【正文】 *63=2457mm4。初級(jí)繞組在峰值電流處達(dá)到最大的磁通密度，因此可以求出初級(jí)線圈所需的最少匝數(shù)，計(jì)算關(guān)系式如下： （321）Bmax 為磁芯工作時(shí)的最大磁通密度，為了防止磁芯飽和，Bmax 必須小于飽和磁通密度Bsat。Bmax 的取值越小，磁芯損耗也越小。二極管的正向壓降VD 根據(jù)二極管的類型選取，對(duì)于反向耐壓40V 以內(nèi)的肖特基二極管，；對(duì)于反向耐壓大于40V 的肖特基二極管，－1V；對(duì)于快恢復(fù)二極管，取1V－。下面我們?nèi)匀话凑赵驯?2 來計(jì)算。如果次級(jí)不止一組，還要求出次級(jí)其它繞組的匝數(shù)。其中Vcc為控制IC 的供電電壓，VO2 為另一繞組的輸出電壓，VDa和VD2分別為輔助供電繞組和另一組次級(jí)繞組的輸出二極管正向壓降。圖七所示電路中，RM6203 －9V，取7V 得到輔助供電繞組匝數(shù)為： (329)取整數(shù)11T. 由于鐵氧體材料的相對(duì)磁導(dǎo)率很高，當(dāng)線圈中通入較小的電流時(shí)，就能在磁芯中產(chǎn)生很大的磁通密度，使磁芯迅速進(jìn)入飽和。由于空氣或者非導(dǎo)磁材料的相對(duì)磁導(dǎo)率很低，因此長度很短（零點(diǎn)幾毫米到幾毫米）的氣隙就能使得磁阻大大增加，從而使得磁通密度大大減小，有效防止大電流情況下磁芯飽和。對(duì)于給出的計(jì)算公式，多數(shù)工程人員沒有理解其來源，如果一味搬用，在選取各參數(shù)的單位時(shí)，容易出現(xiàn)困惑。而磁阻的計(jì)算公式如下 (331) (332)其中l(wèi)c 和lg 分別表示磁芯材料磁阻長度和氣隙的長度，μc 和μg 分別表示芯材料的磁導(dǎo)率和氣隙的磁導(dǎo)率，Ae 和Ag 分別表示磁芯材料的截面積和氣隙截面積。由于氣隙一般為空氣或者非導(dǎo)磁材料，所以氣隙磁導(dǎo)率非常接近真空磁導(dǎo)率并且遠(yuǎn)小于磁芯材料的磁導(dǎo)率，那么上式中可以忽略分母中第一項(xiàng)，并且將分子部分的μc 和分母部分的（μcμg）約去，最后得到如下形式： (333)最后將氣隙的磁導(dǎo)率取成真空中的磁導(dǎo)率，就得到如下的氣隙長度就算公式： (334)為了避免出現(xiàn)單位上的混亂，上式一律采用國際單位制，Ae 單位為m2，L 的單位為H，最后得到lg 的單位為m。 (335)根據(jù)得到的氣隙長度，在試制變壓器的過程中，有兩種方法來實(shí)現(xiàn)這個(gè)氣隙，一種方法是將磁芯的中柱磨掉一部分，磨掉的長度大約等于計(jì)算得到的氣隙長度。另一種方法是墊氣隙，即在磁芯的中柱和邊柱中間墊上非導(dǎo)磁薄膜材料，例如云母片、塑料片等，此時(shí)由于實(shí)際的氣隙長度等于中柱的氣隙長度加上邊柱的氣隙長度，所以薄膜的厚度約等于計(jì)算得到氣隙長度的二分之一。 輸出二極管為肖特基二極管或快恢復(fù)二極管，廣義上說，肖特基二極管也屬于快恢復(fù)二極管的一種。 輸出二極管根據(jù)其通過的平均電流和反偏時(shí)承受的電壓來選取。對(duì)于圖七中最大負(fù)載電流2A 的情況，輸出二極管的最大平均整流電流理論上大于2A 即可。 在第二節(jié)中討論過，開關(guān)管閉合時(shí)，輸出二極管反偏截止，此時(shí)二極管上承受的最大反偏電壓為輸出電壓加上最大初級(jí)反射電壓，如下式： （336） 其中n 為初次級(jí)繞組線圈匝比。即3A/40V。 由于繞組的損耗來自銅線內(nèi)阻造成的發(fā)熱，所以銅線截面積應(yīng)該按照繞組的有效值電流來算。由于變壓器繞組通常處于密閉環(huán)境中，一般將電流密度取在4－6A/mm2。根據(jù)第二節(jié)的推導(dǎo)，我們得知次級(jí)繞組電流和初級(jí)繞組電流之間服從匝比關(guān)系，即次級(jí)繞組電流的平均值和變化量等于初級(jí)繞組電流平均值和變化量的n 倍，n 為初次級(jí)匝比，而連續(xù)模式下次級(jí)電流的占空比等于1 減去初級(jí)電流占空比，即有如下關(guān)系成立：取電流密度為5 A/mm2，進(jìn)一步求得所需的銅線截面積為： （339） 對(duì)于電流較大時(shí)，如果選用單股線徑較粗的銅線，由于高頻電流下的趨膚效應(yīng)，會(huì)造成電流集中在導(dǎo)線邊緣，造成銅線的實(shí)際有效截面積減小，內(nèi)阻增大，銅線損耗增大。采用多線并繞的另一個(gè)原因是，當(dāng)銅線線徑過粗時(shí)。實(shí)際情況下，直徑超過1mm的銅線繞制起來就比較麻煩了。 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行了反激式開關(guān)電源的整體框圖設(shè)計(jì)以及電路的基本組成部分的設(shè)計(jì)。變壓器的設(shè)計(jì)主要講了反激變壓器的主要方程變壓器磁芯的選擇，變壓器匝數(shù)的計(jì)算以及磁芯損耗的計(jì)算，這個(gè)對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)很重要。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。UC3845內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖、引腳定義、功能描述分別見圖442，表41所示。這些器件可提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝（SO14）。 UC3845 有16V（通）和10 伏（斷）低壓鎖定門限，十分適合于離線變換器。