【正文】 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。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。 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。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。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。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。 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交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。單相橋式整流電路的波形圖見圖 43(b)。根據(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。 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。常用的MOV，瞬態(tài)電壓抑制器（ TVS）等。 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。如果濾波器前 的線太長，從外面引入的傳導(dǎo) EMI 會干擾開關(guān)電源的工作。這個(gè)電感流過的是相對較大的直流電流，并且要防止高頻開關(guān)噪聲進(jìn)入輸入電源端。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。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（離線應(yīng)用場合）和輸入濾波電容。 5%）V 時(shí)，提供一個(gè)集電極輸出開路的信號。 12V：最大177。交流電壓再經(jīng)整流、濾波提供電視機(jī)所需要的各種直流電壓。 拓?fù)? 功率范圍 /W Vin（ de） 范圍 /V 輸入輸出隔離 典型效率（ %） 相對成本 正激式電路 0～ 150 5～ 500 有 78 反激式電路 0～ 150 5～ 500 有 80 推挽式電路 100～ 1000 50～ 1000 有 75 半橋電路 100～ 500 50～ 1000 有 75 全橋電路 400～ 2021+ 50～ 1000 有 73 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 31 4 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電路設(shè) 計(jì)采用單相式整流電路和電容濾波電 路將交流市變 換成直流電壓。以上拓?fù)涑朔醇ぷ儞Q器外均可看為恒壓源，恒壓源為大容量電容充電時(shí)電路中電流大，相當(dāng)于短路，充電過程緩慢，且易損壞。表 31是各種各樣拓?fù)浼捌湎鄳?yīng)的優(yōu)點(diǎn)。 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意管子的死區(qū)時(shí)間，即 1S 、 2S 同時(shí)導(dǎo)通，這將引起短路： 半橋變換器的輸出電壓： TN UtNU ion120 2? (325) 橋式拓?fù)涞囊淮蠊餐瑑?yōu)點(diǎn)是，能將變壓器初級側(cè)的漏感劍鋒電壓鉗位于直流母線電壓，并將漏感儲存的能量歸還到輸入母線，而不是消耗在電阻與原件。在此器件，變壓器副邊繞組的電動(dòng)勢也均是上正下負(fù)，故整流二極管 1VD ， 2VD 反偏置截止。 半橋電路 半橋變換電路如圖 310所示 S1S2V D 1V D 2C1C2U0LN1W1N2W2N3W3U1 圖 310 半 橋電路原理圖 電路的工作過程：開關(guān)管 1S 導(dǎo)通， 2S 截止時(shí)， 1C 上的iU21加在原邊繞組上，使電源電壓從iU21跳至 iU 。 1S 和 2S 斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為 2倍 iU 。 圖 39 推挽電路原理圖 電路的工作過程：推挽電路中 1S 、 2S 兩個(gè)開關(guān)交替導(dǎo)通，在繞組 1N和 2N 兩端分別形成相位相反的交流電壓，改變占空比就可以 改變輸出電壓。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 27 V D 1V D 2U1 U0LS2S1N1W1N2W2N 1 39。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 25 U1U0LN2W2N3W3SV D 3V D 1V D 2N1W1 圖 37 正激電路原理圖 電路的工作過程：開關(guān) S開通后，由于原邊電壓的方向，變壓器繞組1N 兩端的電壓為上正下負(fù)；從變壓器是同名端位置可以看出，副邊繞組2N 兩端的電壓也是上正下負(fù)。綜合考慮以上優(yōu)缺點(diǎn)，不連續(xù)模式本身的變壓器勵(lì)磁電壓高并且響應(yīng)快，且輸出負(fù)載電流和輸入電壓突變時(shí)，輸出電壓瞬態(tài)尖峰小。在 V關(guān)斷的瞬間，變壓器次 級電流幅值為： )( 21max WWII ps ? (316) TIILP ppp )(21 22 m i nm a x ?? (317) 又因，pondcpp LTVII ?? m inm ax ，則有： pondcTLTVP 2 )( 2? (318) 兩種工作模式有完全不同的工作特性和應(yīng)用場合。同 DCM模式一樣，繞組 2w 上的電壓 02 Uuw ?，次級電流 si 從最大值maxsI線性下降，其下降速度亦為： 20LUdtdis ? (313) 在某一時(shí)刻， t=sT 時(shí)，電流 si 下降到最小值 ?minsI。 假設(shè)變換器的效率是 80％，則有： T)I(L21R) 2pp020 ??? （（輸出功率）輸入功率 (310) 從上式可見，最大導(dǎo)通時(shí)間 onT 出現(xiàn)在輸入電壓最低的時(shí)候，因此pondcp LTVI ? ，且有 ： TLTVLRVpondcp22020 21)( ? (311) CCM模式下的基本原理與基本關(guān)系 (1)CCM模式下的基本原理 ①開關(guān)模式 1(0～ onT )；見圖 34 在 t=O瞬間，開關(guān)管 V導(dǎo)通，電源電壓 iU 加在變壓器初級繞組 1W 上，其過程與 DCM的模式相同。 V關(guān)斷時(shí)， 2W 同名端電壓為正，電流從該端流入并線性下降，斜率為soms LVdtdI ? 。磁通 ? 的減小量為： sui TDWU )1(2)( ??? ?? (35) (2)DCM模式下的基本關(guān)系 在 V導(dǎo)通時(shí)，所有繞組同名端的電壓相對于異名端為負(fù)；輸出整流管D反偏， fC 單獨(dú)向負(fù)載供電。次繞組上的電壓為 02 Uuw ?，次級電流 si 從最大值maxsI線性下降，其下降速度為： 20LUdtdis ? (34) 在某一時(shí)刻， t=sT 39。 