基于TOPSwitch-Ⅱ的小功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、基于TOPSwitch-的小功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要單片開關(guān)電源自20世紀(jì)90年代中期問世以來(lái)，便顯示出強(qiáng)大的生命力，并以其優(yōu)良的特性倍受人們的青睞。TOPSwitch-II器件為三端單片開關(guān)電源,是一種將PWM和MOSFET合二為一的新型集成芯片。與普通線性穩(wěn)壓電源相比其優(yōu)點(diǎn)為體積小、重量輕,并且密度高、價(jià)格低;采用它制作高頻開關(guān)電源,不僅簡(jiǎn)化了電路,同時(shí)可以改善電源的電磁兼容性能,且降低了制作成本。目前，它已成為開發(fā)國(guó)際通用的高效率、小功率開關(guān)電源的優(yōu)選，也為新型開關(guān)電源的推廣和普及創(chuàng)造了條件。此次設(shè)計(jì)用TOP222Y型三段單片機(jī)來(lái)控制，具有單片集成化、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)、無(wú)工頻變壓

2、器、能完全實(shí)現(xiàn)電氣隔離等特點(diǎn)，配合帶穩(wěn)壓管的光耦合器，能將交流轉(zhuǎn)換成直流穩(wěn)壓輸出，該電路簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性能好，成本低。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源、TOPSwitch-、光耦合目 錄第一章 概 述- 3 -1.1 開關(guān)電源工作原理- 3 -1.2 TOPSwitch簡(jiǎn)介- 3 -1.3 開關(guān)電源的發(fā)展- 6 -1.4 開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)- 7 -1.4.1 反激式變換器- 7 -1.4.2 正激式變換器- 10 -1.4.3 半橋式變換器- 11 -1.4.4 全橋式變換器- 12 -第二章 TOPSwitch-的結(jié)構(gòu)和原理及型號(hào)確定過程- 13 -2.1 TOPSwitch-的結(jié)構(gòu)及原理- 13 -2.2

3、 基于TOP222Y芯片小功率反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)- 18 -第三章 各電路模塊的設(shè)計(jì)- 20 - 3.1 EMI濾波器.- 20 -3.2 輸入整流橋的選擇. - 20 -3.3 頻變壓器的設(shè)計(jì).- 20 -3.3.1 變壓器的分類- 24 -3.3.2 高頻變壓器的工作原理- 24 -3.3.3 開關(guān)電源高頻變壓器的參數(shù)計(jì)算- 25 -3.3.4 高頻變壓器的繞制- 27 -3.3.5 高頻變壓器繞制的注意事項(xiàng)- 28 -3.3.6 反激式開關(guān)電源變壓器繞制示意圖- 28 -3.3.7 減小高頻變壓器的漏感 .- 28 -第四章 電路各模塊的參數(shù)計(jì)算- 32 -4.1 EMI整流濾波電路元

4、件的參數(shù)計(jì)算- 32 -4.2 PC817光電耦合器與TL431外圍器件參數(shù)計(jì)算- 32 -4.3 TL431的取樣電阻計(jì)算- 34 -第五章 仿 真- 35 -5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介- 35 -5.2開關(guān)電源設(shè)計(jì)總原理圖- 36 -5.3 PSIM仿真圖- 37 -第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)- 38 -參考文獻(xiàn)- 42 -第一章 概 述1.1開關(guān)電源工作原理開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是基于方波電壓的平均值與其占空比成正比以及電感、電容電路的積分特征而形成的。其基本原理是，先對(duì)輸入交流電壓整流，從而形成脈動(dòng)直流電壓，經(jīng)過DC-DC變換電路變壓，再通過斬波電路形成了不同脈沖寬度的高頻交流電，然后對(duì)其整流濾波輸出需要電

5、壓電流波形。如果輸出電壓波形偏離所需值，便有電流或電源采樣電路進(jìn)行取樣反饋，經(jīng)過與比較電路的電壓值進(jìn)行參數(shù)比較，把差值信號(hào)放大，從而控制開關(guān)電路的脈沖頻率f和占空比D，以此來(lái)控制輸出端的導(dǎo)通狀態(tài)。因此，輸出端便可以得到所需的電壓電流值。圖 開關(guān)電源原理框圖1.2 TOPSwitch簡(jiǎn)介美國(guó)功率集成公司（PI公司）在1994年推出第一代TOP Switch芯片，1997年，美國(guó)功率集成公司又推出了TOP Switch系列器件。TOP Switch系列器件和TOP Switch系列器件相比，內(nèi)電路作了許多改進(jìn)，器件對(duì)于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設(shè)計(jì)更為方便，性能又有了增強(qiáng)，性能

6、價(jià)格比更高。與TOP Switch系列器件相比，TOP Switch系列器件在輸入電壓為100V、115V或230VAC時(shí)，系統(tǒng)功率從（0100）W提高到（0150）W，在三種電壓下均可工作時(shí)，系統(tǒng)的功率從（050）W提高到（090）W，從而使得TOP Switch器件可在如電視、監(jiān)視器以及音頻放大器等許多新的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。1998年推出綠色、低價(jià)的Tiny Switch和TOP Switch-FX開關(guān)電源IC系列，它為設(shè)計(jì)高度集成的電源提供了更大的靈活性，采用的Eco Smart節(jié)能技術(shù)可以幫助工程師生產(chǎn)出符合環(huán)保要求的更加“綠色”的電子產(chǎn)品。器件輸出功率最高達(dá)75W，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)充電

7、器、PC待機(jī)電源、機(jī)頂盒、DVD和LCD顯示器等不同領(lǐng)域。2000年11月最新推出TOP Switch-GX系列高壓AC/DC轉(zhuǎn)換芯片，把最大輸出功率提高到250W，具有更高的開關(guān)頻率，在輕負(fù)載時(shí)能線性縮減頻率以降低待機(jī)功耗；更寬的占空比；并且，通過增加3個(gè)引腳，使用戶具有更多可配置的功能（如限流調(diào)整、欠壓檢測(cè)、過壓關(guān)斷、電壓前饋、兩種可選頻率及遠(yuǎn)程On/Off等）。 TOP Switch 主要用于AC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，寬輸入范圍（85V-265V），提供了PI Expert專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，便于用戶更快地設(shè)計(jì)出自已的產(chǎn)品。采用TOP Switch器件的開關(guān)電源與采用分立的M

