【導讀】首先對芯片的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成進行了研究和分析，包括開關(guān)電源變。換器的整個控制回路?？刂苹芈钒ㄕ`差放大器，基準電壓源，振蕩器，比較器。和保護電路等，完成了具體電路的設(shè)計，給出了所有的電路圖。

　　

【正文】 片輸出端，即為驅(qū)動脈沖的輸出端，如圖所示，它用來驅(qū)動場效應(yīng)管。第九腳為電源電壓 VDD 輸入端。為內(nèi)部電路和反饋電路提供電源電壓。第十腳為內(nèi)部基準電壓輸出端，基準電壓如圖所示為振蕩器的外部 RC 電路提供5V 的基準電壓。 工作過程：電路上電時，外接的啟動電 路通過引腳 9 提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)7 腳輸出驅(qū)動外接的開關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號反饋到 4 腳，維護系統(tǒng)的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經(jīng) 3 腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準電壓進行比代信敏： PWM 芯片設(shè)計及在開關(guān)電源中的應(yīng)用 29 較，產(chǎn)生的誤差信號送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則 3 腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，則開關(guān)功率管的導通時間變短 ，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于 5 腳外接的 RC 網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調(diào)制器，作為其工作周期，脈寬調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化。 PWM 控制芯片輸出周期一定、高電平存在時間可調(diào)的驅(qū)動脈沖信號。當 PWM 芯片輸出高電平是，開關(guān)晶體管導通時，二極管關(guān)斷，輸入端直流電源將功率傳送到負載，并使電感儲能（電感電流上升）；當 PWM 芯片輸出低電平時，開關(guān)晶體管關(guān)斷時，二極管導通，續(xù)流，電感儲能向負載釋放（電感電流下降）使負載電 壓極性不變且比較平直。濾波電容使輸出的紋波進一步減小，晶體管導通的時間越長，傳遞到負載的能量越多，輸出電壓就越高。 芯片在開關(guān)電源保護電路的中的應(yīng)用 1）通過在 芯片 的采樣電壓處接入一個射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個與脈寬調(diào)制時鐘同步的人為斜坡，它可以在后續(xù)的周期內(nèi)將 △ I 擾動減小到零。因此，即使系統(tǒng)工作在占空比大于 50％或連續(xù)的電感電流條件下，系統(tǒng)也不會出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。不過該補償斜坡的斜率必須等于或略大于 m2／ 2，系統(tǒng)才能具有真正的穩(wěn)定性。 2）取樣電阻改用無感電阻。無感電阻是一種雙線并繞的 繞線電阻，其精度高且容易做到大功率。采用無感電阻后，其阻抗不會隨著頻率的增加而增加。這樣，即使在高頻情況下取樣電阻所消耗的功率也不會超過它的標稱功率，因此也就不會出現(xiàn)炸機現(xiàn)象。 3)反饋電路改用 TL43l 加光耦來控制。我們都知道放大器用作信號傳輸時都需要傳輸時間，并不是輸出與輸入同時建立。如果把反饋信號接到 芯片 的電壓反饋端，則反饋信號需連續(xù)通過兩個高增益誤差放大器，傳輸時間增長。由于 TL431本身就是一個高增益的誤差放大器，因此，在圖 3 中直接采用腳 1 做反饋，從 芯片 的腳 8(基準電壓腳 )拉了一個電阻到腳 l，腳 2 通過 R18 接地。這樣做的好處是，跳過了 芯片 的內(nèi)部放大器，從而把反饋信號的傳輸時間縮短了一半，使電源的動四川理工學院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 30 態(tài)響應(yīng)變快。另外，直接控制 芯片 的腳 l 還可簡化系統(tǒng)的頻率補償以及輸出功率小等問題。 V E B3VC2V r e f10R t / C t5Vi9Vo7I c s444R1R2R3R4R5R6R7R8R9R 10R 11R 12R 13R 13R 15R 14C1C2C6C7C8C9C 10T1Q1O P 1C1 C 10C9D1D3D2S1D5N2 O P 1R 15R 16V0G N DG N D交流 22 0V光耦 圖 42 芯片在開關(guān)電源保護電路的中的應(yīng)用圖 經(jīng)過 實驗 電路 仿真 ，其采樣信號的波形緊緊跟隨檢測電阻的電壓波形，沒有出現(xiàn)非常大的尖峰電壓。因此，該電路能有效避免因變壓器漏感等異常干擾引起的電源誤操作的問題，也能有效避免因電源占空比過大而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題。 芯片電路在單端反激式開關(guān)電源中的應(yīng)用 這是 一款 AC220V 輸入， DC24V 輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點變成單極點，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。主要的功能模塊包括：啟動電路、過流過壓欠壓保護電路、反饋電路、整流電路。以下對各個模塊的原理和功能進行分析。電路原理圖如圖 43 所示。 