且具有以下特點(diǎn)：自動(dòng)前饋補(bǔ)償、鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流、 內(nèi)部微調(diào)的參考電壓，帶欠壓鎖定、大電流圖騰柱輸出、欠壓鎖定，帶滯后、低啟動(dòng)和工作電流、直接與安森美半導(dǎo)體的SENSEFET產(chǎn)品接口、電流模式工作到500KHZ、輸出靜區(qū)時(shí)間從50%到70%可調(diào)。2電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入端，通常通過一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。4 RT/CT通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。5地該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對(duì)8管腳封裝如此）6輸出該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極， 的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌,輸出開關(guān)頻率為振蕩器頻率的一半.7VCC該管腳是控制集成電路的正電源。 UC3845的工作原理的介紹 UC3845是安森美半導(dǎo)體公司的高性能固定頻率電流模式控制器。UC3845具有高達(dá)500kHZ的開關(guān)頻率、大圖騰柱輸出電流等特性，是開關(guān)電源電路中驅(qū)動(dòng)功率MOSFET管的理想器件。(1)基準(zhǔn)電路。(2)振蕩器。計(jì)算公式推導(dǎo)如下： （41）UC3845在RT＝10K，CT＝，振蕩頻率ｆ＝52KHZ。UC3845內(nèi)部提供一個(gè)可訪問反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。該誤差電壓經(jīng)1管腳輸出接RC網(wǎng)絡(luò)，用于改變?cè)鲆婧皖l率特性進(jìn)行外部回路補(bǔ)償。電感電流通過與輸出開關(guān)Q1源極串聯(lián)的參考取樣電阻Ｒ 轉(zhuǎn)換成電壓。當(dāng)取樣電壓大于１Ｖ時(shí)，輸出脈沖關(guān)閉，使開關(guān)管關(guān)斷，起到過流保護(hù)的作用。RC濾波器的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間.(5)PWM 鎖存電路。即輸出端的每個(gè)控制脈沖不會(huì)超過一個(gè)振蕩周期，也就是所謂的逐脈沖控制。UC3845采用兩個(gè)欠壓鎖定比較器，以保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前集成電路已經(jīng)工作。；。UC3845采用兩個(gè)NPN型晶體管連接的圖騰柱式輸出電路。兩個(gè)晶體管的基極分別接前級(jí)控制，晶體管的連接處為輸出端。 UC3845常用的電壓反饋電路的選用如圖43所示，輸出電壓Vo經(jīng)光耦在經(jīng)R16及R19分壓后作為采樣信號(hào)，輸入U(xiǎn)C3845腳2（誤差放大器的反向輸入端）。R17與C13并聯(lián)構(gòu)成電流型反饋。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計(jì)的困難，所以這種方法很少使用。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。％，典型值25℃（TL431B），低動(dòng)態(tài)輸出阻抗， to 100mA ，等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/℃典型，溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍，低輸出噪聲電壓。 該電路因?yàn)椴捎昧斯怆婑詈掀?，?shí)現(xiàn)了輸出和輸入的隔離，弱電和強(qiáng)電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強(qiáng)，而且是對(duì)輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。 同樣是上圖45(b)該電壓采樣及反饋電路由R8，R10，R6，R12，R8，C9，光電耦合器、TL431組成。當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，誤差放大器的增益變小，輸出的開關(guān)信號(hào)占空比變大，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。 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(hào)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。 第五章 仿真電路的搭建與Multisim仿真 Multisim功能簡介圖51 Multisim啟動(dòng)頁面 Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。它通過直觀的圖形化用戶界面全面控制仿真過程,并通過對(duì)穩(wěn)態(tài)、頻域、統(tǒng)計(jì)、可靠性及控制等方面的分析來檢驗(yàn)系統(tǒng)性能。在電源和機(jī)電一體化設(shè)計(jì)方面,Saber是主流的系統(tǒng)級(jí)仿真工具。