基于TOP_Switch-FX的機(jī)頂盒電源設(shè)計

1、SHANDONG 畢業(yè)設(shè)計說明書 基于基于 TOP Switch-FX 的機(jī)頂盒電源設(shè)的機(jī)頂盒電源設(shè) 計計 學(xué) 院： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2011 年 6 月 摘摘 要要 電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作 的裝置的動力源泉。直流開關(guān)電源是一種由占空比控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能 變換裝置，用于交流直流或直流直流電能變換，通常稱其為開關(guān)電源 （Switched Mode Power Supply-SMPS）其功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)十千瓦，廣泛用 于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個領(lǐng)域。開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效

2、率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源， 被譽(yù)為高效節(jié)能電源，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。 開關(guān)電源是采用全控型電力電子器件作為開關(guān)，利用控制開關(guān)的占空比來 調(diào)整輸出電壓，主電路采用多路輸出單端反激變換器結(jié)構(gòu)，采用控制芯片 TOP233Y 實(shí)現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，采用 PC817、TL431 等專用芯片以及其他 的電路元件相配合作為反饋電路，使設(shè)計出的開關(guān)電源具有自動穩(wěn)壓功能。系 統(tǒng)工作頻率在 50kHZ，輸出 6 路隔離的電壓。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，反激式變換器，高頻變壓器，TOP233Y Abstract Power is a device to convert

3、various energy into electric energy. It is the sources of all equipment work by electric. DC switching power supply is a switch circuit controlled by duty ratio. It is used for AC-DC or DC-DC transform and is often called Switched Mode Power Supply(SMPS). Its power varies from a few watts to tens of

4、 kilowatts and is widely used in daily life, production, scientific research, military and other fields. With small size, light weight, high efficiency, low heat and stable performance, switching power supply is known as energy efficient power supply, which has become the leading products of regulat

5、or. The inverter is composed of flyback converter circuit, high frequency transformer and control circuit. The high-frequency technique makes it possible for the power converter to be compact and light weight. We use TOP233Y as the control chip. To regulate the output voltage automatically, we use P

6、C817, TL431 and other circuit elements match as a feedback circuit. The protection circuits are designed. The frequency of system is 50kHz and it has 6 isolated output voltage. Keywords: switching power supply, flyback converter, high-frequency transformer, TOP233Y 目目 錄錄 摘摘 要要.I ABSTRACT.II 目目 錄錄.II

7、I 第一章第一章 引言引言.1 1.1 課題的背景和意義 .1 1.2 開關(guān)電源的發(fā)展 .2 1.2.1 開關(guān)電源的發(fā)展史.2 1.2.2 開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢.3 1.3 開關(guān)電源的技術(shù)動態(tài)和要點(diǎn).5 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容.6 第二章第二章 PWMPWM 開關(guān)電源的原理開關(guān)電源的原理.7 2.1 PWM 開關(guān)電源的基本原理.7 2.2 PWM 開關(guān)電源的組成模塊.7 2.3 單端反激式電路分析.8 2.3.1 工作原理 .8 2.3.2 基本關(guān)系式 .9 第三章第三章 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計.12 3.1 技術(shù)指標(biāo) .12 3.2 開關(guān)電源電路框圖.12 3.3 開關(guān)電源電路中關(guān)鍵

8、元器件的選擇與設(shè)計.13 3.3.1 控制器芯片 TOP233Y.13 3.3.2 線性光耦合器 PC817.20 3.3.3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL431.22 3.4 開關(guān)電源的電路設(shè)計.23 3.4.1 高頻變壓器的作用.23 3.4.2 控制電路 .23 3.4.3 電壓反饋電路設(shè)計.25 3.4.4 輸出電路設(shè)計 .26 3.4.5 保護(hù)電路 .27 3.4.6 開關(guān)電源電路工作原理.28 第四章第四章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.31 4.1 本課題完成的工作.31 4.2 進(jìn)一步研究展望 .31 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).33 致致 謝謝.35 附附 錄錄.36 第一章第一章 引言引言 1

9、.1 課題的背景和意義 隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，在人們的工作、生活中電力電子設(shè)備的使 用也是日益廣泛，而許多電子設(shè)備都需要可靠的電源來保證它的穩(wěn)定工作。開 關(guān)電源自 20 世紀(jì) 90 年代中期問世以來便顯示出強(qiáng)大的生命力，它作為一項(xiàng)頗 具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注，相繼進(jìn)入各 種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，通訊、電子檢測設(shè)備、程控交換機(jī)、控制設(shè)備等都廣 泛地使用開關(guān)電源，這些進(jìn)一步促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的高速發(fā)展。 直流開關(guān)電源與直流線性電源相比有以下特點(diǎn)： 1、效率高，功耗?。河捎陂_關(guān)管功率損耗小，因而不需要采用大散熱器。 功耗小使得電子設(shè)備內(nèi)溫也低，周圍元件不會因長期在

10、高溫環(huán)境下而損壞，這 有利于提高整個電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。 2、穩(wěn)壓范圍寬：對于某型號開關(guān)穩(wěn)壓電源，當(dāng)輸入的交流電壓在 150、250V 范圍內(nèi)變化時，都能達(dá)到很好的穩(wěn)壓效果。輸出電壓的變化在 2%以 下。而且在輸入電壓發(fā)生變化時，始終能保持穩(wěn)壓電路的高效率，因此，開關(guān) 穩(wěn)壓電源能適用于電網(wǎng)波動比較大的地區(qū)。 3、體積小，重量輕：開關(guān)穩(wěn)壓電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流， 再通過高頻變壓器獲得各種不同交流電壓，這樣就可免去笨重的工頻變壓器， 從而節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，使電源體積縮小，重量減輕。 4、安全可靠：開關(guān)穩(wěn)壓電路一般都具有自動保護(hù)電路。當(dāng)穩(wěn)壓電路、高 壓電路、負(fù)載等出現(xiàn)故障

