switch power's principle and application開關(guān)電源原理及其應用維修技術(shù)培訓資料

開關(guān)電源原理及其應用維修技術(shù)培訓資料更多同類資料請訪問HTTP/XFSSG0418NEASENET這方熱土專欄本資料只要不是用于商業(yè)目的，允許自由轉(zhuǎn)載使用，否則追訴侵權(quán)責任。站長編著第一部分功率電子器件第一節(jié)功率電子器件及其應用要求功率電子器件大量被應用于電源、伺服驅(qū)動、變頻器、電機保護器等功率電子設備。這些設備都是自動化系統(tǒng)中必不可少的，因此，我們了解它們是必要的。近年來，隨著應用日益高速發(fā)展的需求，推動了功率電子器件的制造工藝的研究和發(fā)展，功率電子器件有了飛躍性的進步。器件的類型朝多元化發(fā)展，性能也越來越改善。大致來講，功率器件的發(fā)展，體現(xiàn)在如下方面1器件能夠快速恢復，以滿足越來越高的速度需要。以開關(guān)電源為例，采用雙極型晶體管時，速度可以到幾十千赫；使用MOSFET和IGBT，可以到幾百千赫；而采用了諧振技術(shù)的開關(guān)電源，則可以達到兆赫以上。2通態(tài)壓降（正向壓降）降低。這可以減少器件損耗，有利于提高速度，減小器件體積。3電流控制能力增大。電流能力的增大和速度的提高是一對矛盾，目前最大電流控制能力，特別是在電力設備方面，還沒有器件能完全替代可控硅。4額定電壓耐壓高。耐壓和電流都是體現(xiàn)驅(qū)動能力的重要參數(shù)，特別對電力系統(tǒng)，這顯得非常重要。5溫度與功耗。這是一個綜合性的參數(shù)，它制約了電流能力、開關(guān)速度等能力的提高。目前有兩個方向解決這個問題，一是繼續(xù)提高功率器件的品質(zhì)，二是改進控制技術(shù)來降低器件功耗，比如諧振式開關(guān)電源。總體來講，從耐壓、電流能力看，可控硅目前仍然是最高的，在某些特定場合，仍然要使用大電流、高耐壓的可控硅。但一般的工業(yè)自動化場合，功率電子器件已越來越多地使用MOSFET和IGBT，特別是IGBT獲得了更多的使用，開始全面取代可控硅來做為新型的功率控制器件。第二節(jié)功率電子器件概覽一整流二極管二極管是功率電子系統(tǒng)中不可或缺的器件，用于整流、續(xù)流等。目前比較多地使用如下三種選擇1高效快速恢復二極管。壓降0812V，適合小功率，12V左右電源。2高效超快速二極管。0812V，適合小功率，12V左右電源。3肖特基勢壘整流二極管SBD。04V，適合5V等低壓電源。缺點是其電阻和耐壓的平方成正比，所以耐壓低（200V以下），反向漏電流較大，易熱擊穿。但速度比較快，通態(tài)壓降低。目前SBD的研究前沿，已經(jīng)超過1萬伏。二大功率晶體管GTR分為單管形式。電流系數(shù)1030。雙管形式達林頓管。電流倍數(shù)1001000。飽和壓降大，速度慢。下圖虛線部分即是達林頓管。圖11達林頓管應用實際比較常用的是達林頓模塊，它把GTR、續(xù)流二極管、輔助電路做到一個模塊內(nèi)。在較早期的功率電子設備中，比較多地使用了這種器件。圖12是這種器件的內(nèi)部典型結(jié)構(gòu)。圖12達林頓模塊電路典型結(jié)構(gòu)兩個二極管左側(cè)是加速二極管，右側(cè)為續(xù)流二極管。加速二極管的原理是引進了電流串聯(lián)正反饋，達到加速的目的。這種器件的制造水平是1800V/800A/2KHZ、600V/3A/100KHZ左右（參考）。三可控硅SCR可控硅在大電流、高耐壓場合還是必須的，但在常規(guī)工業(yè)控制的低壓、中小電流控制中，已逐步被新型器件取代。目前的研制水平在12KV/8000A左右（參考）。由于可控硅換流電路復雜，逐步開發(fā)了門極關(guān)斷晶閘管GTO。制造水平達到8KV/8KA，頻率為1KHZ左右。無論是SCR還是GTO，控制電路都過于復雜，特別是需要龐大的吸收電路。而且，速度低，因此限制了它的應用范圍拓寬。集成門極換流晶閘管IGCT和MOS關(guān)斷晶閘管之類的器件在控制門極前使用了MOS柵，從而達到硬關(guān)斷能力。四功率MOSFET又叫功率場效應管或者功率場控晶體管。其特點是驅(qū)動功率小，速度高，安全工作區(qū)寬。但高壓時，導通電阻與電壓的平方成正比，因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。適合低壓100V以下，是比較理想的器件。目前的研制水平在1000V/65A左右（參考）。商業(yè)化的產(chǎn)品達到60V/200A/2MHZ、500V/50A/100KHZ。是目前速度最快的功率器件。五IGBT又叫絕緣柵雙極型晶體管。這種器件的特點是集MOSFET與GTR的優(yōu)點于一身。輸入阻抗高，速度快，熱穩(wěn)定性好。通態(tài)電壓低，耐壓高，電流大。目前這種器件的兩個方向一是朝大功率，二是朝高速度發(fā)展。大功率IGBT模塊達到12001800A/18003300V的水平（參考）。速度在中等電壓區(qū)域（370600V），可達到150180KHZ。它的電流密度比MOSFET大，芯片面積只有MOSFET的40。但速度比MOSFET低。盡管電力電子器件發(fā)展過程遠比我們現(xiàn)在描述的復雜，但是MOSFET和IGBT，特別是IGBT已經(jīng)成為現(xiàn)代功率電子器件的主流。因此，我們下面的重點也是這兩種器件。第三節(jié)功率場效應管MOSFET功率場效應管又叫功率場控晶體管。一原理半導體結(jié)構(gòu)分析略。本講義附加了相關(guān)資料，供感興趣的同事可以查閱。實際上，功率場效應管也分結(jié)型、絕緣柵型。但通常指后者中的MOS管，即MOSFET（METALOXIDESEMICONDUCTORFIELDEFFECTTRANSISTOR）。它又分為N溝道、P溝道兩種。器件符號如下N溝道P溝道圖13MOSFET的圖形符號MOS器件的電極分別為柵極G、漏極D、源極S。和普通MOS管一樣，它也有耗盡型柵極電壓為零時，即存在導電溝道。無論VGS正負都起控制作用。增強型需要正偏置柵極電壓，才生成導電溝道。達到飽和前，VGS正偏越大，IDS越大。一般使用的功率MOSFET多數(shù)是N溝道增強型。而且不同于一般小功率MOS管的橫向?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)，使用了垂直導電結(jié)構(gòu)，從而提高了耐壓、電流能力，因此又叫VMOSFET。二特點這種器件的特點是輸入絕緣電阻大（1萬兆歐以上），柵極電流基本為零。