【正文】 變換器(buck．boost變換器)如圖23所示，其工作原理：當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，輸入電壓對(duì)電感L充電，至；當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)后，為了維持電流不突變，保持輸出電壓穩(wěn)定，電感L上電壓反向，整流二極管導(dǎo)通，電感L釋放能量以維持輸出電壓穩(wěn)定。但是，它的實(shí)際應(yīng)用電路稍顯復(fù)雜，因?yàn)檩斎腚娏?，輸出電流是脈動(dòng)的，為了平波要加濾波器。本章節(jié)只對(duì)其作簡(jiǎn)短的介紹，第三章將作具體的選擇分析。1．電壓控制模式圖24是電壓控制模式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，基本原理是：對(duì)輸出電壓檢測(cè)得到反饋信號(hào)VFB與參考電壓VREF比較放大，得到誤差信號(hào)V，V和鋸齒波信號(hào)比較后，PWM比較器輸出一系列時(shí)鐘信號(hào)，這些時(shí)鐘信號(hào)的寬度隨誤差信號(hào)源的變化而變化。這種電壓控制開(kāi)關(guān)電源只需要一個(gè)反饋信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的負(fù)反饋而維持輸出恒定。圖24電壓型反饋控制原理圖電壓控制模式開(kāi)關(guān)變換器是一個(gè)二階系統(tǒng)，系統(tǒng)存在兩個(gè)狀態(tài)變量：輸出濾波電容器上的電壓和輸出濾波電感中的電流。驅(qū)動(dòng)電源的電流郜要通過(guò)電感，對(duì)于電壓信號(hào)有90度的相位延遲。這種檢測(cè)輸出電壓的方法在調(diào)節(jié)過(guò)程中存在一定滯后，結(jié)果必然是響應(yīng)速度慢、穩(wěn)定性差，大信號(hào)變動(dòng)時(shí)甚至產(chǎn)生振蕩。電壓控制模式的缺點(diǎn)：(1) 對(duì)輸入電壓變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢；(2) 閉環(huán)增益隨輸入電壓的變化而變化，使補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)復(fù)雜；(3) 輸出LC濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)EA時(shí)需要對(duì)主極點(diǎn)進(jìn)行低頻衰減或增加一個(gè)零點(diǎn)補(bǔ)償。為了克服電壓模式的缺點(diǎn)，電流模式應(yīng)運(yùn)而生。它并不是用電壓誤差信號(hào)直接控制PWM脈沖寬度，而是直接控制輸出一側(cè)的電感電流或功率管電流大小，然后間接地控制PWM脈沖寬度。電流控制型開(kāi)關(guān)變換器正是在傳統(tǒng)電壓控制型的基礎(chǔ)上，增加電流內(nèi)環(huán)，使其成為雙環(huán)控制系統(tǒng)，讓電感上的電流不再是一個(gè)獨(dú)立變量，從而使開(kāi)關(guān)變換器的二階模型去掉了電感電流而成為一階系統(tǒng)。當(dāng)v十v的幅值達(dá)到v時(shí)，比較器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，功率管截止，逐個(gè)地檢測(cè)和調(diào)節(jié)電流時(shí)鐘達(dá)到控制電源輸出的目的，并且電流模式控制PWM具有比電壓模式控制大得多的帶寬。電流控制模式的缺點(diǎn)：(1) 占空比大于50％的開(kāi)環(huán)不穩(wěn)定性，存在難以校正的峰值電流與平均電流的誤差；(2) 閉環(huán)響應(yīng)不如平均電流模式控制理想；(3) 容易發(fā)生次諧波振蕩，即使占空比小于50％，也有發(fā)生高頻次諧波振蕩的可能性，因而需要斜坡補(bǔ)償；(4) 對(duì)噪聲敏感，抗噪聲性差，因?yàn)殡姼刑幱谶B續(xù)儲(chǔ)能電流狀態(tài)，與控制電壓編程決定的電流電平相比較，開(kāi)關(guān)器件的電流信號(hào)的上斜坡通常較小，電流信號(hào)上較小的噪聲就很容易使得開(kāi)關(guān)器件改變關(guān)斷時(shí)刻，使系統(tǒng)進(jìn)入次諧波振蕩；(5) 電路拓?fù)涫芟拗疲?6) 對(duì)多路輸出電源的交互調(diào)節(jié)性能不好。 