【正文】 性材料參數(shù)、銅損、鐵損、交流磁場強(qiáng)度、交流磁感應(yīng)強(qiáng)度、真空導(dǎo)磁率等十幾種參量。鐵氧體受到的影響因素多、元器件選用以及電路板上元器件的布置和走線的方式等對此都有影響。(1) 磁場強(qiáng)度（H）與磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（Gs）表示。(2) 居里溫度TC。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當(dāng)超過130℃時，初始導(dǎo)磁率為零。磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值稱為初始導(dǎo)磁率。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場后繼續(xù)反向磁化，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時的磁場強(qiáng)度稱為矯頑力（保磁力）。這種材料具有良好的開關(guān)特性，可產(chǎn)生優(yōu)良的振蕩波形，并要求磁芯具有祭祀舉行的磁滯回線。如果磁芯的S矩形曲線在B方向上被壓扁，將會嚴(yán)重影響變壓器的振蕩波形，導(dǎo)致開關(guān)晶體管溫升加劇。其次還要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強(qiáng)度。在強(qiáng)磁場力作用下，磁性材料會收縮或膨脹，很可能出現(xiàn)磁共振，所以把磁芯變壓器裝在印制電路板上時要注意切實(shí)粘結(jié)牢固，防止出現(xiàn)機(jī)械噪聲和電磁噪聲。(1) POT 是罐形磁芯，銅線繞在磁芯內(nèi)面，此貼包圍線圈。(2) PM 時R形磁芯，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但電能耦合不是很好，散熱性能也不是很好。其缺點(diǎn)是所占空間大，放置困難。其缺點(diǎn)是窗口面積比較小，對變壓器的匝數(shù)要有限制。磁芯面積的大小將決定開關(guān)電源的功率。 光電耦合器光電耦合器（Optical Coupler，OC）也叫光電隔離器（Optical Isolationg，OI），簡稱光耦。它的光—電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號傳輸，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了隔離，不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。在儀器儀表、通信設(shè)備及各種電路接口中都應(yīng)用到了光電耦合器。 圖26 光電耦合器及其典型用法實(shí)際上，光電耦合器有晶體管、達(dá)林頓、可控硅、磁效應(yīng)管等多種輸出形式。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號，不適合傳輸模擬信號。 (1) 光耦合器的性能特點(diǎn)及其抗干擾作用光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，傳輸效率高。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。光電耦合器的隔離電阻很大、隔離電容很?。s幾個pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級管導(dǎo)通。在開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個系統(tǒng)地線的作用，使兩個系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響。(2) 光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降、正向電流、電流傳輸比CTR、輸入級與輸出級之間的絕緣電阻、集電極發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極發(fā)射極飽和壓降。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來表示。其公式為： （21）采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%～300%（如4N35），而PC817則為80%～160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%～5000%。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。線性光耦合器的特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號時，其交流電流傳輸比()很接近于直流電流傳輸比CTR值。這是其重要特性。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(高、低電平)，可以用于單片機(jī)的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。其次，必須正確選擇線性光耦合器的型號及參數(shù)。光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%～200%。若CTR＞200%，在啟動電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。從結(jié)構(gòu)上來分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。按照功能來分，有快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管，有整流二極管、穩(wěn)壓二極管及開關(guān)二極管等。開關(guān)管用在高速運(yùn)行的電子電路中，起信號傳輸作用，在模擬電路中起作鉗位抑制作用。