11、或短路時，能自動切斷電源，其保護(hù)功能靈敏、可靠。 5、開關(guān)穩(wěn)壓電源的主要問題是電路比較復(fù)雜，輸出的紋波電壓比較高， 瞬態(tài)響應(yīng)差等。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，目前，開 關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄、節(jié)能、安全的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出許多開關(guān)電源 的新技術(shù)和新產(chǎn)品。開關(guān)電源技術(shù)是一種普適性、滲透性的綠色化技術(shù)，使產(chǎn) 品性能可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用，它在國民經(jīng)濟(jì)以及國防，高科技發(fā)展中都有 廣泛的應(yīng)用前景。 1.2 開關(guān)電源的發(fā)展 1.2.1 開關(guān)電源的發(fā)展史 隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的 種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密

12、切。任何電子設(shè) 備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電子設(shè)備的小型化和 低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn) 壓電源是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源技術(shù)比較成熟，并且已 有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用 可靠等優(yōu)點(diǎn)。但其通用都需要體積大且笨重的工頻變壓器與體積和重量都很大 的濾波器。由于調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，為了保證輸出電壓穩(wěn)定，其集電 極與發(fā)射極之間必須承受較大的電壓差，導(dǎo)致調(diào)整管功耗較大，電源效率很低， 一般只有 45%左右。另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功 率調(diào)整管并裝有體積

13、很大的散熱器，很難滿足現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的要求。20 世 紀(jì) 50 年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標(biāo)，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電 源。在近半個多世紀(jì)的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、 發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛 應(yīng)用于電子整機(jī)與設(shè)備中。20 世紀(jì) 80 年代，計算機(jī)全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化， 率先完成計算機(jī)的電源換代。20 世紀(jì) 90 年代，開關(guān)電源在電子、電器設(shè)備、 家電領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展期。 并且自開關(guān)穩(wěn)壓電源問世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘 管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓

14、撲與線性電源相仿， 但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)的發(fā)展，PWM 開關(guān)電 源問世，它的特點(diǎn)是用 20kHz 的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達(dá) 65% 70%，而線性電源的效率只有 30%40%。因此，用工作頻率為 20kHz 的 PWM 開關(guān) 電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在電源 技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為 20kHz 革命。隨著超大規(guī)模集成(ultra-large-scale-integrated -ULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、 潛艇、軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計算機(jī)、移動電

15、話 等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對開關(guān)電源提出了小型輕量要求， 包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開關(guān)電源效率要更高， 性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進(jìn)了開關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn) 步。 40 多年來，開關(guān)電源經(jīng)歷了三個重要發(fā)展階段： 第一個階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GTO)發(fā)展為 MOS 型器件（功率 MOSFET、IGBT、IGCT 等），使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻 化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。 第二個階段自 20 世紀(jì) 80 年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)，使 功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和

16、軟開關(guān)技術(shù)是過去 20 年國際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。 第三個階段從 20 世紀(jì) 90 年代中期開始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電 子模塊(IPEM)技術(shù)開始發(fā)展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。 1.2.2 開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢 開關(guān)型穩(wěn)壓電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào) 整輸出電壓。以功率晶體管（GTR）為例，當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時，集電極和發(fā) 射極兩端的壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時，其集電極電流為零。所以其功耗小， 效率可高達(dá) 70%95%。而功耗小，散熱器也隨之減小。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對 電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需

17、要電源變 壓器。此外，開關(guān)工作頻率為幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此 開關(guān)電源具有重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)。另外，由于功率小，機(jī)內(nèi)溫升低，提高 了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串 聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為 220V(10%)，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓 在 110260V 范圍內(nèi)變化時，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。 開關(guān)電源的高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的創(chuàng)新技術(shù)，高頻化帶來的效益是使開 關(guān)電源裝置空前地小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的領(lǐng)域，特別是在高新技 術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展 與應(yīng)用在節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有

18、深遠(yuǎn)的意義。 目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極型晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千 赫；采用 MOSFET 的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫。為提高開關(guān)頻率，必須 采用高速開關(guān)器件。對于兆赫以上開關(guān)頻率的電源可利用諧振電路，這種工作 方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零， 噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)式的兆赫 級變換器已經(jīng)實(shí)用化。開關(guān)電源的技術(shù)追求和發(fā)展趨勢可以概括為以下四個方 面。 1. 小型化、薄型化、輕量化、高頻化開關(guān)電源的體積、重量主要是 由儲能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡 可能減小其中儲能元件的

19、體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效 地減小電容、電感及變壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動態(tài)性 能。因此，高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。 2. 高可靠性開關(guān)電源使用的元器件比連續(xù)工作電源少數(shù)十倍，因此 提高了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命 決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計方面著眼，盡可能使用較少的器件，提高 集成度。這樣不但解決了電路復(fù)雜、可靠性差的問題，也增加了保護(hù)等功能， 簡化了電路，提高了平均無故障時間。 3. 低噪聲開關(guān)電源的缺點(diǎn)之一是噪聲大。單純地追求高頻化，噪聲 也會隨之增大，采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又

20、可以 降低噪聲。所以，盡可能地降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向。 4. 采用計算機(jī)輔助設(shè)計和控制采用計算機(jī)技術(shù)設(shè)計最新變換拓?fù)浜?最佳參數(shù)，使開關(guān)電源具有最簡結(jié)構(gòu)和最佳工況。在電路中引入微機(jī)檢測和控 制，可構(gòu)成多功能監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時檢測、記錄并自動報警等。 開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。 高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展 功率 MOSFET、IGBT 等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損磁性材料，改進(jìn)磁 元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等， 對于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動作用。總之，