LED照明調(diào)制控制方式的確定LED需要調(diào)節(jié)其發(fā)光亮度來(lái)滿足各種應(yīng)用場(chǎng)合的照度需求，因此需要對(duì)其調(diào)光，常用的調(diào)光應(yīng)用主要采用PFM、PSM、PWM三種調(diào)制方式。下面分別介紹三種調(diào)制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)負(fù)載端反饋信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，輸出誤差信號(hào)對(duì)工作頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后輸出一個(gè)恒寬變頻的方波信號(hào)對(duì)功率管進(jìn)行控制，依據(jù)負(fù)載狀況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，穩(wěn)定輸出電壓。缺點(diǎn)：負(fù)載調(diào)整范圍較窄，濾波成本相對(duì)較高。將負(fù)載端反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電平，在時(shí)鐘上升沿檢測(cè)該反饋信號(hào)電平，決定是否在該時(shí)鐘周期內(nèi)工作，調(diào)節(jié)功率管的導(dǎo)通時(shí)間，穩(wěn)定輸出電壓。缺點(diǎn)：輸出紋波大，輸入電壓調(diào)整能力弱。通過(guò)負(fù)載端反饋信號(hào)與內(nèi)部產(chǎn)生的鋸齒波進(jìn)行比較，然后輸出一路恒定頻率占空比變化的時(shí)鐘控制信號(hào)對(duì)功率管進(jìn)行控制，并且依據(jù)負(fù)載狀況實(shí)時(shí)調(diào)整開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，穩(wěn)定輸出電壓。缺點(diǎn)：輕負(fù)載時(shí)效率下降。 結(jié)本章對(duì)LED照明驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行分類歸納，并總結(jié)了各類電路拓?fù)湟约胺答侂娐泛碗娐氛{(diào)制方式。第3章 開(kāi)關(guān)電源主電路的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鐵芯變壓器電源，是時(shí)代的進(jìn)步、科學(xué)的發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源有一般的注意事項(xiàng)，也有通用規(guī)程。 主電路拓?fù)浼靶酒倪x擇目前，開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備。LED應(yīng)用于照明通常需要較多的LED以串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接，在需要驅(qū)動(dòng)較多LED的情況下，一般采取先串聯(lián)再并聯(lián)的方式，這樣既可以減少并聯(lián)擴(kuò)展時(shí)需要的元件，也可縮小不同支路的電學(xué)特性差異。根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)以及LED照明的一般要求，LED正常工作需要較為穩(wěn)定的電壓電流，需要對(duì)輸出電壓和輸出電流進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)。其主電路原理框圖如圖31所示。該芯片屬于美國(guó)PI公司生產(chǎn)的TOPSwitch單片開(kāi)關(guān)電源芯片TOP224Y，它屬于TOPSwitch－II系列中一種最常用的芯片，其封裝形式是TO220，自帶小散熱片，是典型的三端集成器件，三個(gè)管腳分別為控制端C，源極S，漏極D，其內(nèi)部功率MOSFET器件的耐壓值高達(dá)700V，可設(shè)計(jì)成40W以上儀器儀表的多路隔離式內(nèi)置控制電源，TOPSwitch－Ⅱ系列產(chǎn)品具有以下顯著特點(diǎn)：(1) 將脈寬調(diào)制(PWM)控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器、隔離式開(kāi)關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。