【正文】 反激式功率變換器中所使用的輸出整流二極管主要在開關(guān)功率管截止期間導(dǎo)通，具有提供全部的輸出負(fù)載電流的能力。 p p i m inU = 2 U % %（ 15 ～ 25 ） （ 35） Uimin取 85V， Po為 20W，η為 78%， fmin為 44Hz， A=1，（ 35）取 25%得 輸入濾波的總電容 C=92μ F。 本次設(shè)計(jì) MOSFET 的驅(qū)動方式采用專用集成功率驅(qū)動器驅(qū)動。但因?yàn)槠潆娏鳎瑹崛萘啃?，耐壓低，一般只適用于 高頻 小功率電力電子裝置 [5]。 不但有自 關(guān)斷能力，而且有驅(qū)動功率小，開關(guān)速度 快 ， 工作頻率高，具有正溫度系數(shù)， 無二次擊穿安全工作區(qū)寬等特點(diǎn)。 元器件 選擇 功率管的選擇 場效應(yīng)晶體管 （ MOSFET） 是一種單極型的電壓控制器件， 要求驅(qū)動功率小。 C2為輸出濾波電容。 鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 24 圖 311輸出端濾波濾波電路圖 電容能通交流隔直流 ，通高頻阻低頻。 C C C C4 為小容量高頻電容器。 圖 310 濾波器 原理圖 C C2組成抗 差 模干擾電路，用于抑制 差模 噪聲干擾。 R C用于濾除開關(guān)電流尖峰及噪聲 [11]。 圖 39 電阻電流取樣檢測電路 電阻電流取樣電路如圖 39 所示，主回路中的電流流過感測電阻 R2，經(jīng)過 1端流過放大器送至 PWM 的電流檢測端。電流流過取樣電阻，電流轉(zhuǎn)換成電壓信號送至 PWM控制器的電流檢測端或放大器放大后再送至控制電路，調(diào)節(jié) PWM 的輸出驅(qū)動脈寬 達(dá)到電流控制的目的。 本設(shè)計(jì)采用的是電阻電流取樣。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 （ 3）用于電源保護(hù)。 U R E FA+V TV DKAV r e f 圖 38 TL431的等效電路 電流取樣檢測電路 設(shè)計(jì) 電流取樣檢測是及時(shí)檢測開關(guān)電源主電路的電流，并將其轉(zhuǎn)換成電壓信號，其主要作用是： （ 1）用于提供控制電路的電流反饋環(huán)，其電流輸出信號與基準(zhǔn)電壓比較，實(shí)現(xiàn)電流調(diào)節(jié)與恒流。 R 1R pR 2AKU iU oU R E F 圖 37 精密可調(diào)穩(wěn)壓源 TL431原理 圖 38所示為 TL431 的等效電路。 Uo=UREF(1+Rp/R2) (UREF=) （ 32） 如 37所示， R1為限流電阻， Rp、 R2為設(shè)置電阻； A 為陽極； K為陰極； UREF是常態(tài)下的基準(zhǔn)穩(wěn)壓端 ， 電壓為 。 鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 22 可調(diào)穩(wěn)壓電源 Uo可在 ～ 36V 之間調(diào)節(jié)。 其特點(diǎn)是： （ 1） 動態(tài)阻抗低，典型值為 ； 輸出噪聲低。 PC817 光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用 [10]。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。 1243 圖 36光耦 PC817應(yīng)用電路圖 1端為陽極， 2端為陰極， 3端為發(fā)射極， 4端為集電極。 線性光耦 PC817的介紹 PC817 是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。 圖 34 UC3842內(nèi)部框圖 如圖 35所示為 UC3842 的引腳排列圖。 UC3842 主要用于高頻中小 型 容量開關(guān)電源，用它構(gòu)成的傳統(tǒng)離線式反激變換器電路在驅(qū)動隔離輸出的單端開關(guān)時(shí)，通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋繞組經(jīng)電阻分壓得到的信號與內(nèi)部 基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差 比較器的輸出端與反向輸入端接成 PI 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，誤差比較器的輸出端與電流采樣電壓進(jìn)行比較，從而控制 PWM 序列的占空比，達(dá)到電路穩(wěn)定的目的。 8 腳 VREF是基準(zhǔn)電壓輸出，可輸出精確的 +5V 基準(zhǔn)電壓， 最大 電流可達(dá) 50mA。芯片工作后，輸入電壓可在 10～ 30V 之間波動，低于 10V 停止工作。當(dāng)供電電壓低于 16V 時(shí)， UC3842不工作，此時(shí)耗電在 1mA 以下 。 6 腳為輸出端，采用圖騰柱式輸出，輸出平均電流為 200mA，最大電流為 1A，能直接驅(qū)動 MOS 管，控制器內(nèi)部有 5V 精密基準(zhǔn)電壓，其啟動電壓為 16V，關(guān)閉電壓為 10V, 6V 的啟動與關(guān)閉差值可有效防止電路在門限值電壓附近工作時(shí)產(chǎn)生振蕩。 4腳外接鋸齒波振蕩器外部定時(shí)電阻和電容，用以確定振蕩器的工作頻率 鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 20 TT CR? （ 31） 輸出電壓將決定變壓器的變壓比。 2腳是電壓反饋端，取樣電壓加在誤差放大器的反相輸人端，與 的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓 。 