【正文】 每當(dāng)遇到棘手的問題時(shí)，我就求助他們，他們提供給我重要的研究資料，與他們的探討擴(kuò)寬了我的研究思路，使我跨越了很多難關(guān)。其次，感謝吳老師對我校外實(shí)習(xí)的關(guān)心和幫助，感謝李晨娟同學(xué)不厭其煩地通知我相關(guān)事宜，使我能有條不紊地工作學(xué)習(xí)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，遇到的開關(guān)電源理論知識的問題很多，但在老師的指導(dǎo)和同事的幫助下，最終完成設(shè)計(jì)。致謝通過二個(gè)多月的實(shí)習(xí)，在王工、李部長的指導(dǎo)下和同事的幫助下，我學(xué)到了許許多多的知識，看到了很多經(jīng)典產(chǎn)品電路圖紙。我相信按照先易后難的原則我能調(diào)試出本設(shè)計(jì)電路。然后去調(diào)試隔離開關(guān)電源，這樣一來會事半功倍的。在王工的幫助下，讓我先從電阻分壓反饋型的反激式開關(guān)電源做起，因?yàn)榫€性光耦反饋型的開關(guān)電源有些參數(shù)都待定，這樣不容易調(diào)試。此電動車鋰電池充電器設(shè)計(jì)目前只是理論上實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在我在設(shè)計(jì)隆鑫限流18A蓄電池充電器和電動車鋰電池充電器。之后我又接手了tk03，tk05，tk06，tk18，數(shù)顯電壓頻率表等產(chǎn)品。指示燈變?yōu)榫G色。通過上述同樣的過程。這就是恒流充電階段一。當(dāng)電流減小時(shí)，LM35811輸出高電平，穩(wěn)壓電路重新建立起來，電流又會增大。流過光耦二極管的電流增大，進(jìn)而流過CE的電流增大，從而UC3842的引腳2的電位升高。圖61 低電流調(diào)節(jié)控制電路如圖62所示，當(dāng)鋰電池本身電壓低于5V時(shí)，LM35822輸出高電平，Mos管Q4截止。6控制電路設(shè)計(jì)如圖61所示，當(dāng)鋰電池接上電路輸出后，本電路監(jiān)測鋰電池本身電壓，三極管Q5導(dǎo)通，繼電器通電，開關(guān)閉合將R47短接。選擇時(shí)，一般是按紋波電壓要求初選電容值，用電容的額定紋波電流確定電容值，這樣比較安全穩(wěn)妥。 第二個(gè)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是必須滿足開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)的漏極電流需求。為了限制開關(guān)管的DS安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對地低一些，一般要低于50%，即＜。所使用的開關(guān)管必須符合兩個(gè)條件，即在開關(guān)管截止時(shí)，要能承受漏極尖峰電壓，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，要能承受漏極的尖峰電流。應(yīng)用采用以上方法適當(dāng)選擇RC參數(shù)[7]?？傊琑CD吸收電路中的R值如果過小，就會降低開關(guān)電源的效率。R的功率選擇是依實(shí)測VRCD的最大值，計(jì)算而得。輸入電網(wǎng)電壓越低VRCD就越高，負(fù)載越重VRCD也越高。一個(gè)合適的RC值應(yīng)當(dāng)在最高輸入電壓，最重的電源負(fù)載下，VRCD的試驗(yàn)值等于理論計(jì)算值。在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)密注視RC元件上的電壓值，務(wù)必使VRCD小于計(jì)算值。⑶試驗(yàn)調(diào)整VRCD值。實(shí)際選取的VRCD應(yīng)為最大值的90%（這里主要是考慮到開關(guān)電源各個(gè)元件的分散性，溫度漂移和時(shí)間飄移等因素得影響）。如KA05H0165R的VD=650應(yīng)選擇DC65V。是依在次級輸出最高電壓,整流二極管壓降最大時(shí)計(jì)算:＝(VF+Vo)*Np/Ns (516) ③主MOS管VD的余量VDS。如寬電壓應(yīng)選擇AC265V，即DC375V。⑵對于以上主MOS管VD的幾部分進(jìn)行計(jì)算①輸入的直流電壓VDC。在設(shè)計(jì)時(shí)先做幾個(gè)假設(shè)，⑴開關(guān)電源的工作頻率范圍:20~200KHZ；⑵RCD中的二極管正向?qū)〞r(shí)間很短（一般為幾十納秒）；⑶在調(diào)整RCD回路前主變壓器和MOS管，輸出線路的參數(shù)已經(jīng)完全確定。 RCD箝位電路設(shè)計(jì) RCD箝位電路意義由于變壓器漏感的存在及其它分布參數(shù)的影響，反激式變換器在開關(guān)管關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很大的尖峰電壓，這個(gè)尖峰電壓嚴(yán)重危脅著開關(guān)管的正常工作，必須采取措施對其進(jìn)行抑制，目前，有很多種方法可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，其中的RCD箝位法以其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的特點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用，但是，由于RCD箝位電路的箝位電壓會隨著負(fù)載的變化而變化，如果參數(shù)設(shè)計(jì)不合理，該電路或者會降低系統(tǒng)的效率，或者會達(dá)不到箝位要求而使開關(guān)管損壞。