【正文】 向?qū)〞r(shí)，可以控制S3導(dǎo)通，因此S3為零壓導(dǎo)通。(d) S3導(dǎo)通上升沿觸發(fā)一單穩(wěn)態(tài)脈沖，控制輔管Sc導(dǎo)通。此時(shí)，Cc電壓被瞬間接到變壓器副邊。從而在原邊產(chǎn)生一瞬間高壓，此較高電壓將加快原邊電流迅速復(fù)位歸零。(e) 當(dāng)電流回零后，輔管關(guān)斷。此時(shí)副邊又被鉗制在近似短路的低電壓，原邊電壓也迅速降低。使得C3電壓反向加到S4上，促使S4在零電流下關(guān)斷。(f) 此時(shí)，在Lk作用下，同時(shí)可以零電流開通S2。電流換向成功，進(jìn)入下半個(gè)周期。ViR0S1S3S2S4C1C2VD1VD2LKL0C0C3圖327 不對(duì)稱移相全橋零電壓零電流變換器 其它軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展概況其實(shí)，為了提高對(duì)輸入電壓、負(fù)載變化的適應(yīng)能力，降低開關(guān)管電壓、電流應(yīng)力，減少開關(guān)損耗等目的，其它改進(jìn)型的軟開關(guān)類型還有很多，也有許多問題需要討論，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是這些篇幅所能探討的。這里只簡單瀏覽相關(guān)典型軟開關(guān)電路，感興趣者可查閱相關(guān)專業(yè)資料[7]。(1) 半橋不對(duì)稱PWM變換器與全橋變換器不同，在合適的控制方案下，半橋電路也可以組成不對(duì)稱ZVS變換器，但無法構(gòu)成ZVZCS電路。它可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零壓切換，且在寬負(fù)載和輸入電壓范圍實(shí)現(xiàn)恒頻PWM調(diào)節(jié)。(2) 有源與無源軟開關(guān)一般的軟開關(guān)，分為有源和無源兩種。傳統(tǒng)的軟開關(guān)要附加有源器件（如開關(guān)）及控制電路，近幾年逐步開始開發(fā)無源軟開關(guān)，從而促進(jìn)了電路的簡化和開關(guān)電源的成本降低。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是用簡單的電路結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)dv/dt、di/dt的降低，從而有效地完成ZVS、ZCS控制，以消除電路中的有源部分。(3) DC/DC變換器DC/DC變換器實(shí)際上就是前面講到的各類變換器。只是去掉開關(guān)電源的輸入電路及部分輸出整流器件，形成簡單的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊。這類器件目前取得了較大范圍的應(yīng)用，使得用戶可以簡單地構(gòu)件自己的電源系統(tǒng)。(4) 軟開關(guān)逆變器借用軟開關(guān)的概念，在全橋電路上適當(dāng)改進(jìn)，可以構(gòu)成軟開關(guān)全橋有源逆變器電路。所以，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用不僅僅限于開關(guān)電源本身，其它類似功率變換電路也可以借用這個(gè)技術(shù)，而實(shí)現(xiàn)功率器件的軟開關(guān)，從而降低損耗，提高效率。典型的如變頻器、電機(jī)保護(hù)器。(5) 三電平電路在大功率高電壓變換電路中，管子的電壓應(yīng)力必須盡量降低。因此，研發(fā)了所謂三電平電路。通過增加“變換電感”和電容器件，達(dá)到降低電壓應(yīng)力的目的。這個(gè)方案可以使開關(guān)管電壓應(yīng)力降低到輸入直流電壓的一半。(6) 其它電路及發(fā)展方向變換器電路實(shí)際還有很多問題需要討論，我們在有限的時(shí)間內(nèi)不可能完全涉及。變換器目前的發(fā)展大體有如下兩個(gè)主要趨勢：① 朝高功率密度、大電流發(fā)展。以滿足高功率電源需要。② 朝低壓發(fā)展，以滿足低損耗系統(tǒng)的需要。目前在1VDC電源方向展開了一系列研究。4． 開關(guān)電源設(shè)計(jì) 開關(guān)電源集成控制芯片目前，集成開關(guān)電源控制芯片技術(shù)已經(jīng)十分成熟，為開關(guān)電源的制造帶來極大便利，并促進(jìn)了成本的下降。