江 西 理 工 大 學 南 昌 校 區(qū) 畢 業(yè) 設 計（論文） 題 目： 開關穩(wěn)壓直流電源的設計 系 ： 專 業(yè)： 班 級： 學 生： 學 號： 指導教師： 職稱：講 師 摘 要 隨著電子技術的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛，電子設備的種類也越來越多，電子設備與人們的工作、生活的關系日益密切。任何電子設備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。特別是隨著小型電子設備的應用越來越廣泛，也 要求能夠提供穩(wěn)定的電源，以滿足小型電子設備的用電需要。本文基于這個思想，設計和制作了符合指標要求的開關穩(wěn)壓電源。 開關電源具有高頻率、高功率密度、高效率等優(yōu)點 , 被稱作高效節(jié)能電源。由于開關穩(wěn)壓電源具有這些優(yōu)點，基于這個思想采用 片和 555 芯片設計了一個 1 5V 可調的低功率開關穩(wěn)壓電源，以滿足小型電子設備的供電需要。 本文以開關電源的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢為線索，介紹了開關電源的一些新技術，技術指標，分類標準等。本次設計采用多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖使得電壓的輸出可以通過調節(jié)脈沖發(fā)生器的占空比 來獲得不同的電壓，并且可以通過提高振蕩器的頻率使得輸出電壓穩(wěn)定，提高了開關的頻率就提高了利用率。并根據(jù)這些標準設計了一種滿足小型電子設備供電需要的開關穩(wěn)壓電源。電源設計的主要指標是：輸入電壓為 入頻率為 50入電壓范圍為265V，輸出電壓為直流 1 5V 可調，輸出最大電流為 150出最大功率為 最后在完成基本指標的基礎上，本文還增加了防浪涌電流的附屬功能，使電路更加滿足小型電子設備的用電需要。 關鍵詞： 開關電源 ； 脈寬調制 ；場效應晶體管； 防浪涌； of of in to to of it is it to on on of as in of 55 to a 1 5V to of of as of to so by of to is to In a of a is to of s 0 265V ,C 1 5V 5025 W. in of of of 目 錄 第一章 開關電源概述 . 1 開關電源的產(chǎn)生與發(fā)展 . 1 隔離式高頻開關電源 . 1 開關電源所用的術語 . 2 第二章 輸入電路 . 4 壓倍壓整流技術 . 4 輸入保護器件 . 4 輸入陽間電壓保護 . 5 第三章 隔離單端反激式變換器電路 . 7 單端反激式變換器電路中的開關晶體管 . 8 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組 . 9 第四章 原理及技術參數(shù) . 10 . 10 . 11 . 14 第五章 用的電壓反饋電路的選用 . 17 . 17 用的電壓反饋電路 . 17 出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入 . 17 助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入 . 18 用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓 . 19 第六章 開關電源電路的應用 . 22 成的開關電源電路 . 22 . 23 . 23 . 24 . 24 . 24 動電路的設計 . 24 饋組的設計 . 25 示器開關電源電路 . 25 點 . 25 用開關穩(wěn)壓電源激勵行輸出的優(yōu)缺點如下： . 26 . 26 致 謝 . 28 參考文獻 . 29 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 1 第一章 開關電源概述 開關電源的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關電源。 隔離式開關電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效 率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調整的穩(wěn)定直流電壓。 早在 70 年代，隨著電子技術的不斷發(fā)展，集成化的開關電源就已被廣泛地應用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設備、程控交換機、精密儀表等電子設備。這是由于開關電源能夠滿足現(xiàn)代電子設備對多種電壓和電流的需求。 隨著半導體技術的高度發(fā)展，高反壓快速開關晶體管使無工頻變壓器的開關電源迅速實用化。而半導體集成電路技術的迅速發(fā)展又為開關電源控制電路的集成化奠定了基礎，適應各類開關電源控制要求的集成開關穩(wěn)壓器應運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關 電源的設計、生產(chǎn)和調整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善的集成開關穩(wěn)壓器系列。近年來高反壓 功率管的迅速發(fā)展，又將開關電源的工作頻率從 20高到 150200結果是使整個開關電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關電源的性能價格比達到了前所未有的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導之勢。當然開關電源能被工業(yè)所接受，首先是它在體積、重量和效率上的優(yōu)勢。在 70 年代后期，功率在 100w 以上的開關電源是有競爭力的。到 1980 年，功率在 50w 以上就具有競爭力了。隨著開關電源 性能的改善，到 80 年代后期，電子設備的消耗功率在 20w 以上，就要考慮使用開關電源了。過去，開關電源在小功率范圍內成本較高，但進入 90 年代后，其成本下降非常顯著當然這包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促進開關電源發(fā)展的因素之一。 