【正文】 , Uc是 U U4上的壓降，亦即輸出端對地電壓，可取 Uc ≈ 220V/2=110V。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 顯然，漏電流與 C 成正比。在電子醫(yī)療設(shè)備中對漏電流的要求更為嚴(yán)格。浪涌保護(hù)主要是指防雷保護(hù)，就是在極短時(shí)間內(nèi)釋放掉設(shè) 備上因感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的大量脈沖能量到安全地線上，從而保護(hù)了整個(gè)設(shè)備。對于保護(hù)方法的基本要求是反應(yīng)速度快，保證受保護(hù)電路的兩端在抑制器起作用之前不出現(xiàn)快速上升的瞬時(shí)峰值電壓，確保運(yùn)行設(shè)備的安全。氣體放電管一般由兩種金屬導(dǎo)體組成，并以 1015cm 的距離隔開，管內(nèi)含大量氣體，當(dāng)放電管兩端電壓上升到一定程度時(shí)，擊穿隔離層，形成低阻抗，使得大量的能量通過放電管瀉放到安全地線上，其缺點(diǎn)是易引起泄露，增加損耗。壓敏敏電阻的優(yōu)點(diǎn)有三個(gè)：①能抗大能量的瞬態(tài)沖擊；②它的 PN 結(jié)構(gòu)不同于穩(wěn)壓管，因此它的損耗??；③耐浪涌性能好。當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時(shí)尖峰脈沖時(shí)，壓敏元件可以進(jìn)行削波鉗位。只要輸入電源電壓低于壓敏電阻的壓敏電壓值，壓敏電阻則呈現(xiàn)高組態(tài)。對于 220V 的工頻輸入電壓，通常選用壓敏電壓為 380420V的壓敏電阻，大多選用 420V 的壓敏電阻。 （ EMC）的設(shè)計(jì) 電子、電器產(chǎn)品電磁兼容性的設(shè)計(jì)目的，是使產(chǎn)品在預(yù)期的電磁環(huán)境中能正常工作，無性能降低或故障，并具有對電磁環(huán)境中的任何電子、電器設(shè)備不構(gòu)成電磁干擾的能力。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 ．整流、濾波電路 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。 220V 的交流電壓經(jīng)過EMI 濾波器消除高次諧波，再通過整流橋和電容濾波輸出較為平整的直流電。 隔離式 PWM DC/DC 轉(zhuǎn)換器電路比較，見表 3。 反激式轉(zhuǎn)化器的工作原理是：當(dāng)主開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)變壓器次級側(cè)的二極管關(guān)斷，變壓器儲能；在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器次級側(cè)二極管導(dǎo)通，變壓器的儲能向負(fù)載釋放。而反激式轉(zhuǎn)換器的變壓器比較特殊，它兼有儲能電感的作用，是一種儲能式 變壓器。因此反激式轉(zhuǎn)換器可以不必另加磁復(fù)位措施。 在連續(xù)導(dǎo)電模式下，反激式轉(zhuǎn)換器的輸出 /輸入電壓轉(zhuǎn)換比為 U0/Ui=nDu(1Du) 式中， n=W1/W2 反激式轉(zhuǎn)換器主開關(guān)管承受最大電壓 Ui +U0/n. 此外 ，兩個(gè)開關(guān)管與變壓器初級繞組串聯(lián)，也可以組成雙管反激式轉(zhuǎn)換器。圖 中， Ui是開關(guān)電源的輸入電壓， T是開關(guān)變壓器， K 是控制開關(guān)， R是負(fù)載電阻。因此，在控制開關(guān) K接通之前和接通之后，在變壓器初、次級線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢方向是不一樣的。一般單激式變壓器開關(guān)電源在一個(gè)工作周期之內(nèi)，只有半個(gè)周期向負(fù)載提 供功率（或電壓）輸出。 正激式變壓器開關(guān)電源工作原理 所謂正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時(shí)，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。在圖 中，需要特別注意的是開關(guān)變壓器初、次級線圈的同名端。 正激式變壓器開關(guān)電源有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是在控制開關(guān) K關(guān)斷的瞬間 開關(guān)電源變壓器的初、次線圈繞組都會產(chǎn)生很高的反電動勢，這個(gè)反電動勢是由 流過變壓器初線圈繞組的勵磁電流存儲的磁能量產(chǎn)生的。反饋線圈 N3繞組和削反峰二極管 D3對于正激式變壓器開關(guān)電源是十分必要的， 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 一方面，反饋線圈 N3繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管 D3可以對反電動勢進(jìn)行限幅，并把限幅能量返回給電源，對電源進(jìn)行充電；另一方面，流過反饋線圈N3繞組中的電流產(chǎn)生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強(qiáng)度恢復(fù)到初始狀態(tài)。所謂反激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時(shí)，變壓器的次級線圈沒有向負(fù)載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負(fù)載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。圖 是反激式變壓器開關(guān)電源的電壓輸出波形。