21、人們在開關(guān)電源技術(shù) 領(lǐng)域里，邊研究低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進(jìn)并推動著 開關(guān)電源以每年超過兩位數(shù)的市場增長率向小型、薄型、高頻、低噪聲以及高 可靠性方向發(fā)展。Error! Reference source not found. 1.3 開關(guān)電源的技術(shù)動態(tài)和要點(diǎn) 開關(guān)電源自 20 世紀(jì) 90 年代中期問世以來便顯示出強(qiáng)大的生命力，它作為 一項(xiàng)頗具發(fā)展前景和影響力的新產(chǎn)品，引起了國內(nèi)外電源界的普遍關(guān)注。開關(guān) 電源具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，現(xiàn)已成 為開發(fā)中、小功率開關(guān)電源、精密開關(guān)電源及開關(guān)電源模塊的優(yōu)選集成電路。 目前，開關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄

22、、節(jié)能、安全的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出許多 開關(guān)電源的新技術(shù)和新產(chǎn)品。 開關(guān)電源技術(shù)包含以下重要的組成部分： 1. 元器件技術(shù) 包括涉及開關(guān)器件的電力電子器件技術(shù)和涉及變壓器、電 感等主要磁性元件的磁技術(shù)，以及涉及電容等其他無源元件的技術(shù)。 2. 電路技術(shù) 主要研究各種基本開關(guān)電路和相應(yīng)的軟開關(guān)電路，以及各種 吸收電路等。 3. 控制技術(shù) 主要研究適用于開關(guān)電源的各種開關(guān)控制方法，如電壓模式 控制和各種電流模式控制等。 4. 電磁兼容技術(shù) 研究開關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生、傳播和抑制等問題。 5. 散熱技術(shù) 利用傳熱學(xué)理論，分析和解決開關(guān)電源主要發(fā)熱元件的散熱 問題。 自 20 世紀(jì) 90 年代以來，開關(guān)

23、電源的發(fā)展更是日新月異。許多新的領(lǐng)域和 新的要求又對開關(guān)電源提出了更新更高的挑戰(zhàn)。如果從一個開關(guān)電源的輸入和 輸出窗口觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)，輸入的要求變得更嚴(yán)了，不符合 IEC1000-3-2 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品將陸續(xù)被淘汰；輸出則派生出了許多特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，研制和開發(fā) 的難度變得更大了。正是由于外界的這些要求推動了兩個開關(guān)電源的分支技術(shù) 一直成為當(dāng)今電力電子的研究課題，它們是有源功率因數(shù)校正技術(shù)和低壓大電 流高功率 DC/DC 變換技術(shù)。另外由于技術(shù)性能和要求的提高，使得許多相關(guān) 技術(shù)課題的研究，例如 EMI 技術(shù)、PCB Layout 問題、熱理論的分析、集成磁技 術(shù)、新型電容技術(shù)、新型功率器件技術(shù)

24、、新型控制以及結(jié)構(gòu)和工藝等正在迅速 增加。 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。機(jī)頂盒電源性能要求較高，本設(shè)計采用開關(guān)型電 源具有功耗低、效率高、穩(wěn)壓效果好的特點(diǎn)。 開關(guān)電源以其效率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于 各種電子設(shè)備中。在微機(jī)主機(jī)、彩色顯示器、打印機(jī)以及彩色電視機(jī)、錄象機(jī)、 VCD、DVD、STB 等高檔電子設(shè)備中已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的連續(xù)可調(diào)的串聯(lián)穩(wěn)壓電 源。 開關(guān)型電源應(yīng)用模擬電子和數(shù)字電路基本原理與電力電子變流技術(shù)邊緣學(xué) 科相結(jié)合，形成了一門發(fā)展非常迅速的新技術(shù)。開關(guān)型穩(wěn)壓電源既是各種電子 設(shè)備的重要組成部分，又是一個相對獨(dú)立的系統(tǒng)，對整機(jī)質(zhì)量起著至

25、關(guān)重要的 作用。論文的主要設(shè)計內(nèi)容如下： 開關(guān)電源是采用全控型電力電子器件作為開關(guān)，利用控制開關(guān)的占空比來 調(diào)整輸出電壓，主電路采用采用多路輸出單端反激變換器結(jié)構(gòu)，采用控制芯片 TOP233Y 實(shí)現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，采用 PC817、TL431 等專用芯片以及其他 的電路元件相配合，使設(shè)計出的開關(guān)電源具有自動穩(wěn)壓功能。系統(tǒng)工作頻率在 50kHz，輸出 5 路隔離的電壓。 第二章 PWM開關(guān)電源的原理 2.1 PWM開關(guān)電源的基本原理 在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是， PWM 開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。在這兩種狀態(tài)中，加在 功率晶體管上的伏安乘積

26、總是很小的（在導(dǎo)通時，電壓低，電流大；關(guān)斷時， 電壓高，電流?。９β势骷系姆渤朔e就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損 耗。 與線性電源相比，PWM 開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即 把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占 空比是開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可 以通過變壓器來生高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的 電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓。 控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過程與線性形式的控制器 很類似。也就是說控制器的功能模塊電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計成與線

27、 性調(diào)節(jié)器相同。它們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動 功率管之前要經(jīng)過一個電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元。 開關(guān)電源的工作原理是： 1、交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流； 2、通過高頻 PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變 壓器初級繞組上； 3、開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負(fù)載； 4、輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制 PWM 占空比，以達(dá)到 穩(wěn)定輸出的目的。 2.2 PWM開關(guān)電源的組成模塊 圖 2-1 所示即為本文所研究的開關(guān)電源的電路框圖： 功率變換 電路 高頻 變壓器 輸出整流濾波 電路 振蕩器 脈寬調(diào)制 比較器 取樣器 基準(zhǔn)電壓 DC D

