PWM開(kāi)關(guān)電源原理教學(xué)內(nèi)容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PWM開(kāi)關(guān)電源原理-PWM開(kāi)關(guān)電源第1章緒論隨著全球?qū)δ茉磫?wèn)題的重視，電子產(chǎn)品的耗能問(wèn)題將愈來(lái)愈突出，如何降低其待機(jī)功耗，提高供電效率成為一個(gè)急待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，但它存在著效率低（只有40%50%）、體積大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)。為了提高效率，人們研制出了開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)85%以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、不使用電源變壓器等特點(diǎn)，是一種較理想的穩(wěn)壓電源。正因?yàn)槿绱?，開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。1.1

2、課題背景1.1.1開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展歷史開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源）取代晶體管線性穩(wěn)壓電源（以下簡(jiǎn)稱線性電源）已有30多年歷史，最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管了作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)后，脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)有了發(fā)展，用以控制開(kāi)關(guān)變換器，得到PWM開(kāi)關(guān)電源，它的特點(diǎn)是用20kHz脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制PWM開(kāi)關(guān)電源效率可達(dá)6570，而線性電源的效率只有3040。在發(fā)生世界性能源危機(jī)的年代，引起了人們的廣泛關(guān)往。線性電源工作于工頻，因此用工作頻率為20kHZ的PWM開(kāi)關(guān)電源替代，可大幅度節(jié)約能源，在電源技術(shù)發(fā)展史上譽(yù)為20kHZ革命。隨著ULSI芯片尺寸不斷減小，

3、電源的尺寸與微處理器相比要大得多；航天，潛艇，軍用開(kāi)關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備（如手提計(jì)算機(jī)，移動(dòng)電話等）更需要小型化，輕量化的電源。因此對(duì)開(kāi)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要小。此外要求開(kāi)關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。1.1.2我國(guó)開(kāi)關(guān)電源歷程從我國(guó)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展過(guò)程可以了解國(guó)際開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的一個(gè)側(cè)面，雖然一般說(shuō)來(lái)，我國(guó)技術(shù)發(fā)展水平與國(guó)際先進(jìn)水平平均有510年差距。70年代起，我同在黑白電視機(jī)，中小型計(jì)算機(jī)中開(kāi)始應(yīng)用5V，20-200A，20kHZACDC開(kāi)關(guān)1PWM開(kāi)關(guān)電源電源。80年代進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用階段，并開(kāi)發(fā)研究0.55MHz準(zhǔn)諧振型軟

4、開(kāi)關(guān)電源。80年代中，我國(guó)通信（如程注交換機(jī)）電源在ACDC及DCDC開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域中所占比重還比較低。80年代末我國(guó)通信電源大規(guī)模更新?lián)Q代，傳統(tǒng)的鐵磁穩(wěn)壓-整流電源和晶閘管被相控穩(wěn)壓電源為大功率（48V，6kw）ACDC開(kāi)關(guān)電源（通信系統(tǒng)中常稱為開(kāi)關(guān)型整流器SMR）所取代；并開(kāi)始在辦公室自動(dòng)化設(shè)備中得到應(yīng)用。工業(yè)應(yīng)用方面，在鍋爐火焰控制，繼電保護(hù)，激光，彩色TV，離子管燈絲發(fā)射電流調(diào)節(jié)，離子注射機(jī)，鹵鎢燈控制等系統(tǒng)中均有應(yīng)用。90年代我國(guó)又研制開(kāi)發(fā)了一批新型專用開(kāi)關(guān)電源，典型例子如下：1.衛(wèi)星開(kāi)關(guān)電源。東方紅三號(hào)通信衛(wèi)星、風(fēng)云一號(hào)、二號(hào)氣象衛(wèi)星均應(yīng)用了開(kāi)關(guān)電源。特點(diǎn)是：多路輸出，不可維修性

5、，要求長(zhǎng)期不改變性能，設(shè)置冗余模塊，可靠性高，EMC滿足空間環(huán)境條件，高效，輕小。2.遠(yuǎn)程火箭控制系統(tǒng)的DCDC開(kāi)關(guān)電源，要求發(fā)射過(guò)程中高度可靠。3.1000kW牽引變流器4500V1200AGTO門控250W開(kāi)關(guān)電源。4.40kW固體脈沖激光器的軟開(kāi)關(guān)電源。用4臺(tái)10kw全橋多諧振ZVS變換器并聯(lián)。5.焊機(jī)用雙IGBT管正激車電壓轉(zhuǎn)換脈定調(diào)制（ZVTPWM）軟開(kāi)關(guān)電源。輸出20kW，500A，開(kāi)關(guān)頻率40kHZ，效率92。特點(diǎn)是負(fù)載大范圍變化頻繁，工作環(huán)境惡劣。要求電源沖擊電流小，動(dòng)態(tài)特性好，負(fù)載不影響軟開(kāi)關(guān)性質(zhì)。6.HYPERLINK/system.asp變電所在流操作系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源。供繼電

6、保護(hù)和自動(dòng)裝置及蓄電池充電用。代替晶閘管調(diào)壓系統(tǒng)，輸出10A，180286V。主開(kāi)關(guān)管用IGBT或功率MOSFET。7.單相和三相高功率因數(shù)整流器（有源功率同數(shù)校正器）?？梢钥闯?030年中，我國(guó)開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)性能有很大進(jìn)展，這與國(guó)家基礎(chǔ)工業(yè)和國(guó)力增強(qiáng)有密切關(guān)系，也和國(guó)際先進(jìn)開(kāi)關(guān)電源技術(shù)影響有關(guān)。充分顯示了中國(guó)電源技術(shù)人員的聰明才智和艱苦奮斗的創(chuàng)業(yè)精神。90年代，中小型（500W以下）ACDC和DC-DC開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)是：高頻化（開(kāi)關(guān)頻率達(dá)300400kHZ）以達(dá)到高功率密度，體小量輕；力求高效和高可靠；低成本；低輸出電壓（3V）；AC輸入端高功率同數(shù)等。在今后5年內(nèi)仍然將沿這些方向

7、發(fā)展。主要技術(shù)標(biāo)志從技術(shù)上看，幾十年來(lái)推動(dòng)開(kāi)關(guān)電源性能和技術(shù)水平不斷提高的主要標(biāo)志是：1.新型高頻功率半導(dǎo)體器件的開(kāi)發(fā)使實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源高頻化有了可能。如功率MOSFET和IGBT已完全可代替功率晶體管和晶閘管，從而使中小型開(kāi)關(guān)電源下作頻率可達(dá)到400kHZ（ACDC）和1MHZ（DC-DC）的水平。超快恢復(fù)功率二2PWM開(kāi)關(guān)電源極管，MOSFE同步整流技術(shù)的開(kāi)發(fā)也為高效低電壓輸出（例如3V）開(kāi)關(guān)電源的研制有了可能?，F(xiàn)正在探索研制耐高溫的高性能碳化磚功率來(lái)導(dǎo)體器件。2.軟開(kāi)關(guān)技術(shù)使高效率高頻開(kāi)關(guān)變換器的實(shí)現(xiàn)有了可能。PWM開(kāi)關(guān)電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作（開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓卜降上升和電流上升下降波形有交疊），

