【正文】 池、光敏三極管、光敏單向可控硅等器件。圖 表示的是一個(gè)典型的光電耦合器結(jié)構(gòu)圖。 光電耦合器 光電 耦合器又叫做光電隔離器，在開(kāi)關(guān)電源的主振回路中，它在輸入回路和輸出回路之間起隔離作用。 在開(kāi)關(guān)電源的主振回路中，廣泛的應(yīng)用了像光電耦合器一類(lèi)的元器件，這些元器 件在反激式變換器和正激式變換器電路中，除了提供必要的輸入 輸出隔離功能外，它們還能提供良好的信號(hào)傳遞功能。這些電路還具有低壓時(shí)鎖定輸出，可編程式軟啟動(dòng)，數(shù)字式電 流限制，并可在高達(dá)400kHZ 的頻率下工作。而后許多生產(chǎn)廠家又相繼推出了多款PWM 控制芯片，其中德州儀器公司推出的 TL494 芯片就是對(duì) SG3524 的改進(jìn)，提供了可調(diào)整的死區(qū)時(shí)間控制功能，輸出晶體管也具有較高的拉、灌電流能力，改進(jìn)了限流控制，輸出方向控制等功能。 PWM 控制器及其應(yīng)用 早期出現(xiàn)的單片 PWM 集成控制電路是摩托羅拉公司生產(chǎn)的 MC3420 開(kāi)關(guān)方式的穩(wěn)壓控制器和 SG 公司生產(chǎn)的 SG3524PWM 控制器，這兩種集成電路已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)器件。這一類(lèi)的電路可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩支晶體管或是驅(qū)動(dòng)單晶體管，在后一種情況下，輸 出可在片外進(jìn)行“與”處理（直接相與），或者只允許有一路作為驅(qū)動(dòng)。圖 用虛線說(shuō)明了，當(dāng)誤差信號(hào)幅度變化時(shí)，輸出脈沖的寬度是如何被調(diào)制的。這個(gè)電路電路的工作過(guò)程如下：誤差放大器將從電源輸出端引入的反饋信號(hào)與其反相輸出端的固定參考電壓 Vref進(jìn)行比較，誤差信號(hào)被放大并送到比較器的反相輸入端，而比較器 的同相輸入端輸入的是由一個(gè)固定頻率振蕩器產(chǎn)生的具有線性斜率的鋸齒波，振蕩器的輸出同時(shí)送到一個(gè)翻轉(zhuǎn)觸發(fā)器（ F/F),產(chǎn)生方波輸出 Q 和 。一個(gè)時(shí)鐘脈沖生成電路 IC1 產(chǎn)生一串 固定頻率的不對(duì)稱(chēng)方波脈沖，固定頻率為 20kHZ， IC1 可選用 555 時(shí)基電路或其他等效電路進(jìn)行設(shè)計(jì) PWM 控制器 第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 12 近年來(lái)已開(kāi)發(fā)出許多高頻開(kāi)關(guān)電源控制集成電路，這些電路包含了建立 PWM 開(kāi)關(guān)電源所需的所有功能，使開(kāi)關(guān)電源用一片集成電路和若干附加元件即可制成。如果有兩個(gè)或更多 的晶體管需要驅(qū)動(dòng)（采用半橋式或全橋式變換器電路），則需要采用一個(gè)雙路的 PWM 電路。在一個(gè) PWM 系統(tǒng)中， 通常是產(chǎn)生一組方波脈沖來(lái)對(duì)開(kāi)關(guān)晶體管的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，用改變脈沖寬度的方法，來(lái)改變晶體管相應(yīng)的導(dǎo)通和截止時(shí)間，因而能夠使輸出電壓穩(wěn)定在預(yù)定的值上。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓系統(tǒng)的隔離技術(shù) 隔離式高穩(wěn)定開(kāi)關(guān)電源的任務(wù)主要有兩個(gè)方面，首先，它必須提供高度穩(wěn)定的若干組低輸出，為電子設(shè)備或機(jī)電電路提供充足的供電電源；另一方面，它必須在輸出和輸出之間提供很高的隔離特性，以保護(hù)電器免受因高壓及沖擊電流引起的電氣短路的危害。 