【導(dǎo)讀】的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代。壓的一種電源，一般由PWM控制IC和MOSFET構(gòu)成。等方面的深入研究，一種基于脈寬調(diào)制器UCC3842的開(kāi)關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生，并逐步取代傳統(tǒng)的串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源。本文基于控制芯片UC3842設(shè)計(jì)制。大電流的直流場(chǎng)合。并分析了該電源的工作原理，包括主電路、控制電路、

　　

【正文】 別僅是圖（ a）將 C接在輸入端， 圖（ b）則接 C到輸出端。圖（ c）、（ d）所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖（ c） 中的 L、 C1和 C2用來(lái)濾除共模干擾， C3和 C4濾除串模干擾。 R3為泄放電阻，可將 C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端 L、 N 不帶電，保證使用的安全性。圖（ d）則是把共模干擾濾波電容 C3和 C4接在輸出端 . 為了保證所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源有較好的穩(wěn)定性，在本設(shè)計(jì)中 EMI濾波器采用的電路圖如 (d)圖所示。 圖 設(shè)計(jì)中所采用的電路圖 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 工作過(guò)程： C L C C3組成的雙 π 型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開(kāi)啟瞬間由于瞬間電流大，加 RT1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在 RT1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后 RT1阻值減小（ RT1是負(fù)溫系數(shù)元件），這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)電路可正常工作。 （ 3）、 EMI濾波器的技術(shù)參數(shù) 【 16】 EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定電壓、額定電流、漏電流、測(cè)試電壓、絕 緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升 Tr 、插入損耗 AdB、外形尺寸、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗（ 亦稱 稱插入衰減），它是評(píng)價(jià)電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 插入衰減），它是評(píng)價(jià)電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo) . ① 、 插入損耗（ AdB）是頻率的函數(shù)，用 dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率分 P1 、 P2 ，有公式： AdB = 10 ㏒（ P1/P2） (1) 假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變，則 P1= V12/Z， P2= V22/Z。式中 V1是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓， V2是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓，且 V2﹤﹤ V1。帶入（ 1）式中得到： AdB = 20 ㏒（ V1/V2） (2) 插入損耗用分貝 （ dB）表示，分貝值愈大，說(shuō)明抑制噪聲干擾的能力愈強(qiáng)。鑒于理論計(jì)算比較繁瑣且誤差較大，通常是由生產(chǎn)廠家進(jìn)行 實(shí)際測(cè)量，根據(jù)噪聲頻譜逐點(diǎn)測(cè)出所對(duì)應(yīng)的插入損耗，然后會(huì)出典型的插入損耗曲線，提供給用戶。 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 ② 、漏 電流 ： 計(jì)算 EMI濾波器對(duì)地漏電流的公 式為： ILD=2π f C V C (3) 式中， ILD 為漏電流， f是電網(wǎng)頻率。以圖 d為例， f=50Hz,C= C3 + C4 =4400Pf, VC 是 C3 、 C4 上的壓降，亦即輸出端得對(duì)地電壓，可取 VC ≈220V/2=110V 。由（ 3）式不難算出，此時(shí)漏電流 ILD = C4若選4700pF,則 C=4700Pf*2=9400pF， ILD =。顯然，漏電流與 C成正比。對(duì)漏電流的要求是 愈小愈好，這樣安全性高，一般應(yīng)為幾百毫安至幾毫安。 ③ 、額定電流： 額定電流還與 環(huán)境溫度 TA有關(guān)：例如，國(guó)外有的生產(chǎn)廠家給出了下述經(jīng)驗(yàn)公式： I=I1(85TA)/45 (4) 式中， I1是 40176。C 時(shí)的額定電流。舉例說(shuō)明，當(dāng) TA =50時(shí)， I= I1；而當(dāng) TA =25時(shí)， I= I1。這表明，額定電流值隨溫度的降低而增大，這是由于散熱條件改善的緣故。 整流濾波電路 【 17】 （ 1）、整流電路 ① 、工作原理 ： 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 圖 整流電路 圖 整流電路的波形圖 當(dāng)正半周時(shí)二極管 D D3 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管 D D4 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。 