8、因而開(kāi)關(guān)損耗大。開(kāi)關(guān)電源高頻化可以縮小體積重量，但開(kāi)關(guān)損耗卻更大了（功耗與頻率成正比）。為此必須研究開(kāi)關(guān)電比電流波形個(gè)交更的技術(shù)，即所謂零電壓（ZVS）本電流（ZCS）開(kāi)關(guān)技術(shù)，或稱軟開(kāi)關(guān)技術(shù)（相對(duì)于PWM硬開(kāi)關(guān)技術(shù)而言），小功率軟開(kāi)關(guān)電源效率可提高到8085。70年代諧振開(kāi)關(guān)電源奠定了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。以后新的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準(zhǔn)諧振（80年代中）全橋移相ZVSPWM，恒頻ZVSPWMZCSPWM（80年代末）ZVSPWM有源鉗位；ZVTPWMZCT-PWM（90年代初）全橋移相ZVZCSPWM（90年代中）等。我國(guó)已將最新軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6KW通信電源中，效率達(dá)93%。3.控制技術(shù)研究

9、的進(jìn)展。如電流型控制及多環(huán)控制，電荷控制，一周期控制，功率因數(shù)控制，DSP控制；及相應(yīng)專用集成控制芯片的研制成功等，使開(kāi)關(guān)電源動(dòng)態(tài)性能有很大提高，電路也大幅度簡(jiǎn)化。4.有源功率因校正技術(shù)（APFC）的開(kāi)發(fā)，提高了ACDC開(kāi)關(guān)電源功率因數(shù)。由于輸入端有整流電容元件，ACDC開(kāi)關(guān)電源及一大類整流電源供電的電子設(shè)備（如逆變器，UPS）等的電網(wǎng)測(cè)功率因數(shù)僅為0.65，80年代用APFC技術(shù)后可提高到0.950.99，既治理了電網(wǎng)的諧波“污染”，又提高了開(kāi)關(guān)電源的整體效率。單相APFC是DCDC開(kāi)關(guān)變換器拓?fù)浜凸β室驍?shù)控制技術(shù)的具體應(yīng)用，而三相APFC則是三相PWM整流開(kāi)關(guān)拓?fù)浜涂刂萍夹g(shù)的結(jié)合。5.磁性

10、元件新型磁材料和新型變壓器的開(kāi)發(fā)。如集成磁路，平面型磁芯，超薄型（Lowprofile）變壓器；以及新型變壓器如壓電式，無(wú)磁芯印制電路（PCB）變壓器等，使開(kāi)關(guān)電源的尺寸重量都可減少許多。6.新型電容器和EMI濾波器技術(shù)的進(jìn)步，使開(kāi)關(guān)電源小型化并提高了EMC性能。7.微處理器監(jiān)控和開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)部通信技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源系統(tǒng)的可靠性。90年代末又提出了新型開(kāi)關(guān)電源的研制開(kāi)發(fā)，這也是新世紀(jì)開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展遠(yuǎn)景。如：用一級(jí)ACDC開(kāi)關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流，并具有功率因數(shù)校正功能，稱為單管單級(jí)或4S高功率因數(shù)ACDC開(kāi)關(guān)變換器；輸出1V，50A的低電壓大電流DCDC變換器，又稱電壓調(diào)節(jié)模塊VRM，以

11、適應(yīng)下一代超快速微處理器供電的需求；多通道3PWM開(kāi)關(guān)電源（MultiChannel或MultiPhase）DCDC開(kāi)關(guān)變換器；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（Server）的開(kāi)關(guān)電源可攜帶式電子設(shè)備的高頻開(kāi)關(guān)電源等。1.1.3開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展動(dòng)向1.小型、薄型、輕量化由于電源輕、小、薄的關(guān)鍵使高頻化，因此，國(guó)外目前都在致力于同步開(kāi)發(fā)新型元器件，特別使改善二次整流管的損耗、變壓器及電容小型化，并同時(shí)采用表面安裝（SMT）技術(shù)在電路板兩面布置元器件以確保開(kāi)關(guān)電源的輕、小、薄。2.高效率開(kāi)關(guān)電源高頻化使傳統(tǒng)的PWM開(kāi)關(guān)（硬開(kāi)關(guān)）功耗加大，效率降低，噪聲也增大了，達(dá)不到高頻、高效的預(yù)期效益，因此，實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通、零電流

12、關(guān)斷的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將成為開(kāi)關(guān)電源未來(lái)的主流。采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以使效率達(dá)到8588。3.高可靠性可用模塊電源使用的元器件比線性工作電源多數(shù)十倍，因此，降低了可靠性。追求壽命的延長(zhǎng)要從設(shè)計(jì)方面著手，而不是從使用方面著想。4.模塊化可用模塊電源組成分布式電源系統(tǒng)；可以設(shè)計(jì)成N+1余電源系統(tǒng)，從而提高可靠性；可以做成插入式，實(shí)現(xiàn)熱交換，從而在運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)能快速更換模塊插件；多臺(tái)模塊并聯(lián)可實(shí)現(xiàn)大功率電源系統(tǒng)。此外，還可以在電源系統(tǒng)建成后，根據(jù)發(fā)展需要不斷擴(kuò)大容量。5.低噪聲開(kāi)關(guān)電源又一缺點(diǎn)時(shí)噪聲大，單純追求電源高頻化，噪聲也隨之增大。采用部分諧振變換技術(shù)，在原理上說(shuō)明可以高頻化，又可以低噪聲。但諧振變

13、換技術(shù)也有其難點(diǎn)，如果難準(zhǔn)確地控制開(kāi)關(guān)頻率、諧振時(shí)增大了元器件負(fù)荷、場(chǎng)效應(yīng)管的寄生電容易引起短路損耗元器件熱應(yīng)力轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)管等問(wèn)題難以解決。6.抗電磁干擾（EMI）4PWM開(kāi)關(guān)電源當(dāng)開(kāi)關(guān)電源在高頻下工作時(shí)，其噪聲通過(guò)電源線產(chǎn)生對(duì)其他電子設(shè)備干擾，世界各國(guó)已有抗EMI的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。7.電源系統(tǒng)的管理和控制應(yīng)用微處理器或微機(jī)集中控制和管理，可以及時(shí)反映開(kāi)關(guān)電源環(huán)境的各種變化。中央處理單元實(shí)現(xiàn)智能控制，可自動(dòng)診斷故障，減少維護(hù)工作量，確保正常運(yùn)行。8.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）利用計(jì)算機(jī)對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)和模擬試驗(yàn)，十分有效，是最為快速經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)方法。9.產(chǎn)品更新加快目前開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品要求輸入電壓通