隔離式高頻開關電源 隔離式開關電源的變換器具有多種形式。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。在設計電源時，設計者采取那種變換器電路形式，主要根據(jù)成本、要達到的性能指標等因素來決定。各種形式的電源電路的基本功能塊是相同的，只是完成這些功能的技術手段有所不同。隔離式高頻開關電源電路的共同特點就是具有高頻變壓器，直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組約脈沖電壓整流濾波而來。開關電源的基本功能方框如圖 1示。 在圖 1流線路電壓無論是來自電網(wǎng)的，還是經(jīng)過變壓器降壓的首江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 2 先要經(jīng)過整流、濾波電路變成含有”定脈動電壓成分的直流電壓，然后進入高頻變換部分。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關元件，比如開關晶體管、場效應管 ( )等元件，高頻變換部分產(chǎn)生高頻 (20高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降 壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了調節(jié)輸出電壓，使得在輸入交流和輸出負載發(fā)生變化時，輸出電壓能保持穩(wěn)定，通常在這里采用一個叫做脈沖寬度調制器 (電路，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結果反饋給控制電路，控制電路把它與基準電壓進行比較，根據(jù)比較結果來控制高頻功率開關元件的開關時間比例 (占空比 )，達到調整輸出電壓的目的。 當然控制電路還有調頻方式的，本文不予討論。 在方波的上升沿和下降沿有很多高次諧波，如果這些高次諧波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設備產(chǎn)生干 擾。因此，在交流輸入端，必須要設置無線頻率干擾 (波器，把高頻干擾減少到可接收的范圍。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設計輔助電路，主要包括過壓、過流保護電路等。 圖 隔離式開關電源酌方框圖 開關電源所用的術語 下面列出一些本書所使用的開關電源術語，并給出解釋，以供讀者參考。 效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。 效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的 電阻值的總合。一般情況下，越低的電容，性能越好。 輸出電壓保持時間：在開關電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。 波器 輔助 電路 制邏輯 入 整體濾波 高頻變換開關元件 高頻隔離變壓器 入 輸出 整流濾器 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 3 啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護電路。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。為了防止不必要的功率損耗，在設計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉陂_關電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。 線性調整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內變化的百分率。條件是負載和周圍的溫 度保持恒定。 負載調整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內變化的百分率。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。 噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。通常是以 量。 隔離式開關電源：一般指高頻開關電源。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。 輸出瞬態(tài)響應時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調節(jié)作用，到輸出電壓恢復額定值所需要的時間。 過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設計的額定值而造成電源損壞的電路。 遠程檢測：電壓檢測的一種方法。為了補償電源輸 出的電壓降，直接從負載上檢測輸出電壓的方法。 軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種延長開關波形的工作周期的方法。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。 電磁干擾 無線頻率干擾 (即那些由開關電源的開關元件引起的，不希望傳按和發(fā)射的高頻能量頻譜。 快速短路保護電路；一種用于電源輸出端的保護電路。當出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。 占空比： 在高頻開關電源中，開關元件的導通時間和變換器的工作周期之比。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 4 第二章 輸入電路 壓倍壓整流技術 在前面已經(jīng)提到，隔 離式開關電源是直接對輸入的交流電壓進行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器。現(xiàn)代的電子設備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國際市場的需求，所以他們所設計的開關電源必須要適應世界范圍的交流輸入電壓，通常是交流 90 130v 和 180 一 260v 的范圍。