【正文】 源市場(chǎng)的強(qiáng)大推動(dòng)力。為了滿足人類(lèi)對(duì)開(kāi)關(guān)電源更廣泛的需求,開(kāi)電源已經(jīng)朝著智能化、模塊化、小型化和高頻化方向繼續(xù)向前發(fā)展。隨著開(kāi)關(guān)電源工作頻率的增高，在低頻下可以忽略的某些參數(shù)，在高頻下會(huì)對(duì)電路的某些性能產(chǎn)生重要的影響，對(duì)磁性材料也有更高的要求：損耗小，散熱性能好，磁性能優(yōu)越。并且單純的追求高頻化，噪聲也會(huì)隨之增大?，F(xiàn)在,開(kāi)關(guān)電源的電磁千擾由于自身的特性,在測(cè)量調(diào)試過(guò)程中具有一定困難,對(duì)于電磁兼容方面的研究還有待進(jìn)一步深入[7]。那么如何解決開(kāi)關(guān)頻率提高帶來(lái)的增加開(kāi)關(guān)噪聲和開(kāi)關(guān)管損耗呢？軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以解決上述問(wèn)題,其中比較常見(jiàn)的應(yīng)用是有源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)和無(wú)源軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。利用軟開(kāi)關(guān)，可使功率開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)損耗降至最低，既可以提高電源效率，還對(duì)功率開(kāi)光起到了保護(hù)作用。功率因數(shù)校正（英文全稱(chēng)為Power factor correction ，縮寫(xiě)為PFC）的關(guān)鍵思想就是通過(guò)一定的控制方式使得二極管整流電路的輸入阻抗特性呈現(xiàn)純阻性[8]，實(shí)現(xiàn)輸入電流同步跟蹤輸入電壓變化。根據(jù)其電路組成的不同，PFC技術(shù)可劃分為無(wú)源功率因數(shù)校正技術(shù)和有源功率因數(shù)校正技術(shù)。伴隨著開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的不斷提高,其中的拓?fù)湎到y(tǒng)性能和功效也在不斷得到提升。更多的控制則要通過(guò)具備成本和經(jīng)濟(jì)效益以及一些其他優(yōu)點(diǎn)的數(shù)字電路來(lái)一一實(shí)現(xiàn)。智能數(shù)字電源系統(tǒng)以其優(yōu)良特性和完備的監(jiān)控功能，引起人們的關(guān)注。 開(kāi)關(guān)電源可編程化。利用數(shù)字電位器（DCP）代替可調(diào)電阻，可構(gòu)成由計(jì)算機(jī)控制的可編程開(kāi)關(guān)電源[10]。它可以分為有機(jī)系與水系兩個(gè)系列。模塊化技術(shù)現(xiàn)在的集成電路越來(lái)越應(yīng)用廣泛,在開(kāi)關(guān)電源部分也逐漸被集成化、模塊化。對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行模塊化、集成化處理的同時(shí)也伴隨著不良現(xiàn)象:比如頻率不斷升高時(shí),功率開(kāi)關(guān)管、寄生電容電感工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲會(huì)隨之嚴(yán)重,可靠性也降低。這種模塊化技術(shù)就是將一臺(tái)整機(jī)的一切硬件部分全部都安放到此模塊當(dāng)中,這種模塊具有很好的應(yīng)用性,不僅降低了整體噪聲的影響,而且體積小,重量輕,便于攜帶,穩(wěn)定性高,同時(shí)降低了對(duì)外界產(chǎn)生的干擾。 本文工作內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本文利用反激式變壓器的特點(diǎn)，基于 PWM專(zhuān)用控制芯片UC3845，設(shè)計(jì)一個(gè)單級(jí)反激式小功率的開(kāi)關(guān)電壓源。本文分為六章，主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排如下： 第一章 緒論，主要介紹本文的選題背景及其意義、國(guó)內(nèi)外研究狀況、開(kāi)關(guān)電源及其應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。介紹了幾種常用的開(kāi)關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)比分析，為本文選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)所選擇的反激式變換結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)分析，同時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的反饋控制模式作出了對(duì)比分析與選擇。從電路級(jí)對(duì)本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源各電路模塊參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和選取，主要包括 EMI 濾波器設(shè)計(jì)、保護(hù)電路和整流電路、高頻變壓器設(shè)計(jì)、無(wú)源鉗位 RCD 電路設(shè)計(jì)、SR 電路設(shè)計(jì)、控制電路及后級(jí)濾波電路等。主要包括電路建模和仿真，波形測(cè)量及分析，電路 PCB 設(shè)計(jì)。分別進(jìn)行開(kāi)機(jī)啟動(dòng)特性分析、效率測(cè)量、輸出電壓準(zhǔn)確度測(cè)量和分析、高頻變壓器電氣性能測(cè)試、負(fù)載調(diào)整率測(cè)試和分析、紋波和紋波系數(shù)測(cè)量和分析等。