開(kāi)關(guān)電源的控制電路 當(dāng)今的開(kāi)關(guān)電源大部分采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù) (PWM)，這一技術(shù)主要是在主變換器工作周期不變的情況下，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間，以控制輸出電壓穩(wěn)定在預(yù)先確定的電壓值上。它更適于使用粗導(dǎo)線繞制電感線圈。 對(duì)于鐵氧體磁芯來(lái)說(shuō)，由于其飽和磁通密度 Bsat 低，所以必須要開(kāi)氣隙口，它們對(duì)溫度比較敏感，其體積也較大。 （ 3）由于有固有的氣隙口，因此無(wú)須對(duì)磁芯再 開(kāi)氣隙口。 （ 1）飽和磁通密度高，可達(dá)4800010??T 以上。基本的設(shè)計(jì)原則是要與成本、重量和實(shí)用性等因素綜合起來(lái)考慮。常用的磁芯有鐵氧體磁芯，鐵粉磁芯和坡莫合金（ MPP）磁芯。第一個(gè)作用是它可以存儲(chǔ)能量，以便在開(kāi)關(guān)功率管截止或“死區(qū)”時(shí)間內(nèi)，能夠給負(fù)載提供連續(xù)不斷的電流 ；第二個(gè)作用就是使輸出的直流電壓更加平滑，使輸出電壓波紋能夠達(dá)到允許的標(biāo)準(zhǔn)。 功率輸出電感的特性 在設(shè)計(jì)隔離式高頻開(kāi)關(guān)電源時(shí)，大多數(shù)人都使用電感作為輸出濾波電路的一部分。 T 1SJLR Cn? (13) 第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 12 公式中 LT：變壓器的漏電感， H； CJ：肖特基勢(shì)壘管的結(jié)電容， F； n：變壓器初 級(jí)對(duì)次級(jí)的匝數(shù)比， NP/NS。第三種吸收回路用齊納二極管將過(guò)高的振蕩脈沖電壓降至允許的范圍內(nèi)。對(duì)于大電流輸出的電路，把 吸收回路跨接在每個(gè)整流器的兩端。振蕩脈沖的振幅足以超過(guò)肖特基勢(shì)壘整流二極管的截止電壓，在管子截止期間，會(huì)使管子損壞，為此，需增加 RC 吸收回路進(jìn)行抑制。因此，每支二極管所能承受的截止電壓必須是 2VS或者說(shuō)是 4VOUT。 第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 19 圖 是一個(gè)半橋式脈寬調(diào)制 (PWM）變換器開(kāi)關(guān) 電源的輸出電路，它利用肖特基勢(shì)壘整流二極管 VD1 和 VD2 作為全波整流器件。 第二是它們具有較大的反向漏電流，使得該器件比其它類(lèi)型的整流器件更容易受熱擊穿。 肖特基勢(shì)壘整流二極管存在著兩個(gè)主要缺點(diǎn)。而且隨著結(jié)溫的增加 ，其正向壓降更低。由于它具有這一優(yōu)點(diǎn)，使得肖特基勢(shì)壘整流二極管特別適用于 5V 左右的低電壓輸出電路中。生產(chǎn)廠家對(duì)其產(chǎn)品都有技術(shù)說(shuō)明，提供給設(shè)計(jì)者去計(jì)算最大的輸出工作電流、電壓、及外殼溫度等。 快速恢復(fù)整流二極管和超快恢復(fù) 整流二極管在開(kāi)關(guān)電源中作為整流器使用時(shí)，是否需要散熱器，要根據(jù)電路的最大輸出功率來(lái)決定。 波形（ a）描述的是整流二極管在特定斜率 di/dt 條件下，從正向?qū)ǖ椒聪蚪刂箷r(shí)期的波形，圖中的圓圈部分是反向恢復(fù)部分； 波形（ b）描述的是快速恢復(fù)型整流二極管的反向恢復(fù)部分； 波形（ c）描述的是“軟”恢復(fù)型二極管的反向恢復(fù)部分。因此使得開(kāi)關(guān)損耗增大。而這種尖峰直接影響輸出直流電壓的波紋。 經(jīng)驗(yàn)告訴我們，在選擇快速恢復(fù)整流二極管時(shí)，其反向恢復(fù)時(shí)間參數(shù) trr 至少應(yīng)該比開(kāi)關(guān)晶體管的上升之間低三倍。 由于現(xiàn)代的開(kāi)關(guān)電源頻率都在 20kHZ 以上，比起一般的整流二極管，快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間減小到了 ns 級(jí)。