(2) 采用漏極開(kāi)路輸出，并利用控制極反饋電流IC來(lái)線性調(diào)節(jié)占空比實(shí)現(xiàn)AC/DC變換的，即屬于電流控制型單片開(kāi)關(guān)電源。作固定電壓輸入時(shí)，可選110V/115V/230V交流電，允許變化177。在寬電壓范圍輸入時(shí)，適配85～265V交流電，但輸出功率峰值POM要比前者降低40%。開(kāi)關(guān)頻率的典型值為100kHz，允許范圍是90k～110kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是1．7%～67%。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達(dá)80%左右，最高可達(dá)90%。TOP224Y工作原理：OP224Y的內(nèi)部框圖如圖32所示，主要包括10個(gè)部分,其中Zc為控制端的動(dòng)態(tài)阻抗，RE是誤差電壓檢測(cè)電阻。主要特點(diǎn)是：(1) 前沿消隱設(shè)計(jì)，延遲了次級(jí)整流二級(jí)管反向恢復(fù)產(chǎn)生的尖峰電流沖擊；　(2) 自動(dòng)重啟動(dòng)功能，以典型值為5％的自動(dòng)重起動(dòng)占空比接通和關(guān)斷；(3) 低電磁干擾性（EMI），TOP系列器件采用了與外殼的源極相連，使金屬底座及散熱器的dv/dt=0，從而降低了電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制；(4) 電壓型控制方式與逐周期峰值電流限制?？刂贫说目傠娙萦肅t表示，由它決定自動(dòng)重起動(dòng)的定時(shí)，同時(shí)控制環(huán)路的補(bǔ)償，Uc有兩種工作模式，一種是滯后調(diào)節(jié)，用于起動(dòng)和過(guò)載兩種情況，具有延遲控制作用；另一種是并聯(lián)調(diào)節(jié)，用于分離誤差信號(hào)與控制電路的高壓電流源。(2) 帶隙基準(zhǔn)電壓源：帶隙基準(zhǔn)電壓源除向內(nèi)部提供各種基準(zhǔn)電壓之外，還產(chǎn)生一個(gè)具有溫度補(bǔ)償并可調(diào)整的電流源，以保證精確設(shè)定振蕩器頻率和門(mén)極驅(qū)動(dòng)電流。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率（即開(kāi)關(guān)頻率）設(shè)計(jì)為100kHz，脈沖波形的占空比設(shè)定為D。Zc的變化范圍是10Ω～20Ω，典型值為15Ω。(5) 脈寬調(diào)制器（PWM）　 脈寬調(diào)制器是一個(gè)電壓反饋式控制電路，它具有兩層含義。第二、誤差電壓UR經(jīng)由RA、CA組成截止頻率為7kHz的低通濾波器，濾掉開(kāi)關(guān)噪聲電壓之后，加至PWM比較器的同相輸入端，再與鋸齒波電壓UJ進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)UB。漏源導(dǎo)通電阻與產(chǎn)品型號(hào)和芯片結(jié)溫有關(guān)。(7) 過(guò)流保護(hù)電路　　 過(guò)流比較器的反相輸入端接閾值電壓ULIMIT，同相輸入端接MOSFET管的漏極。．75A。此時(shí)進(jìn)入滯后調(diào)節(jié)模式，Uc端波形也變成幅度為4．7V～5．7V的鋸齒波?！?9) 關(guān)斷/自起動(dòng)電路　　 一旦調(diào)節(jié)失控，關(guān)斷/自動(dòng)重起動(dòng)電路立即使芯片在5％占空比下工作，同時(shí)切斷從外部流入C端的電流，Uc再次進(jìn)入滯后調(diào)節(jié)模式。自動(dòng)重起動(dòng)的頻率為1．2Hz。電源正常工作時(shí)S1改接內(nèi)部電源，將高壓電流源關(guān)斷。