【導讀】來越多，電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切。電源，他們對電源的要求也越來越高。電子設備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效速為發(fā)展方向，深受廣大廠家和商家以及人們的青睞。目前隨著技術發(fā)展，新型多功能開關電源集成控制芯片不斷推向市場，大量。2020年中國開關電源市場總體銷售額達。到億元，銷售額同比增長了%。切的關系，而重點行業(yè)在我國宏觀經(jīng)濟的拉動下，呈現(xiàn)出平穩(wěn)較快的發(fā)展態(tài)勢。域性市場，這大大抑制了開關電源產(chǎn)品性能的發(fā)展。價格有一定的議價能力。中國開關電源主力廠商大部分擁有較為完備的產(chǎn)品線，集成能。力強，各具行業(yè)優(yōu)勢。

　　

【正文】 個主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關特性。它的反向恢復時間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價格低。在開關電源的過壓保護、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如 1N414 1N4448。 硅二極管的主要技術指標是： (1) 最高反向工作電壓 VRM和反向擊穿電壓 VBR：這兩個參數(shù)越大越好。 (2) 最大管壓降 VFM：小于 。 (3) 最大工作電流 Id：大于 150mA。 (4) 反向恢復時間 trr：小于 10ns。 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（ Zener Diod），具有單向?qū)щ娦?，它工?在電壓反向擊穿狀態(tài)。當反向電壓達到并超過穩(wěn)定電壓時，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。它在電子電路中用作過壓保護、電平轉(zhuǎn)換，也可用來提供基準電壓。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類 穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。穩(wěn)壓值低于 40V 的叫做低壓穩(wěn)壓二極管；高于 200V的叫做高壓穩(wěn)壓二極管?，F(xiàn)在市面上從 到 200V，各種型號規(guī)格齊全。穩(wěn)壓管的直徑一般只有 2mm，長度為 4mm。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價格便宜。穩(wěn)壓二極管從材料上分為 N型和 P 型兩種。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的 標稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途 穩(wěn)壓二極管具有以下幾個作用：第一，對漏極和源極經(jīng)行鉗位保護；第二，起到加速開關管導通的作用；第三，在開關電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器 TVS對初級回路產(chǎn)生的尖峰電壓進行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： ① 穩(wěn)定電壓 VZ。設計人員根據(jù)需要選用。 ② 穩(wěn)定電流 IE。 ③ 溫度系數(shù) t? 。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。 電容器 開關電源的壽命百分之六十是由電容器的質(zhì)量決定的，所以開關電源使用的電容應壽命長，體積小，頻率高，耐高溫。主要有如下幾種類型： 陶瓷電容器：絕緣性能強，絕緣電阻很高，耐熱性能好，溫度系數(shù)寬 損耗角正切值 tgδ與頻率的關系小，電容量小等特點。 薄膜電容器：分兩種類型 有極性有機薄膜和非極性有機薄膜。有極性有機薄膜電容具有電容量與體積的比值大、耐高溫、耐壓強度高等優(yōu)點。非極性有機薄膜具有損耗角正切值 tgδ小 、絕緣電阻大、介質(zhì)吸收系數(shù)小、負溫度系數(shù)等優(yōu)點。 