驅(qū)動功率小，速度高，安全工作區(qū)寬。但高壓時，導通電阻與電壓的平方成正比，因而提高耐壓和降低高壓阻抗困難。適合低壓100V以下，是比較理想的器件。目前的研制水平在1000V/65A左右（參考）。其速度可以達到幾百KHZ，使用諧振技術(shù)可以達到兆級。三參數(shù)與器件特性無載流子注入，速度取決于器件的電容充放電時間，與工作溫度關(guān)系不大，故熱穩(wěn)定性好。（1）轉(zhuǎn)移特性ID隨UGS變化的曲線，成為轉(zhuǎn)移特性。從下圖可以看到，隨著UGS的上升，跨導將越來越高。圖14MOSFET的轉(zhuǎn)移特性（2）輸出特性（漏極特性）輸出特性反應了漏極電流隨VDS變化的規(guī)律。這個特性和VGS又有關(guān)聯(lián)。下圖反映了這種規(guī)律。圖中，爬坡段是非飽和區(qū)，水平段為飽和區(qū)，靠近橫軸附近為截止區(qū)，這點和GTR有區(qū)別。圖15MOSFET的輸出特性VGS0時的飽和電流稱為飽和漏電流IDSS。（3）通態(tài)電阻RONIDUGSIDIDVDSVGS通態(tài)電阻是器件的一個重要參數(shù)，決定了電路輸出電壓幅度和損耗。該參數(shù)隨溫度上升線性增加。而且VGS增加，通態(tài)電阻減小。（4）跨導MOSFET的增益特性稱為跨導。定義為GFSID/VGS顯然，這個數(shù)值越大越好，它反映了管子的柵極控制能力。（5）柵極閾值電壓柵極閾值電壓VGS是指開始有規(guī)定的漏極電流（1MA）時的最低柵極電壓。它具有負溫度系數(shù)，結(jié)溫每增加45度，閾值電壓下降10。（6）電容MOSFET的一個明顯特點是三個極間存在比較明顯的寄生電容，這些電容對開關(guān)速度有一定影響。偏置電壓高時，電容效應也加大，因此對高壓電子系統(tǒng)會有一定影響。有些資料給出柵極電荷特性圖，可以用于估算電容的影響。以柵源極為例，其特性如下可以看到器件開通延遲時間內(nèi)，電荷積聚較慢。隨著電壓增加，電荷快速上升，對應著管子開通時間。最后，當電壓增加到一定程度后，電荷增加再次變慢，此時管子已經(jīng)導通。圖16柵極電荷特性（8）正向偏置安全工作區(qū)及主要參數(shù)MOSFET和雙極型晶體管一樣，也有它的安全工作區(qū)。不同的是，它的安全工作區(qū)是由四根線圍成的。最大漏極電流IDM這個參數(shù)反應了器件的電流驅(qū)動能力。最大漏源極電壓VDSM它由器件的反向擊穿電壓決定。最大漏極功耗PDM它由管子允許的溫升決定。漏源通態(tài)電阻RON這是MOSFET必須考慮的一個參數(shù)，通態(tài)電阻過高，會影響輸出效率，增加損耗。所以，要根據(jù)使用要求加以限制。VGSQG圖17正向偏置安全工作區(qū)第四節(jié)絕緣柵雙極晶體管IGBT又叫絕緣柵雙極型晶體管。一原理半導體結(jié)構(gòu)分析略。本講義附加了相關(guān)資料，供感興趣的同事可以查閱。該器件符號如下N溝道P溝道圖18IGBT的圖形符號注意，它的三個電極分別為門極G、集電極C、發(fā)射極E。GGCECEIDVDSVDSMIDMPCMRON圖19IGBT的等效電路圖。上面給出了該器件的等效電路圖。實際上，它相當于把MOS管和達林頓晶體管做到了一起。因而同時具備了MOS管、GTR的優(yōu)點。二特點這種器件的特點是集MOSFET與GTR的優(yōu)點于一身。輸入阻抗高，速度快，熱穩(wěn)定性好。通態(tài)電壓低，耐壓高，電流大。它的電流密度比MOSFET大，芯片面積只有MOSFET的40。但速度比MOSFET略低。大功率IGBT模塊達到12001800A/18003300V的水平（參考）。速度在中等電壓區(qū)域（370600V），可達到150180KHZ。三參數(shù)與特性（1）轉(zhuǎn)移特性圖110IGBT的轉(zhuǎn)移特性這個特性和MOSFET極其類似，反映了管子的控制能力。（2）輸出特性ICUGEVCEVGEICID圖111IGBT的輸出特性它的三個區(qū)分別為靠近橫軸正向阻斷區(qū)，管子處于截止狀態(tài)。爬坡區(qū)飽和區(qū)，隨著負載電流IC變化，UCE基本不變，即所謂飽和狀態(tài)。水平段有源區(qū)。（3）通態(tài)電壓VON圖112IGBT通態(tài)電壓和MOSFET比較所謂通態(tài)電壓，是指IGBT進入導通狀態(tài)的管壓降VDS，這個電壓隨VGS上升而下降。由上圖可以看到，IGBT通態(tài)電壓在電流比較大時，VON要小于MOSFET。MOSFET的VON為正溫度系數(shù)，IGBT小電流為負溫度系數(shù)，大電流范圍內(nèi)為正溫度系數(shù)。（4）開關(guān)損耗常溫下，IGBT和MOSFET的關(guān)斷損耗差不多。MOSFET開關(guān)損耗與溫度關(guān)系不大，但IGBT每增加100度，損耗增加2倍。開通損耗IGBT平均比MOSFET略小，而且二者都對溫度比較敏感，且呈正溫度系數(shù)。兩種器件的開關(guān)損耗和電流相關(guān)，電流越大，損耗越高。（5）安全工作區(qū)與主要參數(shù)ICM、UCEM、PCMIGBT的安全工作區(qū)是由電流ICM、電壓UCEM、功耗PCM包圍的區(qū)域。IVONIGBTMOSFETICUCE安全工作區(qū)ICMUCEM圖113IGBT的功耗特性最大集射極間電壓UCEM取決于反向擊穿電壓的大小。最大集電極功耗PCM取決于允許結(jié)溫。最大集電極電流ICM則受元件擎住效應限制。所謂擎住效應問題由于IGBT存在一個寄生的晶體管，當IC大到一定程度，寄生晶體管導通，柵極失去控制作用。此時，漏電流增大，造成功耗急劇增加，器件損壞。安全工作區(qū)隨著開關(guān)速度增加將減小。（6）柵極偏置電壓與電阻IGBT特性主要受柵極偏置控制，而且受浪涌電壓影響。其DI/DT明顯和柵極偏置電壓、電阻RG相關(guān)，電壓越高，DI/DT越大，電阻越大，DI/DT越小。而且，柵極電壓和短路損壞時間關(guān)系也很大，柵極偏置電壓越高，短路損壞時間越短。第二部分開關(guān)電源基礎(chǔ)第一節(jié)開關(guān)電源的基本控制原理一開關(guān)電源的控制結(jié)構(gòu)一般地，開關(guān)電源大致由輸入電路、變換器、控制電路、輸出電路四個主體組成。如果細致劃分，它包括輸入濾波、輸入整流、開關(guān)電路、采樣、基準電源、比較放大、震蕩器、V/F轉(zhuǎn)換、基極驅(qū)動、輸出整流、輸出濾波電路等。實際的開關(guān)電源還要有保護電路、功率因素校正電路、同步整流驅(qū)動電路及其它一些輔助電路等。