8、OSFET功率開關(guān)及PWM集成控制器的開關(guān)電源相比，具有以下特點(diǎn)：1、成本低廉。使用TOP Switch器件，比用其他開關(guān)電源節(jié)省很多個(gè)元器件，從而使產(chǎn)品的大小和重量減少；TOP Switch因采用了源極調(diào)節(jié)板和可控的MOSFET通態(tài)驅(qū)動(dòng)，故電磁干擾(EMI)和EMI濾波器的成本可明顯降低；2、系統(tǒng)效率高。TOP Switch系采用CMOS工藝制作，并在芯片中集成了盡可能多的功能，故與采用二極管或分立的功率開關(guān)電路相比，偏置電流顯著降低；開關(guān)電源所需的功能集成于芯片中后，外部的電流傳感電阻和初始起動(dòng)偏壓電流的電路均可除去，系統(tǒng)效率大大提高。特別是TOP Switch器件專門針對(duì)反激式功率變換電

9、路進(jìn)行了優(yōu)化，使最大值占空比可達(dá)70%，TOP100TOP104，TOP200TOP204/TOP214的效率可達(dá)90%，TOP209/TOP210的效率也可超過80%；電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。TOP Switch器件在3腳的TOP220封裝中集成了PWM控制器和高壓MOSFET功率開關(guān)，只需外接一個(gè)電容就能實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償、旁路、起動(dòng)和自動(dòng)重起功能。另外，有許多專門為TOP Switch器件而標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的電路板，使應(yīng)用TOP Switch的設(shè)計(jì)更為方便，極大地縮短了產(chǎn)品開發(fā)至進(jìn)入市場(chǎng)所需的時(shí)間；應(yīng)用靈活性高。TOP Switch器件支持降壓型、升壓型、正激式和反激式功率變換電路，并且很容易和光耦及變壓器初級(jí)的反

10、饋電路結(jié)合，無(wú)論在連續(xù)傳導(dǎo)模式和不連續(xù)傳導(dǎo)模式下均可工作；功能完善的系統(tǒng)級(jí)故障保護(hù)。TOP Switch具有自動(dòng)重起和逐周電流限制功能，故可對(duì)功率變壓器初級(jí)和次級(jí)電路的故障進(jìn)行保護(hù)。TOP Switch還具有在片熱關(guān)閉選通功能，可在電路超負(fù)荷時(shí)有效地保護(hù)電源。對(duì)于小功率的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，TOP Switch系列芯片以其電路簡(jiǎn)捷，體積小，重量輕，自保護(hù)功能齊全，設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)在該領(lǐng)域的應(yīng)用上有很大的優(yōu)勢(shì)。1.3 開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)代電力電子技術(shù)是開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著新型電力電子器件和適于更高開關(guān)頻率的電路拓?fù)涞牟粩喑霈F(xiàn),現(xiàn)代電源技術(shù)將在實(shí)際需要的推動(dòng)下快速發(fā)展。其中開關(guān)電源高頻化、模塊化、

11、數(shù)字化、綠色化等是高頻開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì),這些技術(shù)的成熟,將實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)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)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。傳統(tǒng)開關(guān)電源設(shè)計(jì)一般均采用分立的MOSFET功率開關(guān)和多引腳的PWM集成控制器，電路的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不夠理想，分立的MOSFET功率開關(guān)對(duì)開關(guān)電源的效率亦有限制。為了解決傳統(tǒng)開關(guān)電源設(shè)計(jì)面臨的這些難題，90年代以來(lái)，出現(xiàn)了將開關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分PWM集成電路和

12、MOSFET功率開關(guān)，集成在同一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET二合一集成芯片的趨勢(shì)，二合一集成控制芯片的問世，降低了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，減少了開關(guān)電源設(shè)計(jì)所需的時(shí)間，從而大大加快了產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的速度。單片開關(guān)電源具有單片集成化、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)、能構(gòu)成無(wú)工頻變壓器開關(guān)電源等顯著優(yōu)點(diǎn)。TOPSwitch-器件是美國(guó)PI公司(POWER Integrations)于1997年代中期推出的第二代新型高頻開關(guān)電源芯片。它是三端脫線式PWM開關(guān)(Three-terminal Offline PWM Swtich)的英文縮寫，產(chǎn)品一經(jīng)問世便顯示出強(qiáng)大的生命力，它極大地簡(jiǎn)化150W以下開關(guān)電

13、源的設(shè)計(jì)，使電路大為簡(jiǎn)化，體積進(jìn)一步縮小，成本也明顯降低。1.4 開關(guān)電源基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源一般指AC/DC變換器，其核心部分是DC/DC變換器。DC/DC變換器的作用是將一種直流電壓轉(zhuǎn)換成另一種或幾種直流電壓。1.4.1 反激式變換器1).反激式變換器的電路結(jié)構(gòu)如圖一 2).當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),其等效電路如圖二(a)及在導(dǎo)通時(shí)初級(jí)電流連續(xù)時(shí)的波形,磁化曲線如圖二(b).當(dāng)Q1導(dǎo)通,T1之初級(jí)線圈漸漸地會(huì)有初級(jí)電流流過,能量就會(huì)儲(chǔ)存在其中.由于變壓器初級(jí)與次級(jí)側(cè)之線圈極性是相反的,因此二極管D1不會(huì)導(dǎo)通,輸出功率則由Co來(lái)提供.此時(shí)變壓器相當(dāng)于一個(gè)串聯(lián)電感Lp,初級(jí)線圈電流Ip可以表示為:V

