【正文】 塞二極管的選取對(duì)于像TOPSwitchII這樣的中低功率類型單片開關(guān)電源，可選UB=180V的瞬態(tài)電壓抑制器。35200P6KE200（200V/5W）BYV26C對(duì)于TVS和阻塞二極管，還可以選取其它型號(hào)的管子，如表7和表8所示：表7 單片開關(guān)電源常用TVS的型號(hào)型號(hào)Un/VP/Wt/nsP6KE919151P6KE15015051P6KE2002005(600*)1BZY97C1201201BZY97C2002001BZT03C1201201表8 阻塞二極管選取原則單片開關(guān)電源集成電路阻塞二極管的反向耐壓超快恢復(fù)二極管型號(hào)示例TOP100系列400UF4004BYV26BMUR140TOP200系列600UF4005BYV26CMUR160TOPSwitchII系列600UF4005BYV26CMUR160 輸出整流管的選取開關(guān)電源的輸出整流管宜采用肖特基二極管，這有利于提高電源效率。所 選肖特基管必須滿足條件URM≥2U（BR）S （）Id≥3IOM （）式（）中次級(jí)整流管的最大反向峰值電壓2U（BR）S由式（）決定： （）單片開關(guān)電源的輸出電壓Uo=24V，最大連續(xù)輸出電流IOM=，最大輸出功率POM=50W。由式（）可計(jì)算出U(BR)S=。將IOM=（）中得到Id≥。當(dāng)UO≥30V時(shí)，須用耐壓100V以上的超快恢復(fù)二極管來代替肖特基二極管，此時(shí)電源效率略有下降。由表9可選出合適的二極管：表9 Motorola公司部分型號(hào)的超快恢復(fù)二極管數(shù)據(jù)表二極管類型產(chǎn)品型號(hào)URM/VId/ATIr/ns廠家輸出整流管MUR4101004MotorolaMUR4202004MUR8101008MUR8202008MUR16101001635由表9我們選出MUR820型超快恢復(fù)二極管，其URM=200V﹥，Id=8A﹥，TIr=30ns﹥10ns，電源效率會(huì)稍微下降。它表示在電容器的等效電路中，與之相串聯(lián)的代表電容器損耗的等效電阻，簡稱串聯(lián)損耗電阻，則可計(jì)算出功率損耗P=。r0 （）計(jì)算出URI=。通過查手冊(cè)我們確定選取COUT=1000μF/35V。表10選擇反饋電路中的整流管整流管類型整流管型號(hào)URM/V生產(chǎn)廠家玻封高速開關(guān)硅二極管1N414875國產(chǎn)超快恢復(fù)二極管BAV21200Philips公司UF4003200GI公司 反饋濾波電容的選擇。、1/4W，本設(shè)計(jì)采用連續(xù)模式，此電阻不可省略。其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，可廣泛用于單片精密開關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。目前在單片精密開關(guān)電源中，普遍用它來構(gòu)成外部誤差放大器，再與線性光耦合器組成隔離式光耦反饋電路。它屬于三端可調(diào)式器件，～36V范圍內(nèi)的任何基準(zhǔn)電壓值。其動(dòng)態(tài)阻抗低。TL431大多采用DIP8或TO92封裝形式。K為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源。NC為空，主要包括4部分： TL431的電路符號(hào)與基本接線圖 TL431等效電路圖(1)誤差放大器A，其同相輸入端接從電阻分壓器上得到的取樣電壓，并且設(shè)計(jì)的UREF=Uref，因此亦稱基準(zhǔn)端；(2)（）基準(zhǔn)電壓源Uref；(3)NPN型晶體管VT，它在電路中起到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用；(4)保護(hù)二極管VD，可防止因K、A間電源極性接反而損壞芯片。它相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密電阻R1和R2來設(shè)定，有公式Uo=UKA=（1＋R1／R2） （）R3是IKA的限流電阻。反之，Uo↓→UREF↓→UREFTL431可廣泛用于單片開關(guān)電源中，作為外部誤差放大器，構(gòu)成光耦反饋式電路。 光耦合器的選擇光耦合器（Optical Coupler，英文縮寫為OC）亦稱光電隔離器或光電耦合器，簡稱光耦。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接受光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電—光—電”轉(zhuǎn)換。近年來問世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離 、開關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降VF、正向電流IF、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V(BR)CEO、集電極發(fā)射極飽和壓降VCE(sat)。電流傳輸比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： （）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。 