【正文】 開關(guān)管使用了MOSFET器件，開關(guān)管型號：2SK1939（2501），富士電機產(chǎn)品，N溝道，電壓600V，8A，功率100W。第三繞組為芯片提供啟動電路電源。 它是一個正激式隔離開關(guān)電源電路。 開關(guān)電源電路分析該電路實際上是一個比較簡單的普通PWM開關(guān)電源電路。在OVP作用期間，Icc應(yīng)該至少提供20μA電流，這可以靠適當設(shè)置R1偏置來實現(xiàn)。恒流源I2在OVP不操作時，大約為150μA，操作時減少到2μA。當OVP端高于750mV的閾值電壓時芯片進入過壓保護狀態(tài)（OVP），芯片被停止。圖413 ON/OFF外部電路⑨ 過壓保護（OVP）電路OVP端子用來實現(xiàn)過壓保護，并具有遲滯特性。圖中的開關(guān)可以用晶體管或光耦管代替。ON/OFF端為低電平時芯片才工作。由于Q4基極接了恒流源，它具有遲滯特性，所以，即使外電路信號變化緩慢，也不會出現(xiàn)誤動作。DET端不用時，可以接地。由于兩點電位不同，絕不要只接電阻。DET端和F/B端之間的電路與并聯(lián)型可調(diào)電壓基準芯片431非常相似。這樣功率電路中包括次級整流二極管在內(nèi)的元器件可被有效保護，以防過流引起的過熱。只有在CT端電壓上升期才會產(chǎn)生輸出脈沖。當VF端電壓高于（來自斷續(xù)方式和振蕩控制電路）時，晶體管V導(dǎo)通，CT端電位接近于GND；當VF端電壓低于（過載斷續(xù)情況）時，晶體管V截止，CT將被充放電。圖49 斷續(xù)方式和振蕩控制電路時序圖410 非斷續(xù)方式下電路各點信號時序⑥ 斷續(xù)方式工作電路在斷續(xù)方式和振蕩控制電路輸出為高電平或VF端電壓（間接反映Vout）下降到低于約3V的臨界值時，斷續(xù)方式電路開始工作。圖410給出的是非斷續(xù)時的時序圖。圖49為時序圖。⑤ 斷續(xù)方式和振蕩控制電路當CLM端達到閾值時，電流限制電路將以脈沖形式發(fā)出電流限制信號，在Vout輸出高電平期間，電流限制鎖存電路輸出高電平，用于控制下級電路。實際應(yīng)用電路為了消除寄生電容引起的噪聲電壓的影響，需要使用RC組成的低通濾波器。④ 電流限制電路如果A點波形和三角波的上升沿相交之前電流限制端CLM＋或CLM－的電壓超過閾值（＋200mV/－200mV），過流信號將使輸出截止并且這個截止狀態(tài)持續(xù)到下一個周期。 圖48 輸出電路從邏輯關(guān)系看，輸出電路是在比較和鎖存電路的C點輸出高電平期間開通（芯片輸出高電平，電源開關(guān)管導(dǎo)通），從而觸發(fā)電源電路輸出的。這樣將引起IC電流的增大，增加芯片損耗，并增加噪聲電壓。③ 輸出電路芯片輸出電路應(yīng)該有優(yōu)良的灌電流和拉電流能力，以便驅(qū)動MOSFET。電源輸出越低，反饋電壓VF/B越高（IF/B?。珻點波形脈沖越寬，該信號經(jīng)過反向后，送芯片輸出開關(guān)管基極。B=D*E，可以得到B點波形。 從圖可以看出，A點電位與F/B波動規(guī)律相同，A點電位與振蕩三角波比較后鎖存，并與從振蕩器輸出的控制信號邏輯組合后輸出。 當然，這個VF端反饋電壓也可以通過隔離變壓器的相關(guān)繞組分壓后獲得。此時的振蕩波形，除啟動時，三角波從零開始以外，穩(wěn)態(tài)時與圖45類似。 當，??；當,取；，取實際值。占空時間 （43） 死區(qū)時間 （44）實際振蕩周期為二者之和。圖45 振蕩器波形圖芯片輸出脈寬為三角波的上升時間，而輸出關(guān)斷時間（死區(qū)時間）則為三角波的下降時間。(b) 振蕩器相關(guān)計算與分析：在斷續(xù)方式和振蕩器控制電路不工作時，有關(guān)數(shù)據(jù)核算關(guān)系為： 占空時間： （41）死區(qū)時間： （42）實際振蕩周期為二者之和。