14、dc=Lp*dip/dt此時(shí)變壓器磁芯之磁通密度會(huì)從剩磁Br增加到工作峰值Bw.3）當(dāng)Q1截止時(shí), 其等效電路如圖三(a)及在截止時(shí)次級(jí)電流波形,磁化曲線如圖三(b)當(dāng)Q1截止時(shí),變壓器之安匝數(shù)(Ampere-Turns NI)不會(huì)改變,因?yàn)锽并沒有相對(duì)的改變.當(dāng)B向負(fù)的方向改變時(shí)(即從Bw降低到Br),在變壓器所有線圈之電壓極性將會(huì)反轉(zhuǎn),并使D1導(dǎo)通,也就是說儲(chǔ)存在變壓器中的能量會(huì)經(jīng)D1,傳遞到Co和負(fù)載上.此時(shí)次級(jí)線圈兩端電壓為:Vs(t)=Vo+Vf (Vf為二極管D1的壓降).次級(jí)線圈電流:Lp=(Np/Ns)2*Ls (Ls為次級(jí)線圈電感量)由于變壓器能量沒有完全轉(zhuǎn)移,在下一次導(dǎo)通時(shí)

15、,還有能量?jī)?chǔ)存在變壓器中,次級(jí)電流并沒有降低到0值,因此稱為連續(xù)電流模式或不完全能量傳遞模式(CCM).1.4.2 正激式變換器由于正激DC/DC變換器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單，輸人輸出電氣隔離，電壓升、降范圍寬，易于多路輸出等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換場(chǎng)合。然而，正激變換器的一個(gè)固有缺點(diǎn)是需要附加電路實(shí)現(xiàn)變壓器磁復(fù)位。采用磁復(fù)位繞組正激變換器川的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟可靠，磁化能量無(wú)損地回饋到直流電網(wǎng)中去。但附加的磁復(fù)位繞組使變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，變壓器漏感引起的關(guān)斷電壓尖峰需要RC緩沖電路來(lái)抑制，占空比d135，關(guān)斷輸出級(jí)）；關(guān)斷自動(dòng)重啟動(dòng)電路（當(dāng)調(diào)節(jié)失控時(shí)，立即使芯片在低占空比下工作。倘若故障已

16、排除，就自動(dòng)重新啟動(dòng)電源恢復(fù)正常工作）；高壓電流源（提供偏流用）。TOPSwitch-II系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3.2所示。主要由以下幾部分組成：N溝道高壓MOSFET管、柵極驅(qū)動(dòng)器、電壓模式的PWM控制器、誤差放大器、100kHz振蕩器、輸入欠壓保護(hù)、輸出過流、過熱保護(hù)電路及尖峰抑制電路等。圖3.2 TOPSwitch-II系列芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1)控制電壓源: 控制電壓VC能向并聯(lián)調(diào)整器和門極驅(qū)動(dòng)提供偏置電壓，而控制端電壓IC則能調(diào)節(jié)占空比。在C-S極間接47F的旁路電容CT，即可為門極驅(qū)動(dòng)供給電流，并且由它決定自動(dòng)重啟動(dòng)頻率，同時(shí)控制環(huán)路的補(bǔ)償。VC有兩種工作模式，一種是滯后調(diào)節(jié)，用于

17、啟動(dòng)和過載兩種情況，具有延遲控制作用；另一種是并聯(lián)調(diào)節(jié)，用于分離誤差信號(hào)與控制電路的高壓電流源。則啟動(dòng)電路是由高壓電流提供控制電流IC，以便給控制電路供電并且對(duì)CT充電。正常啟動(dòng)波形如圖3所示。圖中VD表示漏極電壓。當(dāng)VC首次達(dá)到5.7V時(shí)高壓電流源被關(guān)斷，脈寬調(diào)制器和功率MOSFET就開始工作。此后，IC改由反饋電路提供。ZC與外部阻容元件共同決定控制環(huán)路的補(bǔ)償特性。自動(dòng)重啟動(dòng)電路中的比較器具有滯后特性，它通過控制高壓電流源的通斷使VC在4.75.7V范圍內(nèi)。(2)帶隙基準(zhǔn)電壓源:帶隙基準(zhǔn)電壓源除向內(nèi)部提供各種基準(zhǔn)電壓之外，還產(chǎn)生一個(gè)具有溫度補(bǔ)償并可調(diào)整的電流源，以保證精確設(shè)定振蕩器頻率和門

18、極驅(qū)動(dòng)電流。(3)振蕩器:內(nèi)部振蕩電容是在設(shè)定的上、下閾值UH、UL之間周期性地線性充放電，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制器所需要的鋸齒波（SAW），與此同時(shí)還產(chǎn)生最大占空比信號(hào)(Dmax)和時(shí)鐘信號(hào)(CLOCK)。為減小電磁干擾，提高電源效率，振蕩頻率（即開關(guān)頻率）設(shè)計(jì)為100kHz，脈沖波形的占空比設(shè)定為D。 (4)放大器:誤差放大器的增益由控制端的動(dòng)態(tài)阻抗Zc來(lái)設(shè)定。Zc的變化范圍是1020，典型值為15。誤差放大器將反饋電壓UF與5.7V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，輸出誤差電流IF，在RFB上形成誤差電壓UFB。(5)脈寬調(diào)制器（PWM）: 通過改變控制端電流IC的大小，能連續(xù)調(diào)節(jié)脈沖占空比，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制（P

19、WM）。D與IC呈線性關(guān)系。其曲線見圖4。在IC=2-6mA范圍內(nèi)，D與IC呈反比關(guān)系。從圖可知，脈寬調(diào)制器的增益K=-16%/mA。 誤差電壓Vr經(jīng)由RA，CA組成的截止頻率為7kHz低通濾波器，濾掉開關(guān)電壓噪聲之后，加至PWM比較器的同相輸入端，再與鋸齒波電壓VJ進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)VPWM?？傊?，TOPSwitch-屬于電流控制型開關(guān)電源，控制端電壓VC用來(lái)掉供偏壓，控制端電流IC則調(diào)節(jié)占空比。它采用開關(guān)頻率固定而占空比可調(diào)的工作方式，主要信號(hào)流程如下：另外其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2內(nèi)還有門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)、過流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路、關(guān)斷/自動(dòng)重啟動(dòng)電路、高壓電流源等。第一、改變控制端電流Ic