鋁電解電容：在電子開關電源所用的電容器中，比較關鍵的是濾波用的鋁電解電容器和LC、 RC諧振電路中的振蕩電容器，其次是 EMI 濾波用的電容器。它是開關電源中的重要元件，其主要性能要求如下： 額定工作電壓：直流工作電壓必須高于最高交流峰值電壓。對于 220V 的 a. 交流輸電壓，電解電容的耐壓值不低于 400V。 標稱靜電容量及其允許偏差：濾波用電容器的容量應大一些，有利于減小直流電壓的紋波。在耐壓一定時，電容器的標稱容量越大，價格就會越高。其靜電容量的最大偏差可以為177。 172。10％左右，最好為 177。5 ％。 使用溫度范圍：開關電源的溫升一般為 60℃ ，使用溫度每升高 10℃ ，鋁電解電容的壽命降低 30%，一般我們選用使用溫度范圍為 25~+105℃ 的高溫型鋁電解電容。 漏電流：電解電容的漏電流偏大，會發(fā)生早期失效。 耐高頻脈沖電流能力：要求能承受 400V 以上高電壓以及 25200HZ 的脈沖電流 。 損耗角正切值 tgδ ：在 25℃ 、 100HZ 下， tgδ≤20% （ U=300~400V）。 高溫負荷特性：在 105℃ 環(huán)境中，施加額定工作電壓和最大允許紋波電流 1000h 后，鋁電解電容的特性能在 25℃ 下應符合以下要求：額定電流不大于初期規(guī)定值， tgδ 不大于初期規(guī)定值的 200%，靜電容量的變化率在初始值的 177。5 ％以內(nèi)。 高溫儲存特性：在 105℃ 環(huán)境中，無負荷放置 500h 后，在 25℃ 溫度下電容器的性能應符合高溫特性。 5 充電器設計 充電器相關技術指標及特點 充電要求與指標 充電器性能的好壞，主要看其指標，其壽命也隨使用的合理性而定，良好的使用習慣用助于提高充電器的壽命。 手機電池和手機充電器上有一些參數(shù)，許多使用者不是非常明白。簡要介紹如下：手機電池： BL5CA 使用的是技術成熟的廉價電 芯，電容量較小，目前一般電容量在 700MAH 左右； BL5C 采用技術較穩(wěn)定的新型高容量電芯，電容量較大，目前一般電容量在 1000MAH 左右。 700mAh 中前者是手機電池的標稱電壓，即當電池放電低于該值是，手機會提示 “ 電量不足，請充電 ” ；后者是手機電池儲存電的容量。 以下為本次設計充電器的充電要求及技術指標： 供電方式：交流 220V， 50Hz 充電方式：限流恒壓式充電 充電器 連續(xù)工作時間：不小于 16 小時 最大輸出（充電）電流： 500mA 空載輸出電壓： 電池充電 飽和度 ：按上述時間充電時，電池充電飽和度應 ≥90%。 飽和綠色燈亮時電池端電壓： ≥ 工作狀態(tài)顯示：極性紅色燈亮 :表示電池極性與觸片極性不正確， 充電綠色燈閃閃發(fā)亮 :表示充電器對電池充電，飽和綠色燈亮 :表示電池充電 容量達 90%左右 ,同進轉(zhuǎn)入涓流充電。 充電器外殼溫度：不大于 65℃ 充電方式 充電的方式最為關鍵，對鋰電池充電需要專門支持鋰電池充電 模式 的充電器，一般在充電器的包裝上有標注。很多充電器兼容兩種充電模式，選購時要注意是自動識別還是手動靠開關設定，如果是人工設定，則必須根據(jù)所充電池的類型正確設定。對于鎳鎘/鎳氫電池，優(yōu)秀的充電器采用帶下拉負脈充的充電方式，可以在充電過 程中減小極化效應。而普通廉價充電器則使用恒流充電。電池充電波形要靠 示波器 才能準確觀察 。 性能特點 在使用過程中我們也可以檢驗充電器的 性能 。在充電的后期電池有略微的溫升是正?，F(xiàn)象，但如果電池明顯發(fā)燙，則說明充電器未能及時檢測到電池充 電已飽和，造成過充，這對電池的壽命不利。 很多充電器雖然沒有過充現(xiàn)象，但存在充電不足的問題，直接表現(xiàn)為電池放電時間短，即手機待機通話時間短。在使用原裝隨機新電池的用戶，可以比較 說明書 上提供的大致參照時間，加以對比，如果參考數(shù)值與實際使用明顯存在差距，則有理由懷疑充電器的問題，當然也不排除電池質(zhì)量、手機使用環(huán)境等其他因素。 充電器電路設計與原理分析 電路原理 圖設計 設計一個電路，往往要先分析起電路特點、用途、了解其詳細參數(shù)特性以及各個元器件作用等等開始，再根據(jù)設計要求通過相關軟件對其進行設計。包括電路原理圖繪制，印制電路板設計以及電路仿真等。本次設計電路原理圖如圖 51所示： 圖 51手機充電器用電源變換器電路圖 原理分析 分析一個電源，往往從輸入開始著手。 