下面是一個典型的開關(guān)電源原理框圖，掌握它對我們理解開關(guān)電源有重要意義。圖21開關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)框圖采樣電路比較放大基準電源V/F轉(zhuǎn)換震蕩器基極驅(qū)動開關(guān)器件變壓器整流濾波保護電路功率因素校正濾波整流浪涌抑制輸入電路變換電路輸出電路控制電路PM電路（類型PFM）根據(jù)控制類型不同，PM（脈沖調(diào)制）電路可能有多種形式。這里是典型的PFM結(jié)構(gòu)。二開關(guān)電源的構(gòu)成原理（一）輸入電路線性濾波電路、浪涌電流抑制電路、整流電路。作用把輸入電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)化為符合要求的開關(guān)電源直流輸入電源。1線性濾波電路抑制諧波和噪聲。2浪涌濾波電路抑制來自電網(wǎng)的浪涌電流。3整流電路把交流變?yōu)橹绷?。有電容輸入型、扼流圈輸入型兩種，開關(guān)電源多數(shù)為前者。（二）變換電路含開關(guān)電路、輸出隔離（變壓器）電路等，是開關(guān)電源電源變換的主通道，完成對帶有功率的電源波形進行斬波調(diào)制和輸出。這一級的開關(guān)功率管是其核心器件。1開關(guān)電路驅(qū)動方式自激式、他激式。變換電路隔離型、非隔離型、諧振型。功率器件最常用的有GTR、MOSFET、IGBT。調(diào)制方式PWM、PFM、混合型三種。PWM最常用。2變壓器輸出分無抽頭、帶抽頭。半波整流、倍流整流時，無須抽頭，全波時必須有抽頭。（三）控制電路向驅(qū)動電路提供調(diào)制后的矩形脈沖，達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的?；鶞孰娐诽峁╇妷夯鶞省Ｈ绮⒙?lián)型基準LM358、AD589，串聯(lián)型基準AD581、REF192等。采樣電路采取輸出電壓的全部或部分。比較放大把采樣信號和基準信號比較，產(chǎn)生誤差信號，用于控制電源PM電路。V/F變換把誤差電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號。振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩波?；鶚O驅(qū)動電路把調(diào)制后的振蕩信號轉(zhuǎn)換成合適的控制信號，驅(qū)動開關(guān)管的基極。（四）輸出電路整流、濾波。把輸出電壓整流成脈動直流，并平滑成低紋波直流電壓。輸出整流技術(shù)現(xiàn)在又有半波、全波、恒功率、倍流、同步等整流方式。第二節(jié)各類拓補結(jié)構(gòu)電源分析一非隔離型開關(guān)變換器（一）降壓變換器BUCK電路降壓斬波器，入出極性相同。由于穩(wěn)態(tài)時，電感充放電伏秒積相等，因此（UIUO）TONUOTOFF，UITONUOTONUOTOFF,UITONUOTONTOFF,UO/UITON/TONTOFF即，輸入輸出電壓關(guān)系為UO/UI占空比圖22BUCK電路拓補結(jié)構(gòu)在開關(guān)管S通時，輸入電源通過L平波和C濾波后向負載端提供電流；當S關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負載電流連續(xù)。輸出電壓因為占空比作用，不會超過輸入電源電壓。（二）升壓變換器BOOST電路升壓斬波器，入出極性相同。利用同樣的方法，根據(jù)穩(wěn)態(tài)時電感L的充放電伏秒積相等的原理，可以推導出電壓關(guān)系UO/UI1/（1）UOIDSIDVDIDLIDCIDUIIDUOIDSIDVDIDLIDCID圖23BOOST電路拓補結(jié)構(gòu)這個電路的開關(guān)管和負載構(gòu)成并聯(lián)。在S通時，電流通過L平波，電源對L充電。當S斷時，L向負載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓UIUL，因而有升壓作用。（三）逆向變換器BUCKBOOST電路升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。電壓關(guān)系UO/UI/（1）圖24BUCKBOOST電路拓補結(jié)構(gòu)S通時，輸入電源僅對電感充電，當S斷時，再通過電感對負載放電來實現(xiàn)電源傳輸。所以，這里的L是用于傳輸能量的器件。（四）丘克變換器CUK電路升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。電壓關(guān)系UO/UI/（1）。N2C1TC2L2RUOVDL1SUIUIIDUOIDSIDVDIDCIDL圖25CUK變換器電路拓補結(jié)構(gòu)當開關(guān)S閉合時，UI對L1充電。當S斷開時，UIEL1通過VD對C1進行充電。再當S閉合時，VD關(guān)斷，C1通過L2、C2濾波對負載放電，L1繼續(xù)充電。這里的C1用于傳遞能量，而且輸出極性和輸入相反。二隔離型開關(guān)變換器1推挽型變換器下面是推挽型變換器的電路。圖26推挽型變換電路S1和S2輪流導通，將在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負載。由于電感L在開關(guān)之后，所以當變比為1時，它實際上類似于降壓變換器。2半橋型變換器圖26給出了半橋型變換器的電路圖。當S1和S2輪流導通時，一次側(cè)將通過電源S1TC2電源及電源C1TS2電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負載。同樣地，這個電路也相當于降壓式拓補結(jié)構(gòu)。圖27半橋式變換電路S2S1LCRN1N1N2N2UIUOTC2UIS2S1LRN1N2N2UOTC1C23全橋型變換器下圖是全橋變換器電路。圖28全橋式變換電路當S1、S3和S2、S4兩兩輪流導通時，一次側(cè)將通過電源S2TS4電源及電源S1TS3電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動電流，經(jīng)過全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號，再經(jīng)L、C濾波，送給負載。這個電路也相當于降壓式拓補結(jié)構(gòu)。