為了實現(xiàn)兩種輸入電源的轉換，要利用倍壓整流技術，如圖 2示。 在圖 2，兩種輸入交流電壓的轉換由開關 完成，此外，本電路中的壓敏電阻 可控硅 有浪涌電流抑制、瞬間輸入電壓保護的功能。 電路工作過程如下：當開關 合時電路在 115v 交流輸入電壓下 ， 在交流電的正 半周，通過二極管 電容器 充電到交流電壓的峰值。即 115v 160v，在交流電的負半周，電容器 過二極管 被充電到 160v。這樣，電路輸出的直流電壓應該是電容器 充電電壓之和即 160V 160V 320V。當開關 開時，：極管 成了全橋式整流電路，對輸入的交流 230V 進行整流，也同樣產(chǎn)生 320v 的直流電壓。 圖 2壓整流電路圖 輸入保護器件 隔離式開關電源在加電時，會產(chǎn)生極高的浪涌電流 ， 設計者必須在電源的輸入端采取一些限流措施， 才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關管開始導通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的 。如果不采取任何保護措施，浪涌電流可接近幾百安培。 通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡；另一種方法是采用負溫度系數(shù) (熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 5 把浪捅電流減小到安全值。 電阻 雙向可控硅技術：采用此項浪涌電流限制技術時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當輸入濾波電容充滿電后由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以 把電阻短路，對其進行分流。這種電路結構需要一個觸發(fā)電路，當某些預定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導通。設計時要認真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因為在它導通時，要流過全部的輸入電流。 熱敏電阻技術：這種方法是把 溫度系數(shù) )的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。 圖 2熱敏電阻的溫度系數(shù) 在圖 2，是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比 ( c)表示。當開關電源接通時，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標稱值。這樣，由 于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應該是最小。這樣，就不會影響整個開關電源的效率。 輸入陽間電壓保護 在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為 115v 或 230v 左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關，暴風雨天氣時的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達 5 另一方面，電感性開關產(chǎn)生的 電壓尖峰的能量滿足下面的公式： W=21L 式中 L 是電感器的漏感， I 是通過線圈的電流。 由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時間很短，但是它確有足夠的能量使開關電源的輸入濾波器、開關晶體管等造成致命的損壞。所以必須要采取措施加以避免。 R R= = R T 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 6 用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻 (態(tài)電壓抑制器。如圖 2示，把壓敏電阻 在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時它的阻抗急劇減小到一個 低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應按下述步驟進行。 1選擇壓敏電阻的電壓額定值，應該比最大的電路電壓穩(wěn) 定值大 10一 20； 2計算或估計出電路所要承受的最大瞬間能量的焦爾數(shù)； 3查明器件所需要承受的最大尖峰電流； 上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 7 第三章 隔離單端反激式變換器電路 圖 3。一般情況下，隔離式開關電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件。在電路中，它是以變壓器的形式出現(xiàn)的，但實際上它起的作用是扼流圈，所以應該稱它為變壓器 扼流圈。所謂單端，指的是變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側。 典型的單端隔離反激式變換器電路結構如圖 3示。 從圖 3電路工作狀態(tài)波形可見，電路的工作過程如下：當晶體管 在變壓器初級電感線圈中儲存能量，與變壓器次級相連接的二極管 以二極管 止。在變壓器次級回路無電流流過，即沒有能量傳遞給負載。 當晶體管 時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉過來，使得二極管 通，給輸出電容 c 充電，同對在負載 也有了電流 圖 3隔離單端反激式變換 25 電路及相關波形 由于隔離變壓器 T 除了具有初、次級間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實際應用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，用以降低高頻開關噪聲的峰值。