14、用（使用世界各國(guó)電網(wǎng)電壓規(guī)模），輸出電壓范圍擴(kuò)大（入計(jì)算機(jī)和工作站需要增加3.3V這一擋電壓，程控需要增加直流150V電壓），輸入端公里因數(shù)進(jìn)一步提高，具有安全、過(guò)壓保護(hù)等功能。5PWM開(kāi)關(guān)電源第2章PWM開(kāi)關(guān)電源的基本原理2.1PWM開(kāi)關(guān)電源的基本原理開(kāi)關(guān)電源的工作過(guò)程相當(dāng)容易理解。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(kāi)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總是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?。功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，PWM開(kāi)關(guān)電源更為有效的工

15、作過(guò)程是通過(guò)“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(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比是開(kāi)關(guān)電源的控制器來(lái)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(guò)變壓器來(lái)生高或降低。通過(guò)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(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓?？刂破鞯闹饕康氖奖３州敵鲭妷悍€(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能模塊電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(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(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓脈沖轉(zhuǎn)換單元。開(kāi)關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置

16、差別很少，但是工作過(guò)程相差很大，在特定的場(chǎng)合下個(gè)有優(yōu)點(diǎn)。正激式變換器的優(yōu)點(diǎn)式：輸出電壓的紋波峰峰值比升壓式變換器低，同時(shí)可以輸出比較高的功率，正激式變換器可以提供數(shù)千瓦的功率。升壓式變換器中峰值電流較高，因此只適合功率不大于150W的應(yīng)用場(chǎng)合，在所有拓?fù)渲校@類變換器所用的元器件最小，因而在中小功率的應(yīng)用場(chǎng)合中和流行。開(kāi)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(guò)高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)控制開(kāi)關(guān)管,將那個(gè)直流加到開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)上;3.開(kāi)關(guān)變壓器次級(jí)感應(yīng)出高頻電壓,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載;6PWM開(kāi)關(guān)電源4.輸出部分通過(guò)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

17、出的目的.2.2PWM開(kāi)關(guān)電源的組成模塊Vout(DC)輸入地PFI濾波器和浪涌抑制器輸入整流和濾波啟動(dòng)、IC供電和驅(qū)動(dòng)電電路Vin(DC)功率開(kāi)關(guān)7變壓器驅(qū)動(dòng)VCC控制器整流與濾波反饋網(wǎng)絡(luò)保護(hù)電路輸出保護(hù)抑制地PWM開(kāi)關(guān)電源第3章設(shè)計(jì)思想與方案論證3.1設(shè)計(jì)思想PWM開(kāi)關(guān)電源在使用時(shí)比線性電源具有更高的效率和靈活性。我們可以在航空和自動(dòng)化產(chǎn)品、儀器儀表、離線式產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)它們的蹤影，它們通常應(yīng)用于要求效率和多組電源電壓輸出的場(chǎng)合。開(kāi)關(guān)電源的重要要比線性電源輕的多。因?yàn)閷?duì)于相同的輸出功率，開(kāi)關(guān)電源的散熱器要小的多。但是開(kāi)關(guān)電源的成本較高，而且需要較長(zhǎng)的時(shí)間開(kāi)發(fā)。所以PWM開(kāi)關(guān)電源的的成本和效率是

18、本設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題。基于這些問(wèn)題，所以在本設(shè)計(jì)中，我們要注重成本的問(wèn)題和設(shè)計(jì)電源的時(shí)間。3.2方案論證在開(kāi)始設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，主要考慮的是采用何種基本拓?fù)洹ｉ_(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，拓?fù)漕愋团c電源各個(gè)組成部分的布置有關(guān)。這種布置與電源可以在何種環(huán)境下安全工作以及可以給負(fù)載提供的最大功率密切相關(guān)。這也是設(shè)計(jì)中性能價(jià)格折中的關(guān)鍵點(diǎn)。3.2.1方案選擇1.方案一正激式電路構(gòu)成一大開(kāi)關(guān)電源拓?fù)?，其電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)式功率管之后或變壓器二次側(cè)輸出整流器之后緊跟LC濾波器。圖3-1是一種簡(jiǎn)單正激式變換器電路，即所謂的Buck變換器。包括PWM開(kāi)關(guān)電源的拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)的參數(shù)。+Vin-Cin功率開(kāi)關(guān)控制D反饋L8+C

19、outVout+-VinVD0IpkVfwdPWM開(kāi)關(guān)電源tIloadIL0IImin1.4VswVinPout0W1KWtPKVinmin圖3-1Buck電路電路的工作可以看作一個(gè)機(jī)械飛輪和單活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，電路的LC濾波器就是飛輪，存儲(chǔ)從驅(qū)動(dòng)器輸出的脈沖功率。LC濾波器（扼流輸入濾波器）的輸入就是經(jīng)過(guò)斬波以后的電壓。LC濾波器平均了占空比調(diào)制的脈沖電壓。LC濾波器的作用可用下式表示：VVD式中D占空比outin通過(guò)控制電路改變占空比，即可保持輸出電壓恒定。Buck變換器之所以被稱作降壓式變換器，是因?yàn)樗妮敵鲭妷罕仨毜陀谳斎腚妷?。我們可以把Buck電路的工作過(guò)程分成兩個(gè)階段。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，輸入

20、電壓加到LC濾波器的輸入端，電感上的電流以固定斜率線性上升。在這個(gè)階段，電感存儲(chǔ)能量。輸入的能量就存儲(chǔ)在電感鐵心材料的磁通中。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，由于電感上的電流不能突變，電感電流就通過(guò)二極管D續(xù)流，該二極管稱為續(xù)流二極管，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)原先流過(guò)開(kāi)關(guān)管電流的續(xù)流，同時(shí)電感中存儲(chǔ)的一部分能量向負(fù)載釋放。續(xù)流電流環(huán)包括：二極管電感負(fù)載。在這個(gè)階段，電流波形時(shí)一條斜率為負(fù)的斜線。當(dāng)開(kāi)關(guān)再次導(dǎo)通時(shí)，二極管迅速關(guān)斷，電流從輸入電源和開(kāi)關(guān)管流過(guò)。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通前瞬間，電感上的電流就是開(kāi)關(guān)管通過(guò)的初始電流。9PWM開(kāi)關(guān)電源直流輸出的負(fù)載電流在最大值和最小值之間波動(dòng)。在典型應(yīng)用中，電感電流的最大值為負(fù)載電流的150，最