相當(dāng)于變壓器次級線圈開路，變壓器次級線圈相 當(dāng)于一個(gè)電感。對公式 (31)和公式 (32)進(jìn)行積分，由此可求得： )0(11 itLUi i ?? — K 接通期間 (33） )0(1 ???? tNUi — K 關(guān)斷瞬間 (34） 公式 (33）中， i1是流過變壓器初級線圈 N1繞組的電流，為變壓器鐵心中的磁通； i(0)為變壓器初級線圈中的初始電流，即控制開關(guān)剛接通瞬間流過變壓器初級線圈 N1繞組的電流； Φ(0)為初始磁通，即控制開關(guān)剛接通瞬間變壓器鐵心中的磁通。當(dāng)控制開關(guān) K 將要關(guān)斷，且開關(guān)電源工作 于輸出電流臨界連續(xù)狀態(tài)時(shí)， i1和 Φ 均達(dá)到最大值： oni TLUi 1max1 ? — K 關(guān)斷瞬間 (35) m a x1m a x BSBSTNU roni ?????? — K 關(guān)斷瞬間 (36) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 公式 (35)、公式 (36)中， i1max為流過變壓器初級線圈 N1繞組的最大電流 ，即控制開關(guān)關(guān)斷瞬間前流過變壓器初級線圈 N1繞組的電流； Φmax為變壓器鐵心中的最大磁通，即 控制開關(guān)關(guān)斷瞬間前變壓器鐵心中的磁通， S 為變壓器鐵心導(dǎo)磁面積， Br為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度， Bmax為最大磁感應(yīng)強(qiáng)度。因此，在控制開關(guān) K 關(guān)斷的 Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要 由變壓器次級線圈回路中的電流來決定，即： 0222 uddiLe t ??? — K 關(guān)斷期間 (37） 022 uddNe t ??? ? — K 關(guān)斷期間 (38） 上面 2 式中， e2為變壓器次級線圈 N2繞組產(chǎn)生的自感電動勢， L2是變壓器次級線圈 N2 繞組的電感， N2 為變壓器初級線圈 N2 繞組線圈繞組的匝數(shù)，為變壓器鐵心中的磁通， uo 為變壓器次級線圈 N2 繞 組的輸出電壓。 對公式 (37）和公式 (38）進(jìn)行積分，并把 uo 用 Uo 代之，即可求得： )0(2202 itLUi ??? — K 關(guān)斷期間 (39） )0(20 ????? tLU — K 關(guān)斷期間 (310） 上面 2 式中， i2是流過變壓器次級線圈 N2繞組的電流， Φ 為變壓器鐵心中的磁通； i2(0)為變壓器次級線圈 N2繞組的初始電流， Φ(0)為初始磁通。當(dāng)控制開關(guān) K 將要關(guān)斷時(shí)， i2和 Φ 均達(dá)到最小值。當(dāng)開關(guān)電源工作 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 于電流臨界連續(xù)工作狀態(tài)時(shí)，（ 311）式中的 i2x等于 0，而公式 (312）中的 Φx等于 。 這里還需注意，在決定反激式開關(guān)電源輸出電壓的公式 (313）中，并沒有使用反激輸出電壓最大值或峰值 Up的概念，而公式 (313）使用的 nUi正好是正激式輸出電壓的峰值 Up，這是因?yàn)榉醇ぽ敵鲭妷旱淖畲笾祷蚍逯?Up計(jì)算比較復(fù)雜，并且峰值 Up的幅度不穩(wěn)定，它會隨著輸出負(fù)載大小的變化而變化。 在控制開關(guān) K 關(guān)斷的 Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由變壓器次級線圈回路中的電流來決定，這就相當(dāng)于流過變壓器次級線圈中的電流所產(chǎn)生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強(qiáng)度恢復(fù)到初始狀態(tài)。由此可知，反激式變壓器開關(guān)電源在輸出功率的同時(shí)，流過次級線圈回路中的電流也在對變壓器鐵心進(jìn)行退磁。有時(shí)，當(dāng)負(fù)載電流變化的頻率或相位正好與取樣、調(diào)寬控制電路輸出電壓的延時(shí)特性在相位保持一致的時(shí)候，反激式開關(guān)電源輸出電壓可能會產(chǎn)生抖動。因此，反激式開關(guān)電源變壓器初、次 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 級線圈的漏感都比較大，從而會 降低開關(guān)電源變壓器的工作效率，并且漏感還會產(chǎn)生反電動勢，容易把開關(guān)器件擊穿。在場效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值 Ismax，若忽略某種損耗應(yīng)為式： Ismax=nIpmax =n（ E/Lp） Ton ,n——變壓器變比， n=NP/NS, NP、 NS為變壓器初、次級繞組匝數(shù)。 因?yàn)?Lp =n2 LS,則：（ E/Lp） Ton =（ U0/LS） Toff， ETon =nU0Toff, U0=( nTon Toff)E 上式說明，輸出電壓 U0與 Ton成正 比，與匝數(shù) n 及 Toff成反比。 輸出整流濾波電路直接影響到電壓紋波的大小，影響輸出電壓的性能。 （ 1）輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。 （ 2）高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進(jìn)行高頻斬波，然后通過高頻變壓器進(jìn)行傳輸，在這個(gè)過程中，必然會摻入高頻的噪聲干擾。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用Π型濾波的方式，濾波電感采用 150uH 的電感，可濾除高頻噪聲。