該輸入通過(guò)旁路調(diào)整器、誤差放大器時(shí)，由控制端進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整，改變Ir，經(jīng)由PWM控制MOSFET的輸出占空比，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。輸入為＋85～265VAC，輸出為+12VDC，電流為+350mADC。外圍電路基本分為：(1) 輸入整流濾波電路；(2) 高頻變壓器；(3) 箝位保護(hù)電路；(4) 輸出整流濾波電路；(5) 反饋電路5部分。圖33 開(kāi)關(guān)電源主電路圖 開(kāi)關(guān)電源輸入回路（整流濾波電路）的設(shè)計(jì)輸入整流濾波電路包括交流濾波、整流部分和整流濾波電容。整流電路選擇不可控的整流橋，整流二極管的反向耐壓應(yīng)大于400V，其承受的沖擊電流應(yīng)大雨額定整流電流的7~10倍。本設(shè)計(jì)中，選用四個(gè)IN4007整流二極管構(gòu)成電流橋。交流電壓輸入范圍為85~265V，即：。代入數(shù)值計(jì)算得：=117V =166V 驅(qū)動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)單端反擊式變換器與半橋和全橋變換器的根本區(qū)別在于：高頻變壓器磁芯只工作在磁滯回線的第一象限。因此，它既是變壓器又是儲(chǔ)能電感，變壓器的具體設(shè)計(jì)過(guò)程分為三個(gè)步驟：第一步：根據(jù)設(shè)計(jì)要求、選用磁芯及芯片型號(hào)，設(shè)定或估算11個(gè)獨(dú)立的可直接輸入計(jì)算機(jī)的參數(shù)，包括交流輸入電壓最大值、交流輸入電壓最小值、電網(wǎng)頻率、開(kāi)關(guān)頻率、輸出電壓、輸出頻率、電源效率、損耗分配系數(shù)、反饋電壓、整流橋響應(yīng)時(shí)間、輸入濾波電容的電容量。包括初級(jí)感應(yīng)電壓、漏源導(dǎo)通電壓、初級(jí)脈動(dòng)電流與峰值電流的比例系數(shù)、磁芯有效截面積、有效磁路長(zhǎng)度、磁芯不留間隙時(shí)的等效電感、骨架的繞線寬度、初級(jí)匝數(shù)、次級(jí)匝數(shù)。(1) 選磁芯為滿足TOP224Y芯片100 kHz的工作頻率，選用錳鋅鐵氧體材料的磁芯。帶入數(shù)值求得：=0．33根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算，選擇EI一28鐵氧體磁芯，其有效截面積為0．86，大于的計(jì)算值。代入數(shù)值計(jì)算得：=55．8%(3) 計(jì)算變壓器的初級(jí)自感 (35)式中，——為開(kāi)關(guān)頻率，取100kHz； ——為電源效率，可取80％。對(duì)于AC85~265V輸入，次級(jí)繞組應(yīng)取0．6匝／V，輸出電壓Vo=12V，故求得次級(jí)繞組匝數(shù)為：匝(取整后)初級(jí)繞組匝數(shù)為：匝(取整后)反饋繞組匝數(shù)為：匝(取整后)式中，——為初級(jí)反射電壓，取135V；——為反饋電壓，取為10．4 V。(6) 確定導(dǎo)線線徑在100 kHz開(kāi)關(guān)頻率下，銅導(dǎo)線的穿透深度是0．21 mm，故所選導(dǎo)線的直徑要小于0．42 mm。本設(shè)計(jì)中初級(jí)繞組和反饋繞組用線徑0．31mm的導(dǎo)線單股繞，次級(jí)繞組用線徑0．35mm的導(dǎo)線雙股并饒。為此，必須設(shè)計(jì)箝位保護(hù)電路，對(duì)尖峰電壓進(jìn)行箝位和吸收。取為400V。 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。由于肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消耗輸出電壓中的波紋方面有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，所以選用肖特基二極管作為整流二極管。次級(jí)繞組的反向峰值電壓為： (37)式中，—次級(jí)繞組輸出電壓，一般取25V；—輸入交流電壓最大值。對(duì)輸出濾波電容，ESR(等效串聯(lián)阻抗)和波紋電流是它的兩個(gè)重要參量。輸出濾波電感采用3．3的穿心電感，它是近年來(lái)問(wèn)世的一種超小型的非晶合金磁性材料，又叫磁珠電感。