采用器件模型法、磁路結(jié)構(gòu)模型法和MCT模型法,以有效解決變壓器模型的設(shè)計(jì)問題。人們不僅關(guān)心電子產(chǎn)品的信號(hào)完整性(SI),更關(guān)注電子產(chǎn)品的電源完整性(PI)。在這樣的情形下,單純靠經(jīng)驗(yàn)來搭建試驗(yàn)電路的傳統(tǒng)辦法已經(jīng)不能滿足當(dāng)今電源產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求,而且無論從設(shè)計(jì)周期還是開發(fā)成本方面都是難以承受的。 簡明教程 ，啟動(dòng)Multisim10以后，出現(xiàn)以下界面，如圖51所示 圖52 進(jìn)入頁面 Multisim 10打開后的界面如圖52所示：主要有菜單欄，工具欄，縮放欄，設(shè)計(jì)欄，仿真欄，工程欄，元件欄，儀器欄，電路圖編輯窗口等部分組成。然后從選中的元器件庫對(duì)話框中，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊將該元器件，然后點(diǎn)擊“OK”即可，用鼠標(biāo)拖曳該元器件到電路工作區(qū)的適當(dāng)?shù)胤郊纯?。這就需要先選中該元器件。被選中的元器件的四周出現(xiàn)4個(gè)黑色小方塊（電路工作區(qū)為白底），便于識(shí)別。用鼠標(biāo)拖曳形成一個(gè)矩形區(qū)域，可以同時(shí)選中在該矩形區(qū)域內(nèi)包圍的一組元器件。（3）元器件的移動(dòng)用鼠標(biāo)的左鍵點(diǎn)擊該元器件（左鍵不松手），拖曳該元器件即可移動(dòng)該元器件。元器件被移動(dòng)后，與其相連接的導(dǎo)線就會(huì)自動(dòng)重新排列。 （4）元器件的旋轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)對(duì)元器件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)操作，需要先選中該元器件，然后單擊鼠標(biāo)右鍵或者選擇菜單Edit，選擇菜單中的Flip Horizontal（將所選擇的元器件左右旋轉(zhuǎn)）、Flip Vertical（將所選擇的元器件上下旋轉(zhuǎn)）、90 Clockwise（將所選擇的元器件順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度）、90 CounterCW：（將所選擇的元器件逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度）等菜單欄中的命令。Ctrl鍵的定義標(biāo)在菜單命令的旁邊。 （6）元器件標(biāo)簽、編號(hào)、數(shù)值、模型參數(shù)的設(shè)置在選中元器件后，雙擊該元器件，或者選擇菜單命令Edit→Properties（元器件特性）會(huì)彈出相關(guān)的對(duì)話框，可供輸入數(shù)據(jù)。 電路圖選項(xiàng)的設(shè)置選擇Options菜單中的Sheet Properties（工作臺(tái)界面設(shè)置）（Options→Sheet Properties）用于設(shè)置與電路圖顯示方式有關(guān)的一些選項(xiàng)。連接完成后，導(dǎo)線將自動(dòng)選擇合適的走向，不會(huì)與其他元器件或儀器發(fā)生交叉。也可以將拖曳移開的導(dǎo)線連至另一個(gè)接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)連線的改動(dòng)。要改變導(dǎo)線的顏色，用鼠標(biāo)指向該導(dǎo)線，點(diǎn)擊右鍵可以出現(xiàn)菜單，選擇Change Color選項(xiàng)，出現(xiàn)顏色選擇框，然后選擇合適的顏色即可。（5）從電路刪除元器件選中該元器件，按下Edit→Delete即可,或者點(diǎn)擊右鍵可以出現(xiàn)菜單，選擇Delete即可。一個(gè)“連接點(diǎn)”最多可以連接來自四個(gè)方向的導(dǎo)線。（7）節(jié)點(diǎn)編號(hào)在連接電路時(shí)，multisim自動(dòng)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)編號(hào)。選擇RefDes選項(xiàng)，可以選擇是否顯示連接線的節(jié)點(diǎn)編號(hào)。器件相同。 圖54 Multisim中仿真電路圖（1）輸入波形 圖55 輸入波形仿真圖（2）整流濾波后的波形 圖56 整流濾波后仿真波形輸出的波形 圖57 輸出的波形仿真波形圖 （4）UC3845產(chǎn)生的PWM波，用來控制開關(guān)MOSFET的開通和關(guān)斷 圖58 UC3845輸出PWM波 從圖形中我們就可以看出MOS管的導(dǎo)通時(shí)間占總工作時(shí)間的三分之一左右，與我們前面設(shè)定的占空比D=，說明UC3845產(chǎn)生的輸出PWM波很好的驅(qū)動(dòng)MOS管工作，同時(shí)也可以檢測它的電流取樣端的電阻的電流大小來調(diào)節(jié)它的輸出，從而保證整體的穩(wěn)定輸出。本章的重點(diǎn)是仿真電路的搭建和對(duì)輸出波形的分析，最后得出的直流5V的輸出電壓也符合設(shè)計(jì)要求。因此開關(guān)電源的發(fā)展對(duì)于國家的發(fā)展與建設(shè)有及其重要的作用。為了小型化，高效率可靠的開關(guān)電源，全世界的工程師做出了不懈的努力。主要的工作分為:電路原理分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電路模塊