【正文】 此后，計(jì)數(shù)執(zhí)行部件作減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到達(dá)0的時(shí)候，輸出端出。其時(shí)序圖如下圖所示:⑥模式5一硬件觸發(fā)的選通信號(hào)發(fā)生器寫入控制字后，輸出端OUT出現(xiàn)高電平作為初始電平。一般將此負(fù)脈沖作為選通信號(hào)。其時(shí)序圖如下圖所示: ⑤模式4一軟件觸發(fā)的選通信號(hào)發(fā)生器 當(dāng)寫入控制字后，輸出端OUT變?yōu)楦唠娖阶鳛槌跏茧娖?，寫入初始值后，再?jīng)過一個(gè)時(shí)鐘脈沖，計(jì)數(shù)執(zhí)行部件獲得計(jì)數(shù)初值，并開始計(jì)數(shù)。 當(dāng)計(jì)數(shù)值N為偶數(shù)時(shí)，輸出端的高低電平持續(xù)時(shí)間相等，所以輸出為完全對(duì)稱的方波。當(dāng)計(jì)數(shù)到一半時(shí)，輸出變?yōu)榈碗娖?，?jì)數(shù)器繼續(xù)作減1計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到終值時(shí)，輸出變?yōu)楦唠娖?，從而完成一個(gè)周期。當(dāng)輸入控制字后，輸出端OUT出現(xiàn)高電平，作為初始電平。一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，輸出端為低電平。 對(duì)于計(jì)數(shù)初值N，輸出端在N個(gè)時(shí)鐘期間呈現(xiàn)一個(gè)輸出周期。其時(shí)序圖如下圖所示: ③模式2一分頻器 當(dāng)控制字寫入后，輸出端OUT變?yōu)楦唠娖阶鳛槌跏紶顟B(tài)，當(dāng)計(jì)數(shù)值寫入初值寄存器后，下一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)初值被寫到計(jì)數(shù)執(zhí)行部件，然后計(jì)數(shù)執(zhí)行部件作減1計(jì)數(shù)，減到1(不是減到0)時(shí)，輸出端OUT變?yōu)榈碗娖健? 在此模式下，觸發(fā)是可以重復(fù)進(jìn)行的。其時(shí)序圖如下所示: ②模式1一可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 寫入控制字后，輸出端OUT即以高電平作為起始電平，計(jì)數(shù)初值送到初值寄存器后，再經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期，便送到計(jì)數(shù)執(zhí)行部件。 在開始工作時(shí)，控制字和計(jì)數(shù)初值寫入計(jì)數(shù)器，但是必須在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)初值才送到計(jì)數(shù)執(zhí)行部件。①模式0一計(jì)數(shù)結(jié)束產(chǎn)生中斷 在模式0時(shí)，寫入控制字后，輸出端OUT為低電平作為初始電平，并且在計(jì)數(shù)值到達(dá)0之前一直保持低電平。 O1一只讀/寫低8位字節(jié) 10一只讀/寫高8位字節(jié) 11一先讀/寫低8位字節(jié)，再讀/寫高8位字節(jié) 和用來選擇計(jì)數(shù)器。8254工作時(shí)可以有6種模式選擇，每種模式下的輸出波形各不相同。 (2) 8254控制寄存器的格式 為了讓計(jì)數(shù)器/定時(shí)器正確工作，必須先設(shè)定控制字，8254控制寄存器的格式如下: 其中D0D7分別對(duì)應(yīng)著BCD, M0, M1, M2, RWO, RWl, SC0, SCl。從計(jì)數(shù)器1讀出計(jì)數(shù)初值00110從計(jì)數(shù)器2讀出計(jì)數(shù)初值 除了這七組信號(hào)組合外，其他組合下，數(shù)據(jù)總線為高阻狀態(tài)。