在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓 ② 、負(fù)載上的直流電壓和直流電流 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 輸出電壓是脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效 圖 負(fù)載電壓波形 輸出的平均電壓為： 22π0 2L 22ds i n2π1 VVttVV ??? ? ?? 流過(guò)負(fù)載的平均電流 為 ： LLRVR VR VI ???L2L2L 22 流過(guò)二極管的平均電流為： L2L2LD 22 R VRVII ??? 二極管所承受的最大反向電壓： 2Rmax 2VV ? （ 2） 濾波電路 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 圖 濾波電路 ① 、基本概念及原理 濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。 電容器 C 對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以 C 應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端，起穩(wěn)定電壓的作用； 電感器 L 對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此 L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)，起穩(wěn)定電流的作用。 經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。 ② 、單相橋式電容濾波整流電路及原理 Ⅰ 、單相橋式電容濾波整流電路 —— 在負(fù)載電阻 上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。 Ⅱ 、濾波原理 若電路處于正半周，二極管 D D3 導(dǎo)通，變壓器次端電壓 v2 給電容器 C 充電。此時(shí) C相當(dāng)于并聯(lián)在 v2上，所以輸出波形同 v2， 是正弦形。 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 濾波原理 所以，在 t1 到 t2 時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電， vC=vL 按正弦規(guī)律變化；t2 到 t3 時(shí)刻二極管關(guān)斷， vC=vL 按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為 RLC。需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù) RLC 增加時(shí)， t1 點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)， 導(dǎo)通角減小，見(jiàn)曲線 3；反之， RLC 減少時(shí)，導(dǎo)通 角增加。顯然，當(dāng)Ｒ L很 小，即 IL 很大時(shí)，電容波的效果不好，見(jiàn)濾波曲線中的 2。反之，當(dāng)Ｒ L 很大 ，即 IL 很小時(shí)，盡管 C較小 , RLC 仍很大 ,電容濾波的效果也很好 ,見(jiàn)濾波曲線中的 3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。 當(dāng) v2到達(dá) 90176。 時(shí)， v2開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容 C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 Ｒ L放電。指數(shù)放電起 始點(diǎn)的放電速率很大。 在剛過(guò) 90176。時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò) 90176。時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò) 90176。后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越快，二極管關(guān)斷。 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 圖 RLC 對(duì)濾波的影響 Ⅲ 、 電容濾波的計(jì)算 電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法： 一種是用鋸齒波近似表示，即： 20 m a x2m a x= eLILV B??? ? ? 另一種是在 RLC=(3?5)T/ 2的條件下，近似認(rèn)為 VL=VO=。（或者，電容濾波要獲 得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足 ?RLC≥6~10 。） （ 4）整流濾波電路中，輸出直流電壓 VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線。 圖 輸出電壓隨負(fù)載的變化 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 2OLd2O2OL1 .22)53(=0 .9=, 02=,=VVTCRVVCVVR???～? 由此可見(jiàn)，其輸出電壓值隨著負(fù)載電流的變化而不斷變化，因此為使其達(dá)到真正意義上的恒壓值，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)壓處理。 因?yàn)殡娙轂V波是保持電壓不恒定不變，故在本設(shè)計(jì)中選用電容濾波，而不是電感濾波。 故整流濾波電路如下所示： 圖 、抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾 （ 1）、產(chǎn)生干擾的原因： 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 圖 干擾源及電流電壓波形 開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心也是主要的干擾源之一，它主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生的 dV/dt 具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是： ① 、在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通瞬間，變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓 。