【正文】 壓電源已經(jīng)過時。 隔離式 開關(guān)電源 的核心是一種高頻電源變換電路。 早在 70 年代，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成化的 開關(guān)電源 就已被廣泛地應(yīng)用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設(shè)備、程控交換機、精密儀表等電子設(shè)備。 隨著半導體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體管使無工頻變壓器的 開關(guān)電源 迅速實用化。目前己形成了各類功能完善的集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列。 開關(guān)電源 的性能價格比達到了前所未有的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導之勢。在 70 年代后期，功率在 100w 以上的開關(guān)電源 是有競爭力的。隨著開關(guān)電源 性能的改善，到 80 年代后 期，電子設(shè)備的消耗功率在 20w 以上，就要考慮使用 開關(guān)電源 了。此外，能源成本的提高也是促進 開關(guān)電源 發(fā)展的因素之一 。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。各種形式的電源電路的基本功能塊是相同的，只是完成這些功能的技 術(shù)手段有所不同。 開關(guān)電源 的基本功能方框如圖 1— 1 所示。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關(guān)元件，比如開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管 (MOsFE 丁 )等元件，高頻變換部分產(chǎn)生高頻 (20kHz 以上 )高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應(yīng)出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。 當然控制電路還有調(diào)頻方式的，本文不予討論。因此，在交流輸入端，必須要設(shè)置無線頻率干擾 (RFl)濾波器，把高頻干擾減少到可接收的范圍。 圖 隔離式 開關(guān)電源 酌方框圖 開關(guān)電源 所用的術(shù)語 下面列出一些本書所使用的 開關(guān)電源 術(shù)語，并給出解釋，以供讀者參考。其測量條件是滿負載，輸入 5 交流電壓為標準值。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。 輸出電壓保持時間：在 開關(guān)電源 的輸入電壓撤消后， 依然保持其額定輸出電壓的時間。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。 ‘ 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓。 線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。 噪 音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。 隔離式 開關(guān)電源 ：一般指高頻 開關(guān)電源 。 輸出瞬態(tài)響應(yīng)時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復額定值所需要的時間。 遠程檢測：電壓檢測的一種方法。 軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關(guān)波形的工作周期的方法。 電磁干擾 — 無線頻率干擾 (EMLBFl)：即那些由 開關(guān)電源 的開關(guān)元件引起的，不希望傳按和發(fā)射的高頻能量頻譜。當出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。 2 輸入電路 電壓倍壓整流技術(shù) 在前面已經(jīng)提到，隔離式 開關(guān)電源 是直接對輸入的交流電壓進行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器。為了實現(xiàn)兩種輸入電源的轉(zhuǎn)換，要利用倍壓整流技術(shù)，如圖 所示。 電路工作過程如下：當開關(guān) S1 閉合時．電路在 115v 交流輸入電壓下 1：作。即 115v 1． 4＝ 160v，在交流電的負半周，電容器 c2 通 過二極管 vD4 也被充電到 160v。當開關(guān) S1 打開時，：：極管 VDl— vD4 組成了全橋式整流電路，對輸入的交流 230V 進行整流，也同樣產(chǎn)生 320v 的直流電壓。浪涌 7 電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導通的瞬間，電容 對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 E5R 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 通。圖 中的 vs 和 R1 為雙向可控硅和電阻的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò) G 熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把 NTc(負溫度系數(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。 N 了 c 熱敏電阻的電阻 — 溫度特性和溫度系數(shù) 的關(guān)系如 圖 所示。是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比 (％／ c)表示。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，在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。 輸入陽間電壓保護 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)。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達 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 (MOV)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)按下述步驟進行。 3 隔離單端反激式變換器電路 圖 所示的單端反激式變換器電路在其輸入和輸出回路之間缺少安全隔離措施。在電路中，它是以變壓器的形式出現(xiàn)的，但實際上它起的作用是扼流圈，所以應(yīng)該稱它為變壓器 — 扼流圈。 典型的單端隔離反激式變換器電路結(jié)構(gòu)如圖 所示。在變壓器次級回路無電流流過，即沒有能量傳遞給負載。 當晶體管 vTl 截止時，變壓器次級 電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得二極管 vD 導通，給輸出電容 c 充電，同對在負載 RL 上也有了電流 IL。 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管 在單端反激式變換器電路中。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進行計算： ? m axm ax 1 ?? VV inCE () 公式中， vin 是輸入電路整流濾波后的直流電壓， 6mx 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)保持在相對地低一些，一般要低于 50％，即 8mm＜ o． 5。因此，在單端反激式變換器電路設(shè)計中，晶體管的工作電壓一般在 800V 以上，通常按 900v 計算可安全可靠地工作。 第二個設(shè)計準則是必須滿足晶體管在導遏時的集電極電流 的需求。 為了導出用變換器輸出功率和輸入電壓表達集電懾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： ???? TL IP Lout 2 2 () 公式中， v 是變換器的效率。在這里，我們只是強調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴大其有效體積 傳輸變壓器有效體積 v 的計算公式如下： B I LV Le 2m a x2m a x ???? ?? ? () Ilamx 最大負載電流‘ L：變壓器次級繞組 的電感量； 11 U0：空氣的導磁率。 相對導磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。與電壓控制方式相比在負載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。1A ； 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 基準電壓輸出端，有 50mA 的負載能力。代表性的方框圖如圖 17 所以 振蕩器 振蕩器頻率由定時元件 RT 和 CT 選擇值決定。在CT 放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個內(nèi)部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電子，這導致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生丁一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。注意盡管許多的 Rt 和 Ct 值都可以產(chǎn)生相同的振蕩器頻率，但只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。 1 0％之內(nèi)，這些內(nèi)部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率及晨大輸出占空比的變化最小。正很多噪聲敏感應(yīng)用中，可能希望將變換器頻率鎖定至外部系統(tǒng)時鐘上。為了可靠的鎖定，振蕩器自振應(yīng)頻率設(shè)為比叫鐘頻率低 10％左右。通過修整時鐘波形，可以實現(xiàn)準確輸出占空比箝位。此放大器從有90dB 的典刮自流電流增益和只有 57 度相位余量的 1． OMHz的增益為 1 帶寬 (圖7)。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)用于外部回路補償 (圖 30)。這發(fā)生在電源正在工作并且負載被取消時，或者在軟啟動過 程的開始 (圖 23， 24)。這樣在逐周基礎(chǔ)上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： RVI SpinPK V3 )1( ?? () 當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： RI Spk (max) ? () 當設(shè)計一個大功串開關(guān)穩(wěn)壓揣時為了保持 Rs 的功耗在 —— 個合理的水平上希望降低內(nèi)部嵌位電壓，調(diào)節(jié)此電壓的簡單方法如圖 22 所示。如果 Ipk(max)箝位電壓降低過多將導致由于噪聲拾取而產(chǎn)