它的反向恢復(fù)時間trr只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。硅二極管的主要技術(shù)指標(biāo)是：(1) 最高反向工作電壓VRM和反向擊穿電壓VBR：這兩個參數(shù)越大越好。(3) 最大工作電流Id：大于150mA。穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（Zener Diod），具有單向?qū)щ娦?，它工作在電壓反向擊穿狀態(tài)。它在電子電路中用作過壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來提供基準(zhǔn)電壓。穩(wěn)壓值低于40V的叫做低壓穩(wěn)壓二極管；高于200V的叫做高壓穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓管的直徑一般只有2mm，長度為4mm。穩(wěn)壓二極管從材料上分為N型和P型兩種。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途穩(wěn)壓二極管具有以下幾個作用：第一，對漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器TVS對初級回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要選用。③ 溫度系數(shù)?？焖倩謴?fù)二極管（Fast Recovery Diod）和超快速恢復(fù)二極管（Superfast Recovery Diod，SRD）時很多電子設(shè)備中常用的器件，在開關(guān)電源中也經(jīng)常用到。 (1) 超快速恢復(fù)二極管的性能特點(diǎn)① 反向恢復(fù)時間trr：通過二極管的電流由零點(diǎn)正向轉(zhuǎn)反向后，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時間。一般來說，選用管子的整流電流時設(shè)計(jì)輸出電流的3倍以上。所謂共陰、共陽是指兩只二極管接法不同。一般正向電阻為6，反向電阻為無窮大，可從讀出的負(fù)載電壓計(jì)算出正向?qū)▔航?。超快速恢?fù)二極管的反向恢復(fù)時間在20～50ns之間；整流電流Id為最大輸出電流IOM的3倍以上，即Id3IOM；最高反向工作電壓VRM為最大反向峰值電壓V(BR)S的2倍以上，即VRM2V(BR)S。當(dāng)電路發(fā)生短路或用電電流超過極限值時，它起保護(hù)作用。 (1) 工作原理自動恢復(fù)開關(guān)是由高分子晶狀聚合物和導(dǎo)電鏈構(gòu)成的，它將聚合物緊密束縛在導(dǎo)電鏈上，在常態(tài)下它的電阻值非常低，工作電流通過開關(guān)時功耗也很小，它所產(chǎn)生的熱量很少，不改變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)故障排除以后，它又能很快恢復(fù)到低電阻狀態(tài)。自動恢復(fù)開關(guān)可在家用電器、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備以及開關(guān)電源上用作過流保護(hù)。這里應(yīng)特別注意：自動恢復(fù)開關(guān)只能進(jìn)行低壓過流保護(hù)，而不能接在220V或110V交流電壓上，否則將使開關(guān)燒壞。 (2) 檢測方法 ① 電阻檢查用數(shù)字萬用表的電阻檔直接測量它的直流電阻，電阻值越小，自動恢復(fù)開關(guān)的容量越大。穩(wěn)壓電源的輸出電壓從零開始逐漸升高，這時注意電流表的電流讀數(shù)也在不斷增加。關(guān)斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點(diǎn)幾伏開始上升。 熱敏電阻熱敏電阻時有錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導(dǎo)體陶瓷制成的，具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值降低。(2) ：零功率電阻系數(shù)，表示零功率下溫度每變化1℃所引起電阻值的相對變化率（%/℃）。熱敏電阻在開關(guān)電源中起過溫度保護(hù)和軟啟動的作用。剛啟動時，溫度低，電阻值高，相當(dāng)于開路。當(dāng)發(fā)熱越過極限值時，整流后的輸出電壓降低，開關(guān)電源高頻振蕩停振，或是由于熱敏電阻阻值降低后，將電路保險(xiǎn)絲燒斷，電路與供電電源斷開，起到熱保護(hù)作用。為了解決這一問題，一般是在電路中串接幾歐姆的電阻，在啟動瞬間對電流加以限制。如果將電阻換為熱敏電阻，就可解決這一問題。隨著電流通過發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動成功，功耗降低。3． 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 開關(guān)電源的控制方式目前生產(chǎn)的開關(guān)電源多數(shù)采用脈寬調(diào)制方式，少數(shù)采用脈沖頻率調(diào)制方式，很少見到混合調(diào)制方式。在電路設(shè)計(jì)上要用固定頻率發(fā)生器來代替脈寬調(diào)制器的鋸齒波發(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。調(diào)頻式開關(guān)電源的輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍很寬，調(diào)節(jié)方便，輸出可以不接假負(fù)載，詳見圖31所示的波形圖。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。但是它的占空比調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出電壓能做到很低[6]。220V交流輸入電壓經(jīng)過整流（BR）濾波后變?yōu)槊}動直流電壓，供給功率開關(guān)管作為動力電源。