【導(dǎo)讀】工作在開關(guān)狀態(tài)，使整機(jī)效率很高。由于它具有體積小、重量輕和效率。高等優(yōu)點(diǎn)，因而發(fā)展非常迅速，應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大。本論文是結(jié)合當(dāng)前。這個(gè)電路設(shè)計(jì)具有成本低、精度高的特點(diǎn)。頻率電流模式控制器。該集成電路的特點(diǎn)是，具有振蕩器、溫度補(bǔ)償?shù)?。?dòng)功率MOSFET的理想器件。這種開關(guān)電源可用于AV85～240V輸入的。這種特殊的開關(guān)電源可以提供25～150W的輸出功率，可以。用在辦公室小型分組交換機(jī)等產(chǎn)品中。

　　

【正文】 需要的各種直流電壓。電源系統(tǒng)簡化電路圖如下所示。 圖 41 電源系統(tǒng)主簡化電路 技術(shù)指標(biāo)及主要參數(shù)計(jì)算 輸入電壓范圍： AC90～ 240V， 50/60Hz。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 32 輸出： DC+5V，額定電流 1A，最小電流 750mA DC+12V，額定電流 1A， 最小電流 100mA DC－ 12V，額定電流 1A，最小電流 100mA DC+24V，額定電流 1A，最小電流 輸出電壓紋波： +5V， +12V：最大 100mV（峰峰值） +24V：最大 250mV（峰峰值） 輸出精度： +5V，177。 12V：最大177。 5% +24V：最大177。 10% 低電壓輸入限制：該電源產(chǎn)品允許最低輸入電壓為 AC85（ 1177。 5%） V 微處理器掉電信號(hào)：該電源系統(tǒng)在 +5V 輸出端電壓低于 （ 1177。 5%）V 時(shí)，提供一個(gè)集電極輸出開路的信號(hào)。 : 交流輸入電壓最小值 minU =90V,交流輸入電壓最大值 maxU =240V,電網(wǎng)頻率 aF =50Hz，開關(guān)頻率 f：常用 50kHz～ 200kHz，輸出電壓 0V =5~ 12V，輸出功率 0P =65W，損耗分配系數(shù) Z：一般取 ，電源效率 k=80% inC : 對(duì)于寬范圍交流輸入（ 85～ 265Vac），01 PC 的比例系數(shù)取 2～ 3，即每輸出 1W功率，對(duì)應(yīng) 3uF 電容量 ,這里選用 200uF 的電容 miniV: VkCtFPUVincai 103)2 1(2202m inm i n ???? (41) 其中： ct 為整流橋的響應(yīng)時(shí) 間，一般為 3ms 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 33 orV : 對(duì)于寬范圍交流輸入（ 85～ 265Vac），初級(jí)感應(yīng)電壓 orV 取 135V bV : 對(duì)于寬范圍交流輸入（ 85～ 265Vac），鉗位二極管反向擊穿電壓 bV 取200V maxD :取典型值 67% rI 與初級(jí)峰值電流 pI 的比值 rpK : 對(duì)于寬范圍交流輸入（ 85～ 265Vac）， rpK 最小值（連續(xù)模式） ，最大值（不連續(xù)模式） 。設(shè)計(jì)成連續(xù)模式，初級(jí)電路中的交流成分要比不連續(xù)模式少，可減小 MOSFET和高頻變壓器的損耗，提高電源效率。 : 輸入電流的平均值 avgI AkVPIiav g 65m i n0 ???? (42) 初級(jí)峰值電流 pI ADKIIrpav gp )( )(m a x???????? (43) 初級(jí)紋波電流 rI AIKI prpr ???? (44) 初級(jí)有效值電流 rmsI 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 34 AKKDII rprppr m s )()13( 22m a x ????????? (45) pL (uH)： Z =， k= 9206 )1()21(10 ???????? k kkZfKKIPLrprpppuH (46) sN : 對(duì)于寬范圍 交流輸入（ 85～ 265Vac）， nsK 取 )()( 10 ?????? nsfs KVVN 取 8 (47) 其中：1fV為輸出二極管的正向壓降 ,選取肖特基二極管正向壓降為 pN : 10 forsp VV VNN ??? = ??? 取 88 (48) lgA :單位 uH/ 匝匝 匝匝/ 52 92lg uHNLApp ????? (49) ： 次級(jí)峰值電流 spI AINNnII psppsp ?????? (410) 次級(jí)有效電流 srmsI 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 35 AKKDII rprpsps r m s )13()1( 2m a x ?????? (411) 連續(xù)工作模式下輸出紋波電流的有效值1rI ADDII r ma xma x01 ?????? (412) brsV ： VNNVVV psibr s 4288833012m a x0 ??????? (413) 輸入整流器 /濾波器部分的設(shè)計(jì) 輸入整流器 /濾波器電路在開關(guān)電源中不被人重視。