【正文】 本文在電路原理分析方面就反激式拓。 本文研究設(shè)計(jì)了一款高效的小功率反激式開關(guān)電源。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，開關(guān)電源方面的技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。 第六章 總結(jié)與展望 在信息和數(shù)字時(shí)代，所有電子設(shè)備都需要有一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源來(lái)提供能量。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)電路的仿真進(jìn)行了詳細(xì)的分析，介紹了Multisim軟件，對(duì)仿真電路的各個(gè)部分都進(jìn)行了仿真。不同的是輸入/輸出端只有一個(gè)連接點(diǎn)。 輸入/輸出端用鼠標(biāo)點(diǎn)擊Place菜單中的Connectors選項(xiàng)（Place →Connectors）即可取出所需要的一個(gè)輸入/輸出端。是否顯示節(jié)點(diǎn)編號(hào)可由Options→Sheet Properties對(duì)話框的Circuit選項(xiàng)設(shè)置。可以直接將“連接點(diǎn)”插入連線中。（6）“連接點(diǎn)”的使用“連接點(diǎn)”是一個(gè)小圓點(diǎn)，點(diǎn)擊Place Junction可以放置節(jié)點(diǎn)。（4）在導(dǎo)線中插入元器件將元器件直接拖曳放置在導(dǎo)線上，然后釋放即可插入元器件在電路中。（3）改變導(dǎo)線的顏色在復(fù)雜的電路中，可以將導(dǎo)線設(shè)置為不同的顏色。（2）連線的刪除與改動(dòng)將鼠標(biāo)指向元器件與導(dǎo)線的連接點(diǎn)使出現(xiàn)一個(gè)圓點(diǎn)，按下左鍵拖曳該圓點(diǎn)使導(dǎo)線離開元器件端點(diǎn)，釋放左鍵，導(dǎo)線自動(dòng)消失，完成連線的刪除。 導(dǎo)線的操作（1）導(dǎo)線的連接在兩個(gè)元器件之間，首先將鼠標(biāo)指向一個(gè)元器件的端點(diǎn)使其出現(xiàn)一個(gè)小圓點(diǎn)，按下鼠標(biāo)左鍵并拖曳出一根導(dǎo)線，拉住導(dǎo)線并指向另一個(gè)元器件的端點(diǎn)使其出現(xiàn)小圓點(diǎn)，釋放鼠標(biāo)左鍵，則導(dǎo)線連接完成。器件特性對(duì)話框具有多種選項(xiàng)可供設(shè)置，包括Label（標(biāo)識(shí)）、Display（顯示）、Value（數(shù)值）、Fault（故障設(shè)置）、Pins（引腳端）、Variant（變量）等內(nèi)容。 （5）元器件的復(fù)制、刪除對(duì)選中的元器件，進(jìn)行元器件的復(fù)制、移動(dòng)、刪除等操作，可以單擊鼠標(biāo)右鍵或者使用 菜單Edit→Cut（剪切）、Edit→Copy（復(fù)制）和 Edit→Paste（粘貼）、Edit→Delete（刪除）等菜單命令實(shí)現(xiàn)元器件的復(fù)制、移動(dòng)、刪除等操作。也可使用Ctrl鍵實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)操作。選中元器件后，也可使用箭頭鍵使之作微小的移動(dòng)。要移動(dòng)一組元器件，必須先用前述的矩形區(qū)域方法選中這些元器件，然后用鼠標(biāo)左鍵拖曳其中的任意一個(gè)元器件，則所有選中的部分就會(huì)一起移動(dòng)。要取消某一個(gè)元器件的選中狀態(tài)，只需單擊電路工作區(qū)的空白部分即可。對(duì)選中的元器件可以進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除、設(shè)置參數(shù)等操作。要選中某個(gè)元器件可使用鼠標(biāo)的左鍵單擊該元器件。 （2）選中元器件在連接電路時(shí)，要對(duì)元器件進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、刪除、設(shè)置參數(shù)等操作。 圖53 新建電路 元器件的操作（1）元器件的選用選用元器件時(shí)，首先在元器件庫(kù)欄中用鼠標(biāo)點(diǎn)擊包含該元器件的圖標(biāo)，打開該元器件庫(kù)。因此,一個(gè)良好的、專業(yè)化的電源設(shè)計(jì)軟件對(duì)于電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是非常重要的必備手段和工具?，F(xiàn)在,市場(chǎng)對(duì)低功耗、低干擾、小型化、自動(dòng)化、安全可靠的高精度電源的需求越來(lái)越大。電源設(shè)計(jì),特別是開關(guān)電源的設(shè)計(jì),在新產(chǎn)品的研制中占有相當(dāng)重要的位置。它具有大量的電源專用器件和功率電子器件模型,并提供高精度的電路仿真模型單元庫(kù)。Saber產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于航空汽車等設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域。Multisim可以分析從SOC到大型系統(tǒng)之間的設(shè)計(jì),包括模擬電路、數(shù)字電路及混合電路。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。 