【導(dǎo)讀】來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。電源，他們對(duì)電源的要求也越來越高。電子設(shè)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(shù)發(fā)展，新型多功能開關(guān)電源集成控制芯片不斷推向市場(chǎng)，大量。2020年中國開關(guān)電源市場(chǎng)總體銷售額達(dá)。到億元，銷售額同比增長了%。切的關(guān)系，而重點(diǎn)行業(yè)在我國宏觀經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)下，呈現(xiàn)出平穩(wěn)較快的發(fā)展態(tài)勢(shì)。域性市場(chǎng)，這大大抑制了開關(guān)電源產(chǎn)品性能的發(fā)展。價(jià)格有一定的議價(jià)能力。中國開關(guān)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(qiáng)，各具行業(yè)優(yōu)勢(shì)。

　　

【正文】 個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關(guān)特性。它的反向恢復(fù)時(shí)間 trr 只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。在開關(guān)電源的過壓保護(hù)、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(shù)指標(biāo)是： (1) 最高反向工作電壓 VRM和反向擊穿電壓 VBR：這兩個(gè)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(fù)時(shí)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(dāng)反向電壓達(dá)到并超過穩(wěn)定電壓時(shí)，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(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來提供基準(zhǔn)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。現(xiàn)在市面上從 到 200V，各種型號(hào)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(jià)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(biāo)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(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開關(guān)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(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)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(fù)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(shè)計(jì)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(guān)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(guān)電源使用的電容應(yīng)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(qiáng)，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(guān)系小，電容量小等特點(diǎn)。 薄膜電容器：分兩種類型 有極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜。有極性有機(jī)薄膜電容具有電容量與體積的比值大、耐高溫、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。非極性有機(jī)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(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。 鋁電解電容：在電子開關(guān)電源所用的電容器中，比較關(guān)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(guān)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(duì)于 220V 的 a. 交流輸電壓，電解電容的耐壓值不低于 400V。 標(biāo)稱靜電容量及其允許偏差：濾波用電容器的容量應(yīng)大一些，有利于減小直流電壓的紋波。在耐壓一定時(shí)，電容器的標(biāo)稱容量越大，價(jià)格就會(huì)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(guān)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(huì)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(fù)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(yīng)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(chǔ)存特性：在 105℃ 環(huán)境中，無負(fù)荷放置 500h 后，在 25℃ 溫度下電容器的性能應(yīng)符合高溫特性。 5 充電器設(shè)計(jì) 充電器相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn) 充電要求與指標(biāo) 充電器性能的好壞，主要看其指標(biāo)，其壽命也隨使用的合理性而定，良好的使用習(xí)慣用助于提高充電器的壽命。 手機(jī)電池和手機(jī)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(jī)電池： BL5CA 使用的是技術(shù)成熟的廉價(jià)電 芯，電容量較小，目前一般電容量在 700MAH 左右； BL5C 采用技術(shù)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(jī)電池的標(biāo)稱電壓，即當(dāng)電池放電低于該值是，手機(jī)會(huì)提示 “ 電量不足，請(qǐng)充電 ” ；后者是手機(jī)電池儲(chǔ)存電的容量。 以下為本次設(shè)計(jì)充電器的充電要求及技術(shù)指標(biāo)： 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(shí)間：不小于 16 小時(shí) 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(shí)間充電時(shí)，電池充電飽和度應(yīng) ≥90%。 飽和綠色燈亮?xí)r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(duì)電池充電，飽和綠色燈亮 :表示電池充電 容量達(dá) 90%左右 ,同進(jìn)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(guān)鍵，對(duì)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(biāo)注。很多充電器兼容兩種充電模式，選購時(shí)要注意是自動(dòng)識(shí)別還是手動(dòng)靠開關(guān)設(shè)定，如果是人工設(shè)定，則必須根據(jù)所充電池的類型正確設(shè)定。