【正文】 ，采用脈沖寬度調(diào)制電路和脈沖頻率調(diào)制電路，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果來控制高頻功率開關(guān)元件的開關(guān)時間比例(占空比)，達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。有很多高次諧波，如果這些高次諧波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設(shè)計輔助電路，主要包括過壓、過流保護(hù)電路等。效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。ESR：等效串聯(lián)電阻。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。它從輸入的交流電源直接進(jìn)行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。占空比：在高頻開關(guān)電源中，開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和變換器的工作周期之比。恒流充電：只要鋰電池電壓高于設(shè)定電壓值,充電周期進(jìn)入恒流充電,以一定的電流給電池充電。在恒壓充電中,電壓不變,電流由最大值慢慢減少,當(dāng)電流減少到設(shè)定值時,電池即充滿。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（75％以上）而且省掉了大體積的變壓器。相對而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做到5mV以下。另外開關(guān)電源中用到的高頻變壓器繞制起來比較麻煩。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。開關(guān)電源具備三個條件：⑴開關(guān)：電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài)。⑶直流：開關(guān)電源輸出的是直流而不是交流。損耗都以發(fā)熱而表現(xiàn)出來，晶體管和電容和磁性元件都對溫度很敏感。比如在正常工作時，設(shè)計的最大磁通密度偏大，由于溫升的原因?qū)⑹癸柡痛鸥袘?yīng)強(qiáng)度下降，再加上反饋回路的延遲效應(yīng)而使導(dǎo)通時間加長，極易使磁芯飽和，瞬間開關(guān)管損壞。MOSFET管的最大節(jié)點(diǎn)溫度時150℃，節(jié)點(diǎn)溫度的理想值為105℃，最高不要超過125℃。 所以，在設(shè)計時盡可能降低元件本身損耗而造成的溫升，也要注意遠(yuǎn)離熱源，不因外界原因而造成溫升，更要優(yōu)化設(shè)計減小損耗，提高效率，延長元器件及整個電源的工作壽命。按開關(guān)器件的激勵方式，可分為自激式和他激式開關(guān)電源。按開關(guān)管的連接和工作方式分類，開關(guān)穩(wěn)壓電源可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式4種。直流輸入電壓施加到高頻變壓器T的原邊繞組上，此時NP相當(dāng)于一個純電感，流過NP的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在電感中：當(dāng)開關(guān)管S1截止時，由于電感電流不能突變，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極性顛倒使D1導(dǎo)通，原邊儲存的能量傳送到副邊，提供負(fù)載電流，同時給輸出電容充電。開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器一次側(cè)線圈內(nèi)不斷儲存能量。開關(guān)電源中的變壓器起著非常重要的作用：一是通過它實(shí)現(xiàn)電場磁場電場能量的轉(zhuǎn)換，為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓。三是可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電源變壓器的電隔離作用，將熱地與冷地隔離，避免觸電事故，保證用戶端的安全。由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，此時，流過變壓器次級線圈中的電流就正好接替原來變壓器初級線圈中勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度由最大值Bm返回到剩磁所對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Br位置，即流過次級繞組電流是由最大值逐步變化到0的。SBmSBrt/st/st/sUo/VUpUpI1I2TonTonTonToffToffIoi/A圖32 臨界連續(xù)電流狀態(tài)時波形反激式變壓器開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，次級整流輸入電壓Uo、負(fù)載電流Io，變壓器鐵芯的磁通，以及變壓器初、次級電流等波形圖如圖32所示。因此，整流二極管的輸入電壓Uo的正半周幅度與儲能濾波電容的兩端電壓基本相同。在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被磁化；在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被退磁。i波形是反激式變壓器開關(guān)電源工作于臨界電流狀態(tài)時，變壓器初、次級線圈的電流波形。在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被初級線圈電流磁化；在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被被次級線圈電流退磁，并向負(fù)載輸出電流。在控制開關(guān)關(guān)斷的一瞬間，流過變壓器初級線圈的電流由最大值跳變到0，而在同一時刻，流過變壓器次級線圈的電流由0跳變到最大值。 主要器件簡介 UC3842芯片簡介UC3842 是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。該電路主要特點(diǎn)有：●內(nèi)含欠電壓鎖定電路●低起動電流（）●穩(wěn)定的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源●大電流推挽輸出（驅(qū)動電流達(dá)1A）●工作頻率可到500kHz●自動負(fù)反饋補(bǔ)償電路●雙脈沖抑制●較強(qiáng)的負(fù)載響應(yīng)特性UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；3腳為電流檢測輸入端，驅(qū)動能力為177。；7腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；8腳為5V的負(fù)載能力。代表性的方框圖如圖34示。,。圖l顯示R，與振蕩器頻率關(guān)系曲線，圖2顯示輸出靜區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線．它們都是在給定的CT值時得到的。振蕩器門限是溫度補(bǔ)償?shù)?，放電電流在T=2 5℃叫被微調(diào)并確保在177。決定振蕩頻率的RC，當(dāng)把R選擇太大，C太小時，就易使穩(wěn)定性特別差；如電容C小得接近分布參數(shù)，也就是說取掉該電容由線路板及其它元件間的分布參數(shù)而形成的容值都和所選的電容容值差不多；或者所選電阻太大以至于線路板上的漏電流所等效的阻值都和所選的電阻大小差不多；這將造成工作不穩(wěn)定，如溫度或濕度變化時其分布參數(shù)也跟著變化，嚴(yán)重影響振蕩的穩(wěn)定性。誤差放大器提供一個有可訪問反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。典刑情況下變換揣輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。誤差放大器輸出(管腳1)用于外部回路補(bǔ)償。這發(fā)生在電源正在工作并且負(fù)載被取消時，或者在軟啟動過程的開始。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差信號控制峰值電感電流。