當(dāng)=11時(shí)，通過讀/寫控制邏輯電路選中控制寄存器，此時(shí)CPU可以寫入控制字，如表42所示為CPU對(duì)8254各寄存器訪問時(shí)，信號(hào)和功能之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。只有在CS為持續(xù)低電平的情況下，RD和WR才會(huì)受到確認(rèn)，否則會(huì)被忽略。當(dāng)WR為低電平時(shí)有效，此時(shí)，表示CPU正在對(duì)8254的一個(gè)計(jì)數(shù)器寫入計(jì)數(shù)初值或則對(duì)控制寄存器寫入控制字。當(dāng)RD為低電平時(shí)有效，此時(shí)，表示CPU正在對(duì)8254的一個(gè)計(jì)數(shù)器進(jìn)行讀操作。讀/寫邏輯電路從系統(tǒng)控制總線接受輸入信號(hào)，經(jīng)過組合，產(chǎn)生對(duì)8254各部分的控制，具體為：,用來對(duì)3個(gè)計(jì)數(shù)器和控制寄存器進(jìn)行尋址。③讀/寫邏輯電路讀/寫控制邏輯是8254的內(nèi)部控制部分。從計(jì)數(shù)器讀取計(jì)數(shù)值。它與CPU的連線是8位數(shù)據(jù)總線D7DO。OUT是計(jì)數(shù)器輸出端，當(dāng)計(jì)數(shù)到0時(shí)，OUT輸出有效信號(hào)。GATE為低電平時(shí)，禁止計(jì)數(shù)器工作。CLK為計(jì)數(shù)脈沖輸出端。8254的引腳圖見圖43 。輸出鎖存器OL用來鎖存計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE的內(nèi)容，從而使CPU可以對(duì)此進(jìn)行操作。每個(gè)計(jì)數(shù)器內(nèi)部有一個(gè)8位的控制寄存器，還有一個(gè)16位的計(jì)數(shù)初值寄存器CR，一個(gè)計(jì)數(shù)執(zhí)行部件CE和一個(gè)輸出鎖存器OL。每個(gè)計(jì)數(shù)器的輸入和輸出都決定于本身所帶的控制寄存器的控制字，互相之間工作完全獨(dú)立。 8254是NMOS工藝制成的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，8254最高計(jì)數(shù)速率為l0M。此腳接地時(shí)，N=1.5腳為脈沖輸出端，輸出脈沖可直接驅(qū)動(dòng)5KΩ或則10pF的負(fù)載，因此，此腳輸出的一定頻率的高頻脈沖可直接送入8254計(jì)數(shù)芯片作為計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)此腳和1腳相連，即接+5V高電平時(shí)，N=100。3腳為頻率設(shè)定端，通過此腳和1腳連接一頻率設(shè)定電阻，阻值為3K}≤≤1M，根據(jù)式41，由輸出頻率確定所需連接的電阻大小。圖要做修改 1腳為電源輸入端，在PCB板布線中應(yīng)和地之間接一0. 1 wF的禍合電容以防止電磁的差模干擾。圍△≤%f(輸出脈沖頻率)，輸出脈沖誤差范輸出脈沖的頻率由外圍電路控制，外圍電路簡單，體積小巧，可以節(jié)省PCB板面積。5. 2脈沖發(fā)生電路元器件的選擇 脈沖發(fā)生電路原理圖如41所示。現(xiàn)今的PIC單片機(jī)已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一?，F(xiàn)在PIC系列單片機(jī)在世界單片機(jī)市場的份額排名中已逐年升位，尤其在8位單片機(jī)市場，據(jù)稱已從1990年的第20位上升到目前的第二位。PIC單片機(jī)（Peripheral Interface Controller）是一種用來可開發(fā)的去控制外圍設(shè)備的可編程集成電路（IC）?；趩纹瑱C(jī)的種種優(yōu)越性，本單元電路以單片機(jī)為控制核心，它承擔(dān)了大部分的功能實(shí)現(xiàn)，如LED顯示、模擬開關(guān)、人機(jī)接口等。