光耦合器CTRIF特性曲線，普通光耦合器的CTRIF特性曲線呈非線性，在IF較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。(2) 線性光耦合器的選取原則在設(shè)計(jì)光耦反饋式開關(guān)電源時(shí)必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)，選取原則如下：①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。③由英國埃索柯姆(Iso)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N系列(如4N25 、4N24N35)光耦合器，目前在國內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。經(jīng)過計(jì)算CTR=126%，故采用Motorola公司的CNY173型光耦管。它是20世紀(jì)90年代問世的一種新型過流保護(hù)器件。美國硅谷的瑞侃（ Raychem）公司最近研制成功由聚合物（polymer）摻 加導(dǎo)體而制成的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，圓滿地解決了上述難題。其中，RXE系列為圓片形，RUE系列屬方 形，miniSMD為小型化表面安裝器件，SRP系列為片狀[17]。內(nèi)部由高分子晶狀聚合物和導(dǎo)電鏈構(gòu)成。當(dāng)工作電流通過自恢復(fù)保險(xiǎn)絲時(shí)所產(chǎn)生的熱量很小，不會(huì)改 變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。而一旦過流故障被排除掉，器件很快又恢復(fù)成低阻態(tài)。自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的電阻－，共分5個(gè)階段：當(dāng)溫度較低時(shí)，其 發(fā)熱量與散熱量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡（階段1）；即使電流稍大或環(huán)境溫度略微升高，增加的熱量仍可散發(fā)到空氣中（階段2）；但是，若電流進(jìn)一步增大（階段3），直至發(fā)熱量大于散熱量時(shí)（階段4），自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的溫度就會(huì)迅速升高，很小的溫度變化量就會(huì)造成電阻值急劇增大，阻擋住電流通過，保護(hù)設(shè)備免受損害；階段5則屬于禁用區(qū)。 電阻溫度特性需要指出，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲也具有正溫度系數(shù)（PTC）特性，但與具有正溫度系數(shù)特 性的熱敏電阻有著本質(zhì)區(qū)別。(2) 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的選取表11部分型號(hào)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)工作電壓最大值（V）中斷電流最大值（A）功耗（W）MFR166040100MFRX6040MFMSMF66040100MFNSMF63010100已知所設(shè)計(jì)電路的Uo=24V，Io=，故選用MFNSMF型號(hào)的保險(xiǎn)絲。這里是用兩只PNP和NPN型晶體管VTVT2，來構(gòu)成分立式晶閘管（SCR），其三個(gè)電極分別為陽極A、陰極K、門極（又稱控制極）G。正常情況下UG較低，SCR關(guān)斷。穩(wěn)壓管VDZ2的穩(wěn)定電壓與VT2的發(fā)射結(jié)電壓之和等于（UZ2+UBE2），當(dāng)UFB﹥UZ2+UBE2時(shí)，就進(jìn)行過電壓保護(hù)[2]。 輸入欠電壓保護(hù)電路當(dāng)直流輸入電壓UI低于下限值時(shí)，經(jīng)RR2分壓后使VT的基極對(duì)地電壓UB≤，于是VT和VD4均導(dǎo)通，迫使Uc﹤，立即將TOPSWitchII關(guān)斷。顯然，當(dāng)VT和VD4導(dǎo)通時(shí)，基極電壓UB=UcUBEUF4==，因此可將UB=。若交流電壓u突然發(fā)生掉電，U1就隨C1的放電而衰減，使Uo降低，一旦Uo降到自動(dòng)穩(wěn)壓范圍之外，C4開始放電，同樣可將TOPSWitchII關(guān)斷[4]。本設(shè)計(jì)采用圖中光耦反饋式軟啟動(dòng)電路。正常工作時(shí)Css不起作用，斷電后Css可限制經(jīng)R2放電。 電壓及電流控制環(huán)電路(1) 電壓控制環(huán)的設(shè)計(jì)恒壓源的輸出電壓由式（）確定： UO=UZ2＋UF＋UR1=UZ2＋UF＋I(xiàn)R1令R1上的電流為IR1，VT2的集電極電流為IC2，光耦輸入電流(即LED工作電流)為IF，顯然IR1=IC2=IF，并且它們隨u、IO和光耦的電流傳輸比CTR值而變化。因IC是從光敏三極管的發(fā)射極流入控制端的，故有關(guān)系式 IR1=Ic/CTR () 在IC和CTR值確定之后，很容易求出IR1。