【導(dǎo)讀】頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。目前已成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)中、小功率開(kāi)關(guān)。電源，精密開(kāi)關(guān)電源及電源模板的優(yōu)選集成電路。為研究的論題—基于反激式變換器的開(kāi)關(guān)電源研究作鋪墊。講述了本課題的研究意義和工作內(nèi)容。介紹反激式開(kāi)關(guān)電源的工作原理以及TOP223Y芯片。的特性給出了單端反激式開(kāi)關(guān)電源的工程設(shè)計(jì)方法。對(duì)給出的具體實(shí)例電路進(jìn)行仿真測(cè)試研究，得出結(jié)論并加以分析。

　　

【正文】 壓為 200V 的 P6KE200， VD 選擇反向耐壓為 600V 的超快恢復(fù)二極管 BYV26C。 輸出整流電路的設(shè)計(jì) 輸 出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。因?yàn)樾ぬ鼗O管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗，此外，肖特基二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消耗輸出電壓中的紋波方面有顯著的性 能優(yōu)勢(shì)，因此文中選用肖特基二極管作為整流二級(jí)管：對(duì)于輸出濾波電容， ESR(等效串聯(lián)阻抗 )和紋波電流是兩個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)電容兩端電壓小于 時(shí)， ESR 只與電容體積有關(guān)，在保證控制環(huán)路帶寬足夠的前提下，應(yīng)選擇耐壓值高和容值低的濾波電容，文中電容選 C2=C4=25V/22μ F、? ?Acuo/LgLN 2 ??? ? ?183 23 C3=C5=20V/20μ F。若濾波效果不理想，可以在下一級(jí)再串聯(lián)一個(gè) LC 濾波環(huán)節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) L 取 H～ 10μ H。 反饋電路的設(shè)計(jì) 反饋回路的形式依據(jù)輸出電壓精度決定，本方案使用“光藕 +TL431 ” 可以把輸出電壓精度 控制在177。 1％。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò) (R R5)引入TL431 的 Ref 端，轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào)，經(jīng)光藕隔離后輸入到 TOP223Y 控制端。光藕工作在線性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選光藕的 CRT(電流放大率 )上限超過(guò) 200％，則易造成 TOP223Y 過(guò)壓保護(hù)，相反若 CRT 下限小于 40％，占空比 D 將不能隨反饋電流的增大而減小，從而導(dǎo)致過(guò)流。因此 , 應(yīng)選擇 CRT 范圍接近 100％的光藕。本文光藕選擇 SIEMENS 的 CNY172， CRT 為 63％～125％。反饋電路參數(shù)計(jì)算如下： 確定電阻 R2 和 R3 值， 2R fI + fV =（ KAI fI ） 3R (319) 式中： fV — 光耦二極管的正向壓降，典型值為 ； fI — 二極管正向電流 fI =3ma； KAI — 為 TL431 陰極工作電流，取 KAI =20ma， 計(jì)算可得： 2R =400? ， 3R =141? ；實(shí)取 2R =400? ， 3R =135? 。 確定電阻 4R 和 5R 值， （ 320） 式中： FV — TL431 參考端電壓，為 ； OV — 輸出端電壓，取 15V； 計(jì)算可得： 4R =10k? ， 5R =51k? 。 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生及其抑制 開(kāi)關(guān)電源干擾產(chǎn)生的機(jī)理 開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類(lèi)：一是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。 FO VRRV ???????? ?? 541 24 (1) 開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部干擾 開(kāi)關(guān)電源 產(chǎn)生的 EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。 基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生 EMI 最常見(jiàn)的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波（特別是高次諧波）會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾。 功率變換電路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與 外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流（大體上是矩形波）時(shí)，該波形含有許多高頻成份；同時(shí)，關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流，開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。 開(kāi)關(guān)電源中的高頻變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲；同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的 分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周?chē)a(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。 整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除（因載流子的存在，還有電流流過(guò)）。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十 MHz。 電容、電感器和導(dǎo)線開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。 (2) 開(kāi)關(guān)電源外部干擾 開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以 “共模 ”或 “差模 ”方式存在。干擾類(lèi)型可以從持 25 續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類(lèi)型見(jiàn)表 31。 表 31 開(kāi)關(guān)電源外部干擾 序號(hào) 干擾的類(lèi)型 典型的起因 1 跌落 雷擊重載接通電網(wǎng)電壓低下 2 失電 惡劣的氣候變壓器故障其他原因的故障 3 頻率偏移 發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定區(qū)域性電網(wǎng)故障 4 電器噪聲 雷達(dá)無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)換器和逆變器 5 浪涌 突然減輕負(fù)載變壓器的抽頭不恰當(dāng) 6 諧波失真 整流開(kāi)關(guān)負(fù)載 開(kāi)關(guān)型電源 7 瞬變 雷擊電源線負(fù)載設(shè)備切換空載電動(dòng)機(jī)的斷開(kāi) 在表 31 中的幾種干擾中，能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。 對(duì)于開(kāi)關(guān)電源干擾的一些抑制措施 形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面人手，采取適當(dāng)措施。首先應(yīng)該抑制騷擾源，直接消除干擾原因；其次是消除騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻 射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。 (1) 采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。屏蔽有兩個(gè)目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域。其原理是利用屏蔽體對(duì)電磁能量的反射、吸收和引導(dǎo)作用。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁騷擾對(duì)其他電子設(shè) 備的影響，可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和 26 地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。 (2) 所謂接地，就是在兩點(diǎn)間建立傳導(dǎo)通路，以便將電子設(shè)備或元器件連接到某些叫作 “地 ”的參考點(diǎn)上。接地是開(kāi)關(guān)電源設(shè)備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循 “一點(diǎn)接地 ”的原則，如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過(guò)該環(huán)路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲。實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn) “一點(diǎn)接地 ”，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而 采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。 (3) 濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。 EMI 濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的干擾對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。在濾波電路中，還采用很多專(zhuān)用的 濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。 27 結(jié) 論 設(shè)計(jì) 此類(lèi) 高性?xún)r(jià)比的開(kāi)關(guān)電源，不僅要掌握各種 TOP Switch 系列產(chǎn)品的工作原理和應(yīng)用電路，還必須了解有關(guān)通用及特種半導(dǎo)體器件、模擬與數(shù)字電路、電磁兼容、熱力學(xué)等多方面的知識(shí)。 所以需要查閱大量資料，進(jìn)行知識(shí)的分解與融合，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中 還需反復(fù)修正。 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)需要對(duì)電子技術(shù)有較熟練的掌握。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源所實(shí)現(xiàn)的功能或者目的，需要將其分解為若 干個(gè)模塊，分別弄清它們的原理和功能以及怎么去使用。然后，再將它們連接成為一個(gè)系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)對(duì)基本概念和原理知識(shí)作了分析，采取了由部分到整體的設(shè)計(jì)思路，對(duì)涉及的電路單元作了詳細(xì)分解和原理介紹。先后 設(shè)計(jì) 出 該開(kāi)關(guān)電源的濾波、整流、反饋等電路 及外圍電路，并 用 Protel 軟件 進(jìn)行了電路圖的繪制。 通過(guò)反復(fù) 思考 有了一定的 收獲 ， 并 取得了 開(kāi)關(guān)電源 設(shè)計(jì)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。 但是，對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的元器件計(jì)算及選型沒(méi)有深入涉及。 總之，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，熟悉和掌握了 Protel 繪圖軟件。另外對(duì)電子技術(shù)有了新的更高的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)它的實(shí)際運(yùn) 用有了較全面的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，通過(guò)翻閱大量的資料，利用各種資源從各個(gè)角度對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行分析等這個(gè)過(guò)程，提高了自己的自學(xué)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。對(duì)開(kāi)關(guān)電源這一設(shè)計(jì)過(guò)程有了充分的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行了很好的鍛煉。但是，作為一門(mén)相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科，運(yùn)用的知識(shí)較多，自己現(xiàn)有的水平還需要進(jìn)一步提高。 28 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，由于經(jīng)驗(yàn)的不足，難免有許多考慮不周全的地方，在這里衷心感謝胡老師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，讓我按時(shí)完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生對(duì)自己大學(xué)四年以來(lái)所學(xué)的知識(shí)有更多的認(rèn)識(shí)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)， 幫助我們總結(jié)大學(xué)四年收獲、認(rèn)清自我。同時(shí)，還幫助我們改變一些處理事情時(shí)懶散的習(xí)慣。從最開(kāi)始時(shí)的搜集資料，整理資料，到方案比選，確定方案，再到著手開(kāi)始進(jìn)行小功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)，每一步都是環(huán)環(huán)相扣，銜接緊密，其中任何一個(gè)步驟產(chǎn)生遺漏或者疏忽，就會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)帶來(lái)很多的不便。 學(xué)生的動(dòng)手能力和資料搜集能力在設(shè)計(jì)中也得到提升。畢業(yè)設(shè)計(jì)中很多數(shù)值、公式、計(jì)算方法都需要我們?nèi)ツ托牡夭殚啎?shū)籍，瀏覽資料，設(shè)計(jì)中需要用到輔助設(shè)計(jì)軟件的地方，也需要我們耐心的學(xué)習(xí)。掌握其使用的要領(lǐng)，運(yùn)用到設(shè)計(jì)當(dāng)中去。最后匯總的時(shí)候，需要將前期各 個(gè)階段的工作認(rèn)真整理。 畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了，通過(guò)設(shè)計(jì)，學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)到基礎(chǔ)的重要性，畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅能幫助學(xué)生檢驗(yàn)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果，更多的是畢業(yè)設(shè)計(jì)可以幫助我們更加清楚的認(rèn)識(shí)自我，磨練學(xué)生的意志與耐性，這會(huì)為學(xué)生日后的工作和生活帶來(lái)很大的幫助。 29 參考文獻(xiàn) [1] 趙皊 .用 TOPSwitch 芯片設(shè)計(jì)的反激式開(kāi)關(guān)電源 .南京：現(xiàn)代雷達(dá)出版 社 ， 2020. 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