4正激型變換器下圖為正激式變換器。圖29正激型變換器電路當S導通時，原邊經(jīng)過輸入電源N1S輸入電源，產(chǎn)生電流。當S斷開時，N1能量轉(zhuǎn)移到N3，經(jīng)N3電源VD3向輸入端釋放能量，避免變壓器過飽和。VD1用于整流，VD2用于S斷開期間續(xù)流。5隔離型CUK變換器隔離型CUK變換器電路如下所示CUIS3S2LRN1N2N2UOTS4S1TN3CLRN2UOSN1VD1VD2VD3UIN2C12TC2L2RUOSN1VDUIL1C11圖210隔離型CUK變換器當S導通時，UI對L1充電。當S斷開時，UIEL1對C11及變壓器原邊放電，同時給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應出脈動直流信號，通過VD對C12反向充電。在S導通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過L2、C2濾波后，對負載放電。這里的C12明顯是用于傳遞能量的，所以CUK電路是電容傳輸變換電路。6電流變換器能量回饋型電流變換器電路如下圖所示。圖211能量回饋型電流變換器電路該電路與推挽電路類似。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個電感。其作用是在S1、S2斷開期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到N3繞組，通過VD3回饋到輸入端。（上圖懷疑N3同名端反了。）下面是升壓型變換器的電路圖圖212升壓型電流變換器電路S2S1CRN1N1N2N2UIUOTLVD1VD2S2S1CRN1N1N2N2UIUOTN4N3VD1VD2VD3該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個電感。在開關(guān)導通期間，L積蓄能量。當一側(cè)開關(guān)斷開時，電感電動勢和UI疊加在一起，對另一側(cè)放電。因此，L有升壓作用。三準諧振型變換器在脈沖調(diào)制電路中，加入R、L諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準正弦波。這種開關(guān)電源成為諧振式開關(guān)電源。利用一定的控制技術(shù)，可以實現(xiàn)開關(guān)管在電流或電壓波形過零時切換，這樣對縮小電源體積，增大電源控制能力，提高開關(guān)速度，改善紋波都有極大好處。所以諧振開關(guān)電源是當前開關(guān)電源發(fā)展的主流技術(shù)。又分為1ZCS零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。2ZVS零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。具體關(guān)于這個技術(shù)的簡單介紹，見后面相關(guān)內(nèi)容。四開關(guān)電源的分類總結(jié)開關(guān)電源的分類（一）按控制方式脈沖調(diào)制變換器驅(qū)動波形為方波。PWM、PFM、混合式。諧振式變換器驅(qū)動波形為正弦波。又分ZCS（零電流諧振開關(guān)）、ZVS（零電壓諧振開關(guān)）兩種。（二）按電壓轉(zhuǎn)換形式1AC/DC一次電源。即整流電源。2DC/DC二次電源。1BUCK電路降壓斬波器，入出極性相同。2BOOST升壓斬波器，入出極性相同。3BUCKBOOST升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。4CUK升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。（三）按拓補結(jié)構(gòu)1隔離型有變壓器。2非隔離型無變壓器。第三節(jié)諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù)本節(jié)討論諧振式開關(guān)電源的有關(guān)知識。231電路的諧振現(xiàn)象為了更好地理解諧振式電源，這里回憶一下電路諧振的條件及其特點。一、串聯(lián)電路的諧振一個R、L、C串聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復阻抗ZRJL1/C一定條件下，使得XLXC，即L1/C，ZR，此時的電路狀態(tài)稱為串聯(lián)諧振。明顯地，串聯(lián)諧振的特點是1阻抗角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。2此時的阻抗最小，電路電流有效值達到最大。3諧振頻率O1/LC。4諧振系數(shù)或品質(zhì)因素QOL/R1/OCR（L/C）/R。由于串聯(lián)諧振時，L、C電壓彼此抵消，因此也稱為電壓諧振。從外部看，L、C部分類似于短路。而此時UC、UL是輸入電壓U的Q倍。Q值越大，振蕩越強。這里的Z0L/C，我們稱為特性阻抗，它決定了諧振的強度。5諧振發(fā)生時，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復進行充放電過程，形成正弦波振蕩。二、并聯(lián)電路的諧振一個R、L、C并聯(lián)電路，在正弦電壓作用下，其復導納Y1/RJ1/LC一定條件下，使得YLYC，即1/LC，Y1/R，此時的電路狀態(tài)稱為并聯(lián)諧振。明顯地，串并諧振的特點是1導納角等于零，電路呈純電阻性，因而電路端電壓U和電流I同相。2此時的導納最小，電路電流有效值達到最小。3諧振頻率O1/LC。4由于并聯(lián)諧振時，L、C電流彼此抵消，因此也稱為電流諧振。從外部看，L、C部分類似于開路，L、C各自有效電流卻達到最大。5諧振發(fā)生時，C、L中的能量不斷互相轉(zhuǎn)換，二者之間反復進行充放電過程，形成正弦波振蕩。232諧振式電源的基本原理諧振式電源是新型開關(guān)電源的發(fā)展方向。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過零時切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。同時，也使得電源諧波成分大為降低。另外，電源頻率得到大幅度提高。PWM一般只能達到幾百K，但諧振開關(guān)電源可以達到1M以上。普通傳統(tǒng)的開關(guān)電源功率因素在0407，諧振式電源結(jié)合功率因素校正技術(shù)，功率因素可以達到095以上，甚至接近于1。