【正文】 過(guò)時(shí)間以后，控制信號(hào)使Q1截止，L1中的電流減小，L1中儲(chǔ)存的磁場(chǎng)能量便通過(guò)續(xù)流二極管D1傳遞給負(fù)載。經(jīng)過(guò)關(guān)斷時(shí)間后，控制脈沖又使Q1導(dǎo)通，上述過(guò)程重復(fù)發(fā)生。建設(shè)Q1具有理想的開(kāi)關(guān)特性，其正向飽和管壓降可以忽略，所以可以列出以下的方程： (24) 由此可得出： (25) (26)Q1導(dǎo)通狀態(tài)終止時(shí)，時(shí)，L1中的電流達(dá)到最大值，得： (27) 在Q1截止期間，L1中的電流經(jīng)續(xù)流二極管D1向負(fù)載釋放能量，假若忽略D1的正向壓降，則可得出下列方程: (28) (29) (210) Q1截止?fàn)顟B(tài)終止時(shí)，即T=時(shí)，L1中的電流下降到最小值，得： (211) 由上面的公式可得: (212) 式中是開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，是開(kāi)關(guān)截止時(shí)間；T是開(kāi)關(guān)管工作周期，D是占空比。由于占空比D總是小于1，所以總是小于，所以這樣的電路稱(chēng)為降壓斬波電路，即buck變換器。由于電路中沒(méi)有變壓器，所以輸入和輸出之間沒(méi)有隔離。Buck變換器開(kāi)關(guān)的門(mén)極驅(qū)動(dòng)很麻煩，但是buck電路簡(jiǎn)單，所以成本比較低，而且buck變換器能把一個(gè)正的輸入變換成一個(gè)負(fù)的輸出。由可控開(kāi)關(guān)Q、儲(chǔ)能電感L、二極管D、濾波電容C、負(fù)載電阻RL和控制電路等組成。電流從電源的正端經(jīng)Q及L流回電源的負(fù)端。經(jīng)過(guò)時(shí)間后，控制脈沖又使Q導(dǎo)通，D截止，L儲(chǔ)能，已充電的 C向負(fù)載RL放電，從而保證了向負(fù)載的供電。由上述討論可知，這種升降壓斬波電路輸出直流電壓V2的極性和輸入直流電壓升降壓斬波電路V1的極性是相反的，故也稱(chēng)為反相式直流交換器。分析電路圖可以得到：Q導(dǎo)通期間，D截止，電感L兩端的電壓為V1，呈線性上升。當(dāng)時(shí)，流過(guò)L的電流達(dá)到最大值: (215) Q截止期間，D導(dǎo)通，L向負(fù)載和C1供電，電感兩端電壓 (216) 式(215)中為Q截止前流過(guò)L電流。當(dāng)導(dǎo)通時(shí)間大于關(guān)斷時(shí)間時(shí)，d， V2V1，電路屬于升壓式。 （2）占空比：輸入電壓和輸出電壓是否相差5倍以上，如果是，就可能要用變壓器。 （3）需要多少組輸出電壓：如果多于一組，除非再后接電壓調(diào)節(jié)器，否則就可能需要變壓器，輸出電壓組數(shù)很多時(shí)，建議用多個(gè)變換器，這樣做的結(jié)果比較理想。 （5）EMI有什么要求：EMI的要求很高，建議不要輸入電流不連續(xù)的那些拓?fù)?，如buck變換器，boost變換器，最好讓變換器工作于電流連續(xù)模式。 （7）電源是否需要空載工作：如果電源需要空載工作，變換器就要工作于電流斷續(xù)模式，除非是同步整流。 （9）輸出電流的大?。喝绻敵鲭娏骱艽螅x用電壓模式要比電流模式控制好。Buck變壓器只能對(duì)輸入電壓進(jìn)行降壓變換，如果輸入電壓比輸出電壓低，變換器就不能正常工作，而且buck電路只有一路輸出，如果需要多路輸出電壓，除非愿意采用第二級(jí)電壓調(diào)節(jié)器，如接解線性調(diào)節(jié)器，buck電路就不能使用；雖然buck電路既可以工作于電流連續(xù)狀態(tài)，又可以工作于電流斷續(xù)狀態(tài)，但是輸入電流總是斷續(xù)的，這就意味著每個(gè)周期里，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，輸入電流為零，輸入電流斷續(xù)會(huì)使EMI濾波器要比別的電路拓?fù)涓?，而且buck電路不應(yīng)用門(mén)極驅(qū)動(dòng)。但是buck變換器只有一個(gè)輸出電壓，無(wú)法得到多個(gè)輸出電壓，輸出電壓和輸入電壓沒(méi)有隔離，輸出電壓不能比輸入電壓低，即使完全關(guān)斷開(kāi)關(guān)，輸出電壓只能等于輸入電壓（除去二極管的導(dǎo)通壓降）。 正激式變換器需要有一個(gè)最小負(fù)載，電感必須足夠大，才能保證脈動(dòng)電流的峰值小于最小負(fù)載電流，否則電流就不會(huì)連續(xù)，并引起輸出電壓上升，所以正字式變壓器不能工作在空載狀態(tài)，因?yàn)闊o(wú)窮大的電感是不現(xiàn)實(shí)的。 反激式變換器，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)于變壓器原邊的電感中，注意變壓器的同名端，當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)，漏極電壓要高于輸入電壓，變壓器副邊電壓高于地，使二極管導(dǎo)通，向輸出電容和負(fù)載提供電源。各個(gè)輸出電壓和原邊隔離，而且各組輸出電壓可以任意大小，僅僅通過(guò)調(diào)節(jié)器的變比就能實(shí)現(xiàn)。