但單片機(jī)各方面的性能也在不斷提高中，如CPi1處理速度的改進(jìn)，存儲(chǔ)器的發(fā)展、片內(nèi)I/O的改進(jìn)、外圍電路集成化和芯片低功耗化。 ，單片機(jī)自問世以來，即受到了人們的廣泛關(guān)注，雖然近年來，DSP, ARM, CPLD, F39。為了使開關(guān)電源穩(wěn)定可靠的工作，本章的最后分析了本開關(guān)電源使用的多種保護(hù)電路，包括緩沖回路、防浪涌回路、磁復(fù)位繞組等。接著詳細(xì)闡述了其中的關(guān)鍵元件，即高頻開關(guān)變壓器及輸出儲(chǔ)能電感的設(shè)計(jì)過程。一般，常取復(fù)位繞組匝數(shù)等于初級(jí)繞組匝數(shù)，此時(shí)，復(fù)位時(shí)間等于置位時(shí)間，開關(guān)管承受的電壓應(yīng)力為2Vdc。 根據(jù)法拉第電磁定律，使磁芯復(fù)位，即使開關(guān)管導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)的磁通變化量相等，也即是伏秒值相等。飽和的變壓器相當(dāng)于一段電阻很小的導(dǎo)線，此時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)管直接接在整流濾波后300V的高壓，這將產(chǎn)生很大的漏極電流，導(dǎo)致MOS管損壞。. 3磁復(fù)位繞組 在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器中流過次級(jí)映射到初級(jí)的電流和磁化電流，前者的能量能有效的傳遞到次級(jí)，后者的值很小，僅用來磁化磁芯，且無法傳送到次級(jí)。緩沖電路接在變壓器初級(jí)線圈的兩端，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在變壓器漏感中的能量轉(zhuǎn)移到緩沖器的電容中，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電容通過電阻放電，為下一次充電做好準(zhǔn)備。所以，與使用雙極型晶體管的電路不同，MOS管電路中的緩沖電路，其主要作用不是減小開關(guān)重疊損耗，而是降低變壓器的漏感尖峰電壓，以減小開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力。因此，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)在電流上升的大部分時(shí)間里開關(guān)管兩端的電壓基本為0，由電壓、電流引起的導(dǎo)通損耗可以忽略。一般在220V交流電時(shí)，將輸入浪涌電流限制在60A以下，故據(jù)此選擇相應(yīng)的熱敏電阻。3. 6保護(hù)電路 為了使開關(guān)電源安全有效的工作，各種各樣的保護(hù)電路是必不可少的，它們能改善元器件的工作環(huán)境，在發(fā)生故障時(shí)，也能將損失降低到最小。 對(duì)于電流環(huán)來說，主要是確定檢測電阻的阻值，由于3842內(nèi)部PWM比較器的輸入端最大電壓被鉗位在1v，且由前面的計(jì)算可知。R12, R16, C19是系統(tǒng)的補(bǔ)償元件，用以優(yōu)化系統(tǒng)的頻率特性，具體的理論和方法將在第四章中闡述。在光棍的次級(jí)，電源由3842的8腳提供5V的基準(zhǔn)電壓，假設(shè)使輸出l0V時(shí)，1腳的輸入電壓為3V，電流為20mA，可得R8為100R。當(dāng)輸出電壓最小時(shí)，為了使光禍PC817C工作在線性階段，光禍初級(jí)的電流應(yīng)小于20mA，由于電壓調(diào)整范圍較大，取20mA，可知R7的阻值為65Ω。下面介紹具體的參數(shù)設(shè)計(jì)。 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)輸出電壓為048V，為了實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，可利用TI}31的恒壓特性，調(diào)整精密可調(diào)電阻RI7的阻值。