20、的大小，即可調(diào)節(jié)占空比D，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制。第二、誤差電壓UFB經(jīng)由RA、CA組成截止頻率為7kHz的低通濾波器，濾掉開關(guān)噪聲電壓之后，加至PWM比較器的同相輸入端，再與鋸齒波電壓UJ進(jìn)行比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。(6)門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí):門驅(qū)動(dòng)級(jí)（F）用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)管(MOSFET)，使之按一定速率導(dǎo)通，從而將共模電磁干擾減至最小。漏源導(dǎo)通電阻與產(chǎn)品型號(hào)和芯片結(jié)溫有關(guān)。MOSFET管的漏源擊穿電壓U(bo)ds700V。(7)過流保護(hù)電路:過流比較器的反相輸入端接閾值電壓ULIMIT，同相輸入端接MOSFET管的漏極。此外，芯片還具有初始輸入電流限制功能。剛通電時(shí)可將整流后的直流限制在0.6A或0

21、.75A。(8)過熱保護(hù)電路:當(dāng)芯片結(jié)溫TJ135時(shí)，過熱保護(hù)電路就輸出高電平，將觸發(fā)器置位，Q=1，關(guān)斷輸出級(jí)。此時(shí)進(jìn)入滯后調(diào)節(jié)模式，Uc端波形也變成幅度為4.7V5.7V的鋸齒波。若要重新起動(dòng)電路，需斷電后再接通電源開關(guān)；或者將控制端電壓降至3.3V以下，達(dá)到Uc(reset)值，再利用上電復(fù)位電路將觸發(fā)器置零，使MOSFET恢復(fù)正常工作。(9)關(guān)斷/自起動(dòng)電路:一旦調(diào)節(jié)失控，關(guān)斷/自動(dòng)重起動(dòng)電路立即使芯片在5占空比下工作，同時(shí)切斷從外部流入C端的電流，Uc再次進(jìn)入滯后調(diào)節(jié)模式。倘若故障己排除，Uc又回到并聯(lián)調(diào)節(jié)模式，自動(dòng)重新起動(dòng)電源恢復(fù)正常工作。自動(dòng)重起動(dòng)的頻率為1.2Hz。(10)高壓

22、電流源:在起動(dòng)或滯后調(diào)節(jié)模式下，高壓電流源經(jīng)過電子開關(guān)給內(nèi)部電路提供偏置，并且對(duì)Ct進(jìn)行充電。電源正常工作時(shí)電子開關(guān)改接內(nèi)部電源，將高壓電流源關(guān)斷。當(dāng)TOP開關(guān)起動(dòng)操作時(shí)，在控制端環(huán)路振蕩電路的控制下，漏極端有電流流入芯片，提供開環(huán)輸入。該輸入通過旁路調(diào)整器、誤差放大器時(shí)，由控制端進(jìn)行閉環(huán)調(diào)整，改變IF，經(jīng)由PWM控制MOSFET的輸出占空比，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。舉例說明，當(dāng)輸出電壓UO時(shí)，經(jīng)過光耦反饋電路使得ICDUO,最終使UO不變。2.2 基于TOP222Y芯片小功率反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)由于TOPSwitch芯片集成度高，設(shè)計(jì)工作主要為輸人EMI濾波、鉗位保護(hù)、輸出整流濾波及反饋等外圍電路

23、的設(shè)計(jì)。該電源電路拓?fù)錇閱味朔醇な剑?20V市電經(jīng)電源噪聲濾波器EMI后再通過橋式整流器直接整流。電源濾波器的作用一方面是濾除由電網(wǎng)傳來(lái)的雜波電壓，凈化輸入電源，另一方面也阻止高頻開關(guān)電源的振蕩電壓竄入電網(wǎng)，干擾其它電器，這樣不僅降低了電源本身的抗干擾能力，影響其工作穩(wěn)定性，而且也造成對(duì)公共電網(wǎng)的污染。市電經(jīng)整流和電容濾波后，變成308V的直流電壓供給TOPSwitchII器件，TOPSwitchII構(gòu)成DC/DC變換器，它將輸入的直流高壓變成脈寬可調(diào)的高頻脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器降壓后再進(jìn)行半波整流和濾波，變成所需要的直流電壓輸出。電路的工作頻率為100kHz，振蕩元件已固化在器件內(nèi)部，高頻變

24、壓器的次級(jí)有3個(gè)繞組，其中的5V/2A繞組N3控制TOPSwitchII器件的脈寬，即這一組輸出電壓為PWM穩(wěn)壓，由并聯(lián)可編程穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器PC817A及分壓電阻R203、R205完成取樣反饋工作。之所以選擇這一繞組進(jìn)行脈寬控制，是因?yàn)樗妮敵鲭妷旱碗娏鞔?，更能體現(xiàn)出開關(guān)電源的優(yōu)越性。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)光耦的隔離供電，變壓器單設(shè)了一個(gè)輔助繞組N2。反饋回路由外部誤差放大器TL431加精密光耦PC817A構(gòu)成。電路利用流過光耦PC817A呈線性關(guān)系變化電流來(lái)控制TOPSwitch的IC，從而改變PWM寬度，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。流人TOPSwitch控制腳C的電流IC與占空比D成反比關(guān)系

25、第三章 各電路模塊的設(shè)計(jì) 3.1 EMI濾波器 EMI濾波器能有效抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子儀器、計(jì)算機(jī)和測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力及可靠性，可廣泛用于電子測(cè)量?jī)x器、計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)備、開關(guān)電源、測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。如下圖所示。 電磁干擾濾波器的基本電路如圖所示。該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（ 亦稱共模電感）L,濾波電容C1-C4, 對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同， 經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流

26、通過時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I 有關(guān)，參見表1 。需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01UF-0.47UF，主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端， 仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200PF-0.1UF。為減小漏電流，電容量不得超過0.1UF,并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1,C4的耐壓值均為 630VDC或250VAC。輸入濾波電容C1的值可根

27、據(jù)輸出功率按照1 uF/W來(lái)取值，并考慮余量后可采用22 uF/250V的電解電容。由D200和D201構(gòu)成的鉗位電路可防止高壓對(duì)TOP222Y的損壞，D200采用P6KE150型瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)，其鉗位電壓為150V，鉗位時(shí)間僅1ns，峰值功率是5W。D201需采用UF4005型1A/600V的超快恢復(fù)二極管（FRD），其反向恢復(fù)時(shí)間trr=30ns。輸出整流濾波電路由整流二極管、濾波電容和濾波電感構(gòu)成。整流二極管選用MUR320，其反向電壓值VR=200 V，工作電流Ip=3A。其最高反向工作電壓大于實(shí)際承受的最大反向峰值電壓。濾波電容選擇細(xì)高型的120 uF/35 V低ESR電容