基于低壓、功耗低、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲 。 穩(wěn)壓輸出 經(jīng)過 PWM 調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實(shí)現(xiàn) 360 度的導(dǎo)通，因此采用快速恢復(fù)二極管 (用于 ? 12V， 24V 整流 )和肖特基二極管 (用于 +5V 整流 )。 快速恢復(fù)二極管 （ FRD）能夠迅速由導(dǎo)通狀態(tài)過度到關(guān)斷狀態(tài)的 PN 結(jié)整流二極管，這種二極管的特點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短，典型的 220V/30A 快速恢復(fù)二極管，其 trr（ D D9）：有 的正向?qū)▔航担?3585ns 的反向恢復(fù)時(shí)間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形。快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件?，F(xiàn)有的肖特基二極管大多數(shù)是用（ Si）半導(dǎo)體材料制成的。其反向恢復(fù)時(shí)間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H 左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千安培。 表 4 幾種典型功率二極管的主要參數(shù) 參數(shù) 普通二極管 FDR UFDR SiSBD GaAsSBD UDF/V Trr/ns 1000 200750 25100 10 510 PIV/V 501000 501000 501000 15100 150350 可用頻率 50Hz 20100kHz 200kHz 1MHz 1MHz 應(yīng)用 輸入整流 輸出整流 輸出整流 輸出整流 輸出整流 48V 或更高 45V 1224V 在輔助回路中，由降壓整流濾波部分所輸出的正 向電壓，通過集成穩(wěn)壓管、 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 LM7812 和 LM7824 可分別輸出 +12V、 +24V 電壓。 在穩(wěn)壓輸出部分主要采用集成穩(wěn)壓管來實(shí)現(xiàn)題目所要求的功能。 （ 1） 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。它們的使用十分方便，只有三個(gè)引出端：輸入端、輸出端和公共端，電路符號如圖 所示。由于 7800 系列三斷集成穩(wěn)壓器的所有主要部分都已集成在管心上，通常在使用時(shí)需接到整流濾波電路之后，而不必外接其他元件即可工作，這樣就可簡化電路板的設(shè)計(jì)，減小電源部分的體積。 圖 78 系列三端集 成穩(wěn)壓器內(nèi)部方框圖 圖 為兩種穩(wěn)壓電源的應(yīng)用電路。在兩電路中，輸入端電容 Ci 用以旁路高頻干擾脈沖及改善紋波。一般輸出端無須接入大電解電容。此外， 78系列和 79系列穩(wěn)壓器自身也具有完善的短路和限流保護(hù)、過熱保護(hù)和調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，因而它的工作是比較可靠的。 二極管 D9 是輸出整流二極管、 D10 是續(xù)流二極管、 L2是輸出濾波電感， 電容 C16 是輸出濾波電容，在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器次級繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此時(shí)整流二極管導(dǎo)通，電感 L3 的電流線性增加，當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，電感 L2 通過續(xù)流二極管釋放能量。 12V 整流輸出電路如圖 所示，將正、負(fù)輸出共用一個(gè)接地端子，同時(shí)用三端穩(wěn)壓集成器件 7812 和 7912 穩(wěn)壓輸出。 12V 整流輸出電路圖 24V 輸出電路如圖 所示，使用三端集成穩(wěn)壓管 LM7824 來穩(wěn)壓。 電感的計(jì)算：在直流變換電路中，都設(shè)有 LC 濾波電路，濾波電感中的電流含有一個(gè)直流成分和一個(gè)周期性變化的脈動成分。從濾波效果方面考慮，電感量越大，效果越明顯。一味地追求減小輸出電壓的紋波成分是不可取的。 電路進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，電感電流在最小值 Imin 和最大值 Imax 之間波動變化，波動的幅度為Δ I，電感 L與Δ I 的關(guān)系為 L=U0/Δ I(1D)T 取Δ I為 則得 L2=36mH,L3=18mH,L4=18mH,L5=. 設(shè)計(jì)的開關(guān)電源分四路輸出，分別為 24V/,12V/1A,12V/,5V/3A.其中 5V 輸出最大功率為 15W,電源輸出總的功率為 45W. 在單端反激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算是核心工作，設(shè)計(jì)時(shí)，要保證電源的調(diào)整率和對線圈的漏感要求，還要對高頻變壓器的外形尺寸及系統(tǒng)成本進(jìn)行整體考慮。 級電感峰值電流 : 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 因?yàn)樽儔浩鞯妮敵龉β蕿?45W,設(shè)此變壓器的效率為 80%，則由 Pout=Pin? =lin Vin ? 輸入平均電流 Iin=Pout/( Vin ? )=45/(242 )= 占空比為 ，在功率開關(guān)管導(dǎo)通期間的平均電流 Iav=Iin/?