【正文】 ／ DC 變換，即屬于電流控制型 單片開關(guān)電源。 TOP225Y 的主要性能特點和 元件選擇 性能特點 TOP225Y 是 TOPSwitch11 系 列 中一種最常用的芯片，封裝形式為 TO220 ，自 帶小散熱片，是典型的三端集成器件，三個管腳分別為控制端 C 、源極 S 和漏極 D ，內(nèi)部功率 MOSFET 器件的耐壓值 高達 700V ， 可設(shè)計成 60W 以上儀器儀表的多路隔離式內(nèi)置控制電源。同時 還應(yīng) 實現(xiàn)欠壓、過壓 、 過流 、 過熱 等電路工作異常時 的 保護 。所以，在設(shè)計時可以省去上面的幾個環(huán)節(jié)，只需對其進行好選型。 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藭r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(fù)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)壓原理簡述如下：高頻變壓器初級繞組 NP 的極性與次級繞組 NS、反饋繞組 NF 的極性相反。因此，在自動重啟期間，占空比控制在５ %左右可有效地限制芯片的功耗。當控制極電壓低于 時， MOSFET 管關(guān)閉，控制 電路 處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向 Uc 充電，其關(guān)斷 /自動復(fù)位滯回比較器可使 Uc 保持在 ~ 之間。當輸出電壓升高時， Uc 升高，采樣電阻 RE 上的誤差電壓亦升高。當控制極電壓 Uc達到 時，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時由反饋控制電流向 Uc 供電。通常在控制極和源極之間，緊靠其管腳，并聯(lián)一個外部旁路電容。特別是 TOP Switch 器件專門針對反激式功率變換電路進行了優(yōu)化，使最大值占空比可達 70%， TOP100～ TOP104， TOP200～ TOP204/TOP214 的效率可達 90%，TOP209/TOP210 的效率也可超過 80%；電源設(shè)計簡化。使用 TOP Switch 器件，比用其他開關(guān)電源節(jié)省很多個 元器件，從而使產(chǎn)品的大小和重量減少； TOP Switch 因采用了源極調(diào)節(jié)板和可控的 MOSFET 通態(tài)驅(qū)動，故電磁干擾 (EMI)和 EMI 濾波器的成本可明顯降低； 系統(tǒng)效率高。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 TOP Switch 主要用于 AC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，寬輸入范圍（ 85V265V），提供了 PI Expert 專家系統(tǒng)設(shè)計軟件，便于用戶更快地設(shè)計出自已的產(chǎn)品。 TOP SwitchⅡ系列器件和 TOP Switch 系列器件相比，內(nèi)電路作了許多改進，器件對于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設(shè)計更為方便，性能又有了增強，性能價格比更高。 Vo 降低，反之亦然。 脈沖頻率調(diào)制式開關(guān)電源則是用固定脈寬發(fā)生電路代替 PWM 中的鋸齒波發(fā)生器，并且利用壓控振蕩器來完成 v/f 轉(zhuǎn)換。 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的工作原理 : 交流 220V 輸入電壓經(jīng)過整流濾波電路變成直流電壓，在由開關(guān)功率管斬波和高頻電壓器降壓，得到高頻矩形波電壓，經(jīng)整流濾波后獲得所需要的直流輸出電壓，脈寬調(diào)制器是這類開關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動符號，控制開關(guān)功率管的通斷狀態(tài)，來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低達到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器用于提供穩(wěn)定的時鐘頻率信號。通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比（ D）；另一種是脈沖頻率調(diào)制 PFM，其特征是固定脈沖寬度，利用改變開關(guān)頻率的方法來調(diào)節(jié)占空比。目前， 這部分電路目前己集成化，制成了各種開關(guān)電源 的專用集成電路。這中間，電源的穩(wěn)壓是靠 反饋控制電路 （ 控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達 到電壓 的 穩(wěn)定輸出 ）來實現(xiàn)的。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖 28 所示 ： 圖 28 開關(guān)電源 的 原理 框圖 首先， 交流電經(jīng) 輸入部分 整流電路 和 濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動成份的直流電 。 圖 27 反轉(zhuǎn)式開關(guān)電源 開關(guān)電源的基本組成和原理 畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 流濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路及控制電路部分組成。當開關(guān)管 VT1 截止時，電感 L 中的電流繼續(xù)流通 ， 并感應(yīng)出上負下正的電壓 ， 經(jīng)二極管VD1 向負載供電 ， 同時給電容 C 充電。 這種電路又稱為升降壓式開關(guān)電源 ， 無論開關(guān)管 VT1 之前的脈動直流電壓高于或低于輸出端 的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當開關(guān)管 VT1 截止時，電感 L 感應(yīng)出左負右正的電壓，該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管 VD1 向負載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開關(guān)電源。 圖 25 降壓式開關(guān)電源 升壓式開關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖 26 所示。當開關(guān)管 VT1 截止時，電感 L 感應(yīng)出左負右正的電壓，經(jīng)負載 RL 和續(xù)流二極管 VD1 釋放電感 L 中存儲的能量，維持輸出直流電壓不變。 降壓式開關(guān)電源的典型電路如圖 25 所示。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 圖 24 推挽式開關(guān)電源 這種電路的優(yōu)點是兩個開關(guān)管容易驅(qū)動 ， 缺點是開關(guān)管的耐壓要達到兩倍電路峰值電壓。 圖 23 自激式開關(guān)電源 推挽式開關(guān)電源的典型電路如圖 24 所示。