這類芯片含有：MOS智能開關(guān)、電源管理電路、半橋或全橋逆變器、PWM專用SPIC、線性集成穩(wěn)壓器、開關(guān)集成穩(wěn)壓器等。此次設(shè)計(jì)開關(guān)電源使用的電源控制芯片是：M51995AFP。下面介紹這種芯片。M51995AFP是M51995AP的擴(kuò)展，M51995AP的管腳排列見圖41，各引腳定義如下：圖41 M51995AP管腳排列圖COLLECTOR：半橋電路輸出集電極Vout：半橋電路輸出EMITTER：半橋電路輸出發(fā)射極VF：VF控制端ON/OFF：工作使能端OVP：過壓保護(hù)端DET：檢測端F/B：電壓反饋端T－ON：計(jì)時(shí)電阻ON端CF：計(jì)時(shí)電容端T－OFF：計(jì)時(shí)電阻OFF端CT：斷續(xù)方式工作檢測電容端GND：芯片地CLM－：負(fù)壓過流檢測端CLM＋：正壓過流檢測端圖42 M51995APF管腳排列圖(1) 芯片特性：M51995AFP是MITSUBISHI公司推出的專門為AC/DC變換而設(shè)計(jì)的離線式開關(guān)電源初級(jí)PWM控制芯片。該芯片內(nèi)置大容量半橋電路，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET。它不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應(yīng)的電流限制功能。它的另一大特點(diǎn)是過流時(shí)采用斷續(xù)方式工作，具備過流及短路保護(hù)功能。芯片的主要特征如下：500kHz工作頻率；輸出電流達(dá)2A，輸出上升時(shí)間60μs，下降時(shí)間40μs；起動(dòng)電流小，典型值為90μA；起動(dòng)和關(guān)閉電壓間壓差大：起動(dòng)電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V；改進(jìn)半橋電路輸出方法，穿透電流??；過流保護(hù)采用斷續(xù)方式工作；用逐脈沖方法快速限制電流；具備欠壓、過壓鎖存電路。(2) 推薦使用條件：電源：1236V。工作頻率：小于500KHz。振蕩頻率設(shè)置電阻：Ron：1075K，Roff：230K。(3) 特性圖及簡介：這里，有選擇地介紹該器件的主要特性。① 功率/溫度特性：它由功率上限、溫度上限、及負(fù)溫度特性的斜線組成。低溫區(qū)（25℃以下），主要受最大功耗限制，高溫區(qū)（85℃以上）受最高允許溫度限制。2585℃區(qū)域，呈負(fù)溫度特性。芯片使用應(yīng)控制在這個(gè)范圍內(nèi)。② Icc/Vcc特性：Icc、Vcc指電源電流、電壓的關(guān)系。該特性具有滯回特性，即開啟電壓比關(guān)閉電壓高。前者為16V，后者為10V。而且，頻率越高，芯片電流相對(duì)越大。③ 振蕩頻率/溫度特性該芯片內(nèi)置了一個(gè)振蕩元件需要外接的振蕩電路，該電路頻率將隨溫度變化而呈現(xiàn)負(fù)溫度特性。④ 占空比/溫度特性占空比隨溫度變化不大，略成負(fù)溫度特性。實(shí)際上，溫度會(huì)影響很多器件的特性，對(duì)精密電路，這種影響是必須考慮的。⑤ 輸出高電平/拉電流特性這是芯片工作在灌電流/低電平狀態(tài)的特性。該器件額定電流為2A。⑥ 輸出低電平/灌電流特性這是芯片工作在拉電流/高電平狀態(tài)的特性。圖43 占空比F/B輸入電流曲線⑦ 占空比F/B輸入電流特性這個(gè)特性反應(yīng)了電源反饋電流和占空比的關(guān)系。在小電流區(qū)，占空比基本不受反饋電流的影響，二者呈線性關(guān)系。反饋信號(hào)越強(qiáng)，占空比越低。利用這個(gè)特性，可以有效地實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)過程。(1) 芯片結(jié)構(gòu)：M51995AFP的原理結(jié)構(gòu)：它主要由振蕩器、反饋電壓檢測變換、PWM比較、PWM鎖存、過壓鎖存、欠壓鎖存、斷續(xù)工作電路、斷續(xù)方式和振蕩控制電路、驅(qū)動(dòng)輸出及內(nèi)部基準(zhǔn)電壓等部分組成。(2) 芯片應(yīng)用原理分析：① 振蕩器(a) 振蕩器原理：振蕩電路的等效電路如圖44所示。CF電壓由于恒流源的充放電而呈三角波。圖44 振蕩器等效電路Ron：充電電阻，Roff：放電電阻，Cf：計(jì)時(shí)電容如圖44，由內(nèi)部充放電控制信號(hào)來控制對(duì)CF進(jìn)行充放電。