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 8 單端反激式變換器電路中的開關晶體管 在單端反激式變換器電路中。所使用的開關晶體管必須符合兩個條件，即在晶體管截止 時，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導通時，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進行計算： 式中， 輸入電路整流濾波后的直流電壓， 6最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導通的時間與晶體管的一個工作周期 (導通時間十截止時間 )之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應保持在相對地低一些，一般要低于 50，即 8實際設計時， 右，這樣它就 限制了集電極峰值電壓， 此，在單端反激式變換器電路設計中，晶體管的工作電壓一般在 800V 以上，通常按 900v 計算可安全可靠地工作。 按如下粗算考慮：交流輸入電壓 180260V，取 260V， 260v 乘以 效值 )，即是整流后的直流電壓 260 354V， 360V 再乘以 800V，實際取礦 M 900V 即可。 第二個設計準則是必須滿足晶體管在導遏時的集電極電流的需求。 IC=公式中， 變壓器初級繞組的峰值電流而 n 是變壓器初級與次級間的匝數(shù)比。 為了導出用變換器輸出功率和輸入電壓表達集電懾峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量尸 L 公式中， v 是變換器的效率。 略去推導過程，由輸出功率和輸入電壓表達的晶體管工作電流的公式為： Ic= 是 大工作占空比入 f c=江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 9 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組 由于在單端反激式變換器電路中，變壓器初級繞組只在 B H 待佐曲線 磁滯回線 )的一個方向上被驅動，因此，在設計時注意不要使其飽和，更為詳盡的分析和設計將在第五章給出。在這里，我們只是強調一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應用空氣隙來擴大其有效體積傳輸變壓器有效體積 V=2m 其中， 大負載電流 ， L 為 變壓器 次級繞組的電感量 ， 0 為 空氣的導磁率，其值為 15， e 為 所選磁芯的磁性材料的相對導磁率 ， 磁芯的最大磁通密度。 相對導磁率從應盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 10 第四章 原理及技術參數(shù) 理與特點 開關電源用電流控制方式的脈寬調制集成電路。與電壓控制方式相比在負載響應和線性調整度等方面有很多優(yōu)越之處。 該電路主要特點有： 內含欠電壓鎖定電路 低起動電流（典型值為 穩(wěn)定的內部基準電壓源，大電流推挽輸出（驅動電流達 1A），工作頻率可到 500動負反饋補償電路，雙脈沖抑制，較強的負載響應特性。 部工作原理簡介 ： 圖 4示出了 部框圖和引腳圖， 用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有 8 個引腳，各腳功能如下： 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； 腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； 腳為電流檢 測輸入端， 當檢測電壓超過 1V 時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)； 腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=T)； 腳為公共地端； 腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為 50動能力為 1A ； 腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為 15 腳為 5V 基準電壓輸出端，有 50負載能力。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 11 圖 4部原理框圖 作描述 圖 4表性方框圖 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 12 圖 4序圖 列是專門設汁用于出線和直流 直流變換器應用的高性能、固定頻率、電流模式控制器，為設計者提供使用最少外部元件的高性能價格比的解決方案。代表性的方框圖如圖 4示。 振蕩器 振蕩器頻率由定時元件 容 參考電壓通過電阻 電，充至約 由一個內部的電流宿放電至 蕩器產(chǎn)生一個內部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電子，這導致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生丁一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。圖 4示 R，與振蕩器頻率關系曲線，圖 2 顯示輸出靜區(qū)時間與頻率關系曲線它們都是在給定的 意盡管許多的 都可以產(chǎn)生相同的振蕩器頻率，但只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。振蕩器門限是溫度補償?shù)?，放電電流?T=2 5叫被微調并確保在 1 0之內，這些內部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率及晨大輸出占空比的變化最小。結果顯示在圖 4中。 正很多噪聲敏感應用中，可能希望將變換器頻率鎖定至外部系統(tǒng)時鐘上。這可通過將時鐘信號加到圖 4示的電路來完成。為了可靠的鎖定，振蕩器自振應頻率設為比叫鐘頻率低 10左右。圖 4示為多單元同步的一種方法。通過修整時鐘波形，可以實現(xiàn)準確輸出占空比箝位。 誤差放大器 提供一個有可訪問反相輸入和輸出的全補償誤差放大器。