將IC=，CTR=120％代入式()得出，IR1=。最后代入式()計(jì)算出 UO=UZ2＋UF＋UR1=＋＋ =≈(2) 電流控制環(huán)的設(shè)計(jì) 電流控制環(huán)由VTVTRR3～RC8和PC817A等構(gòu)成。圖中，R7為VT1的基極偏置電阻，因基極電流很小，而R3上的電流很大，故可認(rèn)為VT1的發(fā)射結(jié)壓降UBEI全部降落在R3上。In(Ic1/Is) () UBE2=(kTq)當(dāng)TA=25℃時(shí)，T=298K,kT/q=。IS為晶體管的反向飽和電流，對(duì)于小功率管，IS=410－14A。取R6=220Ω時(shí)，IR6=IC1=UR6/R6=。代入式()可求得 IOH= 考慮到VT1的發(fā)射結(jié)電壓UBE1的溫度系數(shù)αT≈－21mV/℃，當(dāng)環(huán)境溫度升高25℃時(shí)，IOH值降為I＇OH=UBE1‖αT‖100%=(）電壓及電流控制環(huán)的單元電路如下圖[12]： 電壓及電流控制環(huán)電路 無損緩沖電路 無損緩沖電路在變換器電路中，主二極管反向恢復(fù)時(shí)，會(huì)對(duì)開關(guān)管造成很大的電流、電壓應(yīng)力，引起很大的功耗，極易造成器件的損壞。其主要工作原理是，主開關(guān)Q開通時(shí)的di/dt應(yīng)力、關(guān)斷時(shí)的dv/dt應(yīng)力分別受LC1所限制，利用LCC2之間相互的諧振及能量轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)主二極管D反向恢復(fù)電流的抑制，使開關(guān)損耗、EMI大大減少。 采用繼電器保護(hù)的限流保護(hù)電路。限流的延遲時(shí)間取決于時(shí)間常數(shù)（R2C2），～。為消除可能出現(xiàn)的振蕩現(xiàn)象，IGBT的柵射極間接入了RC網(wǎng)絡(luò)組成的阻尼濾波器[16]。 IGBT驅(qū)動(dòng)電路[21] 電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理 開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：(1) 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾(2) 開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。 開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾。用射頻電流探頭是測量差模 共模干擾最簡單的方法，但測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過較復(fù)雜的換算。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高 抑制干擾的措施抑制開關(guān)電源的噪聲可采取三方面的技術(shù)：一是濾波；二是變壓器的繞制；三是屏蔽。交流側(cè)濾波：開關(guān)電源的交流電源線輸入端插入共模和差模濾波器，防止開關(guān)電源的共模和差模噪聲傳遞到電源線中，影響電網(wǎng)中其它用電設(shè)備，同時(shí)也抑制來自電網(wǎng)的噪聲。圖C、D抑制電磁干擾的效果更佳，圖C中的L、C1和C2用來濾除共模干擾，C3和C4用來濾除串模干擾，R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證用戶的安全。為了防止磁芯在較大的磁場強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場強(qiáng)度大的恒μ磁芯。C8和R7并聯(lián)在D7兩端，能防止D7在高頻開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生自激振蕩（振鈴現(xiàn)象）；此外，在二次側(cè)整流濾波器上串聯(lián)磁珠也有一定效果。 濾波器(2) 減小脈沖變壓器的漏感及分布電容 對(duì)于一個(gè)符合絕緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的脈沖變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％。對(duì)于多路輸出的開關(guān)電源，輸出功率最大的那個(gè)次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí)，以增加耦合，減小磁場泄漏。在條件允許的情況下，用箔繞組作為次級(jí)也是增加耦合的一種好辦法。 在開關(guān)電源的工作過程中，繞組的分布電容反復(fù)被充、放電，不僅使電源效率降低，它還與繞組的分布電感構(gòu)成LC振蕩器，會(huì)產(chǎn)生振鈴噪聲。為減小分布電容，應(yīng)盡量減小每匝導(dǎo)線的長度，并將初級(jí)繞組的始端接漏極，利用一部分初級(jí)繞組起到屏蔽作用，減小相鄰繞組的分布參數(shù)耦合程度。用導(dǎo)電良好的材料對(duì)電場屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場屏蔽。對(duì)于脈沖變壓器內(nèi)部而言的屏蔽