圖44 振蕩器等效電路Ron：充電電阻，Roff：放電電阻，Cf：計時電容如圖44，由內(nèi)部充放電控制信號來控制對CF進行充放電。(2) 芯片應(yīng)用原理分析：① 振蕩器(a) 振蕩器原理：振蕩電路的等效電路如圖44所示。利用這個特性，可以有效地實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)過程。在小電流區(qū)，占空比基本不受反饋電流的影響，二者呈線性關(guān)系。⑥ 輸出低電平/灌電流特性這是芯片工作在拉電流/高電平狀態(tài)的特性。⑤ 輸出高電平/拉電流特性這是芯片工作在灌電流/低電平狀態(tài)的特性。④ 占空比/溫度特性占空比隨溫度變化不大，略成負溫度特性。而且，頻率越高，芯片電流相對越大。該特性具有滯回特性，即開啟電壓比關(guān)閉電壓高。芯片使用應(yīng)控制在這個范圍內(nèi)。低溫區(qū)（25℃以下），主要受最大功耗限制，高溫區(qū)（85℃以上）受最高允許溫度限制。(3) 特性圖及簡介：這里，有選擇地介紹該器件的主要特性。工作頻率：小于500KHz。芯片的主要特征如下：500kHz工作頻率；輸出電流達2A，輸出上升時間60μs，下降時間40μs；起動電流小，典型值為90μA；起動和關(guān)閉電壓間壓差大：起動電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V；改進半橋電路輸出方法，穿透電流?。贿^流保護采用斷續(xù)方式工作；用逐脈沖方法快速限制電流；具備欠壓、過壓鎖存電路。它不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應(yīng)的電流限制功能。M51995AFP是M51995AP的擴展，M51995AP的管腳排列見圖41，各引腳定義如下：圖41 M51995AP管腳排列圖COLLECTOR：半橋電路輸出集電極Vout：半橋電路輸出EMITTER：半橋電路輸出發(fā)射極VF：VF控制端ON/OFF：工作使能端OVP：過壓保護端DET：檢測端F/B：電壓反饋端T－ON：計時電阻ON端CF：計時電容端T－OFF：計時電阻OFF端CT：斷續(xù)方式工作檢測電容端GND：芯片地CLM－：負壓過流檢測端CLM＋：正壓過流檢測端圖42 M51995APF管腳排列圖(1) 芯片特性：M51995AFP是MITSUBISHI公司推出的專門為AC/DC變換而設(shè)計的離線式開關(guān)電源初級PWM控制芯片。此次設(shè)計開關(guān)電源使用的電源控制芯片是：M51995AFP。4． 開關(guān)電源設(shè)計 開關(guān)電源集成控制芯片目前，集成開關(guān)電源控制芯片技術(shù)已經(jīng)十分成熟，為開關(guān)電源的制造帶來極大便利，并促進了成本的下降。② 朝低壓發(fā)展，以滿足低損耗系統(tǒng)的需要。變換器目前的發(fā)展大體有如下兩個主要趨勢：① 朝高功率密度、大電流發(fā)展。這個方案可以使開關(guān)管電壓應(yīng)力降低到輸入直流電壓的一半。因此，研發(fā)了所謂三電平電路。典型的如變頻器、電機保護器。(4) 軟開關(guān)逆變器借用軟開關(guān)的概念，在全橋電路上適當改進，可以構(gòu)成軟開關(guān)全橋有源逆變器電路。只是去掉開關(guān)電源的輸入電路及部分輸出整流器件，形成簡單的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊。這項技術(shù)的關(guān)鍵是用簡單的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)dv/dt、di/dt的降低，從而有效地完成ZVS、ZCS控制，以消除電路中的有源部分。