DCM模式下的反激變換器原理與基本關(guān)系 (1)DCM模式下的反激變換器原理 ①開關(guān)模式 1(0～ onT )；見圖 34 C1R L dD1U1VW1 W2 圖 34 反激變換器的開關(guān)模式 1 在 t=O瞬間，開關(guān)管 V導(dǎo)通，電源電壓 iU 加在變壓器初級繞組 1W 上，此時(shí)，在次級繞組 2W 中的感應(yīng)電壓為iw UWWu 122 ??，其極性“ *”端為正， 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 19 使二極管 1D 截止，負(fù)載電流由濾波電容 fC 提供。 C1R L dD1U1VW1 W2 V swV inI SECI priV inflybkV satI swI Dttt000 圖 33 反激變換器原理圖及波形圖 D1 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 18 同許多電源拓?fù)湫问揭粯?，反激變換器有兩種基本工作方式，即電感電流連續(xù)模式（ CCM）和電感電流斷續(xù)模式 (DCM)工作方式。 圖 33給出了反激式變換器的主電路及波形圖，它是由開關(guān)管 V、整流二極管 1D 、濾波電容 fC 和隔 離變壓器構(gòu)成的。變換器也可以工作在開關(guān)狀態(tài)，技術(shù)先進(jìn)而且損耗小、諧波分量小、頻率高、儲能元件體積小。該技術(shù)簡單有效，但是對于高電壓可能需要多個(gè)晶閘管串聯(lián)，大容量的 高壓 直流 電源 脈沖 負(fù)載 R C 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 16 2C 會提高成本。但是效率特別低下，在理想狀態(tài)下，充電過程中消耗在充電電阻上的能量與電容器的儲存能量相同，因此只有 50％。目前電容充電器分為三大種類：帶充電電阻器的高壓直流電源、諧振充電電源、高壓變換器充電電源。它通常由檢測比較放大電路、電壓 脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路（ V/W 電路）、時(shí)鐘震蕩電路，以及自用電壓源等基本電路構(gòu)成。對此 , 如果設(shè)計(jì)者和制造者不予以充分重視 ,則會直接影響開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。所以 , 在我國的電子儀器以及機(jī)電一體化儀器中 , 開關(guān)電源還不能得到普及使用。 開關(guān)電源的缺點(diǎn) 開關(guān)電源最為突出的缺點(diǎn)就是開關(guān)干擾較為嚴(yán)重。 例如：有自激式和他激式；有調(diào)寬型和調(diào)頻型 。 4．濾波效率高 ,不需要較大容量的濾波電容 開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在 50kHz 左右 , 是線性電源的 1000 倍 , 這使整流后的濾波效率幾乎也提高 了 1000 倍。 3．穩(wěn)壓范圍寬 開關(guān)電源的輸出電壓是通過激勵(lì)信號的占空比來調(diào)節(jié)的 , 輸入電壓的波動(dòng)變化 , 可以通 過改變占空比的方式來進(jìn)行補(bǔ)償 , 這樣在輸入電壓變化或波動(dòng)較大時(shí) , 它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。這就使得開關(guān)晶體管 V 在其整個(gè)工作過程中的功耗很小 ,電源的效率可以大幅度地提高。 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 11 開關(guān)電源的優(yōu)缺點(diǎn) 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn) 1．功耗小、效率高 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)原理方框圖中的晶體管在激勵(lì)信號的驅(qū)動(dòng)下 ,其工作狀態(tài)處于導(dǎo)通 — 截止和截止 — 導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài) ,轉(zhuǎn)換速度很快 , 頻率一般為 50kHz 左右。這種形式的電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高。 7．按電路結(jié)構(gòu)劃分 分為散件式和集成電路式。這種電路的特點(diǎn)是價(jià)格低、電路結(jié)構(gòu)簡單 , 但輸出功率不能提高；推挽式使用兩個(gè)功率開關(guān)管 , 將其連接成推挽功率放大器的形式。 5．按儲能電感與負(fù)載的連接方式劃分 分串聯(lián)型和并聯(lián)型。開關(guān)型用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標(biāo)準(zhǔn)方波 , 其電路形式類似于他激式；諧振型用開關(guān)晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)正弦波 , 其電路形式類似于自激式開關(guān)電源。該形式的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)簡單 , 元器件少 , 可以做成低成本的開關(guān)電源。這使具有眾多優(yōu)點(diǎn)的開關(guān)電源就顯得更加重要。通常，開關(guān)電源就是這樣 在開關(guān)頻率一定的情況下，通過調(diào)整開關(guān)時(shí)間的長短。 為了使負(fù)載能夠得到連續(xù)的能量，開關(guān)電源就必須有一套儲能裝置，以便在開關(guān) K 接通時(shí)將一部分能量儲存起來，當(dāng)開關(guān) K 斷開后再將儲存的能量提供給負(fù)載。 通過完成本論文希望完成以下目的： 1．在系統(tǒng)學(xué)習(xí)開關(guān)電源原理的基礎(chǔ)上，自己獨(dú)立設(shè)計(jì)一臺開關(guān)電源，了解開關(guān)電源的主要設(shè)計(jì)過程及其相關(guān)方法； 2．在整個(gè)過程中不斷學(xué)習(xí)、消化、掌握各種類型開關(guān)電源的主要特點(diǎn)和性能，重點(diǎn)掌握反激式變壓器的 PWM開關(guān)電源； 3．在設(shè)計(jì)過程中掌握開關(guān)電源的整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主電路、輸入 /輸出 電路、反激式變換器、反饋裝置和保護(hù)電路； 基于 PWM 開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)論文 7 4．通過對開關(guān)電源的理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，了解電源的應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢，從而明確自己今后努力的方向，爭取在電源的設(shè)計(jì)和制造等工作中加以應(yīng)用。 本文研究的目的