【正文】 設(shè)計的輸出功率決定。 （ 2）峰值反向截止電壓（ PIV）。一般應(yīng)在 600V 以上。浪涌電流是由開關(guān)導(dǎo)通時的峰值電流所產(chǎn)生的。一般情況下，高質(zhì)量的電解電容器所具有的濾除交流波紋電壓的能力越強，它的 ESR 值就越低。 計算濾波電容的公式如下： ItC V? （ 11） 公式中， C：電容量， F； I：負載電流， A； t：電容提供電流的時間， s。 開關(guān)電源的輸出電 路 一般情況下，開關(guān)電源的一路或多路輸出電壓通常都是直流低電壓，具有一定的輸出功率，用來驅(qū)動其他電子電路。 開關(guān)電源的大多數(shù)輸出電路，都是對高頻變壓器次級的高頻方波電壓進行整流濾波。一般在反激式變換器中所使用的輸出電路，在反激式變換器電路中，因為變壓器 T1 還起存儲能量的電感作用，所以二極管 VD1 和電容器 C1 是產(chǎn)生直流輸出電壓的整流濾波元件。其作用是使輸出電壓更加平滑。 在任何開關(guān)電源的輸出電路設(shè)計中，都應(yīng)嚴格選擇整流二極管和續(xù)流二極管的反向截止電壓，使之反向耐壓能夠達到設(shè)計要求的最小值。 正激式變換器的輸出電路與反激式的相比較，其明顯區(qū)別是在電路中增加了一個二極管 VD2，我們稱之為續(xù)流二極管。 在驅(qū)動晶體管截止期間，由二極管 VD2 給輸出端提供電流，因此，把二極管 VD1和 VD2 結(jié)合起來使用，就可以在整個變化周期都能為輸出端提供全波電流輸出。 推挽式、半橋式、全橋式變換器的輸出電路中，由于二極管 VD1 和 VD2 都給輸出端提供半周期的電流，所以它們分擔這相等的負載電流。 但是，對于 二 極 管 的 反 向 截 止 電 壓 參 數(shù) 的 要 求 就 提 高 了 ， 它 的 最 小 值 應(yīng) 為 ：*。普通的 PN 結(jié)二極管不適于作為開關(guān)使用。在開關(guān)電源中，可以使用以下三種類型的整流二 極管： （ 1）高效快速恢復(fù)二極管； （ 2）高效超快恢復(fù)二極管； （ 3）肖特基勢壘整流二極管。 肖特基勢壘整流二極管（見圖 中曲線 a）展示的正向壓降 VF為最小，因此第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 17 它的效率也最高。 。其范圍是從 ~。因此，它們特別適合于在輸出小功率，電壓在 12V 左右的輔助電源電路中的使用。因此，大大提高了電源的效率。 這兩種整流二極管還減小了開關(guān)電壓尖峰。雖然某些“軟”恢復(fù)型整流二極管的噪音較小，但是它 們的反向恢復(fù)時間 trr較長，反向電流 IRM 也較大。 圖 說明的是快速恢復(fù)型與“軟”恢復(fù)型二極管的特性。 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 17 從圖 可見兩種不同類型的整流管的 trr 和 IRM 數(shù)值有著明顯的區(qū)別。一般情況下，這些二極管在制造時允許的結(jié)溫在 175℃左右。 圖 揭示了肖特基勢壘整流二極管即使在大的正向電流作用下，其正向壓降也很低，僅有 左右。因為在一般情況下，低電壓輸出所驅(qū)動的負載電流都較大。 肖特基勢壘整流二極管的反向恢復(fù)時間是可以忽略不計的，因此該器件是多數(shù)載流子半導(dǎo)體器件，在器件的開關(guān)過程中，沒有清除少數(shù)載流子存在電荷的問題。 第一是其反向截止電壓的承受能力較低，目前的產(chǎn)品大約為 100V。當然，這些問題也可以通過增加瞬時過壓保護電路及適當控制結(jié)溫來克服。變壓器次級一半的電壓 VS最小是 2VOUT。 高頻變壓器的漏電感和肖特基勢壘整流二極管的結(jié)電容在管子截止時，形成了一個諧振回路，它會引起瞬時過壓振蕩。 增加了 RC 吸收電路之后，會使振蕩波形的振幅下降到安全范圍內(nèi)。對于那些小電流輸出的電路，把一個 RC 吸收回路加在變壓器次級的兩端即可。 RC 吸收回路的電阻 RS 值可以由下邊的公式求出。 吸收回路中的電容器 CS的值可以在 F 到 F 之間任意選擇，電阻上的功率損耗 PR可以由下式求出： 212 inRSVP C fn??? ???? （ 14） 其中 f 是變換器的工作頻率。電感的存在，有兩方面的作用。 目前，市場上有多種材料制成的磁芯可供設(shè)計者在設(shè)計電感時選擇。這些磁芯對于設(shè)計電感都是很好用的。 鐵粉磁芯與 MPP 磁芯一般是圓環(huán)形狀，由于具有如下特點，所以最適合于作扼流圈。 （ 2）能量存儲能力強。 （ 4）供選擇的尺寸寬。鐵氧體扼流圈的特點是容易繞制。如果用罐形磁芯作輸出電感，由于其固有的屏蔽特性，電感所輻第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 12 射的射頻干擾會減小。 PWM 提供了優(yōu)越的性能，如良好的線性、負載調(diào)整率高以及在溫度變化過程中具有較高的穩(wěn)定性等。 PWM 系統(tǒng) 盡管許多開關(guān)技術(shù)可用于開關(guān)電源的設(shè)計中，但直到目前為止，使用最多的開關(guān)技術(shù)還是固定頻率的 PWM 技術(shù)。 PWM 控制電路可以是單端的，即能夠驅(qū)動一個單晶體管變換器（如反激式和正激式變換器電路）。 PWM 控制電路 一個簡單的閉環(huán)回路 PWM 控制電路，可用很少幾個分立元件構(gòu)成的半導(dǎo)體電路來實現(xiàn)。圖 描述了一個簡單的 PWM 控制器的基本構(gòu)成框圖和它相關(guān)部位的波形。 比較器的輸出方波和觸發(fā)器的方波輸出，都用于驅(qū)動與門，使得兩個輸入信號均為“ 1”時輸出，這樣，在 A 路和 B 路最終得到的是可變脈沖占空比的脈沖串。通常 PWM 控制器在其外部經(jīng)緩沖后去驅(qū)動主電源開關(guān)晶體管。 這種 PWM 控制器的優(yōu)點是很突出的，包括可編程的固定頻率振蕩器，線性 PWM可從 0%~100%地調(diào)整占空比，防止輸出晶體管同時導(dǎo)致的死區(qū)時間調(diào)整，并具有電路簡捷、可靠性高和價格便宜的優(yōu)點。 這些 PWM 控制芯片在很長一個時期內(nèi) 成為了開關(guān)電源設(shè)計的中心部分，它們既可以單端應(yīng)用，也可以雙端應(yīng)用，效果很好。 由于功率 MOSFET 管的引入，又首次出現(xiàn)了 SG1525A 和 SG1526 系列芯片，它們采取圖騰柱式輸出方式，具有直接驅(qū)動功率 MOSFET 和雙極性晶體管的功能。 開關(guān)電源的輔助電路 為了增強開關(guān)電源的穩(wěn)定性和可靠性，還需要許多外圍電路和輔助電路。 此外，主振回路還包括其它一些電路類型：如軟啟動電路、過流保護電路、過壓保護電路等，這些電路可以有效防止電源由于意外原因造成失效損壞。同時，它還為電源的穩(wěn)壓控制電路提供信號傳遞通路。 光電耦合器主要由兩個元件組成：一個是光源。最通用的光電耦合器是把一個砷化鎵發(fā)光二極管（ LED）和一個硅光敏三極管封裝在一個完全與外界光線隔絕的外殼中。 開關(guān)電源主振回路所使用的自舉式輔助電源 在高頻開關(guān)電源中，用驅(qū)動變壓器推動開關(guān)管的基極可以實現(xiàn)必要的輸入 輸出時間隔離，但通常是用在半橋式和全橋式變換器電路中。 第一章 多路輸出式單片電源開關(guān)的原理與應(yīng)用 27 利用光電隔離器可以大大簡化電路的設(shè)計，因為它不需要驅(qū)動變壓器和輔助電源變壓器。啟動電路和自舉式輔助電源技術(shù)可以直接應(yīng)用于直流高壓線和高頻變壓器之間，并為控制電路提供電源。在電源啟動后，主變壓器的輔助線圈提供了電壓 VD，其電壓值高于 VC，從而是二極管 D5 處于反向偏置。在這一條件下，電源提供了自舉的輔助電源電壓 VD 以保持它本身的工作，而啟動穩(wěn)壓器即無功率消耗了。要求此晶體管在截止時，要能承受基極 集電極的高壓。 開關(guān)電源中的軟啟動電路 在大多數(shù)開關(guān)電源設(shè)計中，都要有一個延時啟動電路，目的是為了避免在電源開關(guān)接通的瞬間產(chǎn)生過流現(xiàn)象和使變壓器產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。一般的軟啟動電路都由 RC 網(wǎng)絡(luò)組成，它使得 PWM 控制電路輸出從零電壓上升到其工作電壓的過程是緩慢進行的。 在圖 中電路可以使 PWM 控制信號從零到其工作電壓逐漸地上升，具體工作過程分析如下：在時間 t=0 時，電源開關(guān) 剛接通，電容器開始處于未被充電狀態(tài)，而誤差放大器的輸出端通過二極管 VD1 保持在零電平。 第一章 多路輸出式單片電源 開關(guān)的原理與應(yīng)用 31 在時間 t=0?時，電容器通過電阻 R 開始充電，充電時間常數(shù)由下式?jīng)Q定： RC?? （ 17） 充電電壓為 Vref。