28、C 控制電路 圖 2-1 開關(guān)電源的電路框圖 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源中最重要的組成部分之一，其有一下幾種基本類 型：降壓型、升壓型、升降壓型、正激式、反激式、推挽式、半橋式和全橋式 轉(zhuǎn)換器。 因系統(tǒng)需求，本文在主電路上采用單端反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。下面就對這一結(jié) 構(gòu)主電路進(jìn)行討論分析。 2.3 單端反激式電路分析 2.3.1 工作原理 圖 2-2 為單端反激式變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： Uin D C R + Uo T . . S L1L2 L1 i L2 i o i 圖 2-2 單端反激式變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 圖中變壓器的原邊電感和副邊電感的極性相反，為輸入直流電壓，開 in U 關(guān) S 為高頻斬波開關(guān)

29、，C 為輸出濾波電容，R 為電阻負(fù)載，為原邊電感電流， L1 i 為副邊電感電流；和為輸出電壓和電流，參考方向如圖中所示。 L2 i o U o i 單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，其變壓器兼有儲能、變壓、隔 離三重作用。所謂單端，指變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。當(dāng)高壓開 關(guān)管 S 導(dǎo)通時，直流輸入電壓加在原邊繞組 L1 兩端，在變壓器原邊電感線 in U 圈中儲存能量，由于副邊繞組感應(yīng)電壓為上負(fù)下正，使二極管 D 反偏而截止， 副邊回路無電流流過，此時電源能量轉(zhuǎn)化為磁能存儲在電感中。當(dāng) S 截止時， 原邊電壓極性反向，使副邊電壓極性反轉(zhuǎn)過來，從而二極管 D 導(dǎo)通，儲存在變 壓器中

30、的能量傳遞給負(fù)載，同時給輸出電容 C 充電，此時磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放 出來。當(dāng)開關(guān)管重新導(dǎo)通時，負(fù)載電流由電容 C 來提供，同時變壓器原邊重新 儲能，如此反復(fù)。從以上電路分析可以看出，S 導(dǎo)通時，副邊回路無電流；S 截止時，副邊回路有電流，這就是稱之為“反激”的含義。 根據(jù)副邊繞組放電時間的不同，單端反激式電源分為 3 種工作模式：不連 續(xù)工作模式（DCM）、臨界工作模式和連續(xù)工作模式（CCM）。 2.3.2 基本關(guān)系式 1、共同關(guān)系式 開關(guān)管導(dǎo)通期間，流過繞組 N1 的電流 線性增長，流過 N1 的電流增量為 1 i （2-1）DT L U T L U i in on in 11 1 式中 T

31、 為開關(guān)周期，D 為占空比。 開關(guān)管截止期間，流過繞組 N2 的電流線性減小，設(shè)電流線性減小的時 2 i 間是，則流過 N2 的電流增量為t （2-2）t L U i o 2 2 開關(guān)管截止期間，N1 上感應(yīng)電壓與電源電壓一起加在開關(guān)管的 CE 結(jié) in U 上，開關(guān)管承受的電壓為 2 1 N N UUU oinCE 2、連續(xù)工作模式 如果電流連續(xù)（含臨界工作模式），輸出電壓的表達(dá)TDTt off )1 ( 式為 （2-3） D D N N U U i o 1 1 2 （2-4）DT L U D I N N DT L U DU IU I ino in oo 11 2 1 1 (max)1 21

32、2 3、不連續(xù)工作模式 由于在 T 導(dǎo)通期間儲存的能量，因此電源輸入功率為2/ 2 (max)11I LWj i P （2-5） 2 (max)11 2 1 IL TT W P j i 如果電流不連續(xù)，T 導(dǎo)通的起始電流為 0，則，假設(shè)電路沒 on T L U I 1 1 (max)1 有損耗、轉(zhuǎn)換效率為 1，輸入功率應(yīng)與輸出功率相等，設(shè)輸出負(fù)載電阻為 i P o P ，則有 L R （2-6） L oonin o R U TL TU P 2 1 22 2 從而可以得到不連續(xù)工作模式輸出電壓的表達(dá)式為 （2-7） TL R TUU L onino 1 2 從上式可以看出，在不連續(xù)工作模式工作時

33、，輸出電壓與輸入電壓和導(dǎo)通 時間成正比，與負(fù)載電阻的平方根成正比，負(fù)載電阻越大，輸出電壓越高。因 此，這種變換器的負(fù)載不能開路。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 3.1 技術(shù)指標(biāo) 本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。機(jī)頂盒電源性能要求較高，本設(shè)計采用開關(guān)型電 源具有功耗低、效率高、穩(wěn)壓效果好的特點(diǎn)。 設(shè)計要求如下： 、輸入電壓：AC220 V，10%，50HZ 、輸出電源 4 檔如下： U01 = 3.3V I01 = 3A U02 = 5V I02 = 2.5A U03 = 18V I03 = 550mA U04 = 30V I04 =100mA U05= -5V I05=100mA 、穩(wěn)壓范圍：當(dāng)電網(wǎng)波動范圍在 18

