【正文】 DC ACV 。 在計(jì)算 時(shí)，是依最高輸入電壓值為準(zhǔn)。 有了以上幾個(gè)假設(shè)我們就可以先進(jìn)行計(jì)算： MOS管的 進(jìn)行分段： a. 輸入的直流電壓 ； b. 次級(jí)反射初級(jí)的 ； c. 主 MOS 管 余量 ； d. RCD 吸收有效電壓 。而我們今天討論的這個(gè)話題就是一對(duì)相互對(duì)立的條件。吸收回路的目的是減小開(kāi)關(guān)開(kāi)通關(guān)斷時(shí)的涌浪電壓和電流，而電壓反饋回路的設(shè)計(jì)是為了降低輸出的紋波，是它符合穩(wěn)壓電源的要求。變壓器的設(shè)計(jì)主要講了反激變壓器的主要方程變壓器磁芯的選擇，變壓器匝數(shù)的計(jì)算以及磁芯損耗的計(jì)算，這個(gè)對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)很重要。 本章小結(jié) 本章主要進(jìn)行了反激式開(kāi)關(guān)電源的整體框圖設(shè)計(jì)以及電路的基本組成部分的設(shè)計(jì)。同時(shí)大型號(hào)的磁芯體積也相應(yīng)的比較大，需要 占用更大的印制板面積，成本更高。磁芯的損耗是可以的。而真的好處在磁芯尺寸的大小卻非常明顯，隨著開(kāi)關(guān)頻率增加，體積明顯可以減小。另一方面，降低開(kāi)關(guān)頻率的確能夠降低開(kāi)關(guān)晶體管的損耗： 第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 29 PQ ≈ K+Af (319) 式中， K 由通態(tài)損耗決定， A 由開(kāi)關(guān)速度決定。 總的損耗，即每一磅的損耗乘以重量，為 ? ? ? ?LBf 222 2??????≈ (318) 由于磁芯的重量和存儲(chǔ)能量的大小有直接的關(guān)系，而存儲(chǔ)能量與電感呈電感量呈線性關(guān)系。 132 kHz 時(shí)，對(duì)于 E42 這種材料，磁感應(yīng)強(qiáng)度為 2286/2=1143G 時(shí)的損耗近似為320mW/cm3 。 N 2 (1 2 0 .7 ) (1 0 .4 )2 3 3 1 0 0 .4? ? ?? ? 所以 N2=19 匝 3. 磁芯等的各種 損 耗 在反激式變壓器里，電流是單向的，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度也是單向的：從 0 增加到 Bmax ，然后又降低到 0。 現(xiàn)在來(lái)計(jì)算次級(jí)線圈的匝數(shù)。 回到我們的設(shè)計(jì)來(lái)，我們可以查到 E42 的 AL 的值為 376nH，大的 AL 意味著匝數(shù)可以最少，那樣線圈電阻也可以最小。著需要特意模具，需要花費(fèi)很多，另一個(gè)可能出現(xiàn)的問(wèn)題是：氣隙非常小，任何一點(diǎn)很小的氣隙誤差都會(huì)對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度產(chǎn)生很大的影響，并進(jìn)一步影響損耗，甚至?xí)?dǎo)致磁芯的飽和。通常先取最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后確定氣隙大 小，磁通也就確定了。 我們需要在不同的磁芯中進(jìn)行選擇，以確定自己所選的型號(hào)是最合適的，變壓器的高度要求是我們的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。帶有氣隙磁芯的有效磁路長(zhǎng)度為： le =lm =u ? lgap (312) 在很多實(shí)際應(yīng)用的例子中，后面一項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前面一項(xiàng) u ? lgap lm (313) 所以這樣的近似是合理的 le ≈u ? lgap (314) 注意：這只是一個(gè)近似關(guān)系，并不能保證任何時(shí)候都成立，每一次設(shè)計(jì)的時(shí)候都要檢查一下這個(gè)近似關(guān)系是否成立。因此反激式變壓器（包括一些采用 鐵氧體材料的直流電感器）總是采用氣隙。 我們已經(jīng)知道（工程上單位取厘米、安和高斯） 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 m a x um a xm0 .4 π INB l? ? ?? (310) 以及： L=m8e2 l u?? (311) 這里 lm 是磁路長(zhǎng)度。 由于我所選的器件得知開(kāi)關(guān)頻率為 100KZ，計(jì)算得： 2231 0 .5 W 2 10 00 00 L?? ?? 得出原邊電感值為 L≈ 200uH，可以計(jì)算得峰值電流 為： pk 3 1 0 V 0 .4I 7 A1 0 0 K H z 2 0 0 u H???? 2. 變壓器磁芯的選擇和匝數(shù)的計(jì)算 (1) 變壓器的磁芯的選擇 現(xiàn)在我們來(lái)選擇磁芯材料。而如果開(kāi)關(guān)頻率也以選定，那么只有通過(guò)減少電感才能增加功率。 圖 34 斷續(xù)模式下反激式變壓器的電流波形 儲(chǔ)存在原邊電感中的電量取決于峰值電流的大?。? 第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 25 (38) 能量每個(gè)周期傳遞一次： (39) 這個(gè)方程式電流斷續(xù)模式下反激式變壓器的基本方程。下文主要進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)。 MTP4N80E 的 為 800V， 為 1A，滿足我們的設(shè)計(jì)需求。 為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電極峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量 m可用下式表示： 2LOUT LIP η2T??? (34) 公式中， 是變換器的效率。 第二個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須滿足晶體管在導(dǎo)通時(shí)的集電極電流的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)， 一般取 左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時(shí)間與晶體管的一個(gè)工作周期 (導(dǎo)通時(shí)間十截止時(shí)間 )之比。