21、小值為負(fù)載電流的50。2.方案二反激式變壓器。反激式則指當(dāng)功率MOSFET導(dǎo)通時(shí)，就將電能儲(chǔ)存在高頻變壓器的初級(jí)繞組上，僅當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，才向次級(jí)輸送電能。其拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)參數(shù)，如圖3-2。VinVsw0Ipri0ISEC0+Vin-Cin控制VinflybkVsatIswIDN1TSWN2DCout反饋+Vout-tttI5.5VswVinVoutPout0W100WPKinmin圖3-2反激式電路3.方案三半橋電路。其拓?fù)?、主要波形和一些估?jì)參數(shù)，如圖3-3。10+-VinVinCin控制XFMRPWM開(kāi)關(guān)電源SW1SW2N2N1DSW1LOCCCoutVout+-Vin/

22、200IminIVsat2.8IpkVswVinSW2Pout0W500WttPKinmin3.1.2方案論證1.方案一圖3-3半橋電路在正激式電路拓?fù)渲?，即本方案一中的Buck變換器中。輸出電壓的紋波峰峰值比升壓式變換器低，同時(shí)可以輸出比較高的功率，正激式變換器可以提供數(shù)千瓦的功率。另外Buck變換器的輸出電壓必須低于輸如電壓。2.方案二11PWM開(kāi)關(guān)電源反激式電路拓?fù)?，由于具有使用原器件少、本身固有效率比較高的特點(diǎn)，在功率低于100150W的場(chǎng)合非常受歡迎。但是，反激式電路的電流峰值比正激式電路高很多，因此在相當(dāng)?shù)椎妮敵鲭妷合?，也可能超出開(kāi)關(guān)管的SOA。3.方案三在150500W范圍內(nèi)，半

23、橋電路比較常用。它使用的元器件比較多，但還是可以接受的。半橋電路輸入電壓只有一半加在變壓器一次惻，這導(dǎo)致電流峰值增加。因此半橋電路只在500W或更低輸出功率場(chǎng)合下使用。每種拓?fù)涠加凶约旱膬?yōu)缺點(diǎn)，有的拓?fù)淇赡艹杀颈容^底，但輸出的功率受到限制；而有的可以輸出足夠的功率，但成本比較高等。在一種應(yīng)用場(chǎng)合下，有好幾種拓?fù)淇梢怨ぷ?，但只有一種是在要求的成本范圍內(nèi)性能最好的。表3-1是各種各樣拓?fù)浼捌湎鄳?yīng)的優(yōu)點(diǎn)。表3-1PWM開(kāi)關(guān)電源拓?fù)涞谋容^拓?fù)涔β史秶?WVin（de）范圍/V輸入輸出隔離典型效率（%）相對(duì)成本Buck電路Boost電路010000150540540無(wú)無(wú)70801.01.0Buck-Bo

24、ost電路0150540無(wú)801.0正激式電路反激式電路推挽式電路半橋電路01500150100100010050055005500501000501000有有有有788075751.41.22.02.2全橋電路4002000+501000有732.5總結(jié)上面各個(gè)電路的拓?fù)涞谋容^，如果設(shè)計(jì)一個(gè)65W的開(kāi)關(guān)電源，選擇反激式電路拓?fù)浼捶桨付潜容^好的。12PWM開(kāi)關(guān)電源第4章系統(tǒng)設(shè)計(jì)在本文中，是設(shè)計(jì)一個(gè)65W通用交流輸入多路輸出反激式變壓器的PWM開(kāi)關(guān)電源。這種開(kāi)關(guān)電源可用于AV85240V輸入的電子產(chǎn)品中。這種特殊的開(kāi)關(guān)電源可以提供25150W的輸出功率，可以用在辦公室小型分組交換機(jī)（PBX）等

25、產(chǎn)品中。4.1技術(shù)指標(biāo)輸入電壓范圍：AC90240V，50/60Hz。輸出：DC+5V，額定電流1A，最小電流750mADC+12V，額定電流1A，最小電流100mADC12V，額定電流1A，最小電流100mADC+24V，額定電流1A，最小電流0.25A輸出電壓紋波：+5V，+12V：最大100mV（峰峰值）+24V：最大250mV（峰峰值）輸出精度：+5V，12V：最大5%+24V：最大10%低電壓輸入限制：該電源產(chǎn)品允許最低輸入電壓為AC85（15%）V微處理器掉電信號(hào)：該電源系統(tǒng)在+5V輸出端電壓低于4.6（15%）V時(shí)，提供一個(gè)集電極輸出開(kāi)路的信號(hào)。4.2輸入整流器/濾波器部分的設(shè)計(jì)

26、輸入整流器/濾波器電路在開(kāi)關(guān)電源中不被人重視。典型的輸入整流器/濾波器電流由三到四個(gè)部分組成：EMI濾波器、浪涌抑制器、整流級(jí)（離線應(yīng)用場(chǎng)合）和輸入濾波電容。許多交流輸入離線式電源要求有功率因數(shù)校正（PFC）。其電路圖如圖42。13H1ACH2GNDEMI濾波器PWM開(kāi)關(guān)電源過(guò)電壓抑制器整流器+-4.2.1EMI濾波器圖42輸入整流濾波電路隨著電子設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)與家用電器的大量涌現(xiàn)和廣泛普及，電網(wǎng)噪聲干擾日益嚴(yán)重并形成一種公害。特別是瞬態(tài)噪聲干擾，其上升速度快、持續(xù)時(shí)間短、電壓振幅度高（幾百伏至幾千伏）、隨機(jī)性強(qiáng)，對(duì)微機(jī)和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，常使人防不勝防，這已引起國(guó)內(nèi)外電子界的高度重視。電

27、磁干擾濾波器（EMIFilter）是近年來(lái)被推廣應(yīng)用的一種新型組合器件。它能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，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(kāi)關(guān)電源、測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。輸入濾波的前級(jí)是EMI濾波器。這個(gè)電感流過(guò)的是相對(duì)較大的直流電流，并且要防止高頻開(kāi)關(guān)噪聲進(jìn)入輸入電源端。在交流離線應(yīng)用場(chǎng)合，經(jīng)常用共模扼流圈，在本設(shè)計(jì)中，EMI濾波器選用二階共模濾波器。EMI濾波器的主要作用是濾除開(kāi)關(guān)噪聲和由輸入線引起的諧波。1基本電路及其典型應(yīng)用14PWM開(kāi)關(guān)電源該五端器件有兩個(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