34、5V255V 時，能保持輸出電壓的變化 在 2%以下。 、輸出紋波電壓： U3mv 3.2 開關(guān)電源電路框圖 開關(guān)電源電路框圖如圖 3-1： 圖 3-1 開關(guān)電源電路框圖 3.3 開關(guān)電源電路中關(guān)鍵元器件的選擇與設(shè)計 3.3.1 控制器芯片TOP233Y TOPSwitch-FX 系列是美國 Power 公司于 2000 年最新研制的具有高性價比 的 5 端單片開關(guān)電源集成電路。設(shè)計先進(jìn)，功能完善，外圍電路簡單，使用非 常靈活，“FX”即有靈活“flexible”之意。TOPSwitch-FX 配置外圍電路后， 能實(shí)現(xiàn)多達(dá) 1 4 種控制功能，其中包括適配微控制(MCU)或通過局域網(wǎng)(LAN)

35、來 遙控開關(guān)電源通斷的功能。因此TOPSwitch-FX 是目前設(shè)計 75W 以下高效率、 多功能、單路或多路輸出反激式開關(guān)電源的最佳選擇。此外，該系列產(chǎn)品還可 構(gòu)成 PC 機(jī)的待機(jī)電源(Standby Supply)、機(jī)頂盒電源(Set-TOP Box Power Supply)、電源適配器和由微處理器控制的開關(guān)電源。 性能特點(diǎn)及產(chǎn)品分類 1性能特點(diǎn) (l)該系列產(chǎn)品除具備 TOPSwitch-II 系列的全部優(yōu)點(diǎn)之外，還增加了軟啟 動、外部沒定極限電流、過壓關(guān)斷、欠壓保護(hù)、過熱滯后關(guān)斷、遙控和同步等 功能。適配微控制器或局域網(wǎng)遠(yuǎn)程啟動或關(guān)斷開關(guān)電源。 (2)改變開關(guān)頻率選擇端和多功能端的外

36、部接線，可實(shí)現(xiàn) 1 4 種控制功能： 全頻工作方式、半頻工作方式、過壓和欠壓保護(hù)、僅過壓保護(hù)、僅欠壓保護(hù)、 從外部設(shè)定極限電流及控制開關(guān)電源通斷等。 (3)采用高壓 CMOS 電路的專利技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高壓 MOSFET 與低壓控制電路的 單片集成化。 (4)增加了外部可編程設(shè)定極限電 Ilimin 的功能，只須改變多功能端外接 電阻的阻值，即可重新設(shè)定 Ilimin 值，設(shè)定范圍是(40%-90%)Ilimin. (5)為降低傳導(dǎo)噪聲干擾，專門增加了頻率抖動功能。開關(guān)能以 250Hz 的頻 率抖動，抖動偏移量f=4kHz。將開關(guān)頻率限制在很窄的波段內(nèi)抖動，能降低 130kHz 固定頻率的高次諧波

37、干擾。 (6)當(dāng)開關(guān)電源的負(fù)載減輕時，它采取跳過周期的方式來降低占空比，使輸 出電壓長保持穩(wěn)定，即使空載時也不用接假負(fù)載。 2產(chǎn)出分類 TOPSwitch-FX 系列可劃分成 3 種類型9 種型號，其最大輸出功率見表 1。 后綴 P，G 分別表示 DIP-8、SMD-8 封裝；Y 代表 TO-220-7B 封裝。 表 1 TOPSwitch-FX 系列產(chǎn)品分類及最大輸出功率 Pom 固定輸入電壓 （AC230V） 寬范圍輸入電壓 （AC 85265V） 功率/W 密封式 電源模塊 敞開式 電源 密封式 電源模塊 敞開式 電源 TOP232P G 9156.510 類型 1 TOP232Y102

38、5715 TOP233P G 1325915 類型 2 TOP233Y20501530 TOP234P G 16301120 類型 3 TOP234Y30752015 3.3.1.1 TOP233Y 的引腳功能 TOP233Y 的引腳排列如圖 3-2 所爾。其中，TO-220-7B 封裝有 5 個引出端， 它們分別為控制端 C、多功能端 M、源極 S、開關(guān)頻率選擇端 F 和漏極 D。DIP- 8 和 SMD-8 封裝沒有 F 端等效于 4 端器件。多功能端主要有 6 種功能： (1)路過壓(OV)保護(hù)； (2)線路欠壓(UV)保護(hù)； (3)利用線路電壓前饋來降低占空比 Dmax； (4)從外部

39、設(shè)定芯片的極限電流 Ilimin (5)遙控（亦稱遠(yuǎn)程通斷）； (6)外同步。將開關(guān)頻率選擇端接源極時，開關(guān)頻率 f= 130kHz;接控制端 時開關(guān)頻率變成 f2=65kHz。若將 M、F 端均接 S 極，則于三端模式下的 TOPSwitch相似. （a） TO-220-7B 封裝 （b）DIPS-8 和 MD-8 封裝 圖 3-2 TOP233Y 的引腳排列 3.3.1.2 TOP233Y 的工作原理 圖 3-3 TOP233Y 的內(nèi)部框圖 TOP233Y 的內(nèi)部框圖如圖 3-3 所示，主要由 15 部分組成： （1）控制電壓源（由控制電壓 Uc 向并聯(lián)凋整器和門驅(qū)動級提供偏壓， 而控制端

40、電流 lc 則能調(diào)節(jié)占空比）； （2）帶隙基準(zhǔn)電壓源（給內(nèi)部提供各種基準(zhǔn)電壓）； （3）頻率抖動振蕩器(產(chǎn)生鋸齒波 SAW、時鐘信號 CLK 和最大占空比信 號 Dmax； (4)并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器； （5）脈寬調(diào)制器（含 PWM 比較器和觸發(fā)器，通過改變控制端電流 Ic 的 大小，連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比）； （6）過流保護(hù)電路； （7）驅(qū)動級和輸出級(內(nèi)含耐壓為 700V 的功率開關(guān)管 MOSFET)； (8)具有滯后特性的過熱保護(hù)電路(當(dāng)芯片結(jié)溫 Tj135時關(guān)斷輸出級； 當(dāng) Tj Dmin =1.5%。 4內(nèi)部極限電流與外部編程極限電流 TOPSwitch-FX 的漏極極限電流，既可由內(nèi)