從而大大抑制了對電網(wǎng)的污染。這種開關(guān)電源又分為1ZCS零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時關(guān)斷。2ZVS零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時關(guān)斷。在脈沖調(diào)制電路中，加入L、C諧振電路，使得流過開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準正弦波。下面是這兩種開關(guān)的簡單原理圖。圖213電流諧振式開關(guān)電路電壓諧振式開關(guān)電路ICUISLRCRVDICUISLRCRVDSISTSTONTOFFSUSTSONOFFZCS電流諧振開關(guān)中，LR、CR構(gòu)成的諧振電路通過LR的諧振電流通過S，我們可以控制開關(guān)在電流過零時進行切換。這個諧振電路的電流是正弦波，而US為矩形波電壓。ZVS電壓諧振開關(guān)中，LR、CR構(gòu)成的諧振電路的CR端諧振電壓并聯(lián)到S，我們可以控制開關(guān)在電壓過零時進行切換。這個諧振電路的電壓是正弦波，而IS接近矩形波。以上兩種電路，由于開關(guān)切換時，電流、電壓重疊區(qū)很小，所以切換功率也很小。以上開關(guān)電源是半波的，當然也可以設計成全波的。所以又有半波諧振開關(guān)和全波諧振開關(guān)的區(qū)分。233諧振開關(guān)的動態(tài)過程分析實際上，諧振開關(guān)中的所謂“諧振”并不是真正理論上的諧振，而是L、C電路在送電瞬間產(chǎn)生的一個阻尼振蕩過程。下面，我們對這個過程做一些分析，以了解諧振開關(guān)的工作原理。一、零電流開關(guān)實際的零電流開關(guān)諧振部分拓補又分L型和M型。如下面兩組圖形所示圖214L型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）圖215M型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）這里的L1用于限制DI/DT，C1用于傳輸能量，在開關(guān)導通時，構(gòu)成串聯(lián)諧振。用零電流開關(guān)替代PWM電路的半導體開關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。按照BUCK電路的拓補結(jié)果，可以得到如下電路SL1C1SL1C1VD1SL1C1VD1SL1C1SL1C1VD1SL1C1VD1圖216BUCK型準諧振ZCS變換器（L型）圖217BUCK型準諧振ZCS變換器（M型）這里，我們分析一下L型電路的工作過程。假定這是一個理想器件組成的電源。L2遠大于L1，從L2左側(cè)看，可以認為流過L2、C2、RL的輸出電流是一個恒流源，電流I0。諧振角頻率01/L1C1。特性阻抗Z0L1/C1）。動態(tài)過程如下1線性階段（T0T1）在S導通前，VD2處于續(xù)流階段。此時VVD2VC10。S導通時，L1電流由0開始上升，由于續(xù)流沒有結(jié)束，此時初始VL1VI。由VL1VIL1DI/DT，且L1初始電流為0，有I1VITT0/L1式1到T1時刻，達到負載電流I0，因此此階段持續(xù)時間T1T1T0L1I0/VI由式1，可以看出，此階段I1是時間的線性函數(shù)。2諧振階段（T1T2）VIVD2VD1L1L2C2RLSC1V0VIVD2VD1L1L2C2RLSC1V0I1在電流I1上升期間，當I1小于I0時，由于I1無法供應恒流I0，續(xù)流過程將維持。當I1I0時，將以I1I0對C1充電，VD2開始承受正壓，VD2電流下降并截止。L1、C1開始串聯(lián)諧振，I1因諧振繼續(xù)上升。IC1C1DVC1/DTI1I0VL1L1DI1/DTVIVC1因而I1I0IC1I0VI/Z0SIN0TT1式2其中，IC1為諧振電流。VC1VIVL1VIVICOS0TT1VI1ICOS0TT1式3諧振到TA時刻，諧振電流歸零。如為半波開關(guān)，則開關(guān)自行關(guān)斷；如果是全波開關(guān)，開關(guān)關(guān)斷后，將通過VD1進行阻尼振蕩，將電容能量饋送回電源，到時刻TB電流第二次為0。本階段結(jié)束，這時的時刻為T2。VC1在I1諧振半個周期，I1I0時，達最大值。I1第一次過零（TA）時，S斷開。如為半波開關(guān)，則諧振階段結(jié)束。如為全波開關(guān)，C1經(jīng)半個周期的阻尼振蕩到電流為0（TB）時，將放電到一個較小值。從式2、3，可以看出諧振階段TA前，I1、VC1是時間的正弦函數(shù)；如為全波開關(guān)，還有一段時間的阻尼振蕩波。3恢復階段（T2T3）由于VC1滯后1/4個諧振周期，因而在T2后，因L2的作用還將繼續(xù)向負載放電，直至VC10。這階段，如考慮電流方向性I0C1DVC1/DT故VC1VC1（T2）I0（TT2）/C1式4因此，這個階段的VC1是時間的線性函數(shù)，電壓從VC1（T2）逐步下降到零。如為半波開關(guān)，則開關(guān)分壓也將線性上升到輸入電源值。4續(xù)流階段（T3T4）當電容放電到零后，VD2因反壓消失而導通，對L2及負載進行續(xù)流，以保持電流I0連續(xù)。此時，我們可以根據(jù)電路的要求，選擇在適當時間再次開通S，重新開始線性階段。根據(jù)以上導出的各公式，可以得到如下的波形圖TTTTTTTTSILVSVC1ONONSILVSVC1T0T1T3T4T0T1T3T4T2T2圖218半波ZCS開關(guān)波形全波ZCS開關(guān)波形從以上分析可以看出，ZCS諧振開關(guān)變換器的開關(guān)管總是在電流為0時進行切換。實際情況與理想分析有所不同，VC1將有所超前。M型電路分析方法類似，不再贅述。二、零電壓開關(guān)ZCS在S導通時諧振，而ZVS則在S截止時諧振，二者形成對偶關(guān)系。分析過程大體類似，此處從略。綜合以上分析過程，我們可以看出，該拓補諧振結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)PFM調(diào)節(jié)，而無法實現(xiàn)PWM。原因是脈沖寬度僅受諧振參數(shù)控制。要實現(xiàn)PWM，還需要增加輔助開關(guān)管。這在本節(jié)“四、軟開關(guān)技術(shù)及常見拓補簡介”中將予以介紹。