28、電容C1C4。L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(guò)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(guò)，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)有電流通過(guò)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)。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0.01F0.47F,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

29、可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF0.1F。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1F，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。還有EMI濾波器要盡可能靠近電源里的供電線輸入端。如果濾波器前的線太長(zhǎng)，從外面引入的傳導(dǎo)EMI會(huì)干擾開(kāi)關(guān)電源的工作。相反，開(kāi)關(guān)電源里面的長(zhǎng)導(dǎo)線也會(huì)產(chǎn)生RFI（射頻干擾），并向外發(fā)射，這樣無(wú)法通過(guò)電源EMI檢測(cè)。154.2.2浪涌抑制部分PWM開(kāi)關(guān)電源浪涌抑制部分要放在EMI濾波電感后，但在整流（離線式）和輸入濾波電容（直流輸入）前。所有浪涌抑制器都要用EMI濾波電感和串連阻抗來(lái)防止超過(guò)它們額定的瞬時(shí)能量。EMI電感極大

30、地減少了瞬時(shí)電壓峰值，并在時(shí)間上把它延長(zhǎng)，這樣提高了抑制器的工作壽命。但是，不同的浪涌抑制器技術(shù)所串連的內(nèi)部電阻特性也不一樣。浪涌電壓抑制器件基本上可以分為兩大類。第一種類為橇棒（Crowbar）器件，另一類為箝位保護(hù)器，即保護(hù)器件在擊穿后，其兩端電壓維持在擊穿電壓上不再上升，以箝位的方式起到保護(hù)作用。常用的箝位保護(hù)器是氧化鋅壓敏電阻，瞬態(tài)電壓抑制器（）等。在本文中，選擇的是金屬氧化物變阻器（MOV），發(fā)生浪涌時(shí)，抑制器的電阻會(huì)影響到加在它上面的額外電壓。4.2.3單相橋式整流電路和電容濾波電路1.單相橋式整流電路單相橋式式整流電路適用與1KW以下的整流電路中。完成這一電路主要是靠二極管的單向

31、導(dǎo)電作用，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。(a)工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，因?yàn)槭怯伤闹徽鞫O管D1D4接成電橋的形式，所以稱為橋式整流電路。如圖1（a）所示。為了更清楚的解釋其工作原理，我將橋式整流電路的輸出直接接一個(gè)負(fù)載。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖1（a）的電路圖可知：16PWM開(kāi)關(guān)電源（a）橋式整流電路（b）波形圖圖1單相橋式整流電路當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。電流由TR次級(jí)上端經(jīng)D1RLD3回到TR次級(jí)下端，在負(fù)載RL上得到一半波整流電壓。如圖4當(dāng)負(fù)半周時(shí)，

32、二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。電流由Tr次級(jí)的下端經(jīng)D2RLD4在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖1（b）。參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖1（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為:17流過(guò)負(fù)載的平均電流為:流過(guò)二極管的平均電流為:二極管所承受的最大反向電壓PWM開(kāi)關(guān)電源二級(jí)管的選擇應(yīng)主要考慮以上兩個(gè)因素。在這次設(shè)計(jì)中，我選用的是二級(jí)管IN4004。2電容濾波電路濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。經(jīng)過(guò)濾波電

33、路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。(a)電容濾波電路結(jié)構(gòu)現(xiàn)結(jié)合單相橋式整流和電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖2所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖2電容濾波電路(b)濾波原理若V2處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓V2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦波。當(dāng)v2到達(dá)t=/2時(shí)，開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載L放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)t=/2時(shí)，正弦18PWM開(kāi)關(guān)電源曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò)t=/2時(shí)二極管仍

34、然導(dǎo)通。在超過(guò)t=/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖3。圖3電容濾波電路波形(c)外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖4所示。圖4電容濾波外特性曲線(d)電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算負(fù)載平均電壓VL升高，紋波減少，且RLC越大，電容放電速率越慢，則負(fù)載電壓中的紋波成分越小，負(fù)載平均電壓越高。為了得到平滑的負(fù)載電壓，一般?。?9PWM開(kāi)關(guān)電源在本設(shè)計(jì)中，我采用A

35、D250V的100F電容。電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。一般常采用以下近似估算法：RLC=（35）的條件下，近似認(rèn)為VO=1.2V2。4.3變壓器變壓器不論工作頻率高低，都是通過(guò)電磁感應(yīng)來(lái)傳輸能量的。傳輸能量的大小，與變壓器所用的材料、結(jié)構(gòu)、尺寸和工作頻率有關(guān)。如果傳輸?shù)哪芰繛槎ㄖ?，工作頻率高，在一定時(shí)間內(nèi)傳輸能量的次數(shù)多，每一次傳輸?shù)哪芰靠梢陨?，則變壓器用的材料少，結(jié)構(gòu)尺寸小。用脈寬調(diào)制（PWM）方式改變變壓器傳輸能量和電壓大小，是一種外加控制方法。使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性?？煽啃允侵冈诰唧w的使用條件下，高頻電源變壓器能正常工作到使用壽命為止。一般

36、使用條件對(duì)高頻電源變壓器影響最大的是環(huán)境溫度。其磁通密度，磁導(dǎo)率和損耗都隨溫度發(fā)生變化，故除正常溫度25外，還要給出60，80，100時(shí)的各種參考數(shù)據(jù)。電磁兼容性是指高頻電源變壓器既不產(chǎn)生對(duì)外界的電磁干擾，又能承受外界的電磁干擾。電磁干擾包括可聞的音頻噪聲和不可聞的高頻噪聲。高頻電源變壓器產(chǎn)生電磁干擾的主要原因之一是磁芯的磁致伸縮。磁致伸縮大的軟磁材料，產(chǎn)生的電磁干擾大。屏蔽是防止電磁干擾，增加高頻電源變壓器電磁兼容性的好辦法。但是為了阻止高頻電源變壓器的電磁干擾傳播，在磁芯結(jié)構(gòu)和繞組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也采取了相應(yīng)的措施。高頻電源變壓器完成功能有3個(gè)：功率傳送，電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。第

37、一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過(guò)程中，磁芯又分為磁通單方向變化和雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值B=BmBr。為了提高B，希望Bm大，Br小。雙方向變20PWM開(kāi)關(guān)電源化工作模式磁通度從Bm變化到Bm，或者從Bm變化到Bm。磁通密度變化值B=2Bm，為了提高B，希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)。第二種是電感器功率傳送方式，

38、原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái)，然后通過(guò)去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲(chǔ)能，而儲(chǔ)能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲(chǔ)能多，而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計(jì)中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計(jì)的一個(gè)主要內(nèi)容。電壓變換通過(guò)原邊和副邊繞組匝數(shù)比來(lái)完成。不管功率傳送是哪一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原繞組和副繞組匝數(shù)比，只要不改變?cè)褦?shù)比，就不影響電壓變換。但是，繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。絕緣隔離通過(guò)原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來(lái)完成。為了保證繞組之間