41、部設(shè)定，亦可從外部設(shè)定。這 是它與 TOPSwitch-的另一顯著區(qū)別。其內(nèi)部自保護(hù)極限電流值如表 2 所列。 TOPSwitch-FX 在每個開關(guān)周期內(nèi)都要檢測 MOSFET 漏一源極通態(tài)電阻 RDS(ON) 上的漏極峰值電流 ID(PK)時，當(dāng) ID(PK)Ilimin 時，過流比較器就輸出高電平， 依次經(jīng)過觸發(fā)器、主控門和驅(qū)動級，將 MOSFET 關(guān)斷，起到過流保護(hù)作用。 為了方便用戶使用，也可以外部通過改變多功能端的流出電流 IM（用負(fù)值 表示，單位是 A）來設(shè)定極限電流 Ilimin 值。Ilimin 的設(shè)定范圍是 (40%100%)Ilimin。令 K1=Ilimin/Ilimin

42、，K1 表示極限電流的衰減因數(shù)， 它與 IM 的關(guān)系曲線如圖 3 所示。使用時只須在 M-S 極之間接一只極限電流設(shè) 定電阻 RIL，通過改變 RIL 的阻值來調(diào)節(jié) IM 的大小，即可從外部設(shè)定值 I limin。以 TOP233Y 為例， 表 2 內(nèi)部自保護(hù)極限電流值 其 Ilimin=1.00A（典型值）。當(dāng) RIL= 25k 歐姆時，I limin=40%Ilimin=0.4A；當(dāng) Ril=6.7k 時，Ilimin= 100%Ilimin=1.0A。顯然， 每改變一次 RIL 的阻值，就重新設(shè)定一次 Ilimin，這就是“可編程”的真正 含義。 5遙控及外同步 TOPSwitch-FX

43、 系列 產(chǎn)品型號 TOP232TOP233TOP234 典型值： Ilimin 0.5001.0001.500 最小值： Iliminmin 0.4650.9301.395 自 我保護(hù) 極限電 流值/A 最大值： Iliminmax 0.5351.0701.605 通過控制流人（或流出）多功能端的電流 IM，就能接通或關(guān)斷 TOPSwitch-FX。這樣很容易用幾種不同方式來遙控 TOPSwitch-FX。例如，將通 斷信號( ON/OFF)經(jīng)過晶體管或光耦合器加到 M-S 極之間，即可啟動或關(guān)斷 開關(guān)電源。這種遙控方式不僅損耗小、電路成本低，而且能省掉機(jī)械開關(guān)，并 可利用微處理器控制導(dǎo)通與關(guān)

44、斷脈沖。在噴墨打印機(jī)和激光打印機(jī)中常采用這 種控制方法。 3.3.2 線性光耦合器PC817 光電耦合器是以光為媒介來傳播電信號的器件。通常是把發(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 3-1。當(dāng)輸入端加 電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生 光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。 線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或 電流信號，這樣隨著輸入信號的強(qiáng)弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶 體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓

45、或電流也隨之不同。 PC817 屬于線性光電 耦合器，不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。 PC817 內(nèi)部框圖如圖 3-4 所示： 圖 3-4 PC817 內(nèi)部框圖 圖 3-5 為 PC817 集電極發(fā)射極電壓 V 與發(fā)光二極管正向電流的關(guān)系： f I 圖 3-5 PC817 集電極發(fā)射極電壓 V 與發(fā)光二極管正向電流關(guān)系 f I 3.3.3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431 本設(shè)計的基準(zhǔn)電壓和反饋電路采用常用的三端穩(wěn)壓器 TL431 來完成。在反 饋電路的應(yīng)用中運(yùn)用采樣電壓通過 TL431 限壓，再通過光電耦合器 PC817 把電 壓反饋到 UC3844 的電壓反饋端。 TL431 是由

46、美國德州儀器（TI）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的 2.536V 可調(diào)式精 密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其性能優(yōu)良，價格低廉，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。此外，TL431 還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時 電路、精密恒流源等。由于 TL431 具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流 大等優(yōu)點(diǎn)，所以用 TL431 可以制作多種穩(wěn)壓器。其性能是輸出電壓連續(xù)可調(diào)達(dá) 36V，工作電流范圍寬達(dá) 0.1100mA，動態(tài)電阻典型值為 0.22 歐，輸出雜波低。 其最大輸入電壓為 37V，最大工作電流為 150mA，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為 2.5V，輸出電 壓范圍為 2.530V。TL431 的電路圖形符號和基本

47、接線如圖 3-6 所示。 圖 3-6 TL431 的電氣符號圖和等效電路圖 圖中，A 為陽極，使用時需接地；K 為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源； 是輸出電壓的設(shè)定端，外接電阻分壓器。，選擇不 ref U o U refo URRU)/1 ( 21 同的和的值可以得到從 2.5V 到 36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng) 1 R 2 R =時，=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證 TL431 工作的必要 1 R 2 R o U 條件，就是通過陰極的電流要大于 1mA。 3.4 開關(guān)電源的電路設(shè)計 3.4.1 高頻變壓器的作用 高頻變壓器是開關(guān)電源的核心部件，是實(shí)現(xiàn)能量(功率)轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)?/p>

