【正文】 畢業(yè)設計結(jié)束了，通過設計，學生深刻領(lǐng)會到基礎的重要性，畢業(yè)設計不僅僅能幫助學生檢驗大學四年的學習成果，更多的是畢業(yè)設計可以幫助我們更加清楚的認識自我，磨練學生的意志與耐性，這會為學生日后的工作和生活帶來很大的幫助。掌握其使用的要領(lǐng)，運用到設計當中去。 學生的動手能力和資料搜集能力在設計中也得到提升。同時，還幫助我們改變一些處理事情時懶散的習慣。通過畢業(yè)設計，學生對自己大學四年以來所學的知識有更多的認識。但是，作為一門相對獨立的學科，運用的知識較多，自己現(xiàn)有的水平還需要進一步提高。同時，通過翻閱大量的資料，利用各種資源從各個角度對開關(guān)電源進行分析等這個過程，提高了自己的自學能力和解決實際問題的能力。 總之，通過此次設計，熟悉和掌握了 Protel 繪圖軟件。 通過反復 思考 有了一定的 收獲 ， 并 取得了 開關(guān)電源 設計的寶貴經(jīng)驗。 在設計時，重點對基本概念和原理知識作了分析，采取了由部分到整體的設計思路，對涉及的電路單元作了詳細分解和原理介紹。對于開關(guān)電源所實現(xiàn)的功能或者目的，需要將其分解為若 干個模塊，分別弄清它們的原理和功能以及怎么去使用。 所以需要查閱大量資料，進行知識的分解與融合，在設計過程當中 還需反復修正。恰當?shù)卦O計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。 EMI 濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，可以抑制來自電網(wǎng)的干擾對電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。實際上很難實現(xiàn) “一點接地 ”，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而 采取平面式或多點接地，利用一個導電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。接地是開關(guān)電源設備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁騷擾對其他電子設 備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和 26 地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。屏蔽有兩個目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來的輻射干擾進入該內(nèi)部區(qū)域。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。首先應該抑制騷擾源，直接消除干擾原因；其次是消除騷擾源和受擾設備之間的耦合和輻 射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。 對于開關(guān)電源干擾的一些抑制措施 形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設備。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見表 31。 (2) 開關(guān)電源外部干擾 開關(guān)電源外部干擾可以以 “共模 ”或 “差模 ”方式存在。一旦這個反向電流恢復時的斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十 MHz。 開關(guān)電源中的高頻變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會產(chǎn)生電磁感應噪聲；同時，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級，而變壓器對外殼的 分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。 功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。 基本整流器的整流過程是產(chǎn)生 EMI 最常見的原因。兩者都涉及到人為因素和自然因素。 確定電阻 4R 和 5R 值， （ 320） 式中： FV — TL431 參考端電壓，為 ； OV — 輸出端電壓，取 15V； 計算可得： 4R =10k? ， 5R =51k? 。本文光藕選擇 SIEMENS 的 CNY172， CRT 為 63％～125％。光藕工作在線性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選光藕的 CRT(電流放大率 )上限超過 200％，則易造成 TOP223Y 過壓保護，相反若 CRT 下限小于 40％，占空比 D 將不能隨反饋電流的增大而減小，從而導致過流。 1％。若濾波效果不理想，可以在下一級再串聯(lián)一個 LC 濾波環(huán)節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗 L 取 H～ 10μ H。因為肖特基二極管導通時正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗，此外，肖特基二極管具有反向恢復時間短，在降低反向恢復損耗以及消耗輸出電壓中的紋波方面有顯著的性 能優(yōu)勢，因此文中選用肖特基二極管作為整流二級管：對于輸出濾波電容， ESR(等效串聯(lián)阻抗 )和紋波電流是兩個重要參數(shù)。 VD 的耐壓值應大于最大直流輸入電壓值，本文VR選擇反向擊穿電壓為 200V 的 P6KE200， VD 選擇反向耐壓為 600V 的超快恢復二極管 BYV26C。 初級，偏置級： 26AWG， 次級： 26AWG， 三股并繞 40t， 2t3， 5t 氣隙： (兩層絕緣膠帶 ) 鉗壓齊納管（ VR）和阻斷二極管（ VD）的選擇 在開關(guān)電源的每個開關(guān)周期內(nèi)， TOP223Y 的關(guān)斷將導致變壓器產(chǎn)生尖峰電壓， VR 和 VD 構(gòu)成了 鉗 位電路，防止大電壓對 TOP223Y 芯片的 損壞， VR 和VD 的選擇由反射電壓 Vor 定。 (100khz 時穿透深度為 ) (5) 確定氣隙： FL DVII P onpP2P1P ????aN/DVDV o nsSo npP ????FL DVII S onsS2S1S ????? ?63aN/DVDV o f fSo npP ???? ? ?73? ? aIIL21FP 2p22p1pi ?????? P2II onP i2P1P ????? ?103? ?P2P1oni IIDV21P ????? ? ?113? ?123? ?133? ?143? ?222121on2r m s IIIID31I ?????? ? ?153FL DVII P onpP2P1P ????? ? DVL 2P1P onP ??? ??? ?163? ?2C2 BA/ ?????? ?93? ?83? ?173 22 = 1/(111 ) = (mm) (6) 確定初，次級及偏置級匝數(shù) =(111) = 1633 得 n= 即依次選 擇的匝數(shù)為 40t， 2t， 5t 。 (4) 根據(jù)有效值電流確定初，次級線徑：（漆包線取值基準 2mm/ ） 由上式得 )A( ? 即初線徑為 34AWG, )A( r m p39。 (3) 根據(jù)占空比，直流輸入電壓確定初級電感量隨著輸入電壓變大，I1及 I2 都變小，求最低電壓時 I1 達到極限電流所需電感量： 根據(jù)上面算式得出 I1=,I2=。 20/=27W 將 F=100,C=100μ ， U1=118 代入式 32 中解得 U2=92 U3=(U1+U2)/2=(118+92)/2=210/2=105,除去導通壓降后為 101V， 同理能確定最 大直流輸入電壓為 360V,輸入電壓范圍是 101V～ 360V。 下面以 20W、 IC 為 TOP223Y 為例實際工作時電源結(jié)果與計算符合。 高頻變壓器的設計 反激變壓器在開關(guān)電源中起到傳遞能量、隔離輸入、輸出等作用：開關(guān)管導通期間反激變壓器通過初級儲存能量，關(guān)斷后通過次級釋放能量，所以相當于一個耦合電感，根據(jù)在每個 開關(guān)周期變壓器是否將能量完全釋放掉反激電源又可分為連續(xù)式（ CCM）與不連續(xù)式（ DCM），連續(xù)式的優(yōu)點是紋波電流小、電流有效值小，所以損耗較小，所以在較大功率時一般都選用連續(xù)式。假設整流橋?qū)〞r間為 T=3ms，則電容耐壓值為： (31) 式中：η — 系統(tǒng)效率，可選擇 80％； fL— 交流電網(wǎng)頻率； Po— 系統(tǒng)輸出總功率。整流電路選擇 4 個 IN4007 二極管組成整流橋，濾波穩(wěn)壓電容 C1 可按照輸出功率 1uF／ 1W 選擇。 開關(guān)電源的電路設計 基于 TOP223Y 開關(guān)電源原理圖 圖 34 基于 TOP223Y 開關(guān)電源原理圖 輸入整流濾波電路 整流濾波電路包括輸入交流 EMI 濾波、整流、電容穩(wěn)壓三部分。 a)基本接線 b）電路圖形符號 圖 33 TL431 的基本接線 和 電路符號 在本設計中就是利用 TL431 和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當輸出電壓發(fā)生波動時，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與 TL431 中的 基準 19 電壓進行比較，在陰極上形成誤差電壓，使 LED 的工作電流發(fā)生變化，再通過光電耦合器 PC817 把電壓反饋到 TOP223Y的控制端 C 端。反之， Uo 下降會導致 UREF 下降，從而 UREFUref，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平， VT 截止、 Uo 上升。 TL431 的電路圖形符號和基本接線如圖 33 所示： R3 是限流電阻。 TL431 大多采用 DIP8 或 TO92 封裝形式，引腳排列分別如圖 33 所示。最大輸入電壓為 37V，最大工作電流為 150mA，內(nèi)基準電壓為 ，輸出電壓范圍為 ～ 36V。 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL431 TL431 是由美國德州儀器和摩托羅拉公司生產(chǎn)的 ～ 36V 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。當輸入端加電信號時， 驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED） 發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導通，產(chǎn)生光電流 ， 再經(jīng)過進一步放大后 從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電 光 電”的 轉(zhuǎn) 換 。光耦一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。 光耦以光為媒介傳輸電信號。 普通光耦只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號） 。安裝印刷板時應將它們焊到地線區(qū)域的不同位置上，這樣即可避免大電流通過功率地線所形成的壓降對控制端產(chǎn)生的干擾。對于 DIP8 和 SMD8 封裝，都設計了 6 個 S 端，它們在內(nèi)部是連通的。漏極與片內(nèi)功率開關(guān)管的漏極連通，漏一源擊穿電壓U(BR)DS≥ 700V。其中，控制端的作用有 4 個： (1) 利用控制電流 Ic的 大小來調(diào)節(jié)占空比 D，當 Ic從 時， D 就由 ％增至 67％，比例系數(shù) (即脈寬調(diào)制增益 )為 K=Δ D/ Δ C=(％ 67％ )/ =％ mA≈ 16％ mA； (2) 與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器／誤差放大器相連，能為芯片提供正常工作所需的偏流； (3) 該端還作為電源支路和自動重啟 /補償電容的連接點，通過外接旁路電容來決定自動重啟動的頻率； (4) 對控制回路進行補償。 DIP8 封裝和 SMD8 封裝各有 8 個引腳，但均可簡化成 3個；二者的區(qū)別是 DIP8 可配 8 腳 IC 插座 ,SMD8 則為表面貼片，不需要打孔焊接。其中，TO220 封裝自帶小散熱板，屬于典型的三端器件。 TOPSwitchⅡ的管腳排列如圖 31 所示。確認選用 TOP223Y型號的芯片作為本次設計的芯片。 選擇 TOPSwitch 芯片的型號 設電源的輸出總功率為 0P ，功率因數(shù)為η（一般取 =80%） ,則輸入功率為 0P /η，為了使芯片能穩(wěn)定運行，另外還需要在考慮一定的設計余量（一般取 10%以上）。同時 還應 實現(xiàn)欠壓、過壓 、 過流 、 過熱 等 電路工作異常時 的 保護 。 由此可見 ， 反饋電路正是通過調(diào)節(jié)TOPSwitch 的占空比 實現(xiàn)穩(wěn)壓的。 TOPSwitch 的占空比 D與 IC（控制電流） 成反比， 是通過調(diào)節(jié) D 來穩(wěn)定輸出電壓的。 CI 是控制端 C 的旁路電容。在 MOSFET 截止瞬間，初級 極性則變?yōu)樯县撓抡?，此時尖峰電壓就被 VDZ1 吸收掉。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管 VDZ1 和超快恢復二極管 VD1 組成 。交流電壓經(jīng)過整流濾波后得到直流高壓，經(jīng)初級繞組加至TOPSwitch 的漏極上。高頻變壓器在電路中兼有能量存儲、隔離輸出和電壓變換這三大功能。 該電源的穩(wěn)壓原