39、的絕緣，必須增加兩個(gè)繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會(huì)引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限。高頻電源變壓器，遵守變壓器基本原理：1）遵守變壓器的同名端原理。2）理想變壓器原副邊理論上功率相等。3）原副邊電壓比正比于線圈軋數(shù)比，電流比則反比于線圈軋數(shù)比。4）電感線圈的交流電特性是，電流不能突變，相位上電壓超前電流90度。反激式變壓器的工與正激式變壓器不同。正激式變壓器兩邊的繞組是同時(shí)流過(guò)電流的，而反激式變壓器先是通過(guò)一次繞組把能量存儲(chǔ)在磁芯材料中，一次側(cè)關(guān)斷后在把能量傳到二次回路。因此，典型的

40、變壓器阻抗折算和一次、二次繞組匝數(shù)比關(guān)系不能在這里直接使用。這里的主要物理量是電壓、時(shí)間、能量。圖43是反激式變壓器二次繞組的安排。21變壓器PWM開(kāi)關(guān)電源+Vout1+Vout2地-Vout3-Vout44.4控制器圖43反激式變壓器二次繞組的安排控制的主要目的就是要保持輸出電壓一定，而負(fù)載電流可以有很大的變化范圍，這就是要通過(guò)負(fù)反饋來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。所有的電源控制器，無(wú)論線性電源還是開(kāi)關(guān)電源，都要檢測(cè)輸出電壓。選擇控制IC極其重要，如果選擇不正確，會(huì)使電源工作不穩(wěn)定而浪費(fèi)寶貴的時(shí)間?？傮w上說(shuō)，正激式拓?fù)溆秒妷盒涂刂破?，升壓式拓?fù)渫ǔＳ秒娏餍涂刂?。但這也不是一成不變的規(guī)則，因?yàn)槊恳环N控制方法都

41、可以用到各種拓?fù)渲腥?，只是得到的結(jié)果不一樣而已。各種控制方法見(jiàn)表41。表41PWM控制器控制方法控制方法具有輸出平均電流反饋的電壓型控制具有輸出電流逐周限制的電壓型控制電流滯環(huán)控制電流型控制，由時(shí)鐘脈沖導(dǎo)通最適宜的拓?fù)湔な诫娐氛な诫娐氛な胶蜕龎菏诫娐稡oot電路和反激式電路說(shuō)明輸出電流反饋太慢，會(huì)使功率開(kāi)關(guān)失效具有很好的輸出電流保護(hù)功能，通常檢測(cè)高壓側(cè)電流有很多專利限制，控制IC少具有很好的輸出電流保護(hù)功能，控制IC很多，通常采用GND驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)4.4.1選擇開(kāi)關(guān)電源控制器IC在這個(gè)電路中，影響電源控制器IC選擇的主要因素是：需要有MOSFET驅(qū)動(dòng)（圖騰柱驅(qū)動(dòng)），單極性輸出，能把占空比限制

42、50%內(nèi)，電流型控制，器件數(shù)目少，欠電壓封鎖，低成本。所以選擇UC3845系列。221.UC3845基本特性PWM開(kāi)關(guān)電源UC3845是高性能固定頻率電流模式控制器。專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。該集成電路的特點(diǎn)是，具有振蕩器、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。其它的保護(hù)特性包括帶滯后的輸入和帶滯后的參考欠壓鎖定、逐周電流限制、單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存，以及每隔一個(gè)振蕩周期將輸出消隱的觸發(fā)器，允許將輸出靜區(qū)定為50%至70%。這些器件可提供8管腳雙列直插塑料封裝和14

43、管腳塑料表面貼裝（SO-14）封裝。SO-14封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有分離的電源和接地管腳。UC3845專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的，欠壓鎖定門限為8.5伏（通）和7.6伏（斷）。電流模式工作達(dá)500KHz輸出開(kāi)關(guān)頻率輸出靜區(qū)時(shí)間從50%至70%可調(diào)自動(dòng)前饋補(bǔ)償鎖蹲脈寬調(diào)制，用于逐周期限流內(nèi)部微調(diào)的參考源，帶欠壓鎖定大電流圖騰柱輸出輸入欠壓鎖定，帶滯后低啟動(dòng)和工作電流直接與安森美半導(dǎo)體的SENSEFET產(chǎn)品接口23最大額定值PWM開(kāi)關(guān)電源24額定值總電源和齊納電源輸出電流拉或灌（注1）輸出能量（每周容性負(fù)載）PWM開(kāi)關(guān)電源符號(hào)（Icc+Iz）IoW值301.05.0單位mAAJ電源取樣和電壓反饋輸入Vin

44、-0.3+0.5V誤差放大輸出灌電流功耗和熱特性D后綴，塑料封裝，外殼751A，最大功耗T=25結(jié)至空氣熱阻N后綴，塑料封裝，外殼626A，最大功耗T=25結(jié)至空氣熱阻工作結(jié)溫工作環(huán)境溫度IoPdRPdTjTa108621451.25100+1500+70mAmW/WW/W保存溫度范圍Tstg-65+150電氣特性（Vcc=15V。注2，RT=10K，CT=3.3nF，TA=TLOWThigh注3，除非另有規(guī)定。）UC384X特性參考部分參考輸出電壓（Io=1.0mA，Tj=25）符號(hào)Vref最小值4.9典型值5.0最大值5.1單位V電源調(diào)整率（Vcc=12V25V）Reg負(fù)載調(diào)整率（Io=1

45、.0mA20mA）Reg2.03.02025mVmV溫度穩(wěn)定性交流線路，負(fù)載和溫度引起的總的輸出變化輸出噪聲電壓（f=10Hz10KHz，Tj=25）長(zhǎng)期穩(wěn)定性（在T=125條件下工作1000小時(shí)）輸出短路電流振蕩部分頻率Tj=25Ta=Tlow至Thigh頻率隨電壓變化率（Vcc=12V至25V）頻率隨溫度變化率Ta=Tlow至Thigh振蕩器電壓擺幅（峰峰）TsVrefVnSIscFoscFosc/VFosc/TVosc4.28-3047460.2505.0-85520.25.01.65.18-18057601.0mV/VVmVmAKHz%V放電電流（Vosc=2.0VTj=25）誤差放大