在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在漏感中的這部分能量將和開(kāi) 關(guān)管本身的極間電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷尖峰電壓。這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸人輸出端，形成傳導(dǎo)干擾。 ② 、輸出二極管在正向?qū)〞r(shí)， PN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時(shí)積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中 V在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間很短，在短時(shí)間內(nèi)要讓存儲(chǔ)電荷消失就產(chǎn)生反向電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩。 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 47 ③ 、高頻變壓器初級(jí)線圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn) 生較大的空間輻射，形成輻射干擾。 如圖 b 所示， I1 是變壓器初級(jí)線圈電流， I2 是二次線圈電流， VDS 是開(kāi)關(guān)管漏源極間電壓， VD是二次側(cè)輸出二極管上兩端電壓。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生頻率為 f1 的干擾，而輸出二極管反向電流引起頻率為 f2的干擾。 ④ 、干擾的耦合通道： 由于變壓器的初次級(jí)線圈間存在雜散電容，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的共模干擾通過(guò)變壓器在原副邊相互傳播。相比較而言，差模干擾路徑比較簡(jiǎn)單也易于處理。在此主要介紹共模干擾的產(chǎn)生和抑制。 （ 2）、開(kāi)關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路 圖 緩沖電路 由于開(kāi)關(guān)管和輸出二 極管的高速開(kāi)關(guān)引起的干擾，可以通過(guò)增加緩沖電路來(lái)減小。如上圖所示： 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 48 ①、 由于變壓器的繞制工藝引起的漏電感以及負(fù)載的電感性引起的開(kāi)關(guān)應(yīng)力過(guò)高，可導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管的損壞，因此與電感線圈并聯(lián) RCD 緩沖網(wǎng)絡(luò)可有效抑制開(kāi)關(guān)應(yīng)力，從而可以選取耐壓值較小的開(kāi)關(guān)管，減小了損耗和成本。 上圖中 C1， R1， D1組成 snubber 電路，吸收殘存在變壓器漏感中的能量，能夠減小開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)的浪涌電壓。 電容 CZ的取值如下 : C2=IP tf / 2 (*Vceo) 式中， IP為原邊電流最大值， tf為集電極電流下降時(shí)間， Vceo 為所用開(kāi)關(guān)管 耐壓額定值。 R1的取值必須保證在最大輸人電壓和最小負(fù)載電流時(shí) C2的充分放電，取值如下 : R1= / C2 在本電路中， D1采用肖特基二極管 FR107， c1取 103/IkV， R1 取 47k/2W。 ② 、上圖中 C2， R2， D2 組成開(kāi)關(guān) 緩沖電路，減小開(kāi)關(guān)管的 dV/dt，即減小由此產(chǎn)生的干擾。 ③ 、上圖中 C3， R3組成輸出二極管的緩沖電路，減小 di/dt，另外輸出二極管應(yīng)采用肖特基或者超快速恢復(fù)二極管。 （ 3）、高頻變壓器的設(shè)計(jì)和選擇 山東科技大學(xué) 2020 級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 49 變壓器是開(kāi)關(guān)電源的最關(guān)鍵器件之一。變壓器不僅要設(shè)計(jì)合理， 在制作上也很有講究。一個(gè)好的變壓器既要滿足帶負(fù)載能力，還要能起到減小和抑制干擾的作用。 ① 、 首先應(yīng)根據(jù)輸出負(fù)載的大小選擇變壓器的類型和磁芯的型號(hào) 【 18】 。 在單端反激式變換器電路中，變壓器初級(jí)繞組只在 B— H待佐曲線 [磁滯回線 )的一個(gè)方向上被驅(qū)動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)注意不要使其飽和所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來(lái)擴(kuò)大其有效體積 傳輸變壓器有效體積 v 的計(jì)算公式如下： 0 e m a x2m a xLILV B??? ? ?? ILamx最大負(fù)載電流 ‘ L：變壓器次級(jí)繞組的電感量； 0? ：空氣的導(dǎo)磁率。其值為 15 e? ：所選磁芯的磁性材料的相對(duì)導(dǎo)磁率 Bmax：磁芯的最大磁通密度。 相對(duì)導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過(guò)高。 ② 、 確定變壓器的線徑及線數(shù)。依據(jù) Bobbin 的槽寬并以電流密度 6A/mm2為參考，綜合考慮電流的趨膚效應(yīng)，決定變壓器的線徑及線數(shù)。 ③ 、 根 據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)要求，計(jì)算初次級(jí)繞組的電感量和匝數(shù)，反激式電源還應(yīng)計(jì)算變壓器氣