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇 我所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源的輸入是我們所用的交流電，而輸出是小功率。正激電路的優(yōu)點(diǎn)很多，但正激變換器的變壓器是不能夠存儲(chǔ)能量的，雖然沒(méi)有功率上線，但是正激電路多采取雙正激開(kāi)關(guān)電路用在較大的功率電路，而且對(duì)于要求嚴(yán)格的Mosfet管，以現(xiàn)有的條件限制無(wú)法滿足。圖 25 反激電路 反激電路 反激電路的工作原理如圖25的工作過(guò)程是，接通V1后，通過(guò)啟動(dòng)電路RRCVD3在VT基極中流過(guò)小電流，一次繞組T1原邊啟動(dòng)，在反饋繞組上產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓；此電壓使VT基極電流增大，導(dǎo)致其集電極電流隨之增大，形成正反饋過(guò)程，使VT很快飽和。VT的基極電流減小引起集電極電流減小，L1及原邊上的極性均發(fā)生翻轉(zhuǎn)，VT的基極電流進(jìn)一步減小，其集電極電流也隨之減小，形成正反饋過(guò)程，VT很快截止。當(dāng)磁能全部釋放完畢，L1上壓降為零時(shí)，啟動(dòng)電路重新開(kāi)始工作，周而復(fù)始，形成自激震蕩。變壓器一次電流與輸入電壓、輸出電壓之間的關(guān)系式為： (224) 從式(224)可知，當(dāng)Po、Vo一帶那個(gè)是，Vi增大，減?。划?dāng)Vi，Vo一定時(shí)，與 Po(即I0)成正比，在=，值最大。 本章小結(jié) 開(kāi)關(guān)電源有多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用的是上面所提到的幾種，每一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都要自己的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，所以只有仔細(xì)分析各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，才能決定自己的設(shè)計(jì)選擇哪種才是最優(yōu)設(shè)計(jì)。 第三章 反激式開(kāi)關(guān)電源整體設(shè)計(jì) 任何一種開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)都要先從整體上了解和熟悉開(kāi)關(guān)電源的基本組成以及各部分的作用原理。 反激式開(kāi)關(guān)電源的框圖設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。 整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓。 濾波器由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。但是，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波器出直流電壓的幅值也將隨之而變化，在要求比較高的電子設(shè)備中，這種情況是不符合要求的。而各種電子設(shè)備所需要直流電壓的幅值卻各不相同。而反激式開(kāi)關(guān)電源的組成也和一般的開(kāi)關(guān)電源電路類(lèi)似，圖31就是隔離反激式開(kāi)關(guān)電源的基本框圖。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制, 既可改變逆變電路輸出電壓的大小, 也可改變輸出頻率。反激式開(kāi)關(guān)電源的組成也和一般的開(kāi)關(guān)電源電路類(lèi)似，圖31就是隔離反激式開(kāi)關(guān)電源的基本框圖。220V交流電經(jīng)整流供給功率因數(shù)校正電路，提高電源的輸入功率因數(shù)，同時(shí)降低了諧波電流，從而減小諧波污染。(3)分析外圍元器件參數(shù)對(duì)電路性能指標(biāo)的影響。在解決開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時(shí)，可以綜合利用上述三個(gè)方法，以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。 輸入電路的設(shè)計(jì) 輸入保護(hù)器件隔離式開(kāi)關(guān)電源在加電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極高的浪涌電流，設(shè)計(jì)者必須在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。如果不采取任何保護(hù)措施，浪涌電流可接近幾百安培。用以增加對(duì)交流線路的阻抗，把浪涌電流減小到安全值。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后．由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對(duì)其進(jìn)行分流。