電感電流通過插入一個與輸出開關(guān)Q1的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成電壓。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳1上的電壓控制，其中： (32)當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時，異常的工作條件將出現(xiàn)。因此最大峰值開關(guān)電流為： (33)通常正電流波形的前沿可以觀察到一個窄尖脈沖，當(dāng)輸出負(fù)載較輕時，它可能會引起電源不穩(wěn)定。在電流取樣輸入端增加一個RC濾波器，使它的時間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時間，通常將消除不穩(wěn)定性，如圖35所示。正電源端(Vcc)和參考輸出(Vref)各由分離的比較器監(jiān)視。Vcc比較器上下門限分別為：UCX842A 16V／10V，／。大滯后和小啟動電流使得UCX842A特別適合干需要有效的自舉啟動技術(shù)的離線變換器應(yīng)用中。一個36V的齊納二極管作為一個并聯(lián)穩(wěn)壓管，從Vcc連接至地。最小工作電壓：UCX842A為11V。、下降時間，還附加了一個內(nèi)部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌模式，這個特性使外部下拉電阻不在需要。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件符號如圖36所示。圖36 TL431符號TL431的具體功能可以用圖37的功能模塊示意。由運(yùn)放的特性可知，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著同相端輸入端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。圖37 TL431功能模塊示意圖 PC817光耦簡介PC817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。PC817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。圖38 三極管Vce隨輸入二極管電流If的變化曲線（Ic為參量） UC3842常用的電壓反饋電路 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入UC3842的輸出電壓直接分壓電路如圖39所示。當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激變壓器Bl的反饋繞組上產(chǎn)生的反饋電壓也升高，該電壓經(jīng)R1R1W1組成大分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓后送入UC3842的引腳2，與基準(zhǔn)電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使UC3842引腳6的驅(qū)動脈沖占空比減小，從而使輸出電壓降低，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是采樣電路簡單，缺點(diǎn)是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入圖310 輔助電源輸出電壓分壓如圖310所示，當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激式變壓器T的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也升高，該電壓經(jīng)過D82，D20，DW1，整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給UC3842供電。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。缺點(diǎn)是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時，基本上不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓為克服上述問題，可以對上述反饋電路進(jìn)行改進(jìn)，采用光耦和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋控制，可以極大地提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性和精度。圖311 采用光耦和電壓基準(zhǔn)反饋控制電路電壓采樣及反饋電路由光耦PC81TL431和阻容網(wǎng)絡(luò)組成，圖中R5和C5用于TL431的頻率補(bǔ)償，不能缺少。當(dāng)輸出5V電壓因?yàn)槟撤N原因升高時，分壓網(wǎng)絡(luò)上得到的輸出電壓采樣值會隨之升高，從而TL431的K極電位下降，流過光耦二極管的電流增大，進(jìn)而流過CE的電流增大，從而UC3842的引腳2的電位升高。初級線圈充磁峰值電流取樣的內(nèi)回路反饋也是開關(guān)電源設(shè)計起決定作用的環(huán)節(jié)，如果內(nèi)回路反饋設(shè)計不符合電路要求，開關(guān)電源就無法正常工作。該電路通過調(diào)節(jié)誤差放大器的增益而不是調(diào)節(jié)誤差放大器的輸入誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關(guān)信號的占空比。實(shí)驗(yàn)證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。其中主電源采用單端反激式開關(guān)電源技術(shù)?？傠娐房驁D如圖41所示。包括輸入電路，濾波電路，脈沖變壓器制作，開關(guān)管選擇，UC3842外圍電路設(shè)計、反饋穩(wěn)壓電路。最大輸出功率為86W。輸入電路要抑制浪涌電流和尖峰電壓。脈沖電壓器設(shè)計的重要性不言而喻，設(shè)計的合理與否直接影響電路效率和帶載能力。反饋穩(wěn)壓電路采用上面介紹的線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。充電指示電路部分就是要指示電路狀態(tài)，便于用戶知道充電情況。當(dāng)充電電流在155mA以上就意味著在充電，指示燈為紅色。最后本充電器電路的截止充電電壓是21V。其中包括輸入電路，濾波電路，脈沖變壓器制作，開關(guān)管選擇，UC3842外圍電路設(shè)計、反饋穩(wěn)壓電路。最大輸出功率為86W。輸入電路要抑制浪涌電流和尖峰電壓。脈沖電壓器設(shè)計的重要性不言而喻，設(shè)計的合理與否直接影響電路效率和帶載能力。反饋穩(wěn)壓電路上面介紹的采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的ESR值。通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負(fù)溫度系數(shù)(NTc)的熱敏電阻。電阻—雙向可控硅技術(shù)：采用此項(xiàng)浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負(fù)載電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。 輸入尖峰電壓保護(hù)在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為115v或230v左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。受嚴(yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達(dá)5kV。由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻瞬態(tài)電壓抑制器。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應(yīng)按下述步驟進(jìn)行。 輸入濾波電路 差模干擾和共模干擾概念電壓電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時有二種形態(tài),我們將此稱