【正文】 。 常見的開關(guān)穩(wěn)壓電源分類方法有已下幾種： 1．按激勵(lì)方式劃分 （ 1）它激式 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 它激式開關(guān)電源必須 有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 （ 2）自激式 自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋電路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。 開關(guān)管兼作振蕩器中的振蕩管，電路形式如圖 13（ d）所示 2．按調(diào)制方式劃分 （ 1）脈沖調(diào)制型 振蕩頻率保持不變， 通過改變脈沖寬度來改變和調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，有時(shí)通過取樣電路，耦合電路等構(gòu)成反饋閉環(huán)回路，來穩(wěn)定輸出電壓的幅度。 （ 3）混合型 通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。 （ 2）諧振型 開關(guān)晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，電路形式類似于自激式。 （ 2）可控硅型 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 采用可控硅作為開關(guān)管，這種電路的特點(diǎn)是直接輸交流電，不需要一次整流部分，其電路形式如圖 13（ g）所示。 （ 2）并聯(lián)型 儲(chǔ)能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓之間，電路形式如圖 13（ b）所示。 （ 2）推挽式 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式，這種電路的特點(diǎn)是開關(guān)變壓器必須是有中心抽頭，電路形式如圖 13（ I）所示 （ 3）半橋式 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成半橋的形式，它的特點(diǎn)是適應(yīng)于輸入電壓較高的場合，其電路形式如圖 13（ m）所示。 7．按輸入與輸出電壓大小劃分 （ 1）升壓式 輸出電壓比輸入電壓高，實(shí)際 就是并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。 8．按工作方式劃分 （ 1）可控整流型 所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調(diào)整開關(guān)管，可由交流市電電網(wǎng)直接供電，在可工作的半波內(nèi)，截去正弦曲線的前一部分，這一部分所占角度稱為截止角，導(dǎo)通的正弦曲線后一部分稱為洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 導(dǎo)通角，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)通角的大小，可達(dá)到調(diào)整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的，其電路形式如圖 13（ f）所示。電路還從輸出電壓取樣，經(jīng)過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，用以控制調(diào)整開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間和截止時(shí)間的長短和開關(guān)的工作頻率，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，電路的過壓保護(hù)電路也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來進(jìn)行工作的，斬波型電路形式如圖 13（ e）所示。電路從輸出端取樣，經(jīng)放大后反饋至開關(guān)控制端，控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，這種形式的開關(guān)穩(wěn)壓電源在實(shí)際中應(yīng)用的最為廣泛。 （ 2）集成電路式 整個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的，這種集成電路通常為厚膜電路。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高。 10．按電路的輸出取樣樣式分類 （ 1）直接輸出取樣開關(guān)電源 直接輸出取樣開關(guān)電源在光電耦合器尚未應(yīng)用時(shí)，主要在串聯(lián)開關(guān)電洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 源上使用；在光電耦合器應(yīng)用后，開始在變壓器耦合并聯(lián)開關(guān)電源上使用。 以上五花八門的開關(guān)穩(wěn)壓電源都是站在不同的角度 ，已開關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。盡管電路的激勵(lì)方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)手段、儲(chǔ)能電感的連接方式、開關(guān)管的器件種類以及串并聯(lián)結(jié)構(gòu)各不相同，但是它們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源這兩大類。這是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的第一困難。但是，當(dāng)頻率提高以后，對整個(gè)電路中的元器件又有了新的要求，高頻電容、開關(guān)管、開關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問題，近一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二困難。但是，開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會(huì)通過電路中的元器件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾就會(huì)污染市電電網(wǎng)，影響臨近的電子儀器及設(shè)備的正常工作。但是，在一些精密電子儀器中，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，卻使它不能得到使用。 客觀上講，開關(guān)電源的發(fā)展是非?？斓?，這時(shí)因?yàn)樗哂衅渌娫此鶡o法比擬的優(yōu)勢。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差 得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對電源的體積和效率來說也是一個(gè)大問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式： AC/DC 變換、DC/AC 變換以及 DC/DC 變換等。 (4) 軟件問題。要做到“軟開關(guān)”并實(shí)行程序化，更是有一定的困難。 (5) 生產(chǎn)工藝問題。這些問題大多是焊接問題和元器件技術(shù)性能問題，還有生產(chǎn)工藝上的檢測、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。這就是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第 2 章 自激式開關(guān)電源元器件的選用 無論那一種變換器，用的是那一種結(jié)構(gòu)形式的開關(guān)電源，所使用的元器件都是開關(guān)晶體管、電阻、電容、電感及磁性材料等。往往設(shè)計(jì)的開關(guān)電源在試驗(yàn)室中式成功的，一到生產(chǎn)線上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)各種問題。元器件本身質(zhì)量的差異是影響開關(guān)電源質(zhì)量的一個(gè)重要原因。 (2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí) (通態(tài) )阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。作電路分析時(shí)，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)。在主電路和控制電路之間，需要 一定的中間電路對控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 開關(guān)晶體管 電力場效應(yīng)管 MOSFET MOSFET 分 P 溝道耗盡型、 P 溝道增強(qiáng)型、 N 溝道耗盡型和 N 溝道增強(qiáng)型 4 種類型。在開關(guān)電源中，用作開關(guān)功率管的 MOSFET幾乎全部都是 N 溝道增強(qiáng)型器件。MOSFET 在大功率開關(guān)電源中用作開關(guān)，比雙極型功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢。 (a) N 溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖； (b) 電氣圖形符號(hào) 圖 21 電力 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 1. MOSFET 的主要特點(diǎn) MOSFET 是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場控制器件。 MOSFET 具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，可以避免熱不穩(wěn)定性和二次擊穿，適合在大功率和大電流條件下應(yīng)用。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 MOSFET 中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒有內(nèi)裝阻尼二極管。 MOSFET 的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻（ RDS( ON)）較大，而且具有正溫度系數(shù)，用在大電流開關(guān)狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通損耗較大，開啟門限電壓 VGS(th)較高（一般為 2~4V），要求驅(qū)動(dòng)變壓器繞組的匝數(shù)比采用雙極型晶體管多 1 倍以上。 TRD W1D W2V TGDS 圖 22 加速 TR 關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路 在圖 22 中， NS 為脈沖變壓器次級(jí)驅(qū)動(dòng)繞組， R 是 MOSFET 的柵極限流電阻。 R 的阻值一般為60~200Ω。 R 值小，則開關(guān)速度高，只要柵極的驅(qū)動(dòng)電壓一撤銷，就會(huì)立刻截止。當(dāng)MOSFET 的柵極驅(qū)動(dòng)電壓突然降到門限電壓時(shí)， MOSFET 由導(dǎo)通突變?yōu)榻刂?，三極管 BC557 加速了 ID 的跌落，為 MOSFET 起到加速作用。它的耐壓能力為 600～ 1800V，電流容量為 100～ 400A，關(guān)斷時(shí)間低至 ，在開關(guān)電源中作功率開關(guān) 用，具有 MOSFET 與之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 ② 輸入阻抗高，柵極驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡單。 IGBT 的導(dǎo)通電阻只有 MOSFET 的 10%。 ⑤ 開關(guān)速度快，關(guān)斷時(shí)間短。 C 集 電 極G柵 極E 發(fā) 射 極G柵 極C ( D )集 電 極 ( 漏 極 ）E ( S )發(fā) 射 極 ( 源 極 ) 圖 24 IGBT 的圖形符號(hào) 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 上述這些特征克服了 MOSFET 的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時(shí)導(dǎo)通電阻大、器件發(fā)熱嚴(yán)重、輸出功率下降、電源效率低下的弊病。 二極管 二極管在電子電路中用得較多，功能各異。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過 100℃ 。以下介紹幾種二極管的特點(diǎn)及檢測方法。高速開關(guān)硅二極管是高頻開關(guān)電源中的一個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開關(guān)特性。在開關(guān)電源的過壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如 1N414 1N4448。 (2) 最大管壓降 VFM：小于 。 (4) 反向恢復(fù)時(shí)間 trr：小于 10ns。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 1．穩(wěn)壓二極管的分類 穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種?，F(xiàn)在市面上從 到 200V，各種型號(hào)規(guī)格齊全。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標(biāo)稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。 3．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： ① 穩(wěn)定電壓 VZ。 ② 穩(wěn)定電流 IE。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。這兩種二極管具有開關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在電子鎮(zhèn)流器、不間斷電源、變頻電源、高頻微波爐等設(shè)備中常用在整流、續(xù)流、限流等電路 中。 ② 平均整流電流 Id：這時(shí)選用二極管的又一個(gè)主要指標(biāo)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ③恢復(fù)和快速恢復(fù)二極管有 3 種結(jié)構(gòu)，即單管、共陰對管和共陽對管。 2．檢測方法及選用原則 ① 檢測方法：利用萬用表的電阻檔或數(shù)字萬用表的二極管檢測檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦裕y出正向?qū)▔航?；用兆歐表能測出反向擊穿電壓。 ② 選用原則：超快速恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中可作為阻塞二極管和次級(jí)輸出電壓的整流管。 光電耦合器 光電耦合器（ Optical Coupler， OC）也叫光電隔離 器（ Optical Isolationg，OI），簡稱光耦。它的光 — 電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號(hào)傳輸，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了隔離，不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。在儀器儀表、通信設(shè)備及各種電路接口中都應(yīng)用到了光電耦合器。 實(shí)際上，光電耦合器有晶體管、達(dá)林頓、可控硅、磁效應(yīng)管等多種輸出形式。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。 1． 光耦合器的性能特點(diǎn)及其抗干擾作用 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長，傳輸效率高。 由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾 電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。光電耦合器的隔離電阻很大、隔離電容很?。s幾個(gè) pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通。在開關(guān)電源 中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響。 2． 光耦合器的技術(shù)參數(shù) 主要有發(fā)光二極管正向壓降 FV 、正向電流 FI 、電流傳輸比 CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極 發(fā)射極反向擊穿電壓 (BR)CEOV 、集電極發(fā)射極飽和壓降 CE(sat)V 。 電流傳輸比 CTR 是光耦合器的重要參數(shù)，通常用 直流電流傳輸比來表示。其公式為： OF( / )1 0 0 %CTR I I? （ 21） 采用一只光敏三極管的光耦合器， CTR 的范圍大多為 20%～ 300%（如4N35），而 PC817 則為 80%～ 160%，達(dá)林頓型光耦合器（如 4N30）可達(dá)100%～ 5000%。因此， CTR 參數(shù)與晶體管的 hFE 有某種相似之處。線性光耦合器的 FCTR I? 特性曲線具有 良 好的 線 性度 ， 特別 是 在傳 輸 小信 號(hào) 時(shí) ，其 交 流電 流 傳輸 比( /CTR IC IF? ? ? ?)很接近于直流電流傳輸比 CTR 值。這是其重要特性。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào) (高、低電平 )，可以用于單片機(jī)的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。 其次，必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)。光耦合器的電流傳輸比 (CTR)的允許范圍是 50%～ 200%。若 CTR＞ 200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。它的輸出電壓用兩個(gè)