充電電流由Ron控制，放電電流由放電電阻Roff控制。(b) 振蕩器相關(guān)計(jì)算與分析：在斷續(xù)方式和振蕩器控制電路不工作時(shí)，有關(guān)數(shù)據(jù)核算關(guān)系為： 占空時(shí)間： （41）死區(qū)時(shí)間： （42）實(shí)際振蕩周期為二者之和。其中，。圖45 振蕩器波形圖芯片輸出脈寬為三角波的上升時(shí)間，而輸出關(guān)斷時(shí)間（死區(qū)時(shí)間）則為三角波的下降時(shí)間。當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，斷續(xù)方式和振蕩控制電路開始工作，此時(shí)T－off端電壓依賴于VF控制端電壓，振蕩器死區(qū)時(shí)間將延長。占空時(shí)間 （43） 死區(qū)時(shí)間 （44）實(shí)際振蕩周期為二者之和。其中，。 當(dāng)，取；當(dāng),??；，取實(shí)際值。所以當(dāng)時(shí)振蕩器的工作和沒有發(fā)生過流時(shí)一樣。此時(shí)的振蕩波形，除啟動(dòng)時(shí)，三角波從零開始以外，穩(wěn)態(tài)時(shí)與圖45類似。(c) VF端的應(yīng)用方法：通常使VF端電壓正比于變換器的輸出電壓，這樣當(dāng)發(fā)生過流而使輸出電壓變低時(shí)，VF也變低，使得Cf放電電流減小，死區(qū)時(shí)間（放電時(shí)間）也相應(yīng)變長，從而進(jìn)一步降低占空比。 當(dāng)然，這個(gè)VF端反饋電壓也可以通過隔離變壓器的相關(guān)繞組分壓后獲得。 圖46 正激式變換器中VF端的應(yīng)用② PWM比較鎖存部分圖47為PWM比較和鎖存部分的電路圖：圖47 PWM比較和鎖存F/B：電壓反饋端，E點(diǎn)OSC是振蕩電路產(chǎn)生的矩形波，高電平時(shí)對(duì)應(yīng)充電，低電平對(duì)應(yīng)放電。 從圖可以看出，A點(diǎn)電位與F/B波動(dòng)規(guī)律相同，A點(diǎn)電位與振蕩三角波比較后鎖存，并與從振蕩器輸出的控制信號(hào)邏輯組合后輸出。故B、C、D、E各點(diǎn)的邏輯關(guān)系為：D點(diǎn)在三角波高出A點(diǎn)反饋時(shí)為高電平，低于A點(diǎn)時(shí)為低電平。B=D*E，可以得到B點(diǎn)波形。C=B*E，從而得到C點(diǎn)輸出波形。電源輸出越低，反饋電壓VF/B越高（IF/B?。珻點(diǎn)波形脈沖越寬，該信號(hào)經(jīng)過反向后，送芯片輸出開關(guān)管基極。這樣電源輸出開關(guān)管得到的基極激勵(lì)信號(hào)正好與電源輸出構(gòu)成負(fù)反饋關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電源輸出的調(diào)節(jié)。③ 輸出電路芯片輸出電路應(yīng)該有優(yōu)良的灌電流和拉電流能力，以便驅(qū)動(dòng)MOSFET。半橋電路恰好滿足了這一點(diǎn)，但它的穿透電流比較大。這樣將引起IC電流的增大，增加芯片損耗，并增加噪聲電壓。該芯片通過改進(jìn)的半橋電路，穿透電流由常規(guī)的1A左右降低到了100mA。 圖48 輸出電路從邏輯關(guān)系看，輸出電路是在比較和鎖存電路的C點(diǎn)輸出高電平期間開通（芯片輸出高電平，電源開關(guān)管導(dǎo)通），從而觸發(fā)電源電路輸出的。因此，當(dāng)電源電壓變低時(shí)，F(xiàn)/B反饋電壓越高（IF/B?。?，C脈沖越寬，輸出時(shí)間越長，從而使電源電壓回升；反之亦然。④ 電流限制電路如果A點(diǎn)波形和三角波的上升沿相交之前電流限制端CLM＋或CLM－的電壓超過閾值（＋200mV/－200mV），過流信號(hào)將使輸出截止并且這個(gè)截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)到下一個(gè)周期。實(shí)際上該信號(hào)控制的狀態(tài)在接下來的死區(qū)時(shí)間里被復(fù)位，所以電流限制電路在每個(gè)周期都可以起作用，被稱為“逐脈沖電流限制”。實(shí)際應(yīng)用電路為了消除寄生電容引起的噪聲電壓的影響，需要使用RC組成的低通濾波器。 建議電阻采用范圍10100，以保證CLM端合適的輸入電流。