只有當(dāng)REF端(同相端)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。048V 圖中的TL431是一可調(diào)精密電壓基準(zhǔn)，實(shí)際上是一含基準(zhǔn)電壓的誤差放大器。3. 5. 4反饋回路設(shè)計(jì) 3842是一電流型控制芯片，具有電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)控制。 ，R6為驅(qū)動(dòng)電阻，RS的作用是一方面可以在MOS管關(guān)斷時(shí)提供泄放回路，使其快速關(guān)斷，另一方面可以穩(wěn)定柵極電壓，避免關(guān)斷時(shí)處于浮接狀態(tài)。MOS管為電壓驅(qū)動(dòng)器件，當(dāng)柵極電壓達(dá)到閉值電壓后MOS管即導(dǎo)通，為了快速的導(dǎo)通或關(guān)斷MOS管，需正確選擇驅(qū)動(dòng)電阻。(3)輸出驅(qū)動(dòng) 3842采用圖騰柱輸出電路，可以直接驅(qū)動(dòng)大功率場效應(yīng)管。對(duì)于震蕩頻率來說，只要R和C的乘積為一固定值，R和C的各種組合都可以得到同樣的震蕩頻率，但在給定的頻率條件下只有其中的一種組合，才能得到所需的死區(qū)時(shí)間。設(shè)定不同的RC值，就可以設(shè)定不同的震蕩頻率及死區(qū)時(shí)間。此時(shí)，3842的工作能量主要由輔助繞組提供，啟動(dòng)電阻上只流過很小的電流，減小了損耗。 啟動(dòng)后，3842正常工作所需的能量由輔助繞組提供。為了使3842良好穩(wěn)定的工作，需要設(shè)計(jì)一性能優(yōu)良的供電電路，R2為啟動(dòng)電阻，當(dāng)電路上電工作時(shí)，R2為3842提供初始的啟動(dòng)電壓。 UC3842外圍電路原理圖Fig. Schematic of peripheral circuit of UC3842(1)供電環(huán)節(jié) 7腳是UC3842的供電腳，啟動(dòng)電壓為16V，啟動(dòng)電流約為1mA，啟動(dòng)后，正常工作電壓為++IOV}+36V，工作電流為30mA。(4)大電流圖騰柱輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。2)鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流。UC3842是高性能、固定頻率、電流模式控制器，專為離線和DCDC變換器而設(shè)計(jì)。3. 5. 2 UC3842的組成 目前，PWM控制器實(shí)現(xiàn)了模塊化生產(chǎn)，常用的有SG352TL49UC382UC384213/415/UC3875/6/718/9等。具有瞬時(shí)峰值電流限流功能，即內(nèi)在固有的逐個(gè)脈沖限流功能。觸發(fā)器狀態(tài)為“1”時(shí)，功率開關(guān)管導(dǎo)通。也既是說，PWM比較器的聞值是由電壓誤差放大器的輸出給定的，如果電壓誤差放大器顯示輸出電壓太低時(shí)，電流門檻值就增大，使輸出到負(fù)載的能量增加，反之也一樣。它在原有的電壓環(huán)上增加了電流反饋環(huán)節(jié)，構(gòu)成了電壓電流雙環(huán)閉環(huán)控制，最常見的是峰值電流模式控制，簡稱電流模式控制。因而電壓型控制模式的動(dòng)態(tài)性能、靜態(tài)精度與穩(wěn)定性存在著矛盾。輸出電壓變化，引起誤差電壓的變化，使誤差電壓與三角波的交叉點(diǎn)上升或下移，從而改變輸出脈沖的寬度，調(diào)節(jié)輸出電壓。常用的控制策略有電壓型控制和電流型控制。改變PWM的占空比，即可改變輸出電壓值。在極限工作環(huán)境下，即輸入電壓最高，輸出電流最大，管子的工作狀態(tài)仍處于安全工作區(qū)范圍內(nèi)。對(duì)于本電路所選擇的開關(guān)管，其安全工作區(qū)。