234軟開關(guān)技術(shù)及常見軟開關(guān)拓補簡介軟開關(guān)技術(shù)實際上是利用電容與電感的諧振，使開關(guān)器件中的電流或電壓按正弦或準正弦規(guī)律變化。當電流過零時，使器件關(guān)斷，當電壓過零時，使器件開通，實現(xiàn)開關(guān)的近似零損耗。同時，有助于提高頻率，提高開關(guān)的容量，減小噪聲。相對于軟開關(guān)，普通開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換器也叫硬開關(guān)。按控制方式，軟開關(guān)可以分為脈沖寬度脈沖頻率調(diào)制式（PFM）、脈沖頻率調(diào)制式（PWM）、脈沖移相式（PS）三種。一、PWM變換器I0PWM控制方式是指在開關(guān)管工作頻率恒定的前期下，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法來實現(xiàn)穩(wěn)定輸出。這是應用最多的方式，適用于中小功率的開關(guān)電源。1零電流開關(guān)PWM變換器圖219BUCK型ZCSPWM變換器上圖是增加輔助開關(guān)控制的BUCK型零電流開關(guān)變換器。其工作過程與前面過程略有差異1）線性階段（S1、S2導通）開始時，在LR作用下，S1零電流導通。隨后，因UIN作用，ILR線性上升，并到達ILRIO。2）正向諧振階段（S1、S2導通關(guān)斷）當ILRIO時，因CR開始產(chǎn)生電壓，VD在零電流下自然關(guān)斷。之后，LR與CR開始諧振，經(jīng)過半個諧振周期，ILR再次諧振到IO，UCR上升到最大值，而ICR為零，S2關(guān)斷，UCR和ILR將被保持，無法繼續(xù)諧振。3）保持階段（S1導通、S2關(guān)斷）此狀態(tài)保持時間由PWM電路要求而定，保持期間，UIN正常向負載以I0供電。4）反向諧振階段（S1導通關(guān)斷、S2導通）當需要關(guān)斷S1時，可以控制重新打開S2，此時在LR作用下，S2電流為0。諧振再次開始，當ILR反向諧振到0時，S1可在零電流零電壓下完成關(guān)斷。5）恢復階段（S1關(guān)斷、S2導通）此后，UCR在IO作用下，衰減到0。6）續(xù)流階段（S1關(guān)斷、S2導通關(guān)斷）UCR衰減到0后，VD自然導通開始續(xù)流。由于VD的短路作用，S2可在此后至下一周期到來前以零壓零電流方式完成關(guān)斷。UINCRVD1VDVDSLRLLCSR0S1S2ILRI0可見，S1在前四個階段（線性、諧振、保持）均導通，恢復及續(xù)流時關(guān)斷。S2的作用主要是隔斷諧振產(chǎn)生保持階段。S1、S2的有效控制產(chǎn)生了PWM的效果，并利用諧振實現(xiàn)了自身的軟開關(guān)。該電路的開關(guān)管及二極管均在零電壓或零電流條件下通斷，主開關(guān)電壓應力低，但電流應力大（諧振作用）。續(xù)流二極管電壓應力大，而且諧振電感在主通路上，因而負載、輸入等將影響ZCS工作狀態(tài)。2零電壓開關(guān)PWM變換器圖220BOOST型ZVSPWM變換器上面是BOOST型零電壓諧振變換器。在每次S1導通前，首先輔助開關(guān)管S2導通，使諧振電路起振。S1兩端電壓諧振為0后，開通S1。S1導通后，迅速關(guān)斷S2，使諧振停止。此時，電路以常規(guī)PWM方式運行。同樣，我們可以利用諧振再次關(guān)斷S1，CR使得主開關(guān)管可以實現(xiàn)零關(guān)斷。S1、S2的配合控制，實現(xiàn)軟開關(guān)下的PWM調(diào)節(jié)。該電路實現(xiàn)了主開關(guān)管的零壓導通，且保持恒頻率運行。在較寬的輸入電壓和負載電流范圍內(nèi)，可以滿足ZVS條件二極管零電流關(guān)斷。期缺點是輔助開關(guān)管不在軟件開關(guān)條件下運行，但和主開關(guān)管相比，它只處理少量的諧振能量。3有源鉗位的零電壓開關(guān)PWM變換器下圖為有源鉗位的ZVS開關(guān)PWM變換器，這是個隔離型降壓變換器。其中，LR為變壓器的漏電感，LM是變壓器的激磁電感。CR為S1、S2的結(jié)電容。這個電路巧妙地利用電路的寄生LR、CR產(chǎn)生諧振而達到ZVS條件。同時，CR有電壓鉗位作用，防止S1在關(guān)斷時過壓。這里的輔助開關(guān)S2同樣是通過控制諧振時刻，來配合S1進行軟開關(guān)。該電路具體工作過程從略。UOSCRVD1VD4LLCSR0S1S2LRI0VD2VD3圖221有源鉗位ZVSPWM正激變換器（這個開關(guān)的課堂講解略）。二、PFM變換器PFM是指通過調(diào)節(jié)脈沖頻率（開關(guān)管的工作頻率）來實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的。它控制電路相對簡單，但由于它工作頻率不穩(wěn)定，因此一般用于負載及輸入電壓相對穩(wěn)定的場合。1BUCK零電流開關(guān)變換器圖222BUCK型ZCS準諧振變換器該電路就是前面動態(tài)過程分析講的典型ZCS降壓型拓補結(jié)構(gòu)。我們可利用諧振電流過零來實現(xiàn)S1通斷，脈寬事實上受諧振電路參數(shù)控制，但我們可以控制S1開通時刻（即頻率）來實現(xiàn)PFM。2BUCK零電壓開關(guān)變換器R0I0UOSCRVDVDSLRL1C1S1UOSLMCCR0S2CSLRS1CRUINCRVDVDSLRCRR0SCSI0圖223BUCK型ZVS準諧振變換器這個電路是一個BUCK型電路結(jié)構(gòu)它利用。它直接利用輸出電感作為諧振電感，和CR產(chǎn)生諧振。過程是1）線性階段（S導通）S導通時，輸入電壓UIN將對CR充電，并提供輸出恒流I0。開始時，由于續(xù)流過程沒有結(jié)束，VD將維持一段時間向LR提供電流。2）諧振階段1（S導通關(guān)斷）隨著CR電壓的上升，VD逐步承受反壓關(guān)斷。LR、CR開始諧振，輸入電源既要提供負載恒定電流，又要提供諧振電流。由于電源鉗位作用，VD無法恢復續(xù)流。諧振中，可以選擇某一時刻關(guān)斷S，關(guān)斷時兩端電壓為0。3）諧振階段2（S關(guān)斷）此后，LR、CR、CS共同諧振。當CR電壓諧振到過零時，VD重新導通續(xù)流。4）諧振階段3（S關(guān)斷導通）續(xù)流期間，LR、CS繼續(xù)諧振。