28、。輸出濾波電感采用3.3u H 的穿心電感，又叫磁珠電感。其外形呈管狀，引線穿心而過，其直流電阻非常小，一般為0.0050.01 ，能主動(dòng)抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。為減少共模干擾，在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接有共模抑制電容C214。3.2 輸入整流橋的選擇 整流橋一般用在全波整流電路中，它又分為全橋與半橋。 全橋是由4只整流二極管按橋式全波整流電路的形式連接并封裝為一體構(gòu)成的。 全橋的正向電流有0.5A、1A、1.5A、2A、2.5A、3A、5A、10A、20A、35A、50A等多種規(guī)格，耐壓值（最高反向電壓）有25V、50V、100V、200V、300V、400V、500V、600V、800V、1

29、000V等多種規(guī)格。 整流橋作為一種功率元器件，非常廣泛。應(yīng)用于各種電源設(shè)備。 圖 整流濾波電壓及整流電流的波形3.2.1 整流橋?qū)〞r(shí)間及選通特性 50Hz交流電壓經(jīng)過全波整流后變成脈動(dòng)直流電壓u1，再通過輸入濾波電容得到直流高壓U1。在理想情況下，整流橋的導(dǎo)通角本應(yīng)為180(導(dǎo)通范圍是從0180)，但由于濾波電容器C的作用，僅在接近交流峰值電壓處的很短時(shí)間內(nèi)，才有輸入電流流經(jīng)過整流橋?qū)充電。50Hz交流電的半周期為10ms，整流橋的導(dǎo)通時(shí)間tC3ms，其導(dǎo)通角僅為54(導(dǎo)通范圍是3690)。因此，整流橋?qū)嶋H通過的是窄脈沖電流。橋式整流濾波電路的原理如圖1(a)所示，整流濾波電壓及整流電流

30、的波形分別如圖l(b)和(c)所示。3.2.2 整流橋的參數(shù)選擇 隔離式開關(guān)電源一般采用由整流管構(gòu)成的整流橋，亦可直接選用成品整流橋，完成橋式整流。全波橋式整流器簡(jiǎn)稱硅整流橋，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝而成的半導(dǎo)體器件。它具有體積小、使用方便、各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于開關(guān)電源的整流電路。硅整流橋有4個(gè)引出端，其中交流輸入端、直流輸出端各兩個(gè)。 硅整流橋的最大整流電流平均值分0540A等多種規(guī)格，最高反向工作電壓有501000V等多種規(guī)格。小功率硅整流橋可直接焊在印刷板上，大、中功率硅整流橋則要用螺釘固定，并且需安裝合適的散熱器。 整流橋的主要參數(shù)有反向峰值電壓

31、URM(V)，正向壓降UF(V)，平均整流電流Id(A)，正向峰值浪涌電流IFSM(A)，最大反向漏電流IR(A)。整流橋的反向擊穿電壓URR應(yīng)滿足下式要求： 設(shè)輸入有效值電流為IRMS，整流橋額定的有效值電流為IBR，應(yīng)當(dāng)使IBR2IRMS。計(jì)算IRMS的公式如下： 式中，PO為開關(guān)電源的輸出功率，為電源效率，umin為交流輸入電壓的最小值，cos為開關(guān)電源的功率因數(shù)，允許cos=0507。由于整流橋?qū)嶋H通過的不是正弦波電流，而是窄脈沖電流(參見圖1)，因此整流橋的平均整流電流IdIRMS，一般可按Id=(0607)IRMS來(lái)計(jì)算IAVG值。總結(jié)：1、整流橋的上述特性可等效成對(duì)應(yīng)于輸入電壓頻

32、率的占空比大約為30。2、整流二極管的一次導(dǎo)通過程，可視為一個(gè)“選通脈沖”，其脈沖重復(fù)頻率就等于交流電網(wǎng)的頻率(50Hz)。3、為降低開關(guān)電源中500kHz以下的傳導(dǎo)噪聲，有時(shí)用兩只普通硅整流管(例如1N4007)與兩只快恢復(fù)二極管(如FR106)組成整流橋，F(xiàn)Rl06的反向恢復(fù)時(shí)間trr250ns。3.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)高頻變壓器是開關(guān)電源中進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存與傳輸?shù)闹匾考?，開關(guān)電源中高頻變壓器性能的優(yōu)劣，不僅對(duì)電源效率H 有較大的影響，而且直接關(guān)系到電源的其它技術(shù)指標(biāo)和電磁兼容性(EMC)。為此，一個(gè)高效率的高頻變壓器應(yīng)具備直流損耗和交流損耗低、漏感小、繞組的分布電容及各繞組間的耦合電容小等

33、條件。 開關(guān)電源中變壓器的功能是把輸入的高頻高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰母哳l低電壓。所以實(shí)際工作情況與線性穩(wěn)壓電源中的電源變壓器差別很大。線性穩(wěn)壓電源中變壓器輸入的是正弦交流電，而開關(guān)變壓器的初級(jí)是開關(guān)電源的一部分，工作在直流高頻斬波狀態(tài)下進(jìn)行。這也是設(shè)計(jì)開關(guān)變壓器的基本出發(fā)點(diǎn)。3.3.1 變壓器的分類按線圈之間耦合材料分：空芯變壓器、磁芯變壓器、鐵芯變壓器。按工作頻率分：高頻變壓器、中頻變壓器、低頻變壓器、脈沖變壓器。3.3.2 高頻變壓器的工作原理在一次繞組上外施一變流電壓U1便有I0流入，因而在鐵心中激勵(lì)一交流磁通，磁通同時(shí)也與二次繞組匝鏈。由于磁通的交變作用在二次繞組中便感應(yīng)出電勢(shì)ez。根據(jù)電