48、主要 器件，其性能的好壞不僅影響變壓器本身的效率、發(fā)熱。而且還會影響到開關(guān) 電源的技術(shù)性能和可靠性。所以為確保高效性，必須全面考慮對變壓器性能產(chǎn) 生影響的所有因素，如材料的選擇、變壓器的功率損耗、磁通密度、制造工藝 等。 當(dāng)控制 IC 輸出一個正脈沖到 MOSFET 的柵極時，MOSFET 飽和導(dǎo)通，高頻變 壓器初級電感線圈中的電流逐漸增加，而此時次級線圈的感應(yīng)電壓使次級的整 流二極管截止，次級線圈中無電流，電能存儲在初級線圈的電感中。當(dāng)正脈沖 結(jié)束時，由于電感的慣性作用，使變壓器次級產(chǎn)生與初級方向相反的感應(yīng)電壓， 整流二極管立即導(dǎo)通，次級線圈中產(chǎn)生電流向輸出濾波電容充電，即把初級電 感中的能

49、量轉(zhuǎn)移到輸出電容中，并供給負(fù)載電流。當(dāng)?shù)诙?、第三個正脈沖到來 時、變壓器周而復(fù)始地經(jīng)歷著儲能放電的過程。從而實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸。 3.4.2 控制電路 開關(guān)電源的主電路主要是實(shí)現(xiàn)電能形式的轉(zhuǎn)變，而相應(yīng)的控制電路主要是 完成弱電信號的處理。作為控制信號的處理和產(chǎn)生環(huán)節(jié)，控制電路決定著主電 路中的開關(guān)器件的工作，一旦出現(xiàn)錯誤，將造成嚴(yán)重后果，使整個電源停止工 作甚至損壞。開關(guān)電源的許多技術(shù)指標(biāo)，如穩(wěn)壓精度、紋波系數(shù)、輸出特性等 也都與控制電路有關(guān)。因此，控制電路的設(shè)計質(zhì)量對開關(guān)電源的性能至關(guān)重要， 因此也是設(shè)計工作的重點(diǎn)之一。 3.4.2.1 電路圖 C16 41P 2K R4 P6KE200 VD

50、z1 VD1 UF4007 0.5W 2M R1 47 R5 C5 TOP233YIC1 DM C FS 400V C1 33 圖 3-7 控制電路 3.4.2.2 元件功能 將開關(guān)頻率選擇端接源極時，開關(guān)頻率 f= 130kHz。漏極 D 產(chǎn)生頻率為 f= 130kHz 的脈沖電壓，控制端 C 用于吸收反饋電流。 當(dāng)漏極 D 處于輸出脈沖電壓低電壓時，由瞬態(tài)電壓抑制器 VDZI 和超快恢 復(fù)二極管 VDI 組成的鉗位電路關(guān)閉，變壓器初級線圈 N0 兩端的電壓即為整流 濾波器輸出的電壓;當(dāng)漏極 D 處于輸出脈沖電壓高電壓時，由瞬態(tài)電壓抑制器 VDZI 和超快恢復(fù)二極管 VDI 組成的鉗位電路導(dǎo)

51、通通，變壓器初級線圈 N0 兩 端的電壓即為鉗位電路兩端的電壓。由瞬態(tài)電壓抑制器 VDZI 和超快恢復(fù)二極 管 VDI 組成的鉗位電路還可以吸收當(dāng) TOP233 關(guān)斷時高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖 峰電壓，對芯片的漏極起到保護(hù)作用。 3.4.3 電壓反饋電路設(shè)計 3.4.3.1 電路圖及原理 IC2 PC817 VD7 1N414B C18 0.1 47 R5 C5 R3 51 R5 510 IC3 TL43122 C17 10 R9 C16 0.1 9.5K R6 15K R7 6.8 1N5819 圖 3-8 電壓反饋電路 該電源采用帶穩(wěn)壓管的光耦合器反饋電路。IC2 為 PC817A 型線性光

52、耦合 器。IC3 采用 TL431 型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。現(xiàn)將其穩(wěn)壓原理分析如下：當(dāng) 由于某種原因致使 U03 增加時，由 TL431 所產(chǎn)生的誤差電壓就令光耦合器中 LED 的 IF 增大，經(jīng)過光耦合器使 TOP233Y 的控制端電流 IC 增大，而占空比 D 降低，導(dǎo)致 U03 降低，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓目的。反之，U03 降低時，IF 降低， IC 降低，最后使 U03 升高，同樣起到穩(wěn)壓作用。R6 R7 R8 為比例反饋電阻， 使 5V 和 3V 電源按照一定的比例進(jìn)行反饋，這兩路輸出的負(fù)載調(diào)整率均可達(dá) 5%。R9 和 C16 構(gòu)成 TL431 的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。C17 為軟啟動電容，取 C

53、17= F 時可增加 4mS 的軟啟動時間，再加上 TOP233Y 本身已有 10mS 的軟啟動 22 時間，總共為 14mS。其余各路輸出未加反饋，輸出電壓由高頻變壓器的匝數(shù) 比來確定。 3.4.3.2 元件功能及參數(shù)計算 確定電阻 R8 的值：由 TL431 的參數(shù)知，其參考輸入端電流一般為 2A， 為避免輸出電流影響分壓比，該電流一般取流過電阻上的電流為參考電流的 6 R 100 倍以上，因此，此電阻要小于 2.5V/200uA=12.5K?？紤]到電源的待機(jī)功耗， 在滿足該條件下，R8 的阻值越大越好。本文選擇 10k。 確定電阻 R6 R7 的值：因?yàn)檩敵鲭妷簽?3.3V 和 5V，T