當CS電壓過零時，可以重新開通S。這個電路是利用S的關(guān)斷時刻來達到PFM調(diào)節(jié)的。三、PS軟開關(guān)變換器脈沖移相軟開關(guān)變換器用于橋式變換器。橋式變換器必須是在對角開關(guān)管同時導通時，才輸出功率。我們可以通過調(diào)整對角開關(guān)管的重合角度，來達到調(diào)節(jié)電壓的目的。在中、大功率電源中，經(jīng)常使用這種變換器。1移相全橋零電壓零電流變換器下圖是移相式PSFBZVZCSPWM（移相全橋零電壓零電流脈寬調(diào)制）變換器電路拓補結(jié)構(gòu)圖。C1C、C2C是開關(guān)管結(jié)電容或并聯(lián)電容，LR為變壓器的漏電感，LS為串聯(lián)的飽和電感，CB為阻斷電容。VD1VD4用做續(xù)流二極管。原理簡述這是一個全波橋軟開關(guān)變換器，我們可以讓S3、S4在移相時滯后，則我們把S1、S2稱為超前橋臂，S3、S4稱為滯后橋臂。S1、S2可以在LR、LS、C1C、C2C、副邊耦合電感等的諧振作用下，實現(xiàn)零電壓開關(guān)。在電流過零時，由于阻斷電容、飽和電感作用，使得零電流有一定保持時間，在此期間，S3、S4實現(xiàn)零開關(guān)。如果把LS、CB去掉，在S3、S4兩端并聯(lián)兩個諧振電容，就構(gòu)成了移相全橋零電壓變換器。UOSR0S1S2S3S4C1CC2CVD1VD2VD3VD4CBLSLRLRCR圖224移相全橋零電壓零電流變換器2不對稱移相全橋零電壓零電流變換器下圖中，超前臂外接了旁路電容和反并二極管，而滯后臂則沒有。所以稱為不對稱移相全橋變換器。這個電路同樣是通過諧振在零壓時開關(guān)S1、S3，而在零電流開關(guān)S2、S4。這個電路和對稱全橋的區(qū)別是，對稱全橋由于滯后橋臂有續(xù)流二極管和電容，因此在電流過零后，將形成反向流通渠道，因此要有比較大的電感來維持電流過零的時間，以完成對滯后橋臂的開關(guān)。而不對稱全橋則因為滯后橋臂沒有了通路，因此過零后能保持在零電流，以便完成滯后臂的開關(guān)。同時，由于對稱全橋電路原邊串聯(lián)了比較大的電感，因而電源效率會有一定損失。而不對稱電路可以不串較大電感，所以損耗降低，電源效率得以提高。下面是該電路的工作過程要點分析如下VIR0S1S3S2S4C1C2VD1VD2LKL0C0C3SCCC圖225不對稱移相全橋零電壓零電流變換器1）先看對角導通，如S1、S4開通時，原邊能量正常向副邊傳輸，C2、CC充電。2）當S1關(guān)斷時，C1充電，C2放電，原邊電流方向不變。由于C1上升是漸進的，所以S1屬于零壓關(guān)斷。3）當C2放電過零，VD2開始反向?qū)〞r，可以控制S3導通，因此S3為零壓導通。4）S3導通上升沿觸發(fā)一單穩(wěn)態(tài)脈沖，控制輔管SC導通。此時，CC電壓被瞬間接到變壓器副邊。從而在原邊產(chǎn)生一瞬間高壓，此較高電壓將加快原邊電流迅速復位歸零。5）當電流回零后，輔管關(guān)斷。此時副邊又被鉗制在近似短路的低電壓，原邊電壓也迅速降低。使得C3電壓反向加到S4上，促使S4在零電流下關(guān)斷。6）此時，在LK作用下，同時可以零電流開通S2。電流換向成功，進入下半個周期。7）副邊在原邊換向的同時，也完成換向，且由于CC的存在，抑制了整流管的反向尖峰電壓。第四節(jié)其它軟開關(guān)技術(shù)應用及發(fā)展概況其實，為了提高對輸入電壓、負載變化的適應能力，降低開關(guān)管電壓、電流應力，減少開關(guān)損耗等目的，其它改進型的軟開關(guān)類型還有很多，也有許多問題需要討論，遠遠不是這些篇幅所能探討的。這里只簡單瀏覽相關(guān)典型軟開關(guān)電路，感興趣者可查閱相關(guān)專業(yè)資料。一半橋不對稱PWM變換器與全橋變換器不同，在合適的控制方案下，半橋電路也可以組成不對稱ZVS變換器，但無法構(gòu)成ZVZCS電路。它可以實現(xiàn)開關(guān)管的零壓切換，且在寬負載和輸入電壓范圍實現(xiàn)恒頻PWM調(diào)節(jié)。二有源與無源軟開關(guān)一般的軟開關(guān)，分為有源和無源兩種。傳統(tǒng)的軟開關(guān)要附加有源器件（如開關(guān)）及控制電路，近幾年逐步開始開發(fā)無源軟開關(guān)，從而促進了電路的簡化和開關(guān)電源的成本降低。這項技術(shù)的關(guān)鍵是用簡單的電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)DV/DT、DI/DT的降低，從而有效地完成ZVS、ZCS控制，以消除電路中的有源部分。三DC/DC變換器DC/DC變換器實際上就是前面講到的各類變換器。只是去掉開關(guān)電源的輸入電路及部分輸出整流器件，形成簡單的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊。這類器件目前取得了較大范圍的應用，使得用戶可以簡單地構(gòu)件自己的電源系統(tǒng)。這種器件的研發(fā)，成為開關(guān)電源的一個重要分支。四軟開關(guān)逆變器借用軟開關(guān)的概念，在全橋電路上適當改進，可以構(gòu)成軟開關(guān)全橋有源逆變器電路。所以，軟開關(guān)技術(shù)的應用不僅僅限于開關(guān)電源本身，其它類似功率變換電路也可以借用這個技術(shù)，而實現(xiàn)功率器件的軟開關(guān)，從而降低損耗，提高效率。典型的如變頻器、電機保護器。五三電平電路在大功率高電壓變換電路中，管子的電壓應力必須盡量降低。因此，研發(fā)了所謂三電平電路。通過增加“變換電感”和電容器件，達到降低電壓應力的目的。這個方案可以使開關(guān)管電壓應力降低到輸入直流電壓的一半。六其它電路及發(fā)展方向變換器電路實際還有很多問題需要討論，我們在有限的時間內(nèi)不可能完全涉及。變換器目前的發(fā)展大體有如下兩個主要趨勢1、朝高功率密度、大電流發(fā)展。以滿足高功率電源需要。2、朝低壓發(fā)展，以滿足低損耗系統(tǒng)的需要。目前在1VDC電源方向展開了一系列研究。第三部分不二越開關(guān)電源第一節(jié)不二越開關(guān)電源集成控制芯片目前，集成開關(guān)電源控制芯片技術(shù)已經(jīng)十分成熟，為開關(guān)電源的制造帶來極大便利，并促進了成本的下降。這類芯片含有MOS智能開關(guān)、電源管理電路、半橋或全橋逆變器、PWM專用SPIC、線性集成穩(wěn)壓器、開關(guān)集成穩(wěn)壓器等。