【導(dǎo)讀】定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制和場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成。線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。目前世界各國(guó)都有廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)大容量高頻。制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的。編制，并對(duì)電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于TL494電源管理芯片。本文研制的直流開。關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。

　　

【正文】 管的反向恢復(fù)時(shí)間在 20～ 50ns 之間；整流電流 Id 為最大輸出電流 IOM 的 3 倍以上，即 Id3IOM；最高反向工作電壓 VRM 為最大反向峰值電壓 V(BR) S 的 2 倍以上，即 VRM2V( BR)S。 自動(dòng)恢復(fù)開關(guān) 自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)（ Resettable Swithing， RS）又叫自動(dòng)恢復(fù)保險(xiǎn)絲，它是一種過(guò)流保護(hù)器件。當(dāng)電路發(fā)生短路或用電電流超過(guò)極限值時(shí)，它起保護(hù)作用。它具有開關(guān)特性好、使用安全、不需維護(hù)、自動(dòng)恢復(fù)、可反復(fù)使用等特點(diǎn)。 工作原理 自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)是由高分子晶狀聚合物和導(dǎo)電鏈構(gòu)成的，它將聚合物緊密束縛在導(dǎo)電鏈上，在常態(tài)下它的電阻值非常低，只有 ? ，工作電流通過(guò)開關(guān)時(shí)功耗也很小，它所產(chǎn)生的熱量很少，不改變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)電路電流超過(guò)最大設(shè)計(jì)值或發(fā)生短路故障時(shí)，電流增加，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量時(shí)聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對(duì)電路起到保護(hù)作用。當(dāng)故障排除以后，它又能很快恢復(fù)到低電阻狀態(tài)。這種可持續(xù)性的轉(zhuǎn)換器件能反復(fù)使用而不損壞。自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)可在家用電器、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備以及開關(guān)電源上用作過(guò)流保護(hù)。通常，將自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)串接在低壓直流輸出端，此時(shí)交流輸入端的保險(xiǎn)管可省去。這里應(yīng)特別注意：自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)只能進(jìn)行低壓過(guò)流保護(hù)，而不能接在 220V 或 110V 交流電壓上，否則將使開關(guān)燒壞。日光燈短路或漏氣時(shí)，鎮(zhèn)流器的工作電流是正常工作電流的遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 21 3 倍以上，這時(shí)只要在鎮(zhèn)流器的輸出端與燈之間的電路上串接一只自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)，就能非常有效地進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性。 (2) 檢測(cè)方法 ① 電阻檢查 用數(shù)字萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量它的直流電阻，電阻值越小，自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的容量越大。 ② 過(guò)流后自動(dòng)恢復(fù)能力的檢查 在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的電流容量 IH。穩(wěn)壓電源的輸 出電壓從零開始逐漸升高，這時(shí)注意電流表的電流讀數(shù)也在不斷增加。當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電流接近或超過(guò)自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的電流容量時(shí)，電流表上的電流讀數(shù)突然減小，此時(shí)自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)已進(jìn)入高阻狀態(tài)。關(guān)斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點(diǎn)幾伏開始上升。觀察電流表，如果一段時(shí)間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時(shí)間就是自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)的自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間。 熱敏電阻 熱敏電阻時(shí)有錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導(dǎo)體陶瓷制成的，具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值降低。熱敏電阻的主要參數(shù)有： (1) RT0：零功率電阻值，表示室溫為 25℃ 時(shí)的電阻值。 (2) T? ：零功率電阻系數(shù)，表示零功率下溫度每變化 1℃ 所引起電阻值的相對(duì)變化率（ %/℃ ）。 (3) ? ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化 1℃所消耗功率的相對(duì)變化量（ mW/℃ ）。 熱敏電阻在開關(guān)電源中起過(guò)溫度保護(hù)和軟啟動(dòng)的作用。過(guò)溫保護(hù)時(shí)將熱敏電阻并接在輸入電路中。剛啟動(dòng)時(shí)，溫度低，電阻值高，相當(dāng)于開路。如果電路輸入電壓超高，熱敏 電阻就會(huì)發(fā)熱，其電阻值降低，對(duì)輸入電流分流。當(dāng)發(fā)熱越過(guò)極限值時(shí)，整流后的輸出電壓降低，開關(guān)電源高頻振蕩停振，或是由于熱敏電阻阻值降低后，將電路保險(xiǎn)絲燒斷，電路與供電電源斷開，起到熱保護(hù)作用。所謂軟啟動(dòng)是指電源剛通電時(shí)，因?yàn)V波電容 C 的電壓不能突變，容抗趨于零，瞬時(shí)對(duì)電容充電的電流很大，容易損壞電解電容。為了解決這一問(wèn)題，一般是在電路中串接幾歐姆的電阻，在啟動(dòng)瞬間對(duì)電流加以限制。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。如果將電阻換為熱敏電阻，遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 22 就可解決這一問(wèn)題。電路剛通電時(shí)，熱敏電阻的溫度低，阻值很大，瞬時(shí)能對(duì)充電 電流加以限制。隨著電流通過(guò)發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動(dòng)成功，功耗降低。這就是熱敏電阻對(duì)軟啟動(dòng)的作用。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 23 第三章 主要開關(guān)變換電路 主要單元的電路設(shè)計(jì) 主要電路部分電路設(shè)計(jì) （ 1） EMI 濾波器及橋式整流電路餓的設(shè)計(jì)交流電壓由 C L C2 以及C C4 進(jìn)行低通濾波。 C C2 組成抗干擾電路，用以仰制正態(tài)噪聲； CC L1 組成抗共模干擾電路，用于仰制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對(duì)電磁干擾有很強(qiáng)的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng) VD1 至 VD4 橋式整流以及電解電容 C5 濾波后變成 310V 的脈動(dòng)直流電壓。 圖 31 濾波及整流電路 （ 2） 高頻變壓器的設(shè)計(jì) 正激式變換器的占空比不得大于 ，工作頻率應(yīng)低于 100KHz，這對(duì)高頻變壓器的和開關(guān)功率管來(lái)說(shuō)比較有利 。 輸入： 85V~265V， AC,50Hz。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 24 輸出： 12V/10A， DC。 ① 工作頻率的確定 工作頻率的確定，輸出電壓高，響應(yīng)速度快，調(diào)整范圍大，但是場(chǎng)效應(yīng)管、整流二極管以及變壓器等發(fā)熱多。損耗大，噪聲大?，F(xiàn)選用 100kHz，電源效率取 80%。 工作周期為： ）（）（ us10s1010100 1fo1 53 ?????T ② 最大導(dǎo)通時(shí)間 Ton（ max）的確定 正激式變壓器的占空比 D（ max）應(yīng)該低于 ，現(xiàn)選用 D（ max） = ，D（ min） =，得： ）（ ????? M A XDTT ③ 變壓器次級(jí)輸出電壓（ Vs）的計(jì)算 )( a x VD VVVV LFos ??????? 這公式中 Vo 為肖特 基 二極管的正向壓降，取值 ， VL 為濾波電感器的壓降，取值為 。 ④ 變壓器匝數(shù)比（ n）的計(jì)算 變壓器初級(jí)的最低直流電壓為 (min)pV ，一般設(shè) VV 100min ? 。 )(14121002m in( m in ) VVV p ????? 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 25 ( m in ) ??? P SV Vn ⑤ 輸入功率的計(jì)算 )(150%80 1012 WPP oi ???? ? 表 1 輸出功率與磁芯尺寸的關(guān)系 尺寸 磁芯型號(hào) A/H （ max） B/h （ max） C （ max） D （ max） 有效截面積（ mm2） 輸出功率 Po（ W） 窗口面積 Be（ mm2） 50kHz 100kHz 150kHz 200kHz EE16 16/8 12/6 4 18 8 12 16 18 9 EE19 19/7 14/6 4 5 20 15 20 30 40 EE22 22/11 19/8 6 6 36 20 30 50 80 EE25 25/17 19/13 7 6 42 40 55 90 130 18 EE28 28/17 20/8 78 50 90 140 200 EE30 38/21 21/17 11 115 95 130 210 260 EE35 35/20 28/18 11 10 110 120 170 300 440 EE40 40/27 35/21 12 138 190 290 420 550 EE45 45/30 38/23 13 12 156 220 350 510 650 75 根據(jù)輸出功率與磁芯尺寸的關(guān)系（ 見表 1），選用 EE35，其有效截面積2110 mmAe ? 。 ⑥ 變壓器次級(jí)匝數(shù) )( 2N 的計(jì)算 42 10????emons AB TVN Bm為磁通密度， 實(shí)際應(yīng)用磁芯的最高溫度 為 100℃ ， 可以選用 以下。對(duì)于正激式變壓器，它是單向勵(lì)磁?？紤]到剩磁問(wèn)題和工作頻率，現(xiàn)選用 Bm 為 。 )(6101102021 42 匝?????N 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 26 )( 21 匝??? NN ⑦ 反饋繞組 )( 3N 的計(jì)算 1IC 的最低啟動(dòng)電壓為 16V，正常工作電壓為 20V，加上整流二極管6VD 的管壓降 ，所以 反饋繞組 3N 的供電電壓為 。 )(41102021 44( m i n)33 匝?? ??????? em onAB TVN ⑧ 重新確定 ）（ maxonT 是否達(dá)到要求 1013som a xon ??????? V TVVVT FL ）（）（ 占空比： a xon ??? TTD ）（ 占空比符合要求， 未 超過(guò)設(shè)計(jì)范圍，匝數(shù)成立，假設(shè)可行。 ⑨ 扼流圈電感的計(jì)算 扼流圈 2L 在電路中起著平滑濾波的作用，它的大小對(duì)輸出波紋電壓的大小似乎起不到很大 的作用，但它對(duì)于維持負(fù)載最小電流卻起著很大的作用。2L 中的電流 在連續(xù)和斷續(xù) 兩種模式下工作，不論哪種模式，只要輸入輸出電壓不變，電流波形的斜率不會(huì)因負(fù)載電流的增大或減小的改變。 實(shí)踐表明，在不連續(xù)工作狀態(tài)下，為達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定，占空比調(diào)節(jié)量的大小 是 由負(fù)載和輸入電壓變化量的大小同決定的。 當(dāng) 輸出電流因負(fù)載變化而降低時(shí)，占空比較小，調(diào)節(jié)輸出電壓不變；如果電路負(fù)載恒定，占空比下降，這 時(shí) 輸出電壓也會(huì)下降。這種現(xiàn)象是非常不好的，這是因?yàn)橹鬏敵龆罅魅﹄姼胁皇?處 于連續(xù)狀態(tài)。 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 27 增大扼流圈的電感，輸出回路雖然可以在工作連續(xù)模式下，但對(duì)電源的效率、體積以及安裝都會(huì)帶來(lái)限制，同時(shí)輸出電流變化率將出現(xiàn)較大的變化。認(rèn)真計(jì)算和調(diào)試選用扼流圈非常重要。 流經(jīng)扼流圈的電流 LI? 一般是輸出電流 OI 的 20% )(%20 AII oL ?????? 扼流圈的電感量 L 為 )( )()( HI TVVVL L onoFS ??????? ???? 要求輸出紋波電壓應(yīng)小于輸出電壓的 1%。 )(120)( mVVV R ???? ⑩ 計(jì)算變壓器初級(jí)電感量 pL 初級(jí)有效電流： )(141150( m in) AV PI P iPe ??? 初級(jí)最大電流： )( a x pADII PePm ???? 初級(jí)電感量： )( 36( mi n ) mHI TVL Pm onpP ????????? ○11求磁芯氣隙 δ )()( ?????????? ???? （ 3） 正激式變換電路設(shè)計(jì) 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 28 所謂正激式是指變壓器的初級(jí)與次級(jí)同相位。正激式變換器的優(yōu)點(diǎn)是銅損低，因?yàn)槭褂脽o(wú) 氣隙磁芯，電感量較高，變壓器的峰值電流比較小，輸出電壓紋波低；缺點(diǎn)是電路較為復(fù)雜，所用元器件多，如果有假負(fù)載存在，效率將降低。它適用于低電壓、大電流的開關(guān)電源，多用于 150W 以下的小功率場(chǎng)合。它還具有多臺(tái)電源并聯(lián)使用而互不受影響的特點(diǎn)，而且可以自動(dòng)均衡，而反激式卻不能做到這點(diǎn)。 C1 VD R12 是開關(guān)晶體管鉗位消噪電路； VD8 是肖特基整流二極管，它的作用非常重要，差不多 40%的功耗損失在整流二極管上； RF 是自動(dòng)恢復(fù)開工，它的功能是自動(dòng)恢復(fù)電阻，在電路中起著過(guò)流、短路保護(hù)作用。 圖 32 正激式變換電路原理圖 遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 29 控制回路單元的設(shè)計(jì) （ 1） 控制電路的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)是以 UC3842 為核心設(shè)計(jì)控制部件，根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)計(jì)一個(gè) AC 為220V 輸入、 DC 為 12V 輸出的單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。 UC3842 既可制成正激式也可以做成反激式。正激式的主要特點(diǎn)： ①：固定頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比去控制輸出電壓。 ②：工作頻率可高到 500KHZ 而不發(fā)生磁飽和，電壓調(diào)整率可達(dá)到 %，啟動(dòng)電流小于 1MA。 ③：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，調(diào) 試容易，性價(jià)比高。 ④：具有欠壓、過(guò)流、過(guò)壓等多種保護(hù)功能。 是由 UC3842 構(gòu)成的開關(guān)電源電路， 220V 市電由 C L1 濾除電磁干擾，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻 Rt1 限流，再經(jīng) VC 整流、 C2 濾波，電阻 R電位器RP1 降壓后加到 UC3842 的供電端（⑦腳），為 UC3842 提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后變壓器的副繞組③④的整流濾波電壓一方面為 UC3842 提供正常工作電壓，另一方面經(jīng) R R4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為 UC3842 提供負(fù)反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小， 以此穩(wěn)定輸出電壓。④腳和⑧腳外接的 R C8 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達(dá) 500KHz。 R C6 用于改善增益和頻率特性。⑥腳輸出的方波信號(hào)經(jīng) RR8 分壓后驅(qū)動(dòng) MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到 副 邊各繞遼寧石油化工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣 0804 30 組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。電阻 R10 用于