代信敏： PWM 芯片設(shè)計及在開關(guān)電源中的應(yīng)用 31 V r e fC om p V D DV t hCS O U TR t / C t G N D12345 678910CC 11R 13R 12R 10R8R9R 11R7R?R E S 2R3R?R E S 2R6R5R7C 12C9S1D9D8C8C?C A PP C 8 17C7U11234D 1 D 4C 13C 14C 15L1C 1622 0V A22 0V B2A / 2 50 V10 m H 2 A+ C1+ C2D5D6D7C4L2Rf+ C5 + C6+ 24 VG N D 圖 43 芯片在單端反激式開關(guān)電源中的應(yīng)用圖 如圖 43 所示交流電由 C1 L C15 以及 C1 C13 進行低通濾波，其中C1 C15 組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲； C1 C1 L1 組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對電磁干擾由很強的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng) D1～ D4 橋式整流以及電解電容 C C2 濾波后變成 3lOV 的脈動直流電壓，此電壓經(jīng) R1 降壓后給 C8 充電，當 C8 的電壓達到芯片 的啟動電壓門檻值時， 芯片 開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由腳 6 輸出推動開關(guān)管工作。隨著 芯片 的啟動 R1 的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給 芯片 供電。由于輸入電壓超過了 芯片 的工作，為了避免意外，用 D10 穩(wěn)壓管限定 芯片 的輸入電壓，否則將出現(xiàn) 芯片 被損 壞的情況。由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護功能。此電路具有短路過流、過壓、欠壓三重保護。 反饋電路采用精密穩(wěn)壓源 TL431 和線性光耦 PC817。利用 TL43l 可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行精確的調(diào)整。 )采用快速恢復(fù)二極管 D D7 整流?；诘蛪骸⒐牡?、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲 ， 在大功率的整流電路中，四川理工學院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 32 次級整流橋電路存在較大雜散電 感，輸出整流管在換流時，由于電路中存在寄生振蕩，整流管會承受較大的尖峰電壓，尖峰電壓的存在提高了對整流二極管的耐壓要求，也將帶來額外的電路損耗。整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感 (或附加的諧振電感 )與變壓器的繞組電容和整流管的結(jié)電容之間。 芯片 是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動晶體管和 MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，在 100W 以下的開關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。 代信敏： PWM 芯片設(shè)計及在開關(guān)電源中的應(yīng)用 33 第 5 章 結(jié)束語 我國不斷發(fā)展的電源市場對開關(guān)電源控制芯片的需求日益增加，因此本文研究設(shè)計了一種電流型 PWM 控制芯片。并對芯片在開關(guān)電源中的應(yīng)用電路做了詳細的分析，文中所做的工作包括在了解開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對電路原理進行分析、提出了系統(tǒng)與電路的設(shè)計方案。 本文第二章內(nèi)容為電路分析。首先介紹了 PWM 工作方式的基本原理，然后分析電路結(jié)構(gòu)，將整體電路劃分為子功能塊，給出功能框圖。 本文第三章內(nèi)容介紹了控制部分的子電路：欠壓鎖定電路、基準源電路、電壓調(diào)節(jié)器、振蕩器電路、電壓誤差放大器、電流比較器、過流保護、數(shù)字 邏輯和驅(qū)動電路。 本文第四章內(nèi)容介紹了芯片的外圍電路應(yīng)用，著重講到了芯片在開關(guān)電源保護電路中的應(yīng)用和芯片電路在單端反激式開關(guān)電源中的應(yīng)用。 隨著 VLSI 和 Soc 技術(shù)的迅猛發(fā)展，對低功耗和低電源電壓設(shè)計提出了更高的要求，在今后的 PWM 控制芯片的設(shè)計中將對此加以充分的關(guān)注。由于便攜設(shè)備的增多，要求效率更高、集成度更高的電源控制芯片加以配合。把高壓大的功率開關(guān)管和低壓控制電路集成到一片單芯片上也將是今后電源控制芯片發(fā)展的一個重要方向。 四川理工學院本科畢業(yè)（設(shè)計）論文 34 致 謝 本文是在馮雪老師諄諄教導和鼓勵下完成的。從論文的選題、開題、中間的學習及撰寫過程中都包含了老師的悉心教導和指導。馮老師務(wù)實、認真和對學生從學習、生活等負責的工作態(tài)度及為人師表，給我留下了深刻的印象，也同時鞭撻我，能夠不斷地向馮老師學習和請教。在此，謹向指導老師馮雪表示衷心的感謝和崇高的敬意！ 另外還要感謝我的輔導員徐金龍，高媛媛，陳明舉老師和實驗室的雷定雄，方亮，周志等老師給予我的指導和幫助。他們孜孜不倦的工作作風和無私奉獻的精神使我受益匪淺，畢生受用。 還要衷心感謝我的室友陳瑤，董熙，秦雪梅，邱靜，眭照玲，她們給了我很多幫助和關(guān)懷，使我工作更輕松，生活更愉快。 代信敏： PWM 芯片設(shè)計及在開關(guān)電源中的應(yīng)用 35 參考文獻 [1]朱正涌 .半導體集成電路 [M].北京：清華大學出版社， 2021 [2]李成章 .電源 [M].北京：電子工業(yè)出版社 .2021 [3]葉慧貞，楊興洲 .開關(guān)穩(wěn)壓電源 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2021 [4]慕丕勛，馮桂林 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