【正文】 選用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？ 黑箱計(jì)算 變壓器設(shè)計(jì) 輸出濾波器和整流器 功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 控制器設(shè)計(jì) 輸出反饋設(shè)計(jì) 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 高層功能設(shè)計(jì) 熱分析和設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 測(cè)試與設(shè)計(jì)結(jié)果區(qū)別 優(yōu)化設(shè)計(jì) EMI/RMI 測(cè)試 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 在本設(shè)計(jì)中，由于采用了 TOP Switch 智能芯片，其本身集成了 保護(hù)電路、關(guān)斷 電路、 自動(dòng)重 啟 電路等 。 技術(shù)指標(biāo)和性能要求 小功率通用開關(guān)電源 應(yīng) 具 備 小功率通用開關(guān)電源紋波 小、 電壓低、效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。具體 技術(shù)指標(biāo)為 如下 ： 交流輸入電壓 ： 220V（ 140V～ 240V）；電網(wǎng)頻率 ： 50Hz； 開關(guān)電源頻率 ： 100KHz；輸出直流電壓 Uo： 8V（兩路）， 5V（ 兩路）， ， 8V，24V 各一路； 輸出額定電流： 2A；額定輸出功率： 30W；負(fù)載調(diào)整率 SI：4%～ +4%；電源效率 H：高于 84%；空載功率損耗：低于 （ 230V 時(shí)）；輸出紋波電壓： 低 于 120mV。 TOPSwitch Ⅱ 系列產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)： (1)將脈寬調(diào)制 (PWM) 控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET) 、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器、隔離式開關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。 (3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。 15% ：在寬電壓范圍輸入時(shí)，適配 85V ～ 265V 交流電，但輸出功率峰值 POM 值比前者降低 40 ％。開關(guān)頻率的典型值為 1OOkHz ，允許范圍是 90kHz ～ 110kHz ，占空比調(diào)節(jié)范圍是 ％～ 67 ％。由于芯片本身功耗很低 ，電源效率可達(dá) 80 ％左右，最高可達(dá) 90 ％ 線性光耦合器 PC817 光耦合器（ Optical Coupler， OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。 不適合傳輸模擬信號(hào) ， 線性光耦是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，使光敏晶體管的導(dǎo)通程度不同， 從而 輸出相應(yīng) 的電壓或電流。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。 它 通常把發(fā)光器（發(fā)光二極管 LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi) ， 如圖 31 所示 。 圖 31 PC817 內(nèi)部框圖 本設(shè)計(jì)采用 PC817 光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn) 在于 ：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高 ,可以起到 很好的 反饋?zhàn)饔?。其工作電流范圍寬，動(dòng)態(tài)電阻 低 ，輸出雜波低。 由于 TL431 具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào) 、 輸出電流大 、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于單片精密開關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。 其 中， A 為陽(yáng)極，使用時(shí)需接地； K 為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；UREF是輸出電壓 Uo的設(shè)定端，外接電阻分 壓器； NC 為空腳。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng) Uo 上升時(shí)，取樣電壓 UREF 也隨之升高，使 UREFUref（ 內(nèi)部 基準(zhǔn)電壓 ） ，比較器輸出高電平，使 VT(內(nèi)部 晶體管 )導(dǎo)通， Uo開始下降。這樣的循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，就迫使 Uo 趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且 UREF=Uref。通過(guò)改變TOP224Y 的控制端電流大小，調(diào)節(jié) 其 輸出占空比，從而 實(shí)現(xiàn) 穩(wěn)壓的目的。交流 EMI 濾波使用技術(shù)成熟的兀型濾波電路，其參數(shù)如下：去除差模干擾的電容 C10 、 C11 為 20uF ／ 250V ；去除共模干擾的 C12 、 C13 為 10nF ； L1 為 5 ～ 15mh ，采用雙線并繞。交流電壓的輸入范圍 為 187V~253V， ,即 minACV =187V, maxACV =253V。 留出裕量最終取 C1=47 μ F/400V ，同時(shí)為承受可能從電網(wǎng)線竄入的電擊，可在交流端并聯(lián)一個(gè)標(biāo)稱電壓為 275V 的壓敏電阻 VsRc 。 )( m inm a x DSOR OR VVV VD ???，式中 Vor為初級(jí)反射電壓，取 135V；Vds 為 TOP225Y 的通斷電壓，可選 5V 到 10V。 4. 導(dǎo)線截面積由經(jīng)過(guò)各繞組的平均電流，峰值電流，均方根電流，紋波 電 流 確 定 ； 輸 入 電 流 的 平 均 值minACOAVG UPI ?? ， 初 級(jí) 峰 值 電 流? ? m a DKII RPAVGP ?? ，其中 RPK 為初級(jí)紋波電流與初級(jí)峰值電流比值，可取。當(dāng)輸出為 15V 時(shí)， 2sN =1?（ 15+） =16 匝，取整 。 箝壓齊納管（ VR）和阻斷二極管 （ VD） 的選擇 在開關(guān)電源的每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)， TOP225Y 的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生尖峰電壓， VR 和 VD 構(gòu)成了箝位電路，防止大電壓對(duì) TOP225Y 芯片的損壞， VR 和 VD 的選擇由反射電壓 Vor 定。 VD 的耐壓值應(yīng)大于最大直流輸入電壓值，本文 VR 選擇反向擊穿電壓為 200V 的 P6KE200 ， VD 選擇反向耐壓 為 600V 的超快恢復(fù)二極管 BYV 26C。