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

　　

【正文】 片輸出端，即為驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出端，如圖所示，它用來(lái)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)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(zhǔn)電壓輸出端，基準(zhǔn)電壓如圖所示為振蕩器的外部 RC 電路提供5V 的基準(zhǔn)電壓。 工作過(guò)程：電路上電時(shí)，外接的啟動(dòng)電 路通過(guò)引腳 9 提供芯片需要的啟動(dòng)電壓。在啟動(dòng)電源的作用下，芯片開(kāi)始工作，脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)7 腳輸出驅(qū)動(dòng)外接的開(kāi)關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號(hào)反饋到 4 腳，維護(hù)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(hào)經(jīng) 3 腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比代信敏： PWM 芯片設(shè)計(jì)及在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用 29 較，產(chǎn)生的誤差信號(hào)送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達(dá)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(huì)使輸出脈沖的寬度變窄，則開(kāi)關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)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(shí)間可調(diào)的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)。當(dāng) PWM 芯片輸出高電平是，開(kāi)關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)，二極管關(guān)斷，輸入端直流電源將功率傳送到負(fù)載，并使電感儲(chǔ)能（電感電流上升）；當(dāng) PWM 芯片輸出低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)晶體管關(guān)斷時(shí)，二極管導(dǎo)通，續(xù)流，電感儲(chǔ)能向負(fù)載釋放（電感電流下降）使負(fù)載電 壓極性不變且比較平直。濾波電容使輸出的紋波進(jìn)一步減小，晶體管導(dǎo)通的時(shí)間越長(zhǎng)，傳遞到負(fù)載的能量越多，輸出電壓就越高。 芯片在開(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路的中的應(yīng)用 1）通過(guò)在 芯片 的采樣電壓處接入一個(gè)射極跟隨器，從而在控制電壓上增加了一個(gè)與脈寬調(diào)制時(shí)鐘同步的人為斜坡，它可以在后續(xù)的周期內(nèi)將 △ I 擾動(dòng)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(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。不過(guò)該補(bǔ)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(wú)感電阻。無(wú)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(wú)感電阻后，其阻抗不會(huì)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(huì)超過(guò)它的標(biāo)稱(chēng)功率，因此也就不會(huì)出現(xiàn)炸機(jī)現(xiàn)象。 3)反饋電路改用 TL43l 加光耦來(lái)控制。我們都知道放大器用作信號(hào)傳輸時(shí)都需要傳輸時(shí)間，并不是輸出與輸入同時(shí)建立。如果把反饋信號(hào)接到 芯片 的電壓反饋端，則反饋信號(hào)需連續(xù)通過(guò)兩個(gè)高增益誤差放大器，傳輸時(shí)間增長(zhǎng)。由于 TL431本身就是一個(gè)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(zhǔn)電壓腳 )拉了一個(gè)電阻到腳 l，腳 2 通過(guò) R18 接地。這樣做的好處是，跳過(guò)了 芯片 的內(nèi)部放大器，從而把反饋信號(hào)的傳輸時(shí)間縮短了一半，使電源的動(dòng)四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 30 態(tài)響應(yīng)變快。另外，直接控制 芯片 的腳 l 還可簡(jiǎn)化系統(tǒng)的頻率補(bǔ)償以及輸出功率小等問(wèn)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(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路的中的應(yīng)用圖 經(jīng)過(guò) 實(shí)驗(yàn) 電路 仿真 ，其采樣信號(hào)的波形緊緊跟隨檢測(cè)電阻的電壓波形，沒(méi)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(wèn)題，也能有效避免因電源占空比過(guò)大而引起的系統(tǒng)不穩(wěn)定的問(wèn)題。 芯片電路在單端反激式開(kāi)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)電源控制電路是一個(gè)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(diǎn)變成單極點(diǎn)，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：?jiǎn)?dòng)電路、過(guò)流過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、反饋電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析。電路原理圖如圖 43 所示。 代信敏： PWM 芯片設(shè)計(jì)及在開(kāi)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(kāi)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(jìn)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(duì)電磁干擾由很強(qiáng)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(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng) R1 降壓后給 C8 充電，當(dāng) C8 的電壓達(dá)到芯片 的啟動(dòng)電壓門(mén)檻值時(shí)， 芯片 開(kāi)始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由腳 6 輸出推動(dòng)開(kāi)關(guān)管工作。隨著 芯片 的啟動(dòng) 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(guò)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(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過(guò)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(hù)功能。此電路具有短路過(guò)流、過(guò)壓、欠壓三重保護(hù)。 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(guò)線性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。 )采用快速恢復(fù)二極管 D D7 整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)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(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 32 次級(jí)整流橋電路存在較大雜散電 感，輸出整流管在換流時(shí)，由于電路中存在寄生振蕩，整流管會(huì)承受較大的尖峰電壓，尖峰電壓的存在提高了對(duì)整流二極管的耐壓要求，也將帶來(lái)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(dòng)晶體管和 MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在 100W 以下的開(kāi)關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。 代信敏： PWM 芯片設(shè)計(jì)及在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用 33 第 5 章 結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)不斷發(fā)展的電源市場(chǎng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源控制芯片的需求日益增加，因此本文研究設(shè)計(jì)了一種電流型 PWM 控制芯片。并對(duì)芯片在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用電路做了詳細(xì)的分析，文中所做的工作包括在了解開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對(duì)電路原理進(jìn)行分析、提出了系統(tǒng)與電路的設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(guò)流保護(hù)、數(shù)字 邏輯和驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)電源保護(hù)電路中的應(yīng)用和芯片電路在單端反激式開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用。 隨著 VLSI 和 Soc 技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)低功耗和低電源電壓設(shè)計(jì)提出了更高的要求，在今后的 PWM 控制芯片的設(shè)計(jì)中將對(duì)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(kāi)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(gè)重要方向。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)（設(shè)計(jì)）論文 34 致 謝 本文是在馮雪老師諄諄教導(dǎo)和鼓勵(lì)下完成的。從論文的選題、開(kāi)題、中間的學(xué)習(xí)及撰寫(xiě)過(guò)程中都包含了老師的悉心教導(dǎo)和指導(dǎo)。馮老師務(wù)實(shí)、認(rèn)真和對(duì)學(xué)生從學(xué)習(xí)、生活等負(fù)責(zé)的工作態(tài)度及為人師表，給我留下了深刻的印象，也同時(shí)鞭撻我，能夠不斷地向馮老師學(xué)習(xí)和請(qǐng)教。在此，謹(jǐn)向指導(dǎo)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(dǎo)員徐金龍，高媛媛，陳明舉老師和實(shí)驗(yàn)室的雷定雄，方亮，周志等老師給予我的指導(dǎo)和幫助。他們孜孜不倦的工作作風(fēng)和無(wú)私奉獻(xiàn)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(jì)及在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用 35 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