脈寬調(diào)制器由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、PWM比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖32所示。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓V0下降時，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到PWM比較器，加寬了脈沖寬度。圖32 脈寬調(diào)制的原理圖脈沖頻率調(diào)制的過程是這樣的：如圖33所示，從輸出電壓中取出一信號電壓并由誤差放大器放大，放大后的電壓與5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電壓Vr，并以此電壓作為控制電壓來調(diào)制VCO的震蕩頻率f。假設(shè)由于某種原因而使V0上升或負(fù)載阻抗下降，控制電路立即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整：V0↑→Vr↑→f↓→V0↓。這就是PFM的工作原理。當(dāng)確定后，通過調(diào)制VCO的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓V0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。D端為鋸齒波電壓輸入端，由它改變定時器的定時時間。由于穩(wěn)態(tài)時，電感充放電伏秒積相等，因此： , (31) , (32)即，輸入輸出電壓關(guān)系為：(占空比)UoIDSIDVDIDLIDCID 圖34 Buck電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在開關(guān)管S通時，輸入電源通過L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)S關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。② 升壓變換器Boost電路：升壓斬波器，入出極性相同。在S通時，電流通過L平波，電源對L充電。③ 逆向變換器BuckBoost電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。所以，這里的L是用于傳輸能量的器件。電壓關(guān)系： (35)C1C2L2RUoVDL1SUi 圖37 Cuk變換器電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)開關(guān)S閉合時，Ui對L1充電。再當(dāng)S閉合時，VD關(guān)斷，C1通過LC2濾波對負(fù)載放電，L1繼續(xù)充電。(2) 隔離型開關(guān)變換器① 推挽型變換器下面是推挽型變換器的電路。由于電感L在開關(guān)之后，所以當(dāng)變比為1時，它實(shí)際上類似于降壓變換器。當(dāng)S1和S2輪流導(dǎo)通時，一次側(cè)將通過電源S1TC2電源及電源C1TS2電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。C2UiS2S1LRN1 N2N2UoTC1C2圖39 半橋式變換電路③ 全橋型變換器CUiS3S2LRN1 N2N2UoTS4S1圖310 全橋式變換電路當(dāng)SS3和SS4兩兩輪流導(dǎo)通時，一次側(cè)將通過電源S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。④ 正激型變換器下圖為正激式變換器TN3CLR N2UoSN1VD1VD2VD3Ui圖311 正激型變換器電路當(dāng)S導(dǎo)通時，原邊經(jīng)過輸入電源N1S輸入電源，產(chǎn)生電流。VD1用于整流，VD2用于S斷開期間續(xù)流。當(dāng)S斷開時，Ui+EL1對C11及變壓器原邊放電，同時給C11充電，電流方向從上向下。在S導(dǎo)通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過LC2濾波后，對負(fù)載放電。⑥ 電流變換器能量回饋型電流變換器電路如下圖所示。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個電感。下面是升壓型變換器的電路圖：S2S1CRN1N1 N2N2UiUoTLVD1VD2圖314 升壓型電流變換器電路該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個電感。當(dāng)一側(cè)開關(guān)斷開時，電感電動勢和Ui疊加在一起，對另一側(cè)放電。(3) 準(zhǔn)諧振型變換器在脈沖調(diào)制電路中，加入R、L諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。利用一定的控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時切換，這樣對縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。又分為：① ZCS——零電流開關(guān)。② ZVS——零電壓開關(guān)。 諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù)為了更好地理解諧振式電源，這里回憶一下電路諧振的條件及其特點(diǎn)。明顯地，串聯(lián)諧振的特點(diǎn)是：① 阻抗角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。③ 諧振頻率：④ 諧振系數(shù)或品質(zhì)因素： (37)由于串聯(lián)諧振時，L、C電壓彼此抵消，因此也稱為電壓諧振。而此時Uc、UL是輸入電壓U的Q倍。這里的，我們稱為特性阻抗，它決定了諧振的強(qiáng)度。(2) 并聯(lián)電路的諧振一個R、L、C并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復(fù)導(dǎo)納： (38)一定條件下，使得，即，Y=1/R，