所使用的開(kāi)關(guān)晶體管必須符合兩個(gè)條件，即在晶體管截止時(shí)，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時(shí)，要能承受集電極的尖峰電流。 1．選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大 10％20％； 2．計(jì)算或估計(jì)出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù)； 3．查明器件所需要承受的最大尖峰電流； 上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。也就是說(shuō)，當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時(shí)．它的阻抗急劇減小到一個(gè)低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達(dá)到安全值。如圖 2l所示，把壓敏電阻 Rv連在交流電壓的輸入端。所以 必須要采取措施加以避免。 另一方面，電感性開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： 21W L I2?? (31) 公式中． L 是電感器的漏感， I是通過(guò)線圈的電流。比如電網(wǎng)附近有電感性開(kāi)關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時(shí)的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。這樣，就不會(huì)影響整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的效率。當(dāng)電容開(kāi)始充電時(shí)，充電電流流過(guò)熱敏電阻，開(kāi)始對(duì)其加熱。 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。 熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把 NTc(負(fù)溫度系數(shù) )的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過(guò)橋式整流后的直流線上。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個(gè)觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。 電阻 — 雙向可控硅技術(shù)：采用此項(xiàng)浪涌電流限制技術(shù)時(shí)，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。 通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻 雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負(fù)溫度系數(shù) (NTc)的熱敏電阻。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)始導(dǎo)通的瞬間，電容對(duì)交流呈現(xiàn)出第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 21 很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 E5R 值。當(dāng)開(kāi)關(guān) S1 打開(kāi)時(shí)，二極管 VDl— VD4 組成了全橋式整流電路，對(duì)輸入的交流 230V 進(jìn)行整流，也同樣產(chǎn)生 320v 的直流電壓。即 115v ＝ 160v，在交流電的負(fù)半周，電容器 C2 通過(guò)二極管 VD4也被充電到 160v。 在圖 32中，兩種輸入交流電壓的轉(zhuǎn)換由開(kāi)關(guān) S1 來(lái)完成，此外，本電路中的壓敏電阻 Rv 和可控硅 Vs具有浪涌電流抑制、瞬間輸入電壓保護(hù)的功能。現(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國(guó)際市場(chǎng)的需求，所以他們所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源必須要適應(yīng)世界范圍的交流輸入電壓，通常是交180260v 的范圍。 (4)性能指標(biāo)的分析：對(duì)電源的轉(zhuǎn)換率，功耗，兼容性等各個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行分析 。 要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性問(wèn)題，可從三個(gè)方面入手：第一，減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號(hào)；第二，切斷騷擾信號(hào)的傳播途徑；第三，增強(qiáng)受騷擾體的抗騷擾能力。 220V交流電經(jīng)整流供給功率因數(shù)校正電路，提高電源的輸入功率因數(shù)，同時(shí)降低了諧波電流，從而減小諧波污染。 反激式開(kāi)關(guān)電源的組成也和一般的開(kāi)關(guān)電源 電路類似，圖 31就是隔離反激式開(kāi)關(guān)電源的基本框圖。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制 , 既可改變逆變電路輸出電壓的大小 , 也可改變輸出頻率。 第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 19 而反激式開(kāi)關(guān)電源的組成也和一般的開(kāi)關(guān)電源電路類似，圖 31 就是隔離反激式開(kāi)關(guān)電源的基本框圖。而各種電子設(shè)備所需要直流電壓的幅值卻各不相同。但是，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波器出直流電壓的幅值也將隨之而變化，在要求比較高的電子設(shè)備中，這種情況是不符合要求的。 二 .濾波器 濾波器由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。 一 .