設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因?yàn)樵谒鼘?dǎo)通時(shí)，要流過(guò)全部的輸入電流。圖32 熱敏電阻的特性曲線 當(dāng)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱(chēng)值。當(dāng)電容開(kāi)始充電時(shí)，充電電流流過(guò)熱敏電阻，開(kāi)始對(duì)其加熱。這樣，就不會(huì)影響整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的效率。負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻則在電路啟動(dòng)時(shí)起到了減小浪涌電流的作用。隨著電源的工作，NTC 流過(guò)電流發(fā)熱，阻值減小，NTC 造成的線電壓損耗也隨之降低。如圖七所示的電路中，輸出5V/2A，預(yù)估效率75%，我們選擇2A/250v的保險(xiǎn)絲。導(dǎo)通損耗等于二極管的正向壓降與正向平均電流的乘積，對(duì)于交流正弦輸入和全橋整流的應(yīng)用，平均二極管電流等于有效值電流乘以正弦因子，計(jì)算公式如（31）： （31） = 所以理論上計(jì)算得到所需的二極管最大整流電流只需大于75mA。整流二極管的另一個(gè)重要參數(shù)是最大反向工作電壓，橋式整流中，二極管承受的最大反向電壓即市電輸入最高電壓。圖33所示的電路中選取了1A/600V 的整流橋。在開(kāi)關(guān)電源中，這兩者的參數(shù)相對(duì)變化較小。輸入濾波電容使整流后的半正弦信號(hào)變?yōu)橄鄬?duì)平坦的直流電，電容量的大小決定了直流的平坦度，輸入濾波電容上的電壓即變換器的輸入電壓，為了較為準(zhǔn)確地得到變換器輸入直流電壓的范圍，我們需要計(jì)算電容上電壓的波動(dòng)值。最后我們得到電容上電壓波動(dòng)范圍計(jì)算式如（34）： （34） 其中fin 表示工頻頻率，50 或60Hz，η為系統(tǒng)的效率。對(duì)于離線式反激式變換器，一般按照每W 輸出功率2—3μF 選取輸入濾波電容。例如，對(duì)于圖所示電路，輸入85V—265V 交流市電，取Dch=，得到如下計(jì)算結(jié)果： (35) （36） (37)在反激式變換器電路中。晶體管截止時(shí)所承受的尖峰電壓按下面的公式進(jìn)行計(jì)算： (38)式(38)中，是輸入電路整流濾波后的直流電壓，﹠是最大工作占空比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對(duì)地低一些，一般要低于50％。按如下粗算考慮：交流輸入電壓85~265V，取220V，(有效值)，即是整流后的直流電壓99＝，實(shí)際取值漏極與源極電壓400V即可。為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電極峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量m可用下式表示： （310） 式(310)中，η是變換器的效率。變壓器的設(shè)計(jì)對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)十分重要，是整個(gè)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一部分。變壓器是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，變壓器參數(shù)是否合適對(duì)整個(gè)電源的效率、紋波、輻射等方面有重要影響。如果不考慮漏感尖峰電壓，那么關(guān)斷期間開(kāi)關(guān)管承受的最大電壓等于輸入最大直流電壓加上次級(jí)反射電壓，輸出電壓一定時(shí)，變壓器匝比越大，反射電壓越高。所以匝比的選取需要綜合考慮開(kāi)關(guān)管和輸出二極管的電壓應(yīng)力。根據(jù)第一節(jié)的關(guān)系式，初級(jí)電感量滿足如下關(guān)系： （314） 其中fsw 為開(kāi)關(guān)頻率。仍然以圖七中電路為例，取KRF=，計(jì)算得到初級(jí)電感量如下： （317） 磁芯的選取應(yīng)同時(shí)考慮磁芯截面積Ae 和磁芯的窗口面積Aw，常用的經(jīng)驗(yàn)公式如下（摘自飛兆半導(dǎo)體《采用FPS 的反激式隔離ACDC 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指南》）： （318） 式318中，Bmax 為磁芯最大磁通密度，必須小于飽和磁通密度，對(duì)于一般的鐵氧體磁芯， 左右，這里選取最大磁通密度Bmax － 之間。從圖十一中可以看出，初級(jí)電感峰值電流由下式求得: （319） 取Bmax=，求得最小磁芯體積 （320）需要注意的是，根據(jù)上述計(jì)算得到的Ap 值只是一個(gè)起點(diǎn)，實(shí)際選取磁芯的Ap 值一般會(huì)比這個(gè)值大，甚至大很多。圖七所示電路中的變壓器實(shí)際使用了EE20 型磁芯，Ae=39mm2，Aw=63mm2，Ap=39