因?yàn)樾ぬ鼗O管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗，此外，肖特基二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消耗輸出電壓中的紋波方面有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，因此文中選用肖特基二極管作為整流二級(jí)管：對(duì)于輸出濾波電容， ESR( 等效串聯(lián)阻抗 ) 和紋波電流是兩個(gè)重要參數(shù)。若濾波效果不理想，可以在下一級(jí)再串聯(lián)一個(gè) LC 濾波環(huán)節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) L 取 μ H ～ 10 μ H。 1 ％。光藕 工作在線性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選光藕的 CRT( 電流放大率 ) 上限超過(guò) 200 ％，則易造成 TOP225Y 過(guò)壓保護(hù)，相反若 CRT 下限小于 40 ％，占空比 D 將不能隨反饋電流的增大而減小，從而導(dǎo)致過(guò)流。本文光藕選擇 SIEMENS 的 CNY172 ， CRT 為 63 ％～ 125 ％。確定電阻 4R 和 5R 值，F(xiàn)O VRRV ???????? ?? 541,其中： FV畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 為 TL431 參考端電壓，為 ； OV 為輸出端電壓，取 15V；計(jì)算可得：4R =10k? ， 5R =51k? 。輸出 15V 和 20V 時(shí)的波形圖分別如圖 3圖 35 所示，輸出波形的紋波是由變壓器漏感導(dǎo)致的尖峰電壓以及輸出整流二極管關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生，可通過(guò)使用反向恢復(fù)時(shí)間更短的整流二極管和高變壓器制造工藝以及優(yōu)化 PCB 布線方法等方法加以抑制。該電源已在電磁爐中得到了應(yīng)用，實(shí)際工作中性能穩(wěn)定，工作可靠。兩者都涉及到人為因素和自然因素。 （ 1） 基本整流器 基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生 EMI 最常見的原因。 （ 2） 功率變換電路 功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。 b） 高頻變壓器 開關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲；同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 另一條高頻通路，使變壓器 周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十 MHz。 2 開關(guān)電源外部干擾 開關(guān)電源外部干擾可以以 “共模 ”或 “差模 ”方 式存在。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見表1。 干擾的類型 序號(hào) 典型的起因 1 2 3 4 5 6 7 跌落 失電 頻率偏移 電器噪聲 浪涌 諧波失真 瞬變 雷擊重載接通電網(wǎng)電壓低下 惡劣的氣候變壓器故障其他原因的故障 發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定區(qū)域性電網(wǎng)故障 雷達(dá)無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)換器和逆變器 突然減輕負(fù)載變壓器的抽 頭不恰當(dāng) 整流開關(guān)負(fù)載開關(guān)型電源 雷擊電源線負(fù)載設(shè)備切換空載電動(dòng)機(jī)的斷開 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 對(duì)于開 關(guān)電源干擾的一些抑制措施 形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。首先應(yīng)該抑制騷擾源，直接消除干擾原因；其次是消除騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對(duì)噪聲的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。屏蔽有兩個(gè)目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁騷擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。接地是開關(guān)電源設(shè)備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn) “一點(diǎn)接地 ”，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。 EMI 濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的干擾對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 組成部分。 所以需要查閱大量資料，進(jìn)行知識(shí)的分解與融合，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中 還需反復(fù)修正。對(duì)于開關(guān)電源所實(shí)現(xiàn)的功能或者目的，需要將其分解為若干個(gè)模塊，分別弄清它們的原理和功能以及怎么去使用。 在設(shè)計(jì)時(shí)，重點(diǎn)對(duì)基本概念和原理知識(shí)作了分析，采取了由部分到整體的設(shè)計(jì)思路，對(duì)涉及的電路單元作了詳細(xì)分解和原理介紹。 通過(guò)反復(fù) 思考 有了一定的 收 獲 ， 并 取得了 開關(guān)電源 設(shè)計(jì)的寶貴經(jīng)驗(yàn)。 總之，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，熟悉和掌握了 Protel 繪圖軟件。同時(shí)，通過(guò)翻閱大量的資料，利用各種資源從各個(gè)角度對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行分析等這個(gè)過(guò)程，提高了自己的自學(xué)能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。但是，作為一門相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科，運(yùn)用的知識(shí)較多，自己現(xiàn)有的水平還需要進(jìn)一步提高。提筆寫下 “謝辭 ”，我才驚覺自己即將真正離開，人生亦從此展開新的畫卷。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無(wú)論收獲、遺憾，對(duì)我來(lái)說(shuō)都是一筆寶貴的財(cái)富。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無(wú)以回報(bào)。祝你們永遠(yuǎn)健康快樂(lè)，這是我最大的心愿和牽掛。北京：電子工業(yè)出版社， 2020. [13] 姜培剛 ， 鄭巍 .Protel99SE 原理圖與 PCB 及仿真 [M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32