這兩種整流管還 具有較高的截止電壓參數(shù)。 快速恢復(fù)（見(jiàn)圖 曲線 c）和超快恢復(fù)二極管（見(jiàn)圖 曲線 b）具有適中和較高的正向壓降。下面我們具體討論這三種類(lèi)型整流管的差異及使用價(jià)值。 圖 表示的是這三種整流二極管的正向特性。這主要是因?yàn)樗鼈兓謴?fù)速度慢，并且效率也低。 功率整流器的特點(diǎn) 在開(kāi)關(guān)電源中，所需的整流二極管必須具有正向壓降低、快速恢復(fù)的特點(diǎn)，還應(yīng)具有足夠的輸出功率。有意思的是，它不需要續(xù)流二極管，因?yàn)楫?dāng)一個(gè)二極管截止時(shí)，另一個(gè)二極管就起到續(xù)流的作用。而它們的反向截止電壓是相同的（即至少應(yīng)等于 *NS/NP)。在平滑濾波電容 C1 前面，還增加了電感 L1。對(duì)于反激式變換器電路，整流二極管 VD1 的 反向截止電壓值至少應(yīng)等于 *（ NS/NP）。在實(shí)際設(shè)計(jì)中， L 和 C 的取值及物理尺寸一般均很小。在第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 15 實(shí)際應(yīng)用電路中，還經(jīng)常插入一個(gè)附加的 LC 濾波網(wǎng)絡(luò)。為了獲得高質(zhì)量的直流輸出電壓，所以需要一些特殊的元器件，如肖特基勢(shì)壘整流二極管、超快恢復(fù)整流二極管，低 ESR 值的電解電容以及存儲(chǔ)能量的電感，以便產(chǎn)生低噪音的輸出電壓，從而滿足電路的需求 整流輸出和濾波電路 開(kāi)關(guān) 電源的輸出整流和濾波電路取決于設(shè)計(jì)者所選擇的電路類(lèi)型。大多數(shù)輸出電壓為 ?5V、 12V、 ?15V、 24V等等，輸出功率一般為幾瓦到幾千瓦。 Δ V：所允許的峰 峰值紋波電壓， V。其工作電壓的額定值至少應(yīng)達(dá)到 200V。 第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 15 輸入濾波電容 正確地選擇和計(jì)算整流濾波電容是十分重要的，因?yàn)樗鼘⒂绊懙较铝械囊恍┬阅苤笜?biāo)：電源輸出端的低頻交流波紋電壓和輸出 電壓保持時(shí)間。 （ 3）要有承受高的浪涌電流的能力。由于整流器工作在高電壓的環(huán)境，所以它們必須具有較高的 PIV 值。所選擇的整流二極管的穩(wěn)態(tài)電流容量至少應(yīng)是計(jì)算值的 2 倍。 （ 1）最大正向整流電流。如果不要求軟啟動(dòng)的話，該管腳應(yīng)該被斷開(kāi)。通過(guò)電源的穩(wěn)定操作來(lái)阻止流向反饋輸入端的一些電感耦 合是十分重要的。由于具有穩(wěn)定的電壓輸出驅(qū)動(dòng)（ 、 12V輸出）， LM2673芯片內(nèi)部在被要求提供內(nèi)部增益設(shè)定電阻的同時(shí)也提供與輸出相接的直流線路。 一個(gè)電阻器將管腳 5與接地連接起來(lái)，它可以得到一個(gè)確定的電流（ I(pin 5) = / RADJ），該電流可產(chǎn)生一個(gè)通過(guò)電源開(kāi)關(guān)的峰值電流，最大開(kāi)關(guān)電流固定在 37,125 / RADJ的水平上。在快速開(kāi)關(guān)中，例如使用 LM2673的大電流應(yīng)用時(shí)，建議使用大面積接地層來(lái)減小分布在電路上的信號(hào)耦合。其中 C Boost的推薦值為 F。為實(shí)現(xiàn)電源的最佳性能，輸入管腳應(yīng)當(dāng)總是與一個(gè)設(shè)置在管腳 2附近位置的輸入電容相旁通。除了給負(fù)載提供能量之外，輸入電壓也為 LM2673的內(nèi)部電路提供偏置電壓。管腳 1的電壓通過(guò)外置肖特基二極管的壓降（ Switch OFF）在輸入 電壓 Vin（ Switch ON）與接地之間變換。這個(gè)脈沖寬度調(diào)制器使用一個(gè)固定頻率為 260kHz的振蕩器完成內(nèi)部計(jì)時(shí)。 