⑺確定反饋繞組的參數(shù)反饋是反激的電壓,其電壓是取自輸出級的,所以反饋電壓是穩(wěn)定的。如我這個(gè)副邊匝數(shù)等于60*,所以次級整取16匝。一般來說電流越大,導(dǎo)線越容易發(fā)熱,所需要的導(dǎo)線就越粗,需要的線徑由電流有效值來確定, （512）一般選定電流密度是4~10A/mm2。本便于變壓Np=93**=60。 本變壓器選擇的EE30磁芯材料是MP40。據(jù)計(jì)算本變壓器選擇了EE30磁芯。是磁感應(yīng)強(qiáng)度 單位T。 （510）J是電流密度 單位。值得注意的是，始終保持變換器工作于一個(gè)模式如電流連續(xù)模式或電流斷續(xù)模式，不要在兩個(gè)模式之間轉(zhuǎn)換，這兩種模式不同，對反饋回路的調(diào)節(jié)電路要求也不同，在考慮某一種模式而設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)電路，如運(yùn)行到另一模式時(shí)易引起不穩(wěn)定或者性能下降。直接給出有效值的電流公式: （59）經(jīng)計(jì)算電流有效值：I =。 =/ [( ）*D] (58)，而最大值 =。這個(gè)值很重要。下一步求電流峰值。這是一個(gè)梯形波橫向表示時(shí)間,縱向表示電流大小,這個(gè)波形有三個(gè)值,一是平均值,二是有效值I,三是其峰值,首先要確定這個(gè)電流平均值： （57）經(jīng)計(jì)算=。選定感應(yīng)電壓為80V，VS為93V ，則D=80/（*80+93）=。當(dāng)開關(guān)管開通的時(shí)候，原邊相當(dāng)于一個(gè)電感，電感兩端加上電壓，其電流值不會突變，而線性的上升，上升電流公式如下： （53）這三項(xiàng)分別是原邊輸入電壓、開關(guān)開通時(shí)間和原邊電感量．在開關(guān)管關(guān)斷的時(shí)候，原邊電感放電，電感電流又會下降，同樣要遵守上面的公式定律，下降電流公式公式如下： （54）這三項(xiàng)分別是原邊感應(yīng)電壓（即放電電壓）、開關(guān)管關(guān)斷時(shí)間和電感量．在經(jīng)過一個(gè)周期后，原邊電感電流會回到原來的值，不可能會變，所以有： （55）上式中可以用D來代替，用(1D)來代替。開關(guān)頻率為60KHZ。輸入85~265VAC。下面是計(jì)算本電路的變壓器各參數(shù)的過程[6]。同樣的芯片，同樣的磁芯，若是變壓器設(shè)計(jì)不合理，則整個(gè)開關(guān)電源的性能會有很大下降，如損耗會加大，最大輸出功率也會有下降。圖53 磁滯回線圖 變壓器設(shè)計(jì)步驟反激式變壓器是反激開關(guān)電源的核心，它決定了反激變換器一系列的重要參數(shù)，如占空比D，最大峰值電流，設(shè)計(jì)反激式變壓器，就是要讓反激式開關(guān)電源工作在一個(gè)合理的工作點(diǎn)上。就像吹氣球一樣，一口氣吹破就相當(dāng)磁芯一次性飽和；每吹一次，就排氣，但每次排氣量都比進(jìn)氣量少一點(diǎn)，這樣循環(huán)幾次后，氣球就會被撐破的；若每次充排氣量相同，氣球就不會破的，磁芯也是如此，如下圖53所示：磁芯從a→b→c為置位，從c→d→a為復(fù)位，每個(gè)周期都要回到a磁芯就不會飽和。損壞；逐次積累式飽和：磁芯每個(gè)周期都有置位與復(fù)位動作，反激式開關(guān)電源磁芯置位是由初級繞組來實(shí)現(xiàn)，磁芯復(fù)位是由次級繞組和輸出電路來實(shí)現(xiàn)。在輸入電壓一定時(shí)，由反饋電路保證Ton的合適值。一旦磁芯飽和，開關(guān)管瞬間就會損壞。 由上邊分析可知，反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，在保證輸出功率的前提下，必須注意磁芯飽和問題。因?yàn)楫?dāng)磁芯飽和時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度基本不變，dB/dt近似為零，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，將不會產(chǎn)生自感電動勢去抵消母線電壓，初級繞組線圈電阻很小，這樣母線電壓將幾乎全部加在開關(guān)管上，開關(guān)管會瞬時(shí)損壞[5]。 可見，反激式變換器開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，次級繞組均沒構(gòu)成回路，整個(gè)變壓器如同僅有一個(gè)初級繞組的帶磁芯的電感器一樣，此時(shí)僅有初級電流，轉(zhuǎn)換器沒有次級安匝數(shù)去抵消它。 反激式變換器和以上所述大不相同，反激式變換器工作過程分兩步：①開關(guān)管導(dǎo)通，母線通過初級繞組將電能轉(zhuǎn)換為磁能存儲起來；②開關(guān)管關(guān)斷，存儲的磁能通過次級繞組給電容充電，同時(shí)給負(fù)載供電。