本章主要的目的是設(shè)計(jì)RCD吸收回路和電壓反饋回路，介紹了UC3845芯片的原理和技術(shù)參數(shù)，分析了基于UC3845的幾種電壓反饋電路的設(shè)計(jì)，選擇了采用光耦的誤差放大器增益。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時(shí)，輸出電壓基本上沒有變化。因?yàn)?，UC3845的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益（可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻）。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，輸出電壓經(jīng)R13及R8分壓得到的采樣電壓（即Z的參考電壓）也升高，Z的穩(wěn)壓值也升高，流過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小，導(dǎo)致流過光電三極管中的電流減小，相當(dāng)于C9并聯(lián)的可變電阻的阻值變大（該等效電阻的阻值受流過發(fā)光二極管電流的控制）誤差放大,的增益變大，導(dǎo)致UC3845腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比變小，輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。缺點(diǎn)是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。 圖44開關(guān)電源電壓采樣電路 圖45開關(guān)電源電壓采樣電路 如圖44,45所示，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓后得到的直流電壓給UC3845供電，另外，該電壓經(jīng)R16及R19分壓后得到采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調(diào)U3 TL431和R10，R12，R6，C9，R8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)電阻R8及R13分壓后輸入TL431的參考電壓也升高，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應(yīng)的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導(dǎo)致UC3845腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比變小，于是輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，電壓參考誤差：177。 圖43 誤差放大器的輸入電路 TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。 這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3845的輸出信號(hào)的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值。A管導(dǎo)通則B管截止，輸出高電平；B管導(dǎo)通A管截止，輸出低電平；兩管均截止時(shí)輸出為高阻狀態(tài)。晶體管A的集電極接電源Vcc，發(fā)射極接晶體管B的集電極，晶體管B的集電極接地。(7)輸出電路。正電源電壓Vcc和參考輸出電壓Vref各自由分離的具有滯后特性的比較電路監(jiān)視，防止工作在各自門限值時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤輸出動(dòng)作。(6)欠壓鎖定電路。UC3845的電流取樣比較器和脈沖寬度鎖存電路配置可確保在任何給定的振蕩周期內(nèi)，輸出端僅有一個(gè)單脈沖輸出。為了抑制電流波形前的尖脈沖，通常在電流取樣輸入管腳與取樣電阻之間增加RC濾波器消除尖脈沖引起的不穩(wěn)定性。此電壓有電流取樣輸入管腳3(5)監(jiān)視，并與來(lái)自誤差放大器的輸出電平進(jìn)行比較。(4)電流取樣比較器。由電壓反饋端2(3)，產(chǎn)生的誤差電壓用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。代入式（41），得到K=，UC3845芯片的振蕩電路頻率表達(dá)式可以表示如下： （42） (3)高增益誤差放大器。振蕩器電路產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率最大為1MHZ，由管腳4(7)與管腳8(14)之間的RT以及管腳4(7)與GND之間連接的CT決定。該部分電路由芯片工作電壓欠壓鎖定提供，作為芯片內(nèi)部電源，；另外基準(zhǔn)電路也提供5V參考電壓給第8(14)管腳。UC3845芯片具有雙列直插8管腳塑料封裝以及14管腳塑料表面貼裝兩種形式，芯片內(nèi)部電路具有振蕩器、高增益誤差放大器、電流取樣比較器、PWM所存電路、基準(zhǔn)電路、欠壓鎖定電路和電流圖騰柱輸出電路等，如圖41所示。該控制器是專為離線和DCDC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它可以使設(shè)計(jì)者使用最少的外部元件即而獲得高成本效益的解決方案。8Vref該管腳為參考輸出，它通過電阻RT向電容CT提供充電電流。工作頻率可達(dá)1MHZ 。3 電流 取樣一個(gè)正比于電感器電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。 