9.1降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析的9.2升壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析9.3筆記本開關(guān)電源實(shí)例分析9.4單端正激式電源實(shí)例分析9.5單端反激式電源實(shí)例分析9.6半橋式電源實(shí)例分析9.7全橋式電源實(shí)例分析第9章開關(guān)電源典型應(yīng)用實(shí)例

本章在前幾章基本知識(shí)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，給出幾種典型開關(guān)電源實(shí)例，包括非隔離式開關(guān)電源和隔離式開關(guān)電源。在非隔離式開關(guān)電源中，本章將重點(diǎn)敘述降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器和升壓式開關(guān)穩(wěn)壓器；在隔離式開關(guān)電源中，將敘述單端正激式電源、單端反激式電源、半橋式電源和全橋式電源。重點(diǎn)給出典型實(shí)例的電路原理圖并詳細(xì)分析每個(gè)實(shí)例的工作原理。第9章開關(guān)電源典型應(yīng)用實(shí)例

9.1降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析的無變壓器的非隔離式開關(guān)穩(wěn)壓電源，是開關(guān)穩(wěn)壓電源中電路結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的，該類電源輸入與輸出的一部分是公用的，輸入與輸出間不能進(jìn)行隔離，其應(yīng)用范圍有限，但由于不帶變壓器，因此，該類電源工作原理容易理解，也不會(huì)有變壓器漏感引起的故障。降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源是非隔離式開關(guān)電源的一種，所謂降壓式是指無論輸入電壓

是正還是負(fù)，輸出電壓

總低于輸入電壓

，即

。所以，降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源在需要小型高效率開關(guān)穩(wěn)壓電源場(chǎng)合比較適合。下面舉一個(gè)降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：

9.1降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析的1.輸入電壓：20-70v直流；2.輸出電壓：0-25v直流；3.輸出最大電流：10A；4.轉(zhuǎn)換效率：大于70%；5.輸出紋波：小于20mv。

9.1.1電路原理圖

該降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路原理圖，如圖9-1所示。主要由主電路、控制及驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路構(gòu)成。主電路主要由電力場(chǎng)效應(yīng)管Q1、電力二極管D5、濾波電感L1和濾波電容C10構(gòu)成；控制及驅(qū)動(dòng)電路由安森美半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的UC3845電流控制型芯片和脈沖變壓器T1及其他外圍電路構(gòu)成；保護(hù)電路主要包括由R1、C2和D1構(gòu)成的緩沖網(wǎng)絡(luò)、包括由電流互感器T2構(gòu)成的電流保護(hù)電路、包括二極管D2等。

9.1.1電路原理圖半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的UC3845電流控制型芯片和脈沖變壓器T1及其他外圍電路構(gòu)成；保護(hù)電路主要包括由R1、C2和D1構(gòu)成的緩沖網(wǎng)絡(luò)、包括由電流互感器T2構(gòu)成的電流保護(hù)電路、包括二極管D2等。：圖9-1一種降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖

圖9-1一種降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源原理圖9.1.2工作原理

首先了解一下該降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心控制元件UC3845。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。由UC3845構(gòu)成的集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、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式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。圖9-2示出了UC3845內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳，UC3845采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝兩種規(guī)格，現(xiàn)以14腳為例介紹各引腳功能，9.1.2工作原理

第1管腳是誤差放大器輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償；第2管腳是空腳；第3管腳是誤差放大器的反相輸入端，通常通過一個(gè)電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出；第4管腳是空腳；第5管腳是一個(gè)正比于電感器電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通；第6管腳是空腳；第7管腳通過將電阻連接至14管腳及電容連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)，工作頻率可達(dá)500kHz；第8管腳是一個(gè)連回至電源的分離電源地返回端，用于減少控制電路中開關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響；第9管腳是控制電路地返回端，并被連回到電源地；第10管腳輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，

9.1.2工作原理高達(dá)1.0A的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌；第11管腳輸出高態(tài)由加到此管腳的電壓設(shè)定，通過分離的電源連接，可以減小開關(guān)瞬態(tài)噪聲對(duì)控制電路的影響；第12管腳是控制集成電路的正電源；第13管腳是空腳；第14管腳是參考輸出端，它可通過電阻向電容提供充電電流。9.1.2工作原理圖9-2UC3845內(nèi)部機(jī)構(gòu)及管腳圖9.1.2工作原理