而初次級負(fù)載安匝數(shù)相互抵消，它們不會使磁芯沿磁滯回線來回移動，而勵(lì)磁電流占初級總電流很小一部分，一般不大于總電流10％，因此不會造成磁芯飽和。另一部分是勵(lì)磁電流分量，主要產(chǎn)生主磁通，在空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)，該勵(lì)磁分量均不變化。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。漏感值大，儲存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會產(chǎn)生尖峰電壓，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，也對絕緣不利，產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。但是繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。不管功率傳送是那一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原和副繞組匝數(shù)比。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲能多。磁通密度變化值△B=2Bm，為了提高△B，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋?，然后通過去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。為了提高△B，希望Bm大，Br小。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。圖52 電源進(jìn)線端濾波電路 變壓器設(shè)計(jì)高頻電源變壓器完成功能有三個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。電容量要求2200pF左右。L3，L4要求圈數(shù)相同，一般取10，電感量2mH左右?！?。C1為電源跨接電容，又稱X電容。L1,L2磁芯面積不宜太小，以免飽和。⑴濾除差模干擾信號。在電源進(jìn)線端通常采用如圖52所示電路。另一種是兩根導(dǎo)線做去路,差模,后者叫共模。⑴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％一20％；⑵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)；⑶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，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。把壓敏電阻連在交流電壓的輸入端。所以需要采取措施加以避免。另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： （51）公式中．L是電感器的漏感，I是通過線圈的電流。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(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，就不會影響整個(gè)開關(guān)電源的效率。當(dāng)電容開始充電時(shí)，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。當(dāng)開關(guān)電源接通時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因?yàn)樵谒鼘?dǎo)通時(shí)，要流過全部的輸入電流。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后．由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對其進(jìn)行分流。用以增加對交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近幾百安培。圖51 主電源電路 輸入電路 輸入浪涌電流保護(hù)隔離式開關(guān)電源在加電時(shí)，會產(chǎn)生極高的浪涌電流，需在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。UC3842外圍電路包括振蕩電路，誤差放大器輸入和補(bǔ)償電路，電源啟動電路，驅(qū)動開關(guān)管電路，軟啟動電路。為減小電源尖峰干擾需要在電源進(jìn)線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。設(shè)計(jì)主電源時(shí)就是要找到最苛刻的條件，即輸入最低，輸出功率最大的條件下來設(shè)計(jì)脈沖變壓器的。本電路最大功率發(fā)生在恒流充電階段二結(jié)束恒壓充電開始時(shí)。5 主電源部分設(shè)計(jì)主電源電路圖如圖51所示。反之即認(rèn)為充電完畢，指示燈變?yōu)榫G色。當(dāng)鋰電池兩端電壓的升高逐漸接近開關(guān)電源的輸出電壓，恒流電路被破壞，電壓反饋穩(wěn)壓階段開始。