因此，誤差放大器的輸出就和軟啟動網(wǎng)絡(luò)隔離開來。這樣，開關(guān)元件的軟啟動功能就完成了。在一些第二代的 PWM 集成控制電路中，電阻 R 已被集成在電路芯片上的電源生成器所代替，因此，只需要一個外圍器件電容器 C 便可以完成軟啟動功能。 第一章 多路輸出式單片電源 開關(guān)的原理與應(yīng)用 31 作為開關(guān)使用的功率 MOSFET 管 基本的 MOSFET 管定義 盡管場效應(yīng)管（ FET）在各種電路中已經(jīng)應(yīng)用多年，但是金屬 氧化物的半導(dǎo)體場效應(yīng)管（ MOSFET）是在最近十幾年內(nèi)才發(fā)展起來的，并廣泛應(yīng)用于電源設(shè)計中。 它有幾個適用于設(shè)計電源變換 器的優(yōu)點，如其工作頻率可達 100kHZ 以上更重要的是它減小了體積和重量，功率 MOSFET 管向電源設(shè)計者提供了一種高速、大功率、高耐壓的器件，它還具有高增益，幾乎不存在存儲時間，不會有熱擊穿等優(yōu)點。還有一種 P 溝道的 MOSFET，它的電流流動方向與 N 溝道的 MOSFET 相反。 雖然這兩種器 件都叫做“晶體管”，但是它們在構(gòu)造上和工作原理上有嚴格的區(qū)別最重要的區(qū)別是 MOSFET 管是多數(shù)載流子運動的半導(dǎo)體器件，而雙極性晶體管是少數(shù)載流子運動的半導(dǎo)體器件。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。 輸出電壓保持時間：在開關(guān)電源的輸入電壓撤銷后，依然保持其額定輸出電壓 的時間。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。 隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。 輸出瞬態(tài)響應(yīng)時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時間。 軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關(guān)波形的工作周期的方法。 第二章 單片式降壓 穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計 35 第二章 單片式降壓穩(wěn)壓開關(guān)電源的設(shè)計 電路設(shè)計程序的準備 電路設(shè)計程序的一般方法 我們可以通過一些簡單的步驟設(shè)計完成一個完整的降壓穩(wěn)壓器。 步驟 3：確定使用一個所需電感器 步驟 4：決定穩(wěn)定運行所需的輸出電容值?？烧{(diào)輸出電路選擇確定一個具有遠大于最大輸入電壓的足量額定工作電壓的電容器，同時其額定均方根電流遠大于最大負載電流的二分之一。 步驟 6：選擇一個二極管。 步驟 7：在設(shè)計中 C Boost必須包括一個 F/50V的電容器，如果理想的話，請確定軟啟動電容器的量值。設(shè)計要求產(chǎn)品必須能在全溫度范圍內(nèi)正常運行，開關(guān)電流極限至少應(yīng)比最大輸出電流大 50%（ x Iout max）。見下圖 ，即為所得出的基于 LM2673芯片的降壓穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案。其最大負載電流為 ，理想的軟啟動延遲時間為 50mS，其中直插式元件將被優(yōu)先選擇。在室溫條件下輸出電壓將會有一個 177。 3%的公差。 16V水平線（最大輸入電壓）與 （最大負載電流）的交點表明一個 22μ H的 L33電感器是必需的。 步驟 4：確定一個輸出電容器。 可以選擇以下一些產(chǎn)品： 1 220μ F/10V Sanyo（三洋） OSCON (code C5) 1 1000μ F/35V Sanyo（三洋） MVGX (code C10) 1 2200μ F/10V Nichicon PL (code C5) 1 1000μ F/35V Panasonic（松下） HFQ (code C7) 步驟 5：選擇一個輸入電容器。這些電容器提供了足額電壓和超過 （ 1/2 Iload max)。 20V額定電壓的二極管足以勝任實際應(yīng)用，同時對于直插式元件來說，以下兩個類型的零件也是適用的：1N5820 SR302 步驟 7：一個 F的電容器將被用于 C Boost?，F(xiàn)在我們通過 CAD 軟件 Prot