(2) 有源與無源軟開關(guān)一般的軟開關(guān)，分為有源和無源兩種。(1) 半橋不對稱PWM變換器與全橋變換器不同，在合適的控制方案下，半橋電路也可以組成不對稱ZVS變換器，但無法構(gòu)成ZVZCS電路。ViR0S1S3S2S4C1C2VD1VD2LKL0C0C3圖327 不對稱移相全橋零電壓零電流變換器 其它軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展概況其實，為了提高對輸入電壓、負載變化的適應(yīng)能力，降低開關(guān)管電壓、電流應(yīng)力，減少開關(guān)損耗等目的，其它改進型的軟開關(guān)類型還有很多，也有許多問題需要討論，遠遠不是這些篇幅所能探討的。(f) 此時，在Lk作用下，同時可以零電流開通S2。此時副邊又被鉗制在近似短路的低電壓，原邊電壓也迅速降低。從而在原邊產(chǎn)生一瞬間高壓，此較高電壓將加快原邊電流迅速復(fù)位歸零。(d) S3導(dǎo)通上升沿觸發(fā)一單穩(wěn)態(tài)脈沖，控制輔管Sc導(dǎo)通。由于C1上升是漸進的，所以S1屬于零壓關(guān)斷。該電路的工作過程要點分析如下：(a) 先看對角導(dǎo)通，如SS4開通時，原邊能量正常向副邊傳輸，CCc充電。同時，由于對稱全橋電路原邊串聯(lián)了比較大的電感，因而電源效率會有一定損失。這個電路和對稱全橋的區(qū)別是，對稱全橋由于滯后橋臂有續(xù)流二極管和電容，因此在電流過零后，將形成反向流通渠道，因此要有比較大的電感來維持電流過零的時間，以完成對滯后橋臂的開關(guān)。所以稱為不對稱移相全橋變換器。如果把、去掉，在SS4兩端并聯(lián)兩個諧振電容，就構(gòu)成了移相全橋零電壓變換器。SS2可以在、副邊耦合電感等的諧振作用下，實現(xiàn)零電壓開關(guān)。用做續(xù)流二極管。① 移相全橋零電壓零電流變換器下圖是移相式PSFBZVZCSPWM（移相全橋零電壓零電流脈寬調(diào)制）變換器電路拓撲結(jié)構(gòu)圖。我們可以通過調(diào)整對角開關(guān)管的重合角度，來達到調(diào)節(jié)電壓的目的。(3) PS軟開關(guān)變換器脈沖移相軟開關(guān)變換器用于橋式變換器。（d）諧振階段3（S關(guān)斷導(dǎo)通）：續(xù)流期間，、繼續(xù)諧振。（c）諧振階段2（S關(guān)斷）：此后，、共同諧振。由于電源鉗位作用，VD無法恢復(fù)續(xù)流。（b）諧振階段1（S導(dǎo)通關(guān)斷）：隨著CR電壓的上升，VD逐步承受反壓關(guān)斷。② Buck零電壓開關(guān)變換器UinCRVDVDSLRCRR0SCSI0圖325 Buck型ZVS準諧振變換器（a）線性階段（S導(dǎo)通）：S導(dǎo)通時，輸入電壓Uin將對充電，并提供輸出恒流。① Buck零電流開關(guān)變換器R0I0UosCRVDVDSLRL1C1S1 圖324 Buck型ZCS準諧振變換器該電路就是前面動態(tài)過程分析講的典型ZCS降壓型拓撲結(jié)構(gòu)。LRCSR0CCLMS2UosCRS1圖323 有源鉗位ZVSPWM正激變換器 (2) PFM變換器 PFM是指通過調(diào)節(jié)脈沖頻率（開關(guān)管的工作頻率）來實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的。同時，CR有電壓鉗位作用，防止S1在關(guān)斷時過壓。為SS2的結(jié)電容。③ 有源鉗位的零電壓開關(guān)PWM變換器下圖為有源鉗位的ZVS開關(guān)PWM變換器，這是個隔離型降壓變換器。在較寬的輸入電壓和負載電流范圍內(nèi)，可以滿足ZVS條件二極管零電流關(guān)斷。SS2的配合控制，實現(xiàn)軟開關(guān)下的PWM調(diào)節(jié)。