包括本文的工作總結(jié)及下一步工作的改進(jìn)意見(jiàn)。第 2 章 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) 開(kāi)關(guān)電源的基本工作原理開(kāi)關(guān)電源是利用控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)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(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，具體如圖 21 所示，主要由以下 4 個(gè)部分組成。 （2）開(kāi)關(guān)變換器，它包括功率開(kāi)關(guān)管與高頻變壓器，它是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，它把直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流電，經(jīng)過(guò)高頻變壓器再變成所需要的隔離輸出交流電壓[9] （3）PWM 控制電路（PWM 調(diào)制器），包含振蕩器、基準(zhǔn)電壓 UREF、誤差放大器與 PWM 比較器，控制電路產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)，其占空比受反饋電路的控制[10]。圖21 開(kāi)關(guān)電源的基本構(gòu)成 開(kāi)關(guān)電源電路常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反激式開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 22 所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)管 Q1 導(dǎo)通時(shí)，只有初級(jí)繞組導(dǎo)通（其他繞組因未導(dǎo)通，可暫不考慮其對(duì)初級(jí)電壓的影響），此時(shí)，開(kāi)關(guān)管可認(rèn)為只是給電感儲(chǔ)存能量。所以，反激變換器從功能上考慮，實(shí)際只是有著若干繞組的電感而已。假設(shè)次級(jí)繞組安匝數(shù)為 100，匝數(shù)為 10，則峰值電流為 10A，如果將這樣的次級(jí)繞組100Ω 的負(fù)載相連，則可以在次級(jí)得到不可思議的 1000V 電壓。根據(jù)反激變換器初級(jí)電感和負(fù)載電流的不同，可分為以下三種工作模式：續(xù)工作模式(DCM）、連續(xù)工作模式(CCM)和臨界工作模式。這兩種工作方式的小信號(hào)傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。(1) 開(kāi)關(guān)狀態(tài)1（0Ton）在t=0瞬間，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，電源電壓Ui加在變壓器初級(jí)繞組W1上，此時(shí)，在次級(jí)繞組W2中的感應(yīng)電壓為，其極性“*”端為正，是二極管D1截止，負(fù)載電流由濾波電容Cf提供。 （12）在此過(guò)程中，變壓器的鐵心被磁化，其磁通也線性增加。此時(shí)只有變壓器的次級(jí)繞組工作，相當(dāng)于一個(gè)電感，其電感量L2。 （15） 在此過(guò)程中，變壓器的鐵心被磁化，其磁通也線性增加。 開(kāi)關(guān)管S關(guān)斷時(shí)所承受的電壓為Ui和初級(jí)繞組W1中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和，即 （18）在電源電壓Ui一定時(shí)，開(kāi)關(guān)管S的電壓和占空比Du有關(guān)，故必須限制最大占空比Dumax的值。一個(gè)周期T內(nèi)直流母線電壓Ui提供的功率為 (116)又因,則有 (117)設(shè)變換器的效率為80%，則有輸入功率=*輸出功率,即： (118) 可以求得 (119) 反激式開(kāi)關(guān)電源的控制反饋模式開(kāi)關(guān)電源主要有兩種控制模式，即電流控制（Current Mode Control）與電壓控制（Voltage Mode Control），兩種都有各自的優(yōu)越性與局限性。 電壓控制模式電壓控制型是開(kāi)關(guān)電源常用的一種控制類(lèi)型,其工作原理(如圖241所示):首先對(duì)輸出電壓進(jìn)行釆樣,將所釆集到的電壓作為反饋信號(hào)來(lái)控制電路的輸入信號(hào)，取樣電壓 Uf與基準(zhǔn)電壓 Uref進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果放大成為誤差信號(hào)，此誤差信號(hào)作為 PWM 比較器的輸入端，PWM 的另一個(gè)輸入端為振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)，兩者進(jìn)行比較可以獲得脈沖寬度與誤差電壓成正比的調(diào)制信號(hào)即 PWM 信號(hào)，PWM 信號(hào)用來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的占空比。其最大的缺點(diǎn)是對(duì)于電壓信號(hào)有相位延遲，故其響應(yīng)速度慢，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)本來(lái)就復(fù)雜，閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化，使得其更為復(fù)雜，另外需設(shè)計(jì)過(guò)電流保護(hù)。(2)抗噪聲能力強(qiáng)。