典型的輸入整流器 /濾波器電流由三到四個(gè)部分組成： EMI 濾波器、浪涌抑制 器、整流級(jí)（離線應(yīng)用場(chǎng)合）和輸入濾波電容。許多交流輸入離線式電源要求有功率因數(shù)校正（ PFC）。其電路圖如圖 42。 +H 1H 2ACGNDEMI 濾波器過電壓抑制器整流器圖 42 輸入整流濾波電路 EMI 濾波器 隨著電子計(jì)算機(jī)與家用電器的大量涌現(xiàn)和廣泛普及，電網(wǎng)噪聲干擾日益嚴(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)噪聲干擾，其上升速度快、持續(xù) 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 36 時(shí)間短、電壓振幅度高（幾百伏至幾千伏）、隨機(jī)性強(qiáng)，對(duì)微機(jī)和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，常使人防不勝防，這已引起國內(nèi)外電子界的高度重視。 電磁干擾 濾波器（ EMI Filter）是近年來被推廣應(yīng)用的一種新型組合器件。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，可廣泛用于電子測(cè)量儀器、計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)備、開關(guān)電源、測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。 輸入濾波的前級(jí)是 EMI 濾波器。這個(gè)電感流過的是相對(duì)較大的直流電流，并且要防止高頻開關(guān)噪聲進(jìn)入輸入電源端。在交流離線應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)常用共模扼流圈，在本設(shè)計(jì)中， EMI 濾波器選用二階共模濾波器。 EMI濾波器的主要作用是濾除開關(guān)噪聲和由輸入線引起的諧波。 EMI 濾波器要盡可能靠近電源里的供電線輸入端。如果濾波器前 的線太長，從外面引入的傳導(dǎo) EMI 會(huì)干擾開關(guān)電源的工作。相反，開關(guān)電源里面的長導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生 RFI（射頻干擾），并向外發(fā)射，這樣無法通過電源 EMI 檢測(cè)。 浪涌抑制部分 浪涌抑制部分要放在 EMI 濾波電感后，但在整流（離線式）和輸入濾波電容（直流輸入）前。所有浪涌抑制器都要用 EMI 濾波電感和串連阻抗來防止超過它們額定的瞬時(shí)能量。 EMI 電感極大地減少了瞬時(shí)電壓峰值，并在時(shí)間上把它延長，這樣提高了抑制器的工作壽命。但是，不同的浪涌抑制器技術(shù)所串連的內(nèi)部電阻特性也不一樣。 浪涌電壓抑制器件基本 上可以分為兩大類。第一種類為橇棒（ Crowbar）器件，另一類為箝位保護(hù)器，即保護(hù)器件在擊穿后，其兩端電壓維持在擊穿電壓上不再上升，以箝位的方式起到保護(hù)作用。常用的MOV，瞬態(tài)電壓抑制器（ TVS）等。在本 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 37 文中，選擇的是 金屬氧化物變阻器（ MOV），發(fā)生浪涌時(shí)，抑制器的電阻會(huì)影響到加在它上面的額外電壓。 單相橋式整流電路和電容濾波電路 單相橋式式整流電路適用與 1KW 以下的整流電路中。 完成這一電路主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管 是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。 工作原理： 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，因?yàn)槭怯伤闹徽鞫O管 1D ～ 4D 接成電橋的形式，所以稱為橋式整流電路。如圖 43（ a）所示。 為了更清楚的解釋其工作原理，我將橋式整流電路的輸出直接接一個(gè)負(fù)載。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖 43（ a）的 電路圖可知： (a) 橋式整流電路 （ b) 波形圖 圖 43 單相橋式整流電路 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 38 當(dāng)正半周時(shí)，二極管 1D 、 3D 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。電流由 rT 次級(jí)上端經(jīng) 1D → LR → 3D 回到 rT 次級(jí)下端，在負(fù)載 LR 上得到一半波整流電壓。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管 2D 、 4D 導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。