圖41 UC3845內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳及引腳功能 圖42 UC3845引腳 表41 UC3845引腳的功能8引腳功能引腳功能說明1補(bǔ)償該管腳為誤差放大器輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。UC3845是專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的，（通）（斷）。SO14封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有單獨(dú)的電源和接地管腳。 其它的保護(hù)特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。第四章 反激式開關(guān)電源控制電路和輔助電路設(shè)計(jì) UC3845的原理及技術(shù)參數(shù) UC3845的原理及特點(diǎn)參數(shù) UC3845 是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。輸入電路的關(guān)鍵就是濾波整流，以及保護(hù)。 對(duì)于上述計(jì)算得到的銅線截面積，如果我們選用AWG25 線（，），那么單股的銅截面積為： （340）那么大概需要五股這樣的銅線并繞。繞制難度會(huì)增加。這種情況下，一般選用兩股或兩股以上的線徑較細(xì)的銅線并繞，已減小趨膚效應(yīng)的影響。有了這一參數(shù)，我們就可以根據(jù)銅線的有效值電流選取線徑了。對(duì)于初級(jí)繞組，其電流波形和開關(guān)管電流波形一致，所以其有效值電流和開關(guān)管有效值電流一樣，有以下公式計(jì)算： （338） 根據(jù)散熱條件、銅線長(zhǎng)度的不同，通常將銅線的電流密度選取在4－10A/mm2。的肖特基二極管。將圖七電路中相關(guān)參數(shù)帶入得到： （337）那么這里可以選取3A/40V 或以上型號(hào)的肖特基二極管。 考慮到二極管在高速電流信號(hào)的作用下，開關(guān)損耗比較嚴(yán)重，加上第三節(jié)討論到的二極管上的出現(xiàn)的振蕩，會(huì)進(jìn)一步加大二極管的損耗，所以在實(shí)際應(yīng)用中，往往選擇最大平均整流電流比最大負(fù)載電流大數(shù)倍的輸出二極管，以減小二極管的溫升。在第一節(jié)基本反激式變換器的原理中已經(jīng)得出，輸出二極管的平均電流等于負(fù)載平均電流。對(duì)于所承受的反偏電壓小于100V 的情況，可以選用優(yōu)先選用肖特基二極管，對(duì)于所承受的反偏電壓大于100V 的情況，一般選用快恢復(fù)二極管。同樣，墊氣隙時(shí)僅以計(jì)算得到的氣隙長(zhǎng)度作為參考，邊墊邊測(cè)直到初級(jí)電感量滿足要求。由于計(jì)算誤差和測(cè)量的誤差，設(shè)計(jì)操作時(shí)，采用邊磨邊測(cè)電感量的方法，直到測(cè)得的初級(jí)電感量在一定誤差內(nèi)接近計(jì)算得到的電感量為止。在反激式變換器的計(jì)算中，L 即初級(jí)電感量。如果氣隙只加在中柱，那么Ae 和Ag 是相等的，等于磁芯材料的中柱截面積。下面根據(jù)磁學(xué)基本知識(shí)推出氣隙長(zhǎng)度的估算方法： (330)式(330)是電感量的計(jì)算公式，其中Rc 和Rg 分別表示磁芯材料和氣隙的磁阻，不難看出，電感量正比于線圈匝數(shù)的平方，反比于總的磁阻。反激式變換器的設(shè)計(jì)中，提前估算出氣隙的長(zhǎng)度是很重要的，這樣在試制變壓器的過程中能夠做到心中有數(shù)。為了防止磁芯飽和，必須限制磁芯中的磁通密度擺幅，最常用的方法就是在磁芯中增加氣隙。一般情況下，輔助供電繞組的電流很小，相應(yīng)的輸出二極管要求不高，通常使用1N4148 之類的小信號(hào)高速開關(guān)二極管。開關(guān)管關(guān)斷期間，所有的次級(jí)繞組電壓服從匝比關(guān)系，假設(shè)輔助供電繞組匝數(shù)為Na，另有一組次級(jí)匝數(shù)Ns2，則有如下關(guān)系式： (327) (328) 由上面的關(guān)系式可以得出輔助供電繞組和其它次級(jí)繞組的匝數(shù)。得到了初級(jí)和次級(jí)匝數(shù)后，需要進(jìn)一步求得輔助供電繞組的匝數(shù)。初級(jí)繞組匝數(shù)和匝比確定后，就可以算出次級(jí)繞組匝數(shù)，取匝比11和12 時(shí)分別有： (325) (326) 如果選取匝比11，得到的次級(jí)繞組匝數(shù)不為整，此時(shí)可以適當(dāng)增加初級(jí)繞組匝數(shù)，例如將初級(jí)增加到99T 時(shí)，次級(jí)可以取9T。具體計(jì)算過程中應(yīng)注意單位，其中L 的單位為H，Bmax 單位為T，Ae 單位為m2，取Bmax ，計(jì)算初級(jí)繞組線圈匝數(shù)為: （322) 通過設(shè)定最大占空比求得了次級(jí)反射電壓Vor，由于次級(jí)反射電壓和次級(jí)電感電壓服從匝比關(guān)系，因此匝比由以下公式計(jì)算： (323) (324)實(shí)際應(yīng)用中，取整數(shù)值11 或者12。對(duì)于常用的功率鐵氧體，－。 磁芯選定后，根據(jù)第4 節(jié)的關(guān)系式，我們知道，當(dāng)電感量、磁芯面積和電流一定時(shí)，匝數(shù)越多，磁芯的磁通密度越小。在工程應(yīng)用中，輸出功率和開關(guān)頻率確定的情況下，相應(yīng)的磁芯體積也就大致確定了。式中用到了開關(guān)管的峰值電流和有效值電流兩個(gè)參數(shù)，在離線式反激式變換器中，開關(guān)管電流波形和初級(jí)電