其內(nèi)部 框圖如 圖 34所示 。 UC3842 的功能介紹 UC3842 它 含誤差放大器、 PWM 比較器、 PWM 鎖存器、振蕩器、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元 。 UC3842 是目前流行的電流型 PWM 信號發(fā)生器，具有精度高、電壓穩(wěn)定、外圍電路簡單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在功率為 20～ 100W的小型功率開關(guān)電源中 。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。 模塊的選擇 UC3842 是由 Unitrode 公司開發(fā)的 一種 新型 控制器 ，是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。當(dāng)高壓開關(guān)管 Q1被 PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí)，直流輸人電壓施加高頻變壓器T的原邊繞組上，在變壓器次級繞組上感應(yīng)出的電壓使整流管 VD 反向偏置而阻斷，此時(shí)電源能量以磁能形式存儲在電感中 ； 當(dāng)開關(guān)管 Q1截止時(shí)，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 繞組上的電壓極性顛倒，使 VD 導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。此外，這種工作方式能較好地消除來自電網(wǎng)的干擾，降低輸出紋波。 單端反激變換器存在缺點(diǎn)：難以達(dá)到較大的功率 ，變壓器單向激磁，利用率低。輔助電源可以是獨(dú)立的，也可以由開關(guān)電源本身產(chǎn)生。有的還有發(fā)出報(bào)警信號的功能。一般控制電路還包括啟動 及禁止電路。電路原理與輸入濾波器相同。 輸出整流濾波 :將變換器輸出的高頻交流電壓 整流 濾波得到需要的直流電壓。 整流 濾波 ：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級變換。如圖 32所示，如果占空比 D 越大，則經(jīng)濾波后的輸出電壓也就越高。在脈沖寬度控制中，保持開關(guān)頻率不變。通過取樣、比較放大及控制驅(qū)動電路，控制變換器中功率開關(guān)管的占空比，便能得到穩(wěn)定的 直流輸出電壓 [8]?；镜母綦x式高頻開關(guān)電源的原理框圖如圖 31所示，高頻開關(guān)電源主 要由輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、高頻變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路、輔助電源等幾部分組成。 反 饋 系 數(shù)K E AP W M++QRS時(shí) 鐘 脈 沖V sV e aK V oV r e fV m斜 波 補(bǔ) 償V i n Q 1T V DC R LR sd電 流 環(huán) 電 壓 環(huán) 圖 29 電流型控制的工作原理圖 綜上所述， 本設(shè)計(jì)采用電流型控制 。電路逐個(gè)檢測和調(diào)節(jié)鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 16 電流脈沖，使檢測的峰值電流信號逐脈沖跟隨輸出誤差電壓信號的變化，從而 實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)定 輸出 電壓 的目 的 。下面介紹其工作原 理 :電壓外環(huán)將采樣的主輸出直流電壓 KVo通過誤差放大器 EA與給定的參考電壓信號 Vref相比較，得到放大了的誤差電壓信號 Vea，然后送至 PWM比較器倒相端直接與電流內(nèi)環(huán)采樣的原邊電感電流 (或輸出電感電流 )信號 Vs，進(jìn)行比較，由恒頻時(shí)鐘脈沖置位鎖存器輸出脈沖信號，驅(qū)動控制功率開關(guān)管通斷。不僅監(jiān)控主輸出電壓信號，也監(jiān)控原邊電感電流 (或輸出電感電流 )信號。 鋸 齒 波 發(fā) 生器V e aV s tV s tV e a驅(qū) 動 電 路E AP W M++K V oV r e f 圖 28 電壓型控制的基本原理圖 電流型控制的基本原理 圖 29所示為電流型控制的工作原理圖。 輸出 LC 濾波器對控制環(huán)增加了兩個(gè)極點(diǎn)，為了使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，需要增加一個(gè)零點(diǎn)補(bǔ)償，使輸入反饋網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜 。而對于開關(guān)穩(wěn)壓電源來說，穩(wěn)壓過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動態(tài)變化的過程，需要不斷地調(diào)節(jié)輸入電流以適應(yīng)輸入電壓和負(fù)載變化的要求，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。眾所周知，開關(guān)電源的電流都要流經(jīng)電感，故使輸出濾波電容上電壓信號對相應(yīng)的電流信號產(chǎn)生 90176。它最大的缺點(diǎn)是開關(guān)電源電路中的電流未參與控制、作為獨(dú)立狀態(tài)變量存在著，因此功率變換器有兩個(gè)狀態(tài)變量，是一個(gè)二階系統(tǒng)。