不二越電源使用的電源控制芯片是M51995AFP。下面我們介紹這種芯片。311芯片管腳排列及說明這個芯片是M51995AP的擴展。M51995AP的管腳排列見圖19，各引腳定義如下圖31M51995AP管腳排列圖COLLECTOR圖騰柱輸出集電極VOUT圖騰柱輸出EMITTER圖騰柱輸出發(fā)射極VFVF控制端ON/OFF工作使能端OVP過壓保護端DET檢測端F/B電壓反饋端TON計時電阻ON端CF計時電容端TOFF計時電阻OFF端CT斷續(xù)方式工作檢測電容端GND芯片地CLM負壓過流檢測端CLM正壓過流檢測端圖32M51995APF管腳排列圖可以看出，除了5、6、15、16四個腳提供兩對熱沉控制端以外，其余都是相同的。312芯片基本特性一、芯片特性M51995A是MITSUBISHI公司推出的專門為AC/DC變換而設計的離線式開關(guān)電源初級PWM控制芯片。該芯片內(nèi)置大容量圖騰柱電路，可以直接驅(qū)動MOSFET。M51995A不僅具有高頻振蕩和快速輸出能力，而且具有快速響應的電流限制功能。它的另一大特點是過流時采用斷續(xù)方式工作，具備過流及短路保護功能。芯片的主要特征如下500KHZ工作頻率；輸出電流達2A，輸出上升時間60S，下降時間40S；起動電流小，典型值為90A；起動和關(guān)閉電壓間壓差大起動電壓為16V，關(guān)閉電壓為10V；改進圖騰柱輸出方法，穿透電流??；過流保護采用斷續(xù)方式工作；用逐脈沖方法快速限制電流；具備欠壓、過壓鎖存電路。二、推薦使用條件電源1236V。工作頻率小于500KHZ。振蕩頻率設置電阻RON1075K，ROFF230K。三、特性圖及簡介這里，有選擇地介紹該器件的主要特性。圖33功率/溫度曲線圖34ICC/VCC曲線（正常工作）1功率/溫度特性它由功率上限、溫度上限、及負溫度特性的斜線組成。低溫區(qū)（25度以下），主要受最大功耗限制，高溫區(qū)（85度以上）受最高允許溫度限制。2585度區(qū)域，呈負溫度特性。芯片使用應控制在這個范圍內(nèi)。2ICC/VCC特性ICC、VCC指電源電流、電壓的關(guān)系。該特性具有滯回特性，即開啟電壓比關(guān)閉電壓高。前者為16V，后者為10V。而且，頻率越高，芯片電流相對越大。圖35振蕩頻率/溫度曲線圖36占空比/溫度曲線3振蕩頻率/溫度特性該芯片內(nèi)置了一個振蕩元件需要外接的振蕩電路，該電路頻率將隨溫度變化而呈現(xiàn)負溫度特性。4占空比/溫度特性占空比隨溫度變化不大，略成負溫度特性。實際上，溫度會影響很多器件的特性，對精密電路，這種影響是必須考慮的。圖37輸出高電平/拉電流曲線圖38輸出低電平/灌電流曲線5輸出高電平/拉電流特性這是芯片工作在灌電流/低電平狀態(tài)的特性。該器件額定電流為2A。6輸出低電平/灌電流特性這是芯片工作在拉電流/高電平狀態(tài)的特性。圖39占空比/F/B輸入電流曲線7占空比/F/B輸入電流特性這個特性反應了電源反饋電流和占空比的關(guān)系。在小電流區(qū)，占空比基本不受反饋電流的影響，但在05MA以上，二者呈線性關(guān)系。反饋信號越強，占空比越低。利用這個特性，可以有效地實現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)過程。313芯片工作原理分析一芯片原理圖M51995A的原理框圖如圖310所示。它主要由振蕩器、反饋電壓檢測變換、PWM比較、PWM鎖存、過壓鎖存、欠壓鎖存、斷續(xù)工作電路、斷續(xù)方式和振蕩控制電路、驅(qū)動輸出及內(nèi)部基準電壓等部分組成。圖310M51995A的原理框圖二、芯片應用原理分析（一）振蕩器1振蕩器原理振蕩電路的等效電路如圖22所示。CF電壓由于恒流源的充放電而呈三角波。圖311振蕩器等效電路RON充電電阻，ROFF放電電阻，CF計時電容如圖311，當開關(guān)S1閉合時，將對CF進行充電。充電電流由RON控制，調(diào)整過程是當RON電阻增大時輸入級基極電流減小造成V1基極電流減小從而減小V1集電極電流（充電電流）；反之，RON減小時，CF充電電流增大。當開關(guān)S1斷開，S2接通電容CF時，CF經(jīng)V2放電。放電電流取決于V2的導通深度，而V2的導通深度決定于其基極電位，基極電位又受對管的集電極控制。過程是當放電電阻ROFF增大時比較晶體管集電極電流減小，電位上升使得V3基極電流減小V3集電極電流也隨之減小，V3兩端壓降增大此時，V2對管集電極電位下降V2基極電位下降V2集電極電流，即放電電流減小。反之，ROFF減小時，CF放電電流將增加。圖中，V2、V3對管的集電極連接到基極，實際上變成了二極管。V4則是V2的對管的有源負載，并和V3共同提供V2基極偏置電流。振蕩器開關(guān)的S1、S2由內(nèi)部充放電控制信號來控制。2振蕩器相關(guān)計算與分析在斷續(xù)方式和振蕩器控制電路不工作時，有關(guān)數(shù)據(jù)核算關(guān)系為占空時間死區(qū)時間實際振蕩周期為二者之和。其中，VTON45V，VTOFF35V，VOSCH44V，VOSCL20V。芯片輸出脈寬為三角波的上升時間，而輸出關(guān)斷時間（死區(qū)時間）則為三角波的下降時間。圖312振蕩器波形圖當發(fā)生過流時，斷續(xù)方式和振蕩控制電路開始工作，此時TOFF端電壓依賴于VF控制端電壓，振蕩器死區(qū)時間將延長。占空時間死區(qū)時間實際振蕩周期為二者之和。其中，VTON45V，VOSCH44V，VOSCL20V，VVFO04V。當VVFVVF0VOFF35V,取VVFVVF035V；在035V范圍內(nèi)，取實際值。所以當UVF35V時振蕩器的工作和沒有發(fā)生過流時一樣。此時的振蕩波形，除啟動時，三角波從零開始以外，穩(wěn)態(tài)時與圖312類似。下面，給出了振蕩頻率/CF、占空比/ROFF的曲線關(guān)系。圖313振蕩頻率/CF曲線圖314占空比/ROFF曲線3VF端的應用方法圖315正激式變換器中VF端的應用通常使VF端電壓正比于變換器的輸出電壓，這樣當發(fā)生過流而使輸出電壓變低時，VF也變低，使得CF放電電流減小，死區(qū)時間（放電時間）也相應變長，從而進一步降低占空比。當然，這個VF端反饋電壓也可以通過隔離變壓器的相關(guān)繞組分壓后獲得。（二）PWM比較鎖存部分圖316為PWM比較和鎖存部分的電路圖圖316PWM比較和鎖存F/B電壓反饋端，E點OSC應該是振蕩電路產(chǎn)生的矩形波，高電平時對應充電，低電平對應放電。從圖可以看出，A點電位與F/B波動規(guī)律相同，A點電位與振蕩三角