它能主動(dòng)抑制開(kāi)關(guān)噪聲的產(chǎn)生。 反饋電路的設(shè)計(jì) 反饋回路的設(shè)計(jì)大致有4種類型：基本反饋電路；改進(jìn)型基本反饋電路；配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路；配TL431的光耦反饋電路。 故本設(shè)計(jì)采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431加線形光耦PC817A構(gòu)成反饋回路，可使電壓調(diào)整率達(dá)到177。電路利用輸出電壓與TL431構(gòu)成的誤差比較器，通過(guò)光耦PC817A線性關(guān)系的電流變化控制TOPSwitch224Y的，從而改變PWM寬度，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。因此一般選PC817A二極管正向電流為3mA。對(duì)于主電路圖所示電路中的反饋部分，主要是確定、和的值。先取=10K，則由式(38)，算得=38K。由PC817技術(shù)手冊(cè)知，典型值為1．2V。設(shè)計(jì)的實(shí)際取值為：=500，=100，=38K ，=10K。根據(jù)電氣原理圖預(yù)定設(shè)計(jì)，制成印制線路，并與固定元器件結(jié)合為一體，稱為印制電路。隨著開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)產(chǎn)品越來(lái)越向高密集度、寬帶、高頻化、小型化方向發(fā)展，這就導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)電源電磁傳導(dǎo)干擾的嚴(yán)重性越來(lái)越大。射頻干擾、傳導(dǎo)噪聲已成為PCB設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，即通過(guò)考慮外部連接和內(nèi)部電子元器件的優(yōu)化布局，電磁保護(hù)，熱好散等等各種因素，然后基于PCB設(shè)計(jì)的一般注意事項(xiàng)和原則進(jìn)行布局、布線、接地、去耦電容的配置的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)定的功能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，而復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)來(lái)實(shí)現(xiàn)。常見(jiàn)的多層板一般為4層板或6層板，復(fù)雜的多層板可達(dá)十幾層。因?yàn)閷?dǎo)線只出現(xiàn)在其中一面，所以這種PCB叫作單面板(Singlesided)。(2) 雙面板(DoubleSided Boards) 這種電路板的兩面都有布線，不過(guò)要用上兩面的導(dǎo)線，必須要在兩面間有適當(dāng)?shù)碾娐愤B接才行。導(dǎo)孔是在PCB上，充滿或涂上金屬的小洞，它可以與兩面的導(dǎo)線相連接。(3) 多層板(MultiLayer Boards) 為了增加可以布線的面積，多層板用上了更多單或雙面的布線板。板子的層數(shù)就代表了有幾層獨(dú)立的布線層，通常層數(shù)都是偶數(shù)，并且包含最外側(cè)的兩層。大型的超級(jí)計(jì)算機(jī)大多使用相當(dāng)多層的主機(jī)板，不過(guò)因?yàn)檫@類計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以用許多普通計(jì)算機(jī)的集群代替，超多層板已經(jīng)漸漸不被使用了。 國(guó)內(nèi)PCB技術(shù)的發(fā)展前景回憶中國(guó)PCB走過(guò)五十年的艱難歷程，今天它已在世界PCB發(fā)展史上寫(xiě)下光輝一頁(yè)。就當(dāng)前PCB技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，一一進(jìn)行解讀： (1) 沿著高密度互連技術(shù)(HDI)道路發(fā)展下去由于HDI集中體現(xiàn)當(dāng)代PCB最先進(jìn)技術(shù)，它給PCB帶來(lái)精細(xì)導(dǎo)線化、微小孔徑化。在手機(jī)