圖9-1就是由UC3845構(gòu)成的降壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，輸入直流電壓經(jīng)電容C3濾波，通過二極管D6，電阻R14降壓后加到UC3845的供電端（第12管腳），為UC3845提供啟動(dòng)電壓，電路啟動(dòng)后，維持工作狀態(tài)的電壓由輸出電壓經(jīng)過二極管D4和電阻R9提供。電路工作過程中，由UC3845的10管腳輸出的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)經(jīng)電容C1濾波、T1變壓隔離、R4和R2分壓來控制MOSFET開通或關(guān)斷。同時(shí)輸出電壓經(jīng)R11、R13分壓加到UC3845的誤差放大器的反相輸入端（第3管腳），為UC3845提供負(fù)反饋電壓，其規(guī)律是該管腳的電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，從而達(dá)9.1.2工作原理到維持穩(wěn)定輸出電壓的目的。輸出電流經(jīng)電流互感器T2、過流檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)（R8、D3、R6和R7構(gòu)成）、濾波網(wǎng)絡(luò)（R5和C5構(gòu)成）給UC3845的5管腳，當(dāng)UC3845的5管腳電壓高于1V時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過流而損壞。R3和C4構(gòu)成輸出反饋的環(huán)路補(bǔ)償，C8為UC3845的參考輸出濾波電容，C6和C9是輸出電壓的濾波電容，驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出頻率由R12和C7決定，R12向電容C7提供充電電流，驅(qū)動(dòng)脈沖輸出頻率f的計(jì)算公式（f最大可達(dá)500kHz）：9.1.2工作原理電路中D2為輸入與地間的反保護(hù)器件；R1、C2、D1構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)為Q1的緩沖電路，用以緩沖關(guān)斷時(shí)因?yàn)殡娏餮杆俳档陀删€路電感感應(yīng)出的過電壓。9.2升壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析

同降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源一樣，升壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源也是無變壓器非隔離式開關(guān)電源的一種，所謂升壓式是指無論輸入電壓

是正還是負(fù)，輸出電壓

總高于輸入電壓

，即

。升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域是為白光LED供電，該白光LED能為電池供電系統(tǒng)的液晶顯示(LCD)面板提供背光，需要提升電壓的通用直流-直流電壓穩(wěn)壓器中也可使用，也常用于功率因數(shù)校正場(chǎng)合。下面舉一個(gè)升壓式開關(guān)穩(wěn)壓器的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：220v、50Hz交流；9.2升壓式開關(guān)穩(wěn)壓器實(shí)例分析2.輸出電壓：27-37v直流；3.輸出最大電流：2A；4.轉(zhuǎn)換效率：大于80%；5.輸出紋波：小于0.5v；6.輸出電壓調(diào)整范圍：±10%。9.2.1電路原理圖

該升壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路原理圖，如圖9-3所示。主要由電源電路、主電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路構(gòu)成。電源電路主要由變壓器、整流橋和濾波電容構(gòu)成；主電路主要由電力場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、電力二極管、電感和濾波電容構(gòu)成；控制電路由核心控制芯片SG3525及其外圍電路構(gòu)成；驅(qū)動(dòng)電路是簡(jiǎn)單式的推挽電路；保護(hù)電路主要包括電流保護(hù)和電壓保護(hù)。9.2.1電路原理圖9.2.2工作原理

首先了解一下該升壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心控制元件SG3525，SG3525是美國硅通用公司生產(chǎn)的電流型脈寬調(diào)制器控制器，廣泛用于開關(guān)電源，用作斬波器，利用負(fù)反饋技術(shù)調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的穩(wěn)壓和調(diào)壓作用，開關(guān)電源輸出電壓高，則反饋回的取樣電壓就會(huì)高，導(dǎo)致反饋電流變大，這時(shí)芯片就會(huì)判斷為輸出電壓高了，然后就使其輸出的脈沖方波寬度變窄，也就導(dǎo)致開關(guān)管的占空比降低，從而導(dǎo)致輸出電壓的平均值減小，最終減小了輸出電壓，反之則增大占空比，開關(guān)電源就是這樣利用負(fù)反饋技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穩(wěn)壓的電壓控制系統(tǒng)。如圖9-4所示，