表 1 LM2673 的一些工作參數(shù) 名稱(chēng) 范圍 單位 最大電源電壓 45 V 軟啟動(dòng)管腳電壓 ~6 V 開(kāi)關(guān)接地電壓 1~VIN V 升壓管腳電壓 VSW+8 V 反饋管腳電壓 ~14 V 功耗 由內(nèi) 部限定 — 靜電釋放 2020 V 儲(chǔ)存溫度范圍 60~150 ℃ 焊接時(shí)的管腳溫度 波峰焊（ 4秒） 260 ℃ 紅外線焊接（ 10秒 ) 240 ℃ 氣流焊（ 75秒） 219 ℃ 工作條件 電源電壓 8~40 V 接點(diǎn)溫度范圍 40~125 ℃ 熱阻（ QJR） 30 ℃ /W 熱阻（ QJC） 2 ℃ /W 第一章 多路輸出式單片電源開(kāi)關(guān)的原理與應(yīng)用 11 管腳 1：輸出開(kāi)關(guān)（ Switch Output） 功率金屬氧化物（半導(dǎo)體）場(chǎng)效應(yīng)晶體管 開(kāi)關(guān)的輸出端直接與輸入電壓相連。其擁有 1 輸出開(kāi)關(guān)（ Switch Output）、2 輸入（ Input）、 3 增壓（ C Boost）、 4 接地（ Ground）、 5 整流（ Current Adjust）、 6反饋（ Feedback）、 7 軟啟動(dòng)（ Softstart）共 7 個(gè)管腳。 2%范圍浮動(dòng)，運(yùn)行溫度范圍為 ?40~+125℃。正常輸出時(shí)的靜態(tài)工作電流為 ，在關(guān)斷模式下減至 A，輸出電壓亦降至零伏。功耗由內(nèi)部限定，轉(zhuǎn)換效率在 94%以上。其輸入電壓范圍為 8V~40V， 最大電源電壓 45V。若采用開(kāi)關(guān)電源模塊，上述問(wèn)題則可迎刃而解。因此，自行研制開(kāi)關(guān)電源時(shí)不僅要選擇芯片，還必須考慮到芯片之間、芯片與外圍電路之間的接線并設(shè)計(jì)好印刷電路，最后完成安裝調(diào)試工作。當(dāng) S 斷開(kāi)時(shí)， L 上產(chǎn)生極性為左端負(fù)、右端正的反向電動(dòng)勢(shì)，使得 VD 導(dǎo)通， L 中的電能就傳送給負(fù)載維持輸出電壓不變，并且 V0V1。當(dāng) S 閉合時(shí)除向負(fù)載供電之外，還有一部分電能存儲(chǔ)于電感 L 和電容 C 中。 降壓式 DC/DC 變換器的基本原理 利用圖 可以分析降壓式 DC/DC 變換器的工作原理。 降壓式 DC/DC 電源變換器的原理與應(yīng)用 降壓式 DC/DC 電源變換器或模塊，均可起到降低電壓的作用，使輸出電壓低于輸入電壓，典型產(chǎn)品有 MAX63 MAX1738，后者屬于變換器模塊，由于它把全部元器件都封裝在模塊內(nèi)部 ，因此用戶可以“即插即用”使用非常方便，本文所介紹的LM2673 即屬于變換器模塊。在電子儀器、自控裝置中也要給各種模擬和數(shù)字電路提供多路電源。利用單片開(kāi)關(guān)電源可以 實(shí)現(xiàn)多 路電壓輸出，單片模塊外接上少數(shù)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)計(jì)功能。 許多家電產(chǎn)品（如電視機(jī)、機(jī)頂盒解碼器、錄像機(jī)）都需要由多路穩(wěn)壓電源來(lái)供電。 和傳統(tǒng)的線性電源相比，開(kāi)關(guān)電源省掉了工頻變壓器，因此有重量輕、體積小、效率高、待機(jī)功耗低，適應(yīng)電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開(kāi)關(guān)晶體管使無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源迅速實(shí)用化。很顯然，那種體 積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過(guò)時(shí)，取而代之的是小型化、重量輕、效率高的新型開(kāi)關(guān)電源。 Protel99 的技術(shù)特點(diǎn) ............................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 作為開(kāi)關(guān)使用的功率 MOSFET 管 .................................... 28