220V 交流輸入，一端經(jīng)過一個 4007 半波整流，另一端經(jīng)過一個 10 歐的電阻后，由 10uF 電容濾波。這個 10 歐的電阻用來做保護的，如果后面出現(xiàn)故障等導致過流，那 么這個電阻將被燒斷，從而避免引起更大的故障。右邊的 400 4700pF 電容、 82KΩ電阻，構成一個高壓吸收電路，當開關管 13003 關斷時，負責吸收線圈上的感應電壓，從而防止高壓加到開關管 13003 上而導致?lián)舸?13003為開關管 (完整的名應該是 MJE13003)，耐壓 400V，集電極最大電流 ，最大集電極功耗為 14W，用來控制原邊繞組與電源之間的通、斷。當原邊繞組不停的通斷時，就會在開關變壓器中形成變化的磁場，從而在次級繞組中產(chǎn)生感應電壓。 從電路的結構來看，可以推測出來，這個電源應該是反激式的。左 端的 510KΩ為啟動電阻，給開關管提供啟動用的基極電流。 13003 下方的 10Ω電阻為電流取樣電阻，電流經(jīng)取樣后變成電壓 (其值為 10*I)，這電壓經(jīng)二極管 4148 后，加至三極管 C945 的基極上。當取樣電壓大約大于 ，即開關管電流大于 時，三極管 C945 導通，從而將開關管 13003 的基極電壓拉低，從而集電極電流減小，這樣就限制了開關的電流，防止電流過大而燒毀 (其實這是一個恒流結構，將開關管的最大電流限制在 140mA 左右 )。變壓器左下方的繞組 (取樣繞組 )的感應電壓經(jīng)整流二極管 4148 整流， 22uF 電 容濾波后形成取樣電壓。為了分析方便，我們?nèi)∪龢O管 C945 發(fā)射極一端為地。那么這取樣電壓就是負的 (4V左右 )，并且輸出電壓越高時，采樣電壓越負。取樣電壓經(jīng)過 穩(wěn)壓二極管后，加至開關管 13003 的基極。前面說了，當輸出電壓越高時，那么取樣電壓就越負，當負到一定程度后， 穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關 13003 的基極電位拉低，這將導致開關管斷開或者推遲開關的導通，從而控制了能量輸入到變壓器中，也就控制了輸出電壓的升高，實現(xiàn)了穩(wěn)壓輸出的功能。而下方的 1KΩ電阻跟串聯(lián)的2700pF 電容，則是正反饋支路，從 取樣繞組中取出感應電壓，加到開關管的基極上，以維持振蕩。右邊的次級繞組就沒有太多好說的 ,RF93 整流， 220uF 電容濾波后輸出 6V的電壓。沒找到二極管 RF93 的資料，估計是一個快速回復管，例如肖特基二極管等，因為開關電源的工作頻率較高，所以需要工作頻率的二極管。這里可以用常見的 1N5811N5817 等肖特基二極管代替。同樣因為頻率高的原因，變壓器也必須使用高頻開關變壓器，鐵心一般為高頻鐵氧體磁芯，具有高的電阻率，以減小渦流。 結 語 本論文通過對手機充電器用電源變換器的開關電源電路設計，主要完成的 內(nèi)容如下： 1. 開關電源的概念、分類、未來發(fā)展趨勢等的分析； 2. 開關電源元器件的選用（二極管、開關管、電容器、磁芯材料等）； 3．開關電源設計基礎（包括開關電源的控制方式、各類拓撲結構的分析等）； 4．開關電源主電路的設計（電路原理圖設計、原理分析）。 電能變換技術是一種應用功率半導體器件，綜合電力變換技術、現(xiàn)代電子技術、 自動控制技術的多學科的邊緣交叉技術。隨著科學的發(fā)展，電能變換技術又與現(xiàn)代理論、材料科學、電機工程、微電子技術等許多領域密切相關，其綜合性相當強烈。 開關電源替代傳統(tǒng)的鐵芯變壓器電源， 是時代的進步、科學的發(fā)展。要求所有的電子設備體積小、重量輕、節(jié)省電能是眾望所求，而開關電源在很多方面都具有優(yōu)勢，因此，開關電源必將會有更加長遠的發(fā)展。 參考文獻 [1] 趙同賀 .開關電源設計技術與應用實例 .北京：人民郵電出版社， [2] 周志敏，周紀海等 .開關電源實用技術 — 設計與應用 .北京：人民郵電出版社， [3] 胡翔俊 .電路基礎 . 北京：高等教育出版社， 1996 [4] 楊素行 .模擬電子技術基礎簡明教程 . 北京：高等教育出版社， [5] 汪明添 .電子元器件 .北京 ：北京航空航天大學出版社， [6] 朱定華，黃松，蔡苗等 .Protel 99 SE 原理圖和印制板設計 .北京：清華大學出版社， [7] 楊旭，裴云慶等 .開關電源技術 .北京：機械工業(yè)出版社，