SG3525：9.2.2工作原理的鋸齒波由RT和CT產(chǎn)生，鋸齒波頻率由公式（9-2）給出:fT為時(shí)鐘頻率（KHZ）；RT為外接電阻（

KΩ）；CT為外接電容(μF)；RD為引腳6、7間跨接的電阻值。9.2.2工作原理

如圖9-4和圖9-5所示，鋸齒波電壓和死區(qū)時(shí)間控制端相比較，如果鋸齒波大于死區(qū)時(shí)間控制端電壓，死區(qū)時(shí)間比較器就送出高電壓，否則就送出低電壓。PWM反饋送入PWM比較器的同相輸入端和鋸齒波進(jìn)行比較，如果反饋端大于鋸齒波電壓則送出高電平，否則送出低電平。另外誤差放大比較器也通過一個(gè)二極管送入PWM比較器的同相輸入端，如果電路發(fā)生過流，可以通過這個(gè)比較器迅速封鎖脈寬保護(hù)開關(guān)管。死區(qū)時(shí)間比較器和PWM比較器經(jīng)過與門送入觸發(fā)器，發(fā)出矩形波去驅(qū)動(dòng)Q1和Q2產(chǎn)生隨PWM反饋電壓變化的脈寬，如果PWM反饋電壓取自電流反饋，那么電源就可以通過控制脈寬實(shí)現(xiàn)電源所需要的陡降外特性。9.2.2工作原理9.2.2工作原理9.2.2工作原理

圖9-3就是由SG3525構(gòu)成的升壓式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，220v交流電源經(jīng)變壓（輸出電壓為18VAC）、整流和濾波輸出U1（19.8V-21.6V）作為主電路的輸入電源；同時(shí)U1經(jīng)三端穩(wěn)壓器7818輸出大于等于18V的直流電壓U2，給光電耦合器和控制芯片SG3525供電；U2再經(jīng)三端穩(wěn)壓器7805輸出5V直流電壓，給電流保護(hù)電路作為運(yùn)算放大器LM358的給定電壓。主電路的輸出電壓經(jīng)R1、R14分壓、信號(hào)調(diào)理電路、光耦隔離電路，給SG3525的誤差放大器的反相輸入端（1管腳），與誤差放大器的正相輸入端信號(hào)（由SG3525輸出的基準(zhǔn)電壓經(jīng)電阻分壓獲得）比較決定PWM信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。另外，主電路的輸出電壓還經(jīng)電阻RL、R15分壓作為過9.2.2工作原理流保護(hù)電路的輸入信號(hào)，當(dāng)電流信號(hào)過大時(shí)使輸出到SG3525關(guān)斷端（10管腳）的信號(hào)大于0.7V，PWM信號(hào)關(guān)閉，起到保護(hù)作用?？刂菩酒琒G3525輸出（11管腳和14管腳）為并聯(lián)單端輸出，提高了開關(guān)電源的占空比，外部加一個(gè)推挽式的驅(qū)動(dòng)電路，增強(qiáng)了開關(guān)電源的可靠性。

9.3筆記本開關(guān)電源實(shí)例分析舉一個(gè)筆記本電腦開關(guān)電源的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：220v、50Hz交流；2.輸出電壓：+5v和+3.3v直流；3.輸出最大電流：2A；4.轉(zhuǎn)換效率：大于85%；5.輸出紋波：小于0.5v；6.輸出電壓調(diào)整范圍：±10%

9.3.1電路原理圖

筆記本開關(guān)電源框圖，如圖9-6所示。主要由輸入電源電源、MAX786、電源選擇和需電設(shè)備等構(gòu)成。輸入電源由電池提供，范圍是5.5-30v；MAX786是DC/DC變換芯片；電源選擇實(shí)現(xiàn)3.3v和5v電源輸出。對(duì)應(yīng)電路原理圖，如圖9-7所示。

9.3.1電路原理圖

9.3.1電路原理圖

9.3.2工作原理

首先了解一下該筆記本開關(guān)電源的核心元件MAX786，MAX786是MAXIM公司生產(chǎn)的DC/DC變換器，它主要應(yīng)用于筆記本電腦等小型化、輕量化的便攜式設(shè)備中。利用MAX786可以很方便的輸出穩(wěn)定的5v和3.3v電壓。MAX786采用小型化28腳ssop封裝，引腳排列如圖9-8所示。引腳符號(hào)中帶數(shù)字3、數(shù)字5的，分別對(duì)應(yīng)于+3.3v、+5v開關(guān)電源的引出端。23腳接由電池構(gòu)成的5.5～30v直流輸入電壓；9腳、20腳分別為模擬地、功率地，二者可以共地；1腳為+3.3v開關(guān)電源的電流檢測(cè)端，外接電流檢測(cè)電阻；2腳為+3.3v開關(guān)電源的反饋端；