34、磁感應(yīng)定律可知，繞組的感應(yīng)電勢(shì)正比于安的匝數(shù)。因此只要改變二次繞組的匝數(shù)，便能改變電勢(shì)ez的數(shù)值，如果二項(xiàng)繞組接上用電設(shè)備，二次繞組便有電壓輸出，這就是變壓器的工作原理設(shè)計(jì)高頻變壓器首先應(yīng)該從磁芯開始。開關(guān)電源變壓器磁芯多是在低磁場(chǎng)下使用的軟磁材料，它有較高磁導(dǎo)率，低的矯頑力，高的電阻率。磁導(dǎo)率高，在一定線圈匝數(shù)時(shí)，通過不大的激磁電流就能承受較高的外加電壓，因此，在輸出一定功率要求下，可減輕磁芯體積。磁芯矯頑力低，磁滯面積小，則鐵耗也少。高的電阻率，則渦流小、鐵耗小。鐵氧體材料是復(fù)合氧化物燒結(jié)體，電阻率很高，適合高頻下使用，但Bs值比較小，常使用在開關(guān)電源中。3.3.3 開關(guān)電源高頻變壓器的參

35、數(shù)計(jì)算高頻變壓器的設(shè)計(jì)通常采用兩種方法：第一種是先求出磁芯窗口面積AW與磁芯有效截面積Ae的乘積AP（AP=AWAe，稱磁芯面積乘積），根據(jù)AP值，查表找出所需磁性材料之編號(hào)；第二種是先求出幾何參數(shù)，查表找出磁芯編號(hào)，再進(jìn)行設(shè)計(jì)。在單端反激式開關(guān)電源中，高頻開關(guān)變壓器既是儲(chǔ)能元件又是傳遞能量的主體，設(shè)計(jì)難度較大，是一個(gè)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括變壓器變比n，初、次級(jí)繞組匝數(shù)NP、NS 和反饋繞組匝數(shù)NF 等。（1）選擇恰當(dāng)?shù)拇判九c骨架由于該電源的輸出功率較為60W，高頻變壓器的漏感應(yīng)盡量小，一般應(yīng)選用能夠滿足132kHz 開關(guān)頻率的錳鋅鐵氧體，為便于繞制，磁芯形狀可選用EI 或EE 型

36、，變壓器的初、次級(jí)繞組應(yīng)相間繞制。參考其他同類型相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，本設(shè)計(jì)就選用R2KDP 錳鋅鐵氧體材料制成的EE22 型鐵氧體磁芯，R2KDP 屬于高頻低功耗電源鐵氧體材料。當(dāng)開關(guān)電源的額定輸出功率PO=20W 時(shí)，設(shè)開關(guān)電源的效率H 達(dá)到85%90%，則高頻變壓器的額定輸入功率PI=PO/H= 20W/（85%90%）= 18W。（2）初級(jí)感應(yīng)電壓UOR 的計(jì)算關(guān)斷且次級(jí)電路處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，次級(jí)電壓會(huì)感應(yīng)到初級(jí)。初級(jí)感應(yīng)電壓UOR 是開關(guān)管斷開期間初級(jí)感應(yīng)到的電壓值。UDCImin=110V，則由公式如下計(jì)算：UOR=UDCIminton / toff =UDCIminDmax/(1-D

37、max) 計(jì)算得到：UOR=380V。（3）確定變壓器各繞組匝數(shù) 1）變壓器變比的計(jì)算 當(dāng)TOP224Y 中的MOSFET 關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在變壓器初級(jí)中的能量開始向次級(jí)傳遞，次級(jí)兩路繞組的電壓US1、US2 可表示為：US = UDCIminton / toffNS/NP 公式（3.6）變壓器次級(jí)電壓與輸出電壓的關(guān)系為：US1=UO+UL+UF=12+0.3+0.4=12.7V；其中變壓器次級(jí)繞組壓降UL 為0.3V，輸出整流共陰極肖特基對(duì)管VD2、VD3 壓降UF 為0.4V。變壓器的變比n 可表示為：n=NS/NP= NS /(UDCIminton/toff)=US1/UOR 公式（3.7）

38、計(jì)算得n=0.093、2）變壓器初級(jí)、次級(jí)及反饋繞組匝數(shù)的計(jì)算根據(jù)單端反激式變壓器的工作磁通密度及法拉第電磁感應(yīng)定律 = -NdB/dtS，另外參考同類型相應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)資料，可得到初級(jí)線圈匝數(shù)NP、次級(jí)線圈匝數(shù)NS，即NP =43 匝，3）反饋繞組匝數(shù)的計(jì)算公式為：NB=NP(UB+UF)/ UOR 公式（3.8）將NB =12V，UF =0.7V 帶入得NB = 4 匝。3.3.4 高頻變壓器的繞制1.初級(jí)繞組必須繞在最里層。其優(yōu)點(diǎn)之一是能縮短每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度，減小初級(jí)繞組的分布電容；優(yōu)點(diǎn)之二是初級(jí)繞組能被其他繞組所屏蔽，可降低初級(jí)繞組對(duì)相鄰元件的電噪聲。2.初級(jí)繞組的起始端應(yīng)接到TOPSwit

39、ch的漏極端，利用初級(jí)繞組的其余部分和其 它繞組將它屏蔽，減小從初級(jí)耦合到其他地方的電磁干擾。初級(jí)繞組最好設(shè)計(jì)成兩層或兩層以下以降低初級(jí)分布電容和漏感。在初級(jí)各層之間加一絕緣層，能將分布電容減小到原來(lái)的1/4左右。漏電感會(huì)導(dǎo)致MOSFET關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為減小變壓器的漏感，可采用三明治繞法把副邊夾在原邊的中間，或在原邊層與層之間加上膠布。另外變壓器繞組的頂部互相之間應(yīng)同軸，以便使耦合最強(qiáng)，減小漏電感。3.反饋繞組的最佳位置取決于開關(guān)電源采用初級(jí)調(diào)整方案還是次級(jí)調(diào)整方案。采用前者時(shí)應(yīng)將反饋繞組置于初、次級(jí)繞組之間，這樣能對(duì)初級(jí)回路元件上的電磁干擾起到屏蔽作用。采用后者時(shí)需把反饋繞組繞在最外層