此放大器從有90典刮自流電流增益和只有 57 度相位余量的 帶寬。同相輸入在內部偏置于 不經(jīng)管腳引出。典刑情況下變換揣輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān) 視。最大輸入偏置電流為 將引起輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。誤差放江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 13 大器輸出 (管腳 1)用于外部回路補償（圖 4輸出電壓因兩個二極管壓降而失調 ( 1 4V)并在連接至電流取樣比較器的反相輸入之前被三分，這將在管腳 保證在輸出 (管腳 6)不出現(xiàn)驅動脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負載被取消時，或者在軟啟動過程的開始 (圖 23， 24)。最小誤差放大器反饋電阻受限于放大器的拉電流 (O 5到達比較器的 1 0V 箝位電子所需的輸出電壓 ( +0.5 流取樣比較器和脈寬調制鎖存器 為電流模式控制器工作，輸出開關導通山振蕩器起始，當峰值電感電流到達誤差放大甜輸出補償 (管腳 1)建立的門限電平時中止。這樣在逐周基礎上差信號控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器 脈寬調制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個與輸出開關 源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻 換成電壓。此電壓由電流取洋輸入 (管腳 3)監(jiān)視并與來 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： V（ 電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流取樣比較器門限將被內部箝位至 1 0V。因此最大峰值開關電流為： s 當設計一個大功串開關穩(wěn)壓揣時為了保持 功耗在 個合理的水平上希望降低內部嵌位電壓，調節(jié)此電壓的簡單方法如圖 4示。使用丁兩個外部二極管來補償內部二極管，以便在溫度范田內有固定箝位電壓。 如果 位電壓降低過多將導致由于噪聲拾取而產(chǎn)生的不誤操作。通常正電流波形的前沿可以觀察到一個窄尖脈沖，當輸出負載較輕時，它可能會引起電源不穩(wěn)定。這個尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流管恢復時間造成的。在電流取樣輸入端增加一個 波器，使它的時間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時間，通常將消除不穩(wěn)定性。 欠壓鎖定 采用丁兩個欠壓鎖定比較器來保證在輸出級被驅動之前，集成電路已完全可用。正電源端 (參考輸出 (由分離的比較器監(jiān)視。每個都具有內部的滯后，以防止在通過它們各自的門限時 產(chǎn)生錯誤輸出動作。 較器上下門限分別為： 6V 10V， 滯后和小啟動電流使得 別適合干需要有效的自舉啟動技術的離線變換器應用中。 備應用于更低電壓直流到直流變換器江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 14 中。一個 36V 的齊納二極管作為一個并聯(lián)穩(wěn)壓管，從 接至地。它的作用是保護集成電路免受系統(tǒng)啟動期間產(chǎn)生的過高電壓的破壞。最小工作電爪： 11V， 出這些器件有一個單圖騰柱輸出級 ，是專門設計用來自接驅動功率 ，在 載下時，它能提供高達 峰值驅動電流和典型值為 50上升、下降時間，還附加丁一個內部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效。 術參數(shù) 表 4出端功能 引出端序號 符號 功能 引出端序號 符號 功能 1 較端 5 2 負反饋 6 出 3 流靈敏度 7 源 4 蕩端 8 考電壓 表 4大額定值 （除非特別說明外， 5） 參考名稱 符號 數(shù)值 單位 電源電壓 0 V 輸出電流 1 A 誤差放大器電流 A) 10 m A 誤差放大器輸入電壓 A) 功耗 1 W 表 4源 特性（除非特別說明外， 5V,0 70 ） 參數(shù)名稱 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 基準電源部分 基準電壓 j=25C, 線性調整率 2V 25V 6 20 載調整率 206 25 路輸出電流 5 100 蕩部分 振蕩頻率 j=25C 47 52 57 率電壓特性 f / 2V 25V % 震蕩幅度 V(4 腳峰 峰值 差放大部分（ 輸入偏置電 A 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 15 流 輸入電壓 A) 開環(huán)電壓增益 V 4V 60 90 流抑制比 2V 25V 60 70 差放大部分（ 輸出灌電流 2=1= 6 出吸電流 2=1=5V 出高電平 2=L=155 6 V 輸出低電平 2=L=15 電流靈敏部分 增益 (V 電源抑制比 2V 25V 70 入偏置電流 10 A 輸出部分 輸出低電平 0 00 輸出高電平 03 V 002 V 上升時間 L=150 150 降時間 L=150 150 路 起動閥值 T) 最小動作電壓 分 最大占空比 D( 95 97 100 % 最小占空比 D( 0 % 電流 起動電流 .3 作電流 2=0V 11 17 壓 534 V 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 16 圖 4片外圍電路圖 圖 4片封裝圖 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 17 第五章 用的電壓反饋電路的選用 述 通常， 開關電源把輸出電壓的采樣作為 制器的反饋電壓，該反饋電壓經(jīng) 制器內部的誤差放大器后，調整開關信號的占空比以實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。