⑤ 斷續(xù)方式和振蕩控制電路當(dāng)CLM端達(dá)到閾值時(shí)，電流限制電路將以脈沖形式發(fā)出電流限制信號(hào)，在Vout輸出高電平期間，電流限制鎖存電路輸出高電平，用于控制下級(jí)電路。同時(shí)，斷續(xù)方式和振蕩控制電路開始工作，即輸出高電平。圖49為時(shí)序圖。另一種情況就是VF端反饋電壓低于3VDC時(shí)，該電路啟動(dòng)工作。圖410給出的是非斷續(xù)時(shí)的時(shí)序圖。對(duì)照兩個(gè)圖形，可以看出該電路的工作方式。圖49 斷續(xù)方式和振蕩控制電路時(shí)序圖410 非斷續(xù)方式下電路各點(diǎn)信號(hào)時(shí)序⑥ 斷續(xù)方式工作電路在斷續(xù)方式和振蕩控制電路輸出為高電平或VF端電壓（間接反映Vout）下降到低于約3V的臨界值時(shí)，斷續(xù)方式電路開始工作。圖411為斷續(xù)方式電路的原理圖。當(dāng)VF端電壓高于（來自斷續(xù)方式和振蕩控制電路）時(shí)，晶體管V導(dǎo)通，CT端電位接近于GND；當(dāng)VF端電壓低于（過載斷續(xù)情況）時(shí)，晶體管V截止，CT將被充放電。SWA閉合而SWB斷開時(shí)，CT被120μA的電流充電，SWB閉合而SBA斷開時(shí)，CT被15μA的電流放電，所以CT端呈三角波。只有在CT端電壓上升期才會(huì)產(chǎn)生輸出脈沖。CT端的三角波頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于開關(guān)振蕩頻率。這樣功率電路中包括次級(jí)整流二極管在內(nèi)的元器件可被有效保護(hù)，以防過流引起的過熱。圖411 斷續(xù)方式工作電路圖⑦ 電壓檢測電路DET端可被用來控制輸出電壓。DET端和F/B端之間的電路與并聯(lián)型可調(diào)電壓基準(zhǔn)芯片431非常相似。DET和F/B端具有反相特性，它們之間應(yīng)接以串接的電阻和電容以利相位補(bǔ)償。由于兩點(diǎn)電位不同，絕不要只接電阻。加電容則不同，因?yàn)殡娙萦懈糁蹦芰?。DET端不用時(shí)，可以接地。圖412 檢測電路等效圖⑧ ON/OFF電路部分ON/OFF端子用來開關(guān)芯片工作。由于Q4基極接了恒流源，它具有遲滯特性，所以，即使外電路信號(hào)變化緩慢，也不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。在過壓保護(hù)（OVP）及OFF狀態(tài)下，芯片的工作電流均由起動(dòng)電路提供。ON/OFF端為低電平時(shí)芯片才工作。圖413是建議的外部連接方法。圖中的開關(guān)可以用晶體管或光耦管代替。如果無須控制芯片工作時(shí)，ON/OFF端可以直接接地。圖413 ON/OFF外部電路⑨ 過壓保護(hù)（OVP）電路OVP端子用來實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)，并具有遲滯特性。QQ3構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)OVP端高于750mV的閾值電壓時(shí)芯片進(jìn)入過壓保護(hù)狀態(tài)（OVP），芯片被停止。為了復(fù)位，須使OVP端電壓低于閾值或使VCC低于OVP復(fù)位供電電壓（典型值為9V）。恒流源I2在OVP不操作時(shí)，大約為150μA，操作時(shí)減少到2μA。但必須輸入大于I2約800μA到8mA的電流，才能觸發(fā)OVP工作。在OVP作用期間，Icc應(yīng)該至少提供20μA電流，這可以靠適當(dāng)設(shè)置R1偏置來實(shí)現(xiàn)。如果需要OVP電位一直保持，則在OVP和地之間不要接電容。 開關(guān)電源電路分析該電路實(shí)際上是一個(gè)比較簡單的普通PWM開關(guān)電源電路。脈沖寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)取決于反饋電平與振蕩器三角波的比較。 它是一個(gè)正激式隔離開關(guān)電源電路。隔離變壓器包括三個(gè)繞組，即原邊、副邊及第三繞組。第三繞組為芯片提供啟動(dòng)電路電源。 從整個(gè)電路結(jié)構(gòu)看，它使用了最簡單的單管結(jié)構(gòu)。開關(guān)管使用了MOSFET器件，開關(guān)管型號(hào)：2SK1939（2501），富士電機(jī)產(chǎn)品，N溝道，電壓600V，8A，功率100W。 電路