54、L431 參考端電壓 為 2.5V，根據(jù) TL431 的數(shù)據(jù)手冊， refo VRRV)/1 ( 8 得 R7=15K R6=9.5k 取 R3=51，TL431 的=20mA，PC817 的=3mA，則 R3上的壓降為 ka I f I VAIV f 5.1051003 . 0 R3 由 PC817 技術(shù)手冊知，其二極管的正向壓降典型值為 1.2V，則可以確 f V 定 R5 上的壓降 VR5= VR7+=1.35V, 又知流過 R5 的電流 IR5=-=20mA- f V ka I f I 3mA=17mA 因此的值為 11 R 510/ 111111RR IVR 3.4.4 輸出電路設(shè)計

55、 除 N5、N6 外，其他的輸出電路結(jié)構(gòu)相同，以 N3 側(cè)為例：UF5402，C8 是 次級整流濾波電路，L3 和 C9 組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。N3 側(cè)的輸 出電路如圖 3-9 所示： UF5402 3.3HL3 C8 1000 C925V 100 U03 N3 RTN +5V,2.5A 圖 3-9 輸出電路 輸出整流管宜采用肖特基二極管，肖特基二極管是利用金屬和半導(dǎo)體接觸 產(chǎn)生的勢壘作用的二極管，它是以多數(shù)載流子工作的，因而在開關(guān)時沒有少數(shù) 載流子存儲電荷和移動效應(yīng)。其壓降低、正向?qū)〒p耗小，能提高電源效率。 此外肖特基二極管反向恢復(fù)時間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓紋 波

56、方面有明顯的優(yōu)勢。 對于反激式變換器電路，整流二極管的反向截止電壓值至少應(yīng)等于 4 D 。 )/(*2 . 1 psin NNV 第一級濾波電容器的選擇由下式確定： （3-23） )( min out )1 ( C pkpk out fV DI 式中： 輸出端的額定電流值，單位為 A； out I 在高輸入電壓和輕載下所估計的最小占空比（估計值為 min D 0.3 是比較合適的）； 期望的輸出電壓紋波峰峰值，單位為 V。 )(pkpk V 5V 輸出：F mVkHz 985 5050 015 . 0 1.5A2 C V5 ）（ 3.3V 輸出：F mVkHz 1182 5050 015 .

57、0 1A3 C .3V3 ）（ 第二級需要考慮的是如何將不能滿足要求紋波電壓經(jīng)過 LC 濾波使其滿足 要求。通常濾波電感可以選擇 30100H，輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋 波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇 100F/25V。 3.4.5 保護(hù)電路 系統(tǒng)的保護(hù)電路包括過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠壓鎖定電路、尖峰電壓 沖擊保護(hù)等。以下將就幾種保護(hù)電路做個詳細(xì)的介紹。 圖 3-10 能同時實(shí)現(xiàn)欠壓 過壓保護(hù)和降低最大占空比的電路 如上圖所示，在 M 段與直流高壓總線之間接一只設(shè)定電阻 RLS，能夠檢測直流 輸入電壓 V1的大小。用來計算欠壓值（VUV）和過壓值(V

58、OV)的公式分別為 VUV =IUVRLS (1) VOV=IOV RLS (2) 2M RLS TOP233YIC1 DM C S + - V1 取=2M ，將欠壓是電流值 IUV=+50代入(1)得到，直流電壓 VUV=100V。又因過壓時 IOV=+225，故由（2）式計算出直流電壓 VOV=450V。降低最大占空比開始時的門限電流 IM (D)=+90IM 從+90 ,當(dāng) +225（即 IOV 值）時，Dmax 就從 78%（對應(yīng)于 VUV=100V）線 增加到 性降低到 47%（對應(yīng)于 VOV =375V）。 3.4.6 開關(guān)電源電路工作原理 1、開關(guān)電源啟動 交流電壓 U 依次經(jīng)過

59、電磁干擾(EMI）濾波器（C6，L1）、輸入整流濾波器 （BR，C1）后獲得直流高壓 U1，經(jīng)高頻變壓器的初級接 TOP233Y 內(nèi)部功率開 關(guān)管的漏極 D。為承受可能從電網(wǎng)線竄入的雷擊電壓，在交流輸入端還并聯(lián)一 只標(biāo)稱電壓 U1mA=275V 的壓敏電阻器 VSR。U1mA 表示當(dāng)壓敏電 阻器上通過 1mA 的直流電流時元件兩端的電壓值。R1 用來設(shè)定欠壓保護(hù)、 過壓保護(hù)的閾值電壓，若取 R1=2M ，則 U1450V 時 進(jìn)行過壓保護(hù)，均可保護(hù)機(jī)頂盒電源不受損壞。由瞬態(tài)電壓抑制器 VDZ1（P6KE200）和超快恢復(fù)二極管 VD1（UF4007）組成箝位電路，用于吸收在 TOP233Y 關(guān)

60、斷時由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，對漏極起到保護(hù)作用。 內(nèi)部完整的 10ms 軟啟動。無需另外外接元件即可實(shí)現(xiàn)軟啟動功能, 限制 啟動期間峰值電流和電壓對元件的沖擊, 并能使輸出過沖最小。 2、開關(guān)電源儲能 當(dāng) TOP233Y 內(nèi)置 MOSFET 啟動導(dǎo)通以后，輸入直流電壓經(jīng)變壓器的初級繞 組與 MOSFET 的漏極源極形成回路，這一電流回路就會在初級繞組上產(chǎn)生上正 下負(fù)的感應(yīng)電勢，根據(jù)同名端的定義，變壓器次級繞組輸出的感應(yīng)電勢均為負(fù) 的，故各個輸出整流二極管均反偏，處于截止?fàn)顟B(tài)，高頻變壓器將電能轉(zhuǎn)化成 磁能儲存在初級繞組中，完成了儲能過程。 3、開關(guān)電源能量釋放 當(dāng) TOP233Y 內(nèi)部的