它將對主輸出電壓的采樣信號 KVo作為反饋信號與給定參考電壓 Vref經(jīng)誤差放大器 EA比較放大產(chǎn)生誤差電壓 Vea，再經(jīng) PWM比較器與鋸齒波信號 Vst進(jìn)行比較，由驅(qū)動邏輯電路輸出占空比隨 Vea可調(diào)的一系列脈沖信號 ， 驅(qū)動控制開關(guān)功率管，從而達(dá)到穩(wěn)定調(diào)節(jié)輸出電壓 Vo的目的。 電壓型控制基本原理 早期的 PWM開關(guān)電源的控制系統(tǒng)采用電壓型控制。 圖 27 PWM工作原理圖 電流型反激式開關(guān)電源的控制方法 開關(guān)電源的控制方法主要有電壓型和電流型兩種，由于本設(shè)計(jì)采用電流型控制，因此主要介紹電流型控制方法。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形 ，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。由于開關(guān)工作頻率的提高，濾波電感 L，變壓器 T 等磁性元件以及濾波電容 C 等都可以小型化。輸入輸出間需要進(jìn)行電氣隔離時(shí)，可采用變壓器進(jìn)行隔離和升 （ 降 ） 壓。 所以本次設(shè)計(jì)采用 PWM調(diào)制方式 。對電感要求高 結(jié)合了 PWM和 PFM調(diào)制的特點(diǎn)，可以在重載和輕載之間轉(zhuǎn)換 適應(yīng)場合 重載 輕載 較寬范圍 采用現(xiàn)有的器件和電路技術(shù)，一般可使 PWM 開關(guān)電源工作在幾十 kHz 至于百 kHz 的開關(guān)頻率，電源裝置在重量、效率、可靠性、價(jià)格和外形尺寸方面可認(rèn)為是最佳的，適合于中、大功率的應(yīng)用場合。電感電流波動較大 178。對電感要求不高 178。電感電 流波動較小 178。 表 22 各種控制方式的比較 控制方式 PWM 調(diào)制 PFM 調(diào)制 混合調(diào)制 特點(diǎn) 178。由于 Ton和 T均可調(diào)節(jié)，因此占空比調(diào)節(jié)范圍最寬，適合供實(shí)驗(yàn)室使用的輸出電壓可以寬度范圍調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。 PFM 式開關(guān)電源的輸出電壓調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出端可不接假負(fù)載。在電路設(shè)計(jì)上要用固定脈寬發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器中的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓頻率轉(zhuǎn)換器 (例如壓控振蕩器 VCO)改變頻率。 (2)脈沖頻率調(diào)制方式，簡稱脈頻調(diào)制 (Pulse Frequency Modulation,縮寫為 PFM)式。 其特點(diǎn)是受功率開關(guān)最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，對輸出電源不能做寬范圍的調(diào)節(jié) ； 另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時(shí)輸出高電壓。其特點(diǎn)是固定開關(guān)頻率，通過改變脈沖寬度來 調(diào)節(jié)占空比。改變接通時(shí)間 Ton和工作周期 T 的比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制” TRC。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 控制方式 開關(guān) K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開，在開關(guān) K 接通時(shí)，輸入電源 E通過開關(guān)K 和濾波電路提供給負(fù)載 RL，在整個(gè)開關(guān)接通期間，電源 E 向負(fù)載提 供能量 ； 當(dāng)開關(guān) K 斷開時(shí)，輸入電源 E便中斷了能量的提供。 圖 25 全橋式電路 正激、反激式的占空比為： onD=t T (21) 全橋、半橋、推挽式的占空比為： onD=2t T? (22) 鐘宏林：一種新型開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 12 綜上所述 ,各種不同的隔離 DC/DC 變換電路有著各自不同的特點(diǎn)，應(yīng)用場合也各 不 相同 ， 表 21給出了它們的比較。每個(gè)開關(guān)斷態(tài)時(shí)承受的峰值電壓均為 Ui ，是推挽電路的 1/2。由于互為對角的 2個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，而同一橋臂上、下 2 開關(guān)交替導(dǎo)通，輸入電壓將逆變成為幅值為 Ui的交流電壓，加在變壓器原邊。串接在變壓器一次繞組的電容器 C1 ， 和 半橋電路的作用相同，用于隔直流成分，防止磁飽和發(fā)生?；閷堑?2 個(gè)開關(guān) VT1 、 VT4和 VT2 、 VT3同時(shí)導(dǎo)通，同一橋臂上、下 2個(gè)開關(guān) VT1 、 VT2和 VT3 、 VT4交替導(dǎo)通。 變壓器原邊繞組 W1的匝數(shù)為 N1 ， 副邊繞組 W2匝數(shù)為 N2 ，繞組間同名端如圖所示。故半橋電路適用于在輸入電壓較高的場合 。改變開關(guān) VT1和 VT2的占空比，就