但不同的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩(wěn)定精度是不同的。本文首先對電流型脈寬控制器 用的三種穩(wěn)定輸出電壓電路作了介紹，分析其各自 的優(yōu)缺點。 用的電壓反饋電路 出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入 如圖 5出電壓 2 及 入 （誤差放大器的反向輸入端）。誤差放大器的正向輸入端接 采樣電壓小于 ，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調節(jié)輸出電壓，使得 輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設定的電壓值。 這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡 單，缺點是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設計的困難，所以這種方法很少使用。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 18 圖 5出電壓直接分壓采樣 助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入 如圖 5輸出電壓升高時，單端反激式變壓器 T 的輔助繞組上產(chǎn)生的感應電壓也升高，該電壓經(jīng)過 成的整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡后得到一直流電壓，給 電。同時該電壓經(jīng) 4分壓后作為采樣電壓，送入 腳 2，在與基準電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使腳 6 輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。同樣，當輸出電壓降低時，使腳 6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設定的值。 這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實驗中發(fā)現(xiàn)，當電源的負載變化較大時，基本上不能實現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對某種固定負載的情況。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 19 圖 5助電源輸出電壓分壓采樣 用線性 光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓 如圖 5開關電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)波和穩(wěn)壓后得到 16V 的直流電壓給 外，該電壓經(jīng) 4 分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調穩(wěn)壓管 Z 和 6， 成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當輸出電壓升高時，經(jīng)電阻 壓后輸入 壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電 流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導致 6 輸出驅動信號的占空比變小，于是輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。 該電路因為采用了光電耦合器，實現(xiàn)了輸出和輸入的隔離，弱電和強電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強，而且是對輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。缺點是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 20 圖 5用輔助電源采樣和光耦采樣綜合 如圖 5示，該電壓采樣及反饋電路由 電耦合器、三端可調穩(wěn)壓管 Z 組成。當輸出電壓升高時，輸出電壓經(jīng) Z 的參考電壓）也升高， 過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小，導致流過光電三極管中的電流減小，相當于 聯(lián)的可變電阻的阻值變大（該等效電阻的阻值受流過發(fā)光二極管電流的控制），誤差放大器的增益變大，導致 6 輸出驅動信號的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。當輸出電壓降低時，誤差放大器的增益變小，輸出的開關信號占空比變大，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設定的值。因為， 電壓反饋輸入端腳 2 接地，所以，誤差放大器的 輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益（可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻）。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 21 圖 5用光耦誤差放大器的增益 該電路通過調節(jié)誤差放大器的增益而不是調節(jié)誤差放大器的輸入誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關信號的占空比。這種拓撲結構不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負載發(fā)生較大的變化時，輸出電壓基本上沒有變化。實驗證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。 江西理工大學 2011 屆本 科生畢業(yè)設計（論文） 22 第六章 開關電源電路的應用 成的開