電路中由于負載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸入和輸出相互隔離的優(yōu)點。像單端反激式開關(guān)電源那樣，由變壓器 T 的次級繞組向負載輸出所需的電壓。 隨著 C1 充電電壓的增高 ， VT1 基極電位逐漸變低 并 退出飽和區(qū)， Ic 減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時二極管 VD1 導通，高頻變壓器 T初級繞組中的儲能釋放給負載。 接入電源后 R1 給開關(guān)管VT1 提供啟動電流 ， 使 VT1 導 通 ， 其集電極電流 Ic 在 L1 中線性增長，在畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為正 ， 發(fā)射極為負的正反饋電壓 ， 使 VT1 很快飽和 。因此 ， 實際應(yīng)用 并不多 。由于這種電路在開關(guān)管 VT1 導通時，通過變壓器向負載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出 50～ 200W 的功率。 在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管 VD1，它可以將開關(guān)管 VT1 的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。它 與單端反激式電路在 形式上相似，但工作情形不同。不過， 這 些 可以通過選用高耐壓、大電流的高速功率器件，在輸入和輸出端加濾波電路等措施加以解決。 其輸出功率為 20～ 100W， 工作頻率在 20～ 200kHz 之間 ，是開關(guān)電源設(shè)計中最常用的一種拓撲方式。 圖 21 單端反激式開關(guān)電源 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 單端反激式開關(guān)電源電路簡單、所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便的實現(xiàn)單路或多路輸出 。 當開關(guān)管 VT1 導通時，高頻變壓器 T 初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負，整流二極管 VD1 處于截止狀態(tài)，副邊上沒有電流通過，能量儲存在高頻變壓器的初級繞組中。 串聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓與輸出負載之間的，屬于降壓式穩(wěn)壓電路 ， 而并聯(lián)型開關(guān)電源的開關(guān)管是 與 輸出負載 相 并聯(lián)的，屬于升壓式電路 ；此外，還可分為隔離與非隔離型， 調(diào)頻、調(diào)幅及兩者混合型等。自激 式開關(guān)電源由開關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路來完成自激振蕩 ，它激式開關(guān)穩(wěn)壓電源必須附加一個 振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)脈沖加在開關(guān)管上，控制開關(guān)管的導通和截 止； 按開關(guān)管的個數(shù)及連接方式可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等 。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 開關(guān)電源的分類及原理 開關(guān)電源的分類 開關(guān)電源的分類方法有多種 。 本設(shè)計的交流輸入電壓范圍是 AC140V～ 240V，該電源能同時實現(xiàn)輸入欠壓保護、過壓保護等功能。具有較強的適用性。 單片開關(guān)電源克服了以往開關(guān)電源設(shè)計中外圍元件和輔助電路復(fù)雜等問題，有力地促進了開關(guān)電源的高效化、模塊化和集成化。高度集成、功能強大的開關(guān)型穩(wěn)壓電源代表著開關(guān)電源發(fā)展的主流方向 。 本論文的設(shè)計研究意義 開關(guān)電源體積小、效率高，被譽為高效節(jié)能電源，現(xiàn) 己成為穩(wěn)壓電源的主導產(chǎn)品。目前對這種開關(guān)電源的研究很活躍，因為采用這種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。不過，對 1MHz 以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。 目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用于以電子計算機為主導的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所 有的電子設(shè)備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。 開關(guān)電源的發(fā)展 和趨 式 1955 年美國羅耶（ )發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端， 1957 年美國查賽（ Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，１９６４年美國科學家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。在相同的紋波輸出電壓下，采用開關(guān)電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的 1/500～ 1/1000。濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 和頻率調(diào)制型兩種。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。 。由于調(diào)整管 V 上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。 ，重量輕。在開關(guān)電源電路中，晶體管 V 在激勵信號的激勵下，它交替地工作在導通 —截止和截止 —導通的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為 50kHz 左右，在一些技術(shù)先進的國家，可以做到幾百或者近1000kHz。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間 。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1 章 緒論 開關(guān)電源的定義 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入 80 年 代 計算機電源 全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入 90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。另外，從前幾年 DVD 笨重的外形到現(xiàn)在越來越薄，輕便，精致，美觀等一系列的變化，都需要開關(guān)電源小尺寸化的支持。 DVD 播