電流由 rT 次級(jí)的下端經(jīng) 2D → LR → 4D 在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖 43(b)。 參數(shù)計(jì)算 根據(jù)圖 43(b)可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為 : 22200 i n21 VVttdVVV L ???? ? ????? (414) 流過負(fù)載的平均電流為 : LLL RVRVI 22 ?? ? (415) 流過二極管的平均電流為 : LLLD R VRVII 22 ??? ? (416) 二極管所承受的最大反向電壓 : 22max VVR ? (417) 二級(jí)管的選擇 應(yīng)主要考慮以上兩個(gè)因素。在這次設(shè)計(jì)中，我選用的是二級(jí)管 IN4004。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 39 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)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以 C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。經(jīng)過濾波電路后，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。 (1).電容濾波電路結(jié)構(gòu) 現(xiàn)結(jié)合單相橋式整流和電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖 44所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容 C。 圖 44 電容濾波電路 (2).濾波原理 若 2V 處于正半周，二極管 1D 、 3D 導(dǎo)通，變壓器次端電壓 2V 給電容器 C 充電。此時(shí) C 相當(dāng)于并聯(lián)在 2V 上，所以輸出波形同 2V ,是正弦波。 當(dāng) 2V 到達(dá) 2???t 時(shí)，開始下降。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 LR 放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率 很大。在剛過2???t 時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過 2???t 時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過 2???t 后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在 2t 到 3t 時(shí)刻，二極管導(dǎo)電， Ｃ 充電， 01 VV? 按正弦規(guī)律變化； 1t 到 2t 時(shí)刻二極管關(guān)斷，01 VV? 按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為 CRL 。電容濾波過程見圖 45。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 40 圖 45 電容濾波電路波形 (3).外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓 0V 隨負(fù)載電流 0I 的變化關(guān)系曲線如圖 46所示。 圖 46 電容濾波外特性曲線 (4).電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算 負(fù)載平均電壓 LV 升高，紋波減少，且 CRL 越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般?。? 2)5~3( TCR Ld ??? (418) 在本設(shè)計(jì)中，我采用 AD250V 的 100181。F 電容。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 41 電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。一般常采用以下近似估算法： 2)5~3( TCRL ?的條件下，近似認(rèn)為 20 VV ? 控制器 控制的主要目的就是要保持輸出電壓一定，而負(fù)載電流可以有很大的變化范圍，這就是要通過負(fù)反饋來達(dá)到這個(gè)目的。所有的電源控制器，無論線性電源還是開關(guān)電源，都要檢測(cè)輸出電壓。選擇控制 IC 極其重要，如果選擇不正確，會(huì)使電源工作不穩(wěn)定而浪費(fèi)寶貴的時(shí)間。總體上說，正激式拓?fù)溆秒妷盒涂刂破鳎龎菏酵負(fù)渫ǔＳ秒娏餍涂刂?。但這也不是一成不變的規(guī)則，因?yàn)槊恳环N控制方法都可以用到各種拓?fù)渲腥?，只是得?的結(jié)果不一樣而已。各種控制方法見表 4－ 1。 表 41 PWM 控制器控制方法 控制方法 最適宜的拓?fù)? 說明 具有輸出平均電流反饋的電壓型控制 正激式電路 輸出電流反饋太慢，會(huì)使功率開關(guān)失效 具有輸出電流