此時，電路以常規(guī)PWM方式運行。S1兩端電壓諧振為0后，開通S1。② 零電壓開關(guān)PWM變換器圖322 Boost型ZVSPWM變換器上面是Boost型零電壓諧振變換器。該電路的開關(guān)管及二極管均在零電壓或零電流條件下通斷，主開關(guān)電壓應(yīng)力低，但電流應(yīng)力大（諧振作用）。S2的作用主要是隔斷諧振產(chǎn)生保持階段。由于VD短路作用，S2可在此后至下一周期到來前以零電壓零電流方式完成關(guān)斷。（e）恢復(fù)階段（S1關(guān)斷、S2導(dǎo)通）：此后，在作用下，衰減到0。（d）反向諧振階段（S1導(dǎo)通關(guān)斷、S2導(dǎo)通）：當需要關(guān)斷S1時，可以控制重新打開S2，此時在作用下，S2電流為0。之后，與開始諧振，經(jīng)過半個諧振周期，再次諧振到，上升到最大值，而為零，S2關(guān)斷，和將被保持，無法繼續(xù)諧振。隨后，因Uin作用，線性上升，并到達。① 零電流開關(guān)PWM變換器圖321 Buck型ZCSPWM變換器 上圖是增加輔助開關(guān)控制的Buck型零電流開關(guān)變換器。(1) PWM變換器PWM控制方式是指在開關(guān)管工作頻率恒定的前期下，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法來實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。相對于軟開關(guān)，普通開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換器也叫硬開關(guān)。當電流過零時，使器件關(guān)斷，當電壓過零時，使器件開通，實現(xiàn)開關(guān)的近似零損耗。要實現(xiàn)PWM，還需要增加輔助開關(guān)管。綜合以上分析過程，我們可以看出，該拓撲諧振結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)PFM調(diào)節(jié)，而無法實現(xiàn)PWM。(2) 零電壓開關(guān)ZCS在S導(dǎo)通時諧振，而ZVS則在S截止時諧振，二者形成對偶關(guān)系。實際情況與理想分析有所不同，將有所超前。此時，我們根據(jù)電路的要求，選擇在適當時間再次開通S，重新開始線性階段。如為半波開關(guān)，則開關(guān)分壓也將線性上升到輸入電源值。③ 恢復(fù)階段（）：由于VC1滯后1/4個諧振周期，因而在t2后，因L2的作用還將繼續(xù)向負載放電，直至=0。如為全波開關(guān)，C1經(jīng)半個周期的阻尼振蕩到電流為0（）時，將放電到一個較小值。第一次過零（）時，S斷開。本階段結(jié)束，這時的時刻為t2。 (316)諧振到時刻，諧振電流歸零。LC1開始串聯(lián)諧振，因諧振繼續(xù)上升。② 諧振階段（）：在電流i1上升期間，當時，由于無法供應(yīng)恒流，續(xù)流過程將維持。S導(dǎo)通時，L1電流由0開始上升，由于續(xù)流沒有結(jié)束，此時初始。諧振角頻率： (39)特性阻抗： (310)動態(tài)過程如下：① 線性階段（）：在S導(dǎo)通前，VD2處于續(xù)流階段。假定這是一個理想器件組成的電源。用零電流開關(guān)替代PWM電路的半導(dǎo)體開關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。(1) 零電流開關(guān)實際的零電流開關(guān)諧振部分拓補又分L型和M型。實際上，諧振開關(guān)中的所謂“諧振”并不是真正理論上的諧振，而是L、C電路在送電瞬間產(chǎn)生的一個阻尼振蕩過程。以上開關(guān)電源是半波的