳 如圖 3－ 1 所示 ，其中： ① 腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和 共 45 頁(yè) 第 19 頁(yè) 頻率特性 。 ② 腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度； ③ 腳為 PWM 比較器的另一輸入端，當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò) l V 時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)； ④ 腳為定時(shí)電容 CT 端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=／ (RTC T)。 ⑤ 腳為接地端。 ⑥ 腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為 50ns 驅(qū)動(dòng)能力為 177。l A