【正文】 L tVVVI of fifL of f )( 0 ???? (42) 式中： Vf 為整流二極管正向壓降，快恢復(fù)二極管約 ，肖特基二極管約 。 共 45 頁(yè) 第 33 頁(yè) 圖 45boost 升壓電路基本波形圖 ton 時(shí)，開關(guān)管 S 為導(dǎo)通狀態(tài)，二極管 D 處于截止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)電感 L 和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感 L 兩端的電壓為 Vi，考慮到開關(guān)管 S 漏極對(duì)公共端的導(dǎo)通壓降 Vs，即為 Vi Vs。輸出電壓由傳遞的能量多少來(lái)控制，而傳遞能量的多少通過(guò)電感電流的峰值來(lái)控制。 升壓斬波電 路 的基本原理 升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖 44。根據(jù) UC3842 關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設(shè)置過(guò)壓保護(hù)和過(guò)流保護(hù)。 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) UC3842 誤差放大器的輸出端腳 l 與反相輸入端腳 2 之間外接補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) RC3。 圖 42 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 他的輸出波形圖如圖 43： 共 45 頁(yè) 第 30 頁(yè) 圖 43PWM 輸出波形，占空比 50% 電路元器件參數(shù)設(shè)置： 根據(jù) MOS 管的工作頻率范圍，選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鏖_關(guān)頻率，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇的工作頻率是： f=40KHz 由此 UC3842 芯片的 工作頻率設(shè)計(jì)為 CtRtf ?? 根據(jù)設(shè)定的工作頻率為 40KHz，選擇適當(dāng)?shù)碾娙莺碗娮? 本系統(tǒng)選擇的是電阻： 1K, 電容： 45nf 供給 Vcc 腳的電壓是 16V， ② 腳 Vfb 的輸入基準(zhǔn)電壓是 5V。 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過(guò)壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況，此時(shí)變壓器各路副邊沒有能量輸出。選擇的 AWG 導(dǎo)線規(guī)格為 21，直徑為 （含漆皮） .磁芯選擇鐵鎳鉬磁芯，該磁芯具有高的飽和磁通密度，在較大的磁化場(chǎng)下不易飽和，具有較高的導(dǎo)磁率、磁性能穩(wěn)定性好（溫升低，耐大電流、噪聲小），適用在開關(guān)電源上。電流或電壓以頻率較高的電子在導(dǎo)體中傳導(dǎo)時(shí) ,會(huì)聚集于總導(dǎo)體表層 ,而 非平均分布于整個(gè)導(dǎo)體的截面積中。處于正常 共 45 頁(yè) 第 27 頁(yè) 工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡(jiǎn)單，芯片功耗幾乎可以忽略不計(jì)，且成本低。 共 45 頁(yè) 第 26 頁(yè) 第四章 利用 UC3842 設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源 電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 要求該電源在電阻負(fù)載條件下滿足： （ 1） 輸出電壓 UO可調(diào)范圍： 30V～ 36V； （ 2） 最大輸出電流 I0max： 2A； （ 3） U2從 15V 變到 21V 時(shí)，電壓調(diào)整率 SU≤2%（ IO=2A）； （ 4） IO從 0 變到 2A 時(shí)，負(fù)載調(diào)整率 SI≤5%（ U2=18V）； （ 5） DCDC 變換器的效率 ?≥70%（ U2=18V,UO=36V,IO=2A）； （ 6） 具有過(guò)流保護(hù)功能，動(dòng)作電流 IO（ th） =177。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V 自動(dòng)切換電路。輸入經(jīng)負(fù)溫度系數(shù)電阻 NTC、橋式整流器、電容 C4，成為直流電壓，正極經(jīng) L5 并聯(lián)接入VT7。 圖 35 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖 35 中，升壓電路由 UC3842 為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。當(dāng) VT7 導(dǎo)通時(shí)，輸入整流電壓經(jīng) L VT7 漏源極、 R6 完成回路，輸入整流電壓全部加在 L5 兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ)于 L5。由于 L2在磁 電的存儲(chǔ)／釋放過(guò)程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容 C12 為 6 只 100μF 的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感，使其高次諧波的濾波性能更好。 在驅(qū)動(dòng)脈沖的截止期， IC1⑥ 腳輸出低電平， VT 1內(nèi)部 P 溝道 FET 管導(dǎo)通，將 VT 2的柵源極短路。電流呈線性增長(zhǎng)。 VT 3 導(dǎo)通后，與 V2 并聯(lián)，將此電壓降低到 100mV，大大降低了開關(guān)管的損耗。 共 45 頁(yè) 第 24 頁(yè) 該電路的同步整流器由 VT VT2和 VT 3組成。該振蕩器頻率設(shè)定為 120KHz。在圖 412 中，由電流互感器 T1 對(duì)開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通電流取樣，經(jīng) V1 整流， R R6 分壓后，送入集成電路 ⑵ 腳作為開關(guān)管過(guò)流保護(hù)。穩(wěn)壓器輸出 5V 電壓，由 R R1 分壓，正常穩(wěn)壓狀態(tài)為 取樣電壓。 共 45 頁(yè) 第 23 頁(yè) 圖 34 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842 采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如 下： ① 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤差檢測(cè)輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。在驅(qū)動(dòng)脈沖 Tn截止后，經(jīng)過(guò)設(shè)定的死區(qū)時(shí)間 TD，脈沖間歇期 的低電平輸出通過(guò)控制電路，使續(xù)流二極管上并聯(lián)的開關(guān)管導(dǎo)通。 共 45 頁(yè) 第 22 頁(yè) 圖 33 UC3842 組成的反激式電源 UC3842 控制的同步整流 電路 圖 3－ 4 為使用它激式驅(qū)動(dòng)電路 UC3842 組成的 5V／ 10A 開關(guān)穩(wěn)壓電源。 反饋比較電路信號(hào)是從輔助繞組 N3 經(jīng)過(guò) V V C C4 等整流濾波后得到的 Vcc 分壓提取的。由單管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器 TC 主繞組 N1電流， C R3可以提供變壓器原邊泄放的通路。工作過(guò)程是：開關(guān)開通后， V 處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)次級(jí)繞組和 V 向輸出端釋放。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。