46、器部分電壓反饋輸入（Vo=2.5V）輸入偏置電流（VFB=2.7V）VFBIIBPWM開(kāi)關(guān)電源2.45-2.5-0.12.58-2.0VA開(kāi)環(huán)電壓增益（Vo=2.0V4.0V）AVCL增益等于1之寬帶（Tj=25）BW電源抑制比（Vcc=12V25V）PSRR輸出電源灌（VO=1.1V，VFB=2.7V）ISink拉（VO=5.0V，VFB=2.3V）ISource輸出電壓擺幅高態(tài)（RL=15K至地，VFBVOH=2.3V）VOL低態(tài)（RL=15K至Vref，VFB=2.7V）電流取樣部分電流取樣輸入電壓增益（注4，5）AV最大電流取樣輸入門限（注4）Vth電源抑制比PSRRVCC=12V至2

47、5V（注4）650.7602.0-0.55.0-2.580.9-901.07012-1.06.20.83.01.070-1.13.151.1-dBMHzdBmAVV/VVdB輸入偏置電流IIB-2.0-10A傳輸時(shí)延（電流取樣輸入至輸出）tPLH（IN/OUT）-輸出部分輸出電壓150300nsV低態(tài)（ISink=20mA）（ISink=200mA）高態(tài)（ISink=20mA）（ISink=200mA）VCLVCH-13120.11.613.513.40.42.2-欠壓鎖定激活輸出電壓VOL（UVLO）-0.11.1V輸出電壓上升時(shí)間（CL=1.0nF，Tj=25）輸出電壓下降時(shí)間（CL=1.

48、0nF，Tj=25）欠壓鎖定部分啟動(dòng)門限接通后最小工作電壓脈寬調(diào)制部分占空比最大tftfVthVCC（min）DCmax26-14.57.88.57.0475050168.4107.64815015017.59.011.58.250nsnsVV%最小整個(gè)器件電源電流（注2）啟動(dòng)：（VCC=6.5V對(duì)于UCX845）工作PWM開(kāi)關(guān)電源DCmin-ICC-0.51201.01.7mA電源齊納電壓（=25mA）VZ3036-V注：1.必須遵守最大封裝功耗限制。2.設(shè)定為15V之前，調(diào)節(jié)VCC高于啟動(dòng)門限。3.測(cè)試過(guò)程應(yīng)用低占空比脈沖技術(shù)，使結(jié)溫盡可能地接近環(huán)境溫度。Tlow=0Thigh=+704.

49、此參數(shù)當(dāng)時(shí)，在鎖存釋放點(diǎn)測(cè)得。5.比較器增益定義為：AVV輸出補(bǔ)償V電流取樣輸入管腳功能說(shuō)明管腳8-管腳14-管腳功能說(shuō)明11補(bǔ)償該管腳為誤差放大輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。2335電壓反饋該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過(guò)一個(gè)電阻分壓器連接至開(kāi)關(guān)電源輸出電流取樣一個(gè)正比于電感器電流的電壓接到這個(gè)輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通45678-7-1012148119RT/CT地輸出VCCVref電源地VC地通過(guò)將電阻RT連至并將電容CT連至地，使得振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)1.0MHz。該管腳是控制電路和電源的公共地（僅對(duì)8腳封裝而言）該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET

50、的柵極，高達(dá)1.0A的峰值電流，此管腳拉和灌，輸出開(kāi)關(guān)頻率為震蕩器頻率的一半。該管腳是控制集成電路的正電源。該管腳為參考輸出，它經(jīng)電阻RT向電容CT提供充電電流。該管腳是一個(gè)接回到電源的分離電源地返回端（僅對(duì)14管腳封裝而言），用于減少控制電路中開(kāi)關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響。輸出高態(tài)（VCH）由加到此管腳的電壓設(shè)定（僅對(duì)14管腳封裝而言）。通過(guò)分離的電源連接，可以減少控制電路中開(kāi)關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響。該管腳是控制電路地返回端（僅對(duì)14管腳封裝而言），并被接回電源地。-2，4，6，空腳13無(wú)連接（僅對(duì)14管腳封裝而言）。這些管腳沒(méi)有內(nèi)部連接。2.UC3845工作描述UC3845系列是專門設(shè)計(jì)用于離線和直流到直

51、流變換器應(yīng)用的高性能，固定頻27PWM開(kāi)關(guān)電源率，電流模式控制器，為設(shè)計(jì)者提供使用最小外部元件的高性能價(jià)格比的解決方案。代表性方框圖如圖4-所示。a.振蕩器振蕩器頻率由定時(shí)元件RT和CT選擇值決定。電容CT由5.0V的參考電壓通過(guò)電阻RT充電，充至約2.8V，再由一個(gè)內(nèi)部的電流宿放電至1.2V。在CT放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電平，這導(dǎo)致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生了一個(gè)數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時(shí)間。UC3845有一個(gè)內(nèi)部觸發(fā)器，它通過(guò)保持“或非”門的一個(gè)輸入為高電壓，每隔一個(gè)時(shí)鐘周期關(guān)閉一次輸出。這與CT的放電周期相結(jié)合，是輸出靜區(qū)時(shí)間可以從50%調(diào)節(jié)到70%。b.

52、誤差放大器提供一個(gè)有可訪問(wèn)反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。此放大器具有90dB的典型直流增益和具有57u30456X位余量的1.0MHz的增益等于1帶寬。同相輸入在內(nèi)部偏置于2.5V而不經(jīng)管腳引出。典型情況下變換器輸出電壓通過(guò)一個(gè)電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。最大輸入偏置電流為-2.0A，它將導(dǎo)致輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。28PWM開(kāi)關(guān)電源誤差放大器輸出（管腳1）用于外部回路補(bǔ)償。輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（1.4V），保證在輸出（管腳6）不出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負(fù)載不取消時(shí)，或者在軟啟動(dòng)過(guò)程的開(kāi)始。c.電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖

53、存器UC3845作為電流模式控制器工作，輸出開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出/補(bǔ)償（管腳1）建立的門限電平時(shí)中止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差信號(hào)控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個(gè)單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過(guò)插入一個(gè)與輸出開(kāi)關(guān)Q1的源極串聯(lián)的以地為參考取樣電阻RS轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入（管腳3）監(jiān)視并與來(lái)自誤差放大器的輸出電平相比較。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳1上的電壓控制，其中：IPKVpin114V3RS當(dāng)電源輸出過(guò)載或者如果輸出電壓取樣丟失時(shí)，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流取樣比

54、較器門限將被內(nèi)部箝位至1.0V。因此最大峰值開(kāi)關(guān)電流為：IPKmax10VRS通常在電流波形的前沿可以觀察到一個(gè)窄尖脈沖，當(dāng)輸出負(fù)載較輕時(shí)，它可能會(huì)引起電源不穩(wěn)定。這個(gè)尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流恢復(fù)時(shí)間造成的。在電流取樣輸入端增加一個(gè)RC濾波器，使它的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，通常將消除不穩(wěn)定性（參見(jiàn)圖23）。29d.欠壓鎖定PWM開(kāi)關(guān)電源采用了兩個(gè)欠壓鎖定比較器來(lái)保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前，集成電路已完全可用。正電源端（VCC）和參考輸出（Vref）個(gè)由分離的比較器監(jiān)視。每個(gè)都具有內(nèi)部的滯后，以防止通過(guò)他們各自的門限時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出動(dòng)作。V比較器上下門限分別為：UC3845