對(duì)于鎳鎘/鎳氫電池，優(yōu)秀的充電器采用帶下拉負(fù)脈充的充電方式，可以在充電過 程中減小極化效應(yīng)。而普通廉價(jià)充電器則使用恒流充電。電池充電波形要靠 示波器 才能準(zhǔn)確觀察 。 性能特點(diǎn) 在使用過程中我們也可以檢驗(yàn)充電器的 性能 。在充電的后期電池有略微的溫升是正常現(xiàn)象，但如果電池明顯發(fā)燙，則說明充電器未能及時(shí)檢測(cè)到電池充 電已飽和，造成過充，這對(duì)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(shí)間短，即手機(jī)待機(jī)通話時(shí)間短。在使用原裝隨機(jī)新電池的用戶，可以比較 說明書 上提供的大致參照時(shí)間，加以對(duì)比，如果參考數(shù)值與實(shí)際使用明顯存在差距，則有理由懷疑充電器的問題，當(dāng)然也不排除電池質(zhì)量、手機(jī)使用環(huán)境等其他因素。 充電器電路設(shè)計(jì)與原理分析 電路原理 圖設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，往往要先分析起電路特點(diǎn)、用途、了解其詳細(xì)參數(shù)特性以及各個(gè)元器件作用等等開始，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求通過相關(guān)軟件對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括電路原理圖繪制，印制電路板設(shè)計(jì)以及電路仿真等。本次設(shè)計(jì)電路原理圖如圖 51所示： 圖 51手機(jī)充電器用電源變換器電路圖 原理分析 分析一個(gè)電源，往往從輸入開始著手。 220V 交流輸入，一端經(jīng)過一個(gè) 4007 半波整流，另一端經(jīng)過一個(gè) 10 歐的電阻后，由 10uF 電容濾波。這個(gè) 10 歐的電阻用來做保護(hù)的，如果后面出現(xiàn)故障等導(dǎo)致過流，那 么這個(gè)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(gòu)成一個(gè)高壓吸收電路，當(dāng)開關(guān)管 13003 關(guān)斷時(shí)，負(fù)責(zé)吸收線圈上的感應(yīng)電壓，從而防止高壓加到開關(guān)管 13003 上而導(dǎo)致?lián)舸?13003為開關(guān)管 (完整的名應(yīng)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(dāng)原邊繞組不停的通斷時(shí)，就會(huì)在開關(guān)變壓器中形成變化的磁場(chǎng)，從而在次級(jí)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓。 從電路的結(jié)構(gòu)來看，可以推測(cè)出來，這個(gè)電源應(yīng)該是反激式的。左 端的 510KΩ為啟動(dòng)電阻，給開關(guān)管提供啟動(dòng)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(dāng)取樣電壓大約大于 ，即開關(guān)管電流大于 時(shí)，三極管 C945 導(dǎo)通，從而將開關(guān)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(guān)的電流，防止電流過大而燒毀 (其實(shí)這是一個(gè)恒流結(jié)構(gòu)，將開關(guān)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(yīng)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(fù)的 (4V左右 )，并且輸出電壓越高時(shí)，采樣電壓越負(fù)。取樣電壓經(jīng)過 穩(wěn)壓二極管后，加至開關(guān)管 13003 的基極。前面說了，當(dāng)輸出電壓越高時(shí)，那么取樣電壓就越負(fù)，當(dāng)負(fù)到一定程度后， 穩(wěn)壓二極管被擊穿，從而將開關(guān) 13003 的基極電位拉低，這將導(dǎo)致開關(guān)管斷開或者推遲開關(guān)的導(dǎo)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(shí)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(yīng)電壓，加到開關(guān)管的基極上，以維持振蕩。右邊的次級(jí)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(jì)是一個(gè)快速回復(fù)管，例如肖特基二極管等，因?yàn)殚_關(guān)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?yàn)轭l率高的原因，變壓器也必須使用高頻開關(guān)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(jié) 語 本論文通過對(duì)手機(jī)充電器用電源變換器的開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)，主要完成的 內(nèi)容如下： 1. 開關(guān)電源的概念、分類、未來發(fā)展趨勢(shì)等的分析； 2. 開關(guān)電源元器件的選用（二極管、開關(guān)管、電容器、磁芯材料等）； 3．開關(guān)電源設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（包括開關(guān)電源的控制方式、各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析等）； 4．開關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)（電路原理圖設(shè)計(jì)、原理分析）。 電能變換技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)。隨著科學(xué)的發(fā)展，電能變換技術(shù)又與現(xiàn)代理論、材料科學(xué)、電機(jī)工程、微電子技術(shù)等許多領(lǐng)域密切相關(guān)，其綜合性相當(dāng)強(qiáng)烈。 開關(guān)電源替代傳統(tǒng)的鐵芯變壓器電源， 是時(shí)代的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展。要求所有的電子設(shè)備體積小、重量輕、節(jié)省電能是眾望所求，而開關(guān)電源在很多方面都具有優(yōu)勢(shì)，因此，開關(guān)電源必將會(huì)有更加長遠(yuǎn)的發(fā)展。 參考文獻(xiàn) [1] 趙同賀 .開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例 .北京：人民郵電出版社， [2] 周志敏，周紀(jì)海等 .開關(guān)電源實(shí)用技術(shù) — 設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .北京：人民郵電出版社， [3] 胡翔俊 .電路基礎(chǔ) . 北京：高等教育出版社， 1996 [4] 楊素行 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)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(xué)出版社， [6] 朱定華，黃松，蔡苗等 .Protel 99 SE 原理圖和印制板設(shè)計(jì) .北京：清華大學(xué)出版社， [7] 楊旭，裴云慶等 .開關(guān)電源技術(shù) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，