40、，此時(shí)反饋繞組與次級(jí)繞組的禍合最強(qiáng)，對(duì)輸出電壓的變化反應(yīng)得更靈敏，能提高調(diào)整度；另外還能減小反饋繞組與初級(jí)繞組的耦合程度以及反饋輸出的峰值充電效應(yīng)，也有助于提高穩(wěn)壓性能。4.繞制多路輸出的次級(jí)繞組時(shí)，輸出功率最大的次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí)，以減小漏感。如次級(jí)匝數(shù)較少，每匝之間可使適當(dāng)留出間隙，或采用多股并繞的方式使繞組能充滿整個(gè)骨架。3.3.5 高頻變壓器繞制的注意事項(xiàng) 高頻變壓器的結(jié)構(gòu)如圖 所示，NP、NS、NF 分別代表初級(jí)、次級(jí)和反饋級(jí)的繞組，110為骨架的引出端。反激式開關(guān)電源變壓器繞制示意圖（1） 初級(jí)繞組必須繞在最里層。其優(yōu)點(diǎn)之一是能縮短每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度，減小初級(jí)繞組的分布電容；優(yōu)點(diǎn)之二是

41、初級(jí)繞組能被其他繞組所屏蔽，可降低初級(jí)繞組對(duì)相鄰元件的電噪聲。另外初級(jí)繞組的起始端應(yīng)接到的漏極端，利用初級(jí)繞組的其余部分和其他繞組將它屏蔽，減小從初級(jí)耦合到其他地方的電磁干擾。初級(jí)繞組最好設(shè)計(jì)成兩層或兩層以下以降低初級(jí)分布電容和漏感。在初級(jí)各層之間加一絕緣層，能將分布電容減小到原來(lái)的1/4 左右。漏電感會(huì)導(dǎo)致MOSFET 關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。為減小變壓器的漏感，可采用三明治繞法把副邊夾在原邊的中間，或在原邊層與層之間加上膠布。另外變壓器繞組的頂部互柑之間應(yīng)同軸，以便使耦合最強(qiáng)，減小漏電感。（2） 反饋繞組的最佳位置取決于開關(guān)電源采用初級(jí)調(diào)整方案還是次級(jí)調(diào)整方案。采用前者時(shí)應(yīng)將反饋繞組置于初、次

42、級(jí)繞組之間，這樣能對(duì)初級(jí)回路元件上的電磁干擾起到屏蔽作用。采用后者時(shí)需把反饋繞組繞在最外層，此時(shí)反饋繞組與次級(jí)繞組的耦合最強(qiáng)，對(duì)輸出電壓的變化反應(yīng)得更靈敏，能提高調(diào)整度。另外還能減小反饋繞組與初級(jí)繞組的耦合程度以及反饋輸出的峰值充電效應(yīng)，也有助于提高穩(wěn)壓性能。（3） 繞制多路次級(jí)繞組時(shí)，輸出功率最大的次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí)，以減小漏感。如次級(jí)匝數(shù)較少，每匝之間可使適當(dāng)留出間隙，或采用多股并繞的方式使繞組能充滿整個(gè)骨架。（4） 在初、次級(jí)之間增加屏蔽層，可減小初、次級(jí)之間共模干撫的容性耦合。在初、次級(jí)之間繞一層漆包線，其中一端接UDCI；另一端懸空并且用絕緣帶絕緣，置于高頻變壓器內(nèi)部不引出來(lái)。3.3

43、.6 單片開關(guān)電源高頻變壓器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 1 降低高頻變壓器損耗（1）直流損耗：高頻變壓器的直流損耗是由線圈的銅損耗造成的。為提高效率，盡量選擇較粗的導(dǎo)線并取電流密度J=410A/mm2。（2）交流損耗：高頻變壓器的交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯的損耗引起的。高頻電流通過導(dǎo)線時(shí)總是趨向于從表面流過，這會(huì)使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠(yuǎn)高于銅電阻。高頻電流對(duì)導(dǎo)體的穿透能力與開關(guān)頻率的平方根成反比，為減小交流阻抗，導(dǎo)線半徑不得超過高頻電流可達(dá)深度的2 倍。3.3.7 減小高頻變壓器的漏感 在設(shè)計(jì)高頻變壓器時(shí)必須把漏感減至最小。因?yàn)槁└杏螅a(chǎn)生的尖峰電壓幅度愈高，漏極鉗位電

44、路的損耗就愈大，這必然導(dǎo)致電源效率降低。減小漏感時(shí)可采取以下措施：（1）減小初級(jí)繞組的匝數(shù)；（2）增大繞組的寬度（例如選EE 型磁芯，以增加骨架寬度）；（3）增加繞組的高、寬比；（4）減小各繞組之間的絕緣層； 2 增加繞組之間的耦合程度。為減小漏感，繞組應(yīng)按同心方式排列，如果對(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(chǎng)泄漏。而本設(shè)計(jì)中是單路輸出，故此處不多做計(jì)較。當(dāng)次級(jí)匝數(shù)很少時(shí)，為了增加與初級(jí)的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個(gè)骨架上，以增加覆蓋面積。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，其上的能量都被吸收掉了。分布電容不僅使電

45、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。初級(jí)繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容，應(yīng)盡量減小每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)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，減小相鄰繞組的耦合程度。 3 抑制高頻變壓器音頻噪聲 高頻變壓器EE 型磁芯之間的吸引力，能使兩個(gè)磁芯發(fā)生位移;繞組電流相互間的引力或斥力，也能使線圈產(chǎn)生偏移。上述因素均會(huì)使高頻變壓器在工作時(shí)發(fā)出音頻噪聲。70W 單片開關(guān)電源的音頻噪聲頻率為l32kHz。為防止磁芯之間產(chǎn)生相對(duì)位移，通常以環(huán)氧樹脂作膠合劑，將兩個(gè)磁芯的3 個(gè)接觸面(含中心柱)進(jìn)行粘接。但這種剛性連接方式的效果并不理想。因?yàn)檫@無(wú)法將音