55、8.4V/7.6V，Vref比較器高低門限為3.6V/3.4V。大滯后和小啟動(dòng)電流使得，UC3845準(zhǔn)備應(yīng)用于更低電壓直流到直流變換器中的。一個(gè)36V的齊納二極管作為并聯(lián)穩(wěn)壓管，從VCC連接至地。它的作用是保護(hù)集成電路免受系統(tǒng)啟動(dòng)期間產(chǎn)生的過(guò)高電壓破壞。最小工作電壓（VCC）：UC3845為8.2V。e.輸出UC3845有一個(gè)單圖騰柱輸出級(jí)，是專門設(shè)計(jì)用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的，在1.0nF負(fù)載時(shí)，它能提供達(dá)1.0A的峰值驅(qū)動(dòng)電流和典型值為50ns的上升、下降時(shí)間。還附加了一個(gè)內(nèi)部電路，使得任何時(shí)候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌模式，這個(gè)特性使外部的下拉電阻不在需要。f.參考電壓5.0V帶

56、隙參考電壓在TJ=25時(shí)調(diào)整誤差至2.0%（對(duì)UC3845），它首要的目的是為振蕩騎定時(shí)電容提供充電電流。參考部分具有保護(hù)功能并能向附加控制電路提供超過(guò)20mA的電流。4.5輸出整流和濾波電路30PWM開(kāi)關(guān)電源經(jīng)過(guò)高頻開(kāi)關(guān)變壓器降壓后的脈動(dòng)電壓同樣要使用二極管和電容進(jìn)行整流和濾波，只是此時(shí)整流時(shí)的工作頻率很高，必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管，普通的整流二極管難當(dāng)此任，而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗，否則就無(wú)法濾除其中的高頻交流成分，因此選擇的電容不但容量要大，還要有較低的交流電阻才行。4.5.1半波整流電路半波整流電路如圖Z0702所示。它由電源變壓器Tr整流二極管D和

57、負(fù)載電阻RL組成，變壓器的初級(jí)接交流電源，次級(jí)所感應(yīng)的交流電壓為其中U2m為次級(jí)電壓的峰值，U2為有效值。電路的工作過(guò)程是：在u2的正半周（t=0），二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通，有電流IL流過(guò)負(fù)載電阻RL。由于將二極管看作理想器件，故RL上的電壓UL與U2的正半周電壓基本相同。在U2的負(fù)半周（t=2），二極管D因加反向電壓而截止，RL上無(wú)電流流過(guò)，RL上的電壓UL=0?？僧?huà)出整流波形如圖I0702所示。可見(jiàn)，由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，使流過(guò)負(fù)載電阻的電流為脈動(dòng)電流，電壓也為一單向脈動(dòng)電壓，其電壓的平均值（輸出直流分量）為31流過(guò)負(fù)載的平均電流為PWM開(kāi)關(guān)電源流過(guò)二極管D的平均電流（即正向電流）為

58、加在二極管兩端的最高反向電壓為選擇整流二極管時(shí)，應(yīng)以這兩個(gè)參數(shù)為極限參數(shù)。半波整流電路簡(jiǎn)單，元件少，但輸出電壓直流成分?。ㄖ挥邪雮€(gè)波），脈動(dòng)程度大，整流效率低，僅適用于輸出電流小、允許脈動(dòng)程度大、要求較低的場(chǎng)合。4.5.2電容濾波半波整流電容濾波電路如圖Z0710所示。其濾波原理如下：電容C并聯(lián)于負(fù)載RL的兩端，ULUC。在沒(méi)有并入電容C之前，整流二極管32PWM開(kāi)關(guān)電源在U2的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，輸出電壓UL的波形如圖中所示。并入電容之后，設(shè)在t=0時(shí)接通電源，則當(dāng)U2由零逐漸增大時(shí)，二極管D導(dǎo)通，除有一電流IL流向負(fù)載以外還有一電流iC向電容C充電，充電電壓UC的極性為上正下負(fù)。如忽略

59、二極管的內(nèi)阻，則UC可充到接近U2的峰值U2m。在U2達(dá)到最大值以后開(kāi)始下降，此時(shí)電容器上的電壓UC也將由于放電而逐漸下降。當(dāng)U2UC時(shí)，D因反偏而截止，于是C以一定的時(shí)間常數(shù)通過(guò)RL按指數(shù)規(guī)律放電，UC下降。直到下一個(gè)正半周，當(dāng)U2UC時(shí)，D又導(dǎo)通。如此下去，使輸出電壓的波形如圖中線所示。顯然比未并電容C前平滑多了。4.6反饋網(wǎng)絡(luò)電壓反饋環(huán)的唯一功能就是使輸出電壓保持在一個(gè)固定值。即通過(guò)控制器件控制端的電流來(lái)調(diào)節(jié)占空比，以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。但考慮負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)輸出精度多路輸出隔離輸出等方面，電壓反饋的設(shè)計(jì)就變得很復(fù)雜了。電壓反饋環(huán)的核心部分是一個(gè)稱為誤差放大器的高增益運(yùn)算放大器，這部分僅僅是個(gè)高

60、增益的放大器而已，它把兩個(gè)的誤差放大，并產(chǎn)生電壓誤差信號(hào)。在電壓系統(tǒng)中，這兩個(gè)電壓一個(gè)是參考電壓，而另一個(gè)則是輸出電壓。輸出電壓在輸入到誤差放大器之前先進(jìn)行分壓，分壓的比例為電壓參考值與額定輸出電壓的比值。這樣，在額定輸出電壓時(shí)，誤差放大器產(chǎn)生一個(gè)“零誤差”點(diǎn)。如果輸出偏離額定值，放大器的輸出誤差電壓就會(huì)明顯地改變，電源系統(tǒng)用改該誤差電壓來(lái)校正脈寬，從而使輸出電壓回到額定值。電壓反饋環(huán)要與輸入電壓和控制器IC隔離，可以用光隔離器進(jìn)行隔離。光藕合器在開(kāi)關(guān)電源的主振回路使輸入回路與輸出回路進(jìn)行電氣隔離，并為電源的穩(wěn)壓控制電路提供信號(hào)通路。它主要有光源（即發(fā)光二極管）和光敏器件組成。最通用的光電耦合