整流電路 整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓。 反激式開(kāi)關(guān)電源的框圖設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（ EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、 PWM 控制器電路、輸出整流濾波電路組成。 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 任何一種開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)都要先從整體上了解和熟悉開(kāi)關(guān)電源的基本組成以及各部分的作用原理。 本章小結(jié) 開(kāi)關(guān)電源有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用的是上面所提到的幾種，每一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都要自己的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，所以只有仔細(xì)分析各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，才能決定自己的設(shè)計(jì)選擇哪種才是最優(yōu)設(shè)計(jì)。 變壓器一次電流與輸入電壓、輸出電壓之間的關(guān)系式為： O1 m a x Oo n 1 1 O2 T P 11i 2 P ( )T V V n V??? ? ? ? ?? (225) 從上式可知，當(dāng) 、 一帶那個(gè)是， 增大， 減??；當(dāng) 、 一定時(shí)， 與 (即 I0)成正比，在 = ，以及 = 時(shí)， 值最大。當(dāng)磁能全部釋放完畢， 上壓降為零時(shí)，啟動(dòng)電路重新開(kāi)始工作，周而復(fù)始，形成自激震蕩。 的基極電流減小引起集電極電流減小， 、 及 上的極性均發(fā)生翻轉(zhuǎn)， 的基極電流進(jìn)一步減小，其集電極電流也隨之減小，形成正反饋過(guò)程， 很快截止。 反激電路 圖 25 反激電路 [1] 上圖 25的工作過(guò)程是，接通 V_1 后，通過(guò)啟動(dòng)電路 R R C VD3 在基極中流過(guò)小電流，一次繞組 啟動(dòng)，在反饋繞組 上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓；此電壓使 VT基極電流增大，導(dǎo)致其集電極電流隨之增大，形成正反饋過(guò)程，使很快飽和。正激電路的優(yōu)點(diǎn)很多，但是正激變換器的變壓器是不能夠存儲(chǔ)能量的，雖然沒(méi)有功率上限，但是正激電路多采用雙正激開(kāi)關(guān)電路用在較大的功率場(chǎng)合，而且對(duì)于要求嚴(yán)格的MOSFET 管，以現(xiàn)有的條件限制無(wú)法滿足。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 我所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源的輸入是我們所用的日常的交流電，而輸出是小功率。各個(gè)輸出電壓和原邊隔離，而且各組輸出 電壓可以任意大小，僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)器的變比就能實(shí)現(xiàn)。 反激式變換器，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)于變壓器原邊的電感中，注意變壓器的同名端，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，漏極電壓要高于輸入電壓，變壓器副邊電壓高于地，第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 15 使二極管導(dǎo)通，向輸出電容和負(fù)載提供電源。 正激式變換器需要有一個(gè)最小負(fù)載，電感必須足夠大，才能保證脈動(dòng)電流的峰值小于最小負(fù)載電流，否則電流就不會(huì)連續(xù)，并引起輸出電壓上升，所以正字式變壓器 不能工作在空載狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)窮大的電感是不現(xiàn)實(shí)的。但是 buck 變換器只有一個(gè)輸出電壓，無(wú)法得到多個(gè)輸出電壓，輸出電壓和輸入電壓沒(méi)有隔離，輸出電壓不能比輸入電壓低，即使完全關(guān)斷開(kāi)關(guān)，輸出電壓只能等于輸入電壓（除去二極管的導(dǎo)通壓降）。 Buck 變壓器只能對(duì)輸入電壓進(jìn)行降壓變換，如果輸入電壓比輸出電壓低，變換器就不能正常工作，而且 buck 電路只有一路輸出，如果需要多路輸出電壓，除非愿意采用第二級(jí)電壓調(diào)節(jié)器，如接解線性調(diào)節(jié)器， buck 電路就不能使用；雖然 buck 電路既可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流斷續(xù)狀態(tài)，但是輸入電流總是斷續(xù)的，這就意味著每個(gè)周期里，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，輸入電流為零，輸入電流斷續(xù)會(huì)使 EMI 濾波器要比別的電路拓?fù)涓螅?buck 電路不應(yīng)用門極驅(qū)動(dòng)。 8）是否能夠同步整流：同步整流不管負(fù)載大小如何，都可以是變換器工作于電流連續(xù)模式 9）輸出電流的大?。喝绻敵鲭娏骱艽?，選用電壓模式要比電流模式控制好。 電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 5） EMI 有什么要求： EMI的要求很高，建議不要輸入電流不連續(xù)的那些拓?fù)洌?buck 變換器， boost 變換器，最好讓變換器工作于電流連續(xù)模式。 3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調(diào)節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時(shí)，建議用多個(gè)變換器，這樣做的結(jié)果比較理想。 圖 24 buckboost 電路波形圖 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇要注意的問(wèn)題 1）升