誤差放大器輸入構(gòu)成主 PWM 控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在 30％～ 100％時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在 8 ％以下，負(fù)載變動(dòng)在 70％～ 100％時(shí)負(fù)載調(diào)整率在 3％以下。 （ 4） 輸出電流為 200 mA，峰值為 1 A，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)MOSFET 管。 (2) 啟動(dòng)電壓大于 16 V，啟動(dòng)電流僅 1 mA 即可進(jìn)入工作狀態(tài)。另外， VCC 與 GND 之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。 UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3842 為雙列 8 腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、 PWM 鎖存電路、 5VC 基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等，見圖 32。 ⑤ 腳為接地端。主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差 放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。其特點(diǎn)是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護(hù)電路 圖 24 所示為輸出過(guò)電壓保護(hù)電路。 共 45 頁(yè) 第 16 頁(yè) 圖 22 電流反饋電路 電壓反饋電路 電壓反饋電路如圖 23 所 示。通過(guò)調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。為了減小漏電流， C C3 宜選用陶瓷電容器。圖 21所示濾波電路是一種復(fù)合式 EMI 濾波器， L L2 和 C1 構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感 L3 和電容 C C3 進(jìn)行第二級(jí)濾波。 iv． 溫度穩(wěn)定性 K 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度 Ti最大變化范圍內(nèi)（ Tmin≤Ti≤Tmax）直流 輸出電壓的相對(duì)變化的百分值。電壓調(diào)整率公式見圖 2－ 2－ 1。 ii． 最大輸入－輸出電壓差 該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。這些 共 45 頁(yè) 第 13 頁(yè) 為 21 世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。 （ 4） 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 : 首先是顯著節(jié)電 , 這意味著發(fā)電容量的節(jié)約 , 而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因 , 所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染 。 （ 3） 數(shù)字化 在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中 , 控制部分是按模擬信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)和工作的。近年 ,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去 , 構(gòu)成了 智能化 功率模塊 ( I P M ) , 不但縮小了整機(jī)的體積 , 更方便了整機(jī)的設(shè)計(jì)制造。同樣 , 傳統(tǒng) 整流行業(yè) 的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進(jìn)行改造 , 成為 開關(guān)變換類電源 , 其主要材料可以節(jié)約 9 0 % 或更高 , 還可節(jié)電 3 0 % 或更多。 穩(wěn)壓 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì) 隨著穩(wěn)壓開關(guān)電源的發(fā)展，技術(shù)日益成熟， 發(fā)展的方向也各不相同，但總的有以下四種方向。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、可靠性高。 （ 9） 按電路結(jié)構(gòu)劃分 整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路都是采用分立式元器件組成的，它的電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可靠性差。電路的過(guò)壓保護(hù)也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來(lái)進(jìn)行的。（這種供電方式在開關(guān)穩(wěn)壓電源剛興起的初期常常采用，目前基本上不太采 用。實(shí)際上就是并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。 使用四個(gè)開關(guān)晶體管。 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。 （ 5） 負(fù)載的連接方式劃分 儲(chǔ)能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間 。 通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的振蕩頻率來(lái)完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進(jìn)了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面研究和生產(chǎn)的人員也在不斷的增加，開關(guān)穩(wěn)壓電源的品種和類型也越來(lái)越多。所以我國(guó)的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進(jìn)水平，最根本的是要提高我國(guó)的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。工作頻率為 100KHz~~200KHz 的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于 80 年代初期就已開始試制， 90 年代初期就已試制成功。 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 我國(guó)的晶體管直流變換器及開關(guān)穩(wěn)壓電源研制工作始于 60 年代初期。但是，在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的元器件產(chǎn) 生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元件又有了新的要求。所有從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過(guò)別的途徑來(lái)取代開關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備為小型化的需要。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小。由于那時(shí)的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作耐壓較高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個(gè)時(shí)期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也能太高。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展 國(guó)際發(fā)展史狀況 （ 1）發(fā)展史 1955 年美國(guó)的科學(xué)家羅耶（ ）首先研制成功了利用磁芯的飽和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