ET管來說，由于其導(dǎo)通壓降，即通態(tài)電阻RDS(on)上的壓降，隨著溫度升高而增加，因此不會(huì)受到二次擊穿的危害，相應(yīng)的就有更大的開關(guān)安全工作區(qū)。二次擊穿是雙極型晶體管最常見的失效模式，究其原因，主要是其導(dǎo)通壓降隨著溫度的升高而降低引起的，因此必須保證晶體管在關(guān)斷過程中不能超越安全工作極限曲線，任何超出制造廠家提供的安全工作極限曲線的工作狀態(tài)都有可能引起雙極型晶體管的二次擊穿。其主要參數(shù)為: 漏源擊穿電壓:900V 柵源擊穿電壓:+/30V 最大直流電流:+/l0A 最大脈沖電流。在開關(guān)電源中，RDS(oa)決定了輸出電壓和自身損耗，RDS(on)越小的器件，制作的開關(guān)效率越高。漏極連續(xù)電流額定值是管子正常工作時(shí)漏極電流的上限值，主要決定于溝道寬度。漏源電壓是漏區(qū)和溝道體區(qū)PN結(jié)上的反偏電壓，漏源擊穿電壓主要由漏極PN結(jié)的雪崩擊穿能力、柵極對(duì)溝道體區(qū)和漏區(qū)反向偏置結(jié)耗盡層分界面的電場分布決定。 選擇功率開關(guān)管時(shí)，要注意其最大耗散功率PDM,漏源擊穿電壓BVDS,漏極最大峰值電流1DM和漏源通態(tài)電阻RDS(on)。與小功率MOS管不同的是，電力MOSFET的結(jié)構(gòu)大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，以提高器件的耐壓和耐電流能力。 電力MOSFET與電子電路中應(yīng)用的MOSFET類似，按導(dǎo)電溝道分為P溝道和N溝道。MOSFET的顯著特點(diǎn)是用柵極電壓來控制漏極電流，因此所需驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單。(5)驗(yàn)算溫升濾波電感的溫升與高頻變壓器一樣，也由銅損和鐵損造成，計(jì)算方法與變壓器相似，℃。(4)核算電感值及窗口占用系數(shù)當(dāng)線圈中流過直流電流時(shí)，產(chǎn)生的直流偏置磁場為，此偏置磁場將導(dǎo)致線圈的電感量降低58%，降低后的電感量為: 滿足設(shè)計(jì)要求。為了解決這一問題，可增加繞組的匝數(shù):N39。下面計(jì)算繞組匝數(shù):此時(shí)的直流偏置磁場為 式中，N為線圈匝數(shù)，為輸出電流，磁環(huán)磁路長度。它的外徑D=，內(nèi)徑d=,高=。 這個(gè)值是電感的最小值，若低于這個(gè)值，在輸出端流過最小額定負(fù)載電流時(shí)，電感電流會(huì)發(fā)生斷續(xù)。下面介紹MPP電感的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程。在電氣上的作用就是把開關(guān)方波脈沖積分成直流電壓。 在正激式開關(guān)電源中，輸出濾波電感是能量儲(chǔ)存元件。[3]溫升 $4W。磁滯損耗正比于頻率和磁感應(yīng)擺幅e8 ,渦流損耗與每匝伏特?cái)?shù)和占空比有關(guān)，而與頻率無關(guān)，即渦流損耗與磁通變化率成正比。=。[1]銅損 銅損由繞線電阻造成，包括低頻損耗和高頻損耗，低頻損耗很容易計(jì)算，也比較容易解決，通過增大導(dǎo)體截面積以減小直流電阻即可降低損耗，高頻損耗由渦流損耗、趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)造成，很難精確確定。 其中，f是工作頻率，是與物質(zhì)和溫度有關(guān)的常數(shù)，對(duì)銅來說，20℃時(shí)，,100℃時(shí)，,當(dāng)導(dǎo)線直徑大于2倍趨膚深度時(shí)，應(yīng)盡可能采用多股導(dǎo)線并饒，當(dāng)采用n股導(dǎo)線并饒時(shí)，每股導(dǎo)線的直徑為，考慮趨膚效應(yīng)后各線徑的取值分別為: 初級(jí)繞組:36匝，, 4股并繞 次級(jí)繞組:12匝，, 4股并繞 復(fù)位繞組:36匝， 輔助電源繞組:3匝， 為了減小漏感，初級(jí)