46、頻噪聲減至最低，況且膠合劑過多，磁芯在受機(jī)械應(yīng)力時(shí)還容易折斷。國(guó)外最近采用一種特殊的“玻璃珠”(Glass Beads)膠合劑，來(lái)粘合EE 型的鐵氧體磁芯，效果甚佳。用玻璃珠膠合劑粘接的高頻變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般主要是采用這種工藝可將音頻噪聲降低5dB。為防止高頻變壓器的泄漏磁場(chǎng)對(duì)相鄰電路造成干擾，可把一銅片環(huán)繞在變壓器外部，構(gòu)成屏蔽帶。屏蔽帶應(yīng)與地接通，該屏蔽帶相當(dāng)于短路環(huán)，能對(duì)泄漏磁場(chǎng)起到抑制作用。第四章 電路各模塊的參數(shù)計(jì)算4.1 EMI整流濾波電路元件的參數(shù)計(jì)算輸入濾波電容C1的值可根據(jù)輸出功率按照2 uF/W來(lái)取值，并考慮10%裕量后可采用47uF/400V的電解電容。由D5和D6構(gòu)成的

47、鉗位電路可防止高壓對(duì)TOP222Y的損壞，D5采用P6KE150型瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)，其鉗位電壓為150V，鉗位時(shí)間僅1ns，峰值功率是5W。D6需采用UF4005型1A/600V的超快恢復(fù)二極管（FRD），其反向恢復(fù)時(shí)間trr=30ns。輸出整流濾波電路由整流二極管、濾波電容和濾波電感構(gòu)成。整流二極管選用IN4007，其反向電壓值VR=200 V，工作電流Ip=3A。其最高反向工作電壓大于實(shí)際承受的最大反向峰值電壓。濾波電容選擇120 uF/35 V低ESR電容。輸出濾波電感采用3.3u H 的電感，能主動(dòng)抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。為減少共模干擾，在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接有共模抑制電容C

48、2。4.2 PC817光電耦合器與TL431外圍器件參數(shù)計(jì)算電源反饋隔離電路由光電耦合器PC817以及并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431 所組成，如圖4.2所示，其中R2為光耦的限流電阻，R3 及R4 為TL431 的分壓電阻，C1 作為頻率補(bǔ)償之用。光電耦合器的限流電阻R2 可由下式求得 (3-1)其中 VF 為二極管的正向壓降， IF 為二極管的電流。若PC817 之耦合效率為 ，則所產(chǎn)生的集極電流IC 會(huì)與IF 之間關(guān)系式為: (3-2)此時(shí)反饋電壓信號(hào)為: (3-3)輸出電壓Vo ，則由TL431內(nèi)部2.5V之參考電壓求得: (3-4)圖4.2 取樣反饋隔離電路圖4.3 TL431的取樣電阻計(jì)算1.

49、計(jì)算總?cè)与娏鱅q值 Iq=2.5/R4=2.5V/10K=0.25mA 這里設(shè)總?cè)与娏鳛?.25mA,所以R4取10K。 2.計(jì)算R5值取樣電流為：R5=(VoA-2.5V)/Iq=(12V-2.5V)/0.25mA R5=38K(可用38.3K 1%誤差的電阻) 3.驗(yàn)算 實(shí)際取樣總電流： Iq =(12V-2.5V)/(38.3K)=0.0248mA約等于理論計(jì)算值的2.5mA第五章 仿 真5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介PSIM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件，具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)

50、境。該仿真解析系統(tǒng)，不只是回路仿真單體，還可以和其他公司的仿真器連接，為用戶提供高開發(fā)效率的仿真環(huán)境。例如，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)開發(fā)領(lǐng)域，控制部分用MATLAB/Simulink實(shí)現(xiàn)，主回路部分以及其周邊回路用PSIM實(shí)現(xiàn)，電機(jī)部分用電磁界解析軟件JMAG實(shí)現(xiàn)，由此進(jìn)行連成解析，實(shí)現(xiàn)更高精度的全面仿真系統(tǒng)。PSIM是專門用于電力電子以及電機(jī)控制領(lǐng)域的專業(yè)化仿真軟件。PSIM具有快速的仿真功能和友好的用戶界面等優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)各不同用戶而提供的一種強(qiáng)有效的仿真環(huán)境。PSIM具有獨(dú)特仿真速度、可控制任意大小的電力變換回路、及對(duì)控制回路仿真功能的特點(diǎn)，在各不同系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域、控制環(huán)的設(shè)計(jì)、以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域被

51、廣泛應(yīng)用。Creo是美國(guó)PTC公司于2010年發(fā)布的新型CAD設(shè)計(jì)軟件，作為PTC的閃電計(jì)劃的第一個(gè)發(fā)布的產(chǎn)品，Creo整合了PTC公司原來(lái)的三個(gè)軟件Pro/Engineer、CoCreate和ProductView的主要技術(shù)，并針對(duì)不同的專門任務(wù)把整個(gè)軟件包分成了大約30個(gè)子應(yīng)用，所有的這些子應(yīng)用統(tǒng)稱為Creo Elements。1、融合了Pro/Engineer的參數(shù)化技術(shù)和CoCreate的直接建模技術(shù)，同時(shí)支持參數(shù)化建模和直接建模，兩者切換時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)和參數(shù)化特征完整無(wú)損。 2、整個(gè)軟件分為30多個(gè)針對(duì)不同的任務(wù)而設(shè)立的更簡(jiǎn)單化應(yīng)用程序，菜單和工具條大為減少，幫助用戶把注意力放在產(chǎn)品上而不是軟件上。 3、所有子應(yīng)用程序采用統(tǒng)一文件格式，實(shí)現(xiàn)所用子應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)無(wú)損轉(zhuǎn)移。5.2開關(guān)電源設(shè)計(jì)總原理圖5.3 PSIM仿真圖第六章 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過一個(gè)多月的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。回想起來(lái)，有苦有甜，雖很艱辛，但充滿樂趣。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)之前學(xué)過的所有知識(shí)的一種復(fù)習(xí)檢驗(yàn)，也是對(duì)自己能力的一種提高。在這次的設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多。比如在確定初級(jí)電路元器件：(1)輸入整流橋(BR)的選擇，選擇具有較大容量的整流橋并使之工作在較小的電流下，可減小整流橋的壓降和功率損耗，提高電源效率。