9.3.2工作原理2腳為+3.3v開關(guān)電源的軟啟動(dòng)電容端；3腳為+3.3v開關(guān)電源的通/斷控制端，自啟動(dòng)時(shí)應(yīng)接22腳，3腳為0時(shí)，關(guān)斷+3.3v開關(guān)電源；27腳、24腳分別為+3.3v開關(guān)電源的高端、低端驅(qū)動(dòng)輸出端，接外部N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極；25腳、17腳分別為+3.3v開關(guān)電源的升壓電容、電感引出管腳；15腳、21腳、14腳、13腳、16腳、19腳、18腳和17腳的功能同上，只是所對(duì)應(yīng)的是+5v開關(guān)電源；4腳、5腳、8腳和7腳分別為兩套精密電壓比較器/電平轉(zhuǎn)換器的同相輸人端、輸出端，比較器的閾值電壓均為1.65v，不用時(shí)4腳和5腳應(yīng)接GND；9.3.2工作原理6腳是兩個(gè)精密電壓比較器/電平轉(zhuǎn)換器的正電源端；22腳是+5v邏輯電平輸出端，工作在PWM方式下，最大可輸出5mA電流，但在關(guān)斷PWM或處于各用模式下，此端輸出電流能力增加到25mA，該管腳適合向電腦中的RAM供電并具有掉電保護(hù)功能；10腳為3.3v基準(zhǔn)電壓輸出端，輸出電流可達(dá)5mA；11腳為開關(guān)頻率設(shè)定端，此端接GND或22腳時(shí)f=200kHz；接10管腳時(shí)，f＝300khz，也可采用240-350kHz的外部時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)筆記本電腦同步工作，12腳為關(guān)斷PWM控制端（低電平有效），關(guān)斷時(shí)+3.3v電源、+5v電源和+3.3v基準(zhǔn)電壓源均不工作

9.3.2工作原理，僅22腳電源能向外輸出（5v，25mA）。

9.3.2工作原理

9.3.2工作原理MAX786的內(nèi)部框圖如圖9-9所示。主要包括300kHz/200kHz振蕩器，+5v線性調(diào)節(jié)器，+3.3v帶隙基準(zhǔn)電壓源，+3.3vPWM控制器，+5vPWM控制器，精密電壓比較器1和2／電平轉(zhuǎn)換器1和2，門電路，保護(hù)電路（比較器3、4）等。利用SYNC端可以設(shè)定開關(guān)頻率值，選擇300kHz頻率能進(jìn)一步減小儲(chǔ)能電感和濾波電容值，但使用9v電池組低壓供電時(shí)，必須選200kHz頻率。由線性調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的+5v電壓，一路從Y1端輸出；另一路向基準(zhǔn)電壓源供電，進(jìn)而且獲得+3.3v基準(zhǔn)電壓，從Uref端輸出。

9.3.2工作原理

圖9-7為該筆記本電腦電源電路圖，該電路采用9v供電，+3.3v開關(guān)電源由內(nèi)部PWM控制器、外部N溝道MOS功率場(chǎng)效應(yīng)管（N1和N3）和檢波二極管（VD2）輸出濾波器（L1，C12，C7）組成。其中，肖特基二極管VD1與L1，C12、C7構(gòu)成降壓式輸出電路。C5是升壓電容，用于提升高端（DH3）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的幅度，使之大于電池電壓，從而提高了N1的輸出能力。低端（DL3）信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)N3。VD2是同步檢波器外接檢波二極管。R1為電流檢測(cè)電阻，用以設(shè)定輸出電流的極限值。C9是軟啟動(dòng)電容，其作用是通電后利用電容的充電過程逐步建立起+3.3v電源，可降低初始浪涌電壓。內(nèi)部比

9.3.2工作原理較器3和4的作用是，當(dāng)輸人（或輸出）電壓跌落而導(dǎo)致U1＜+4.0v或Uref＜+2.8v時(shí)，就產(chǎn)生故障信號(hào)fault，將+3.3v和+5v開關(guān)電源關(guān)斷，起到保護(hù)作用。比較器1和2可作為低電壓檢測(cè)用。

9.3.2工作原理PWM控制器有兩種工作方式，一種是連續(xù)的PWM方式，適用于大負(fù)載；另一種是斷續(xù)的PWM方式（也稱輕載方式），適用于負(fù)載小于滿載25％的情況，此時(shí)能顯著降低功耗。當(dāng)SHDN=0時(shí)，脈寬調(diào)制器、基準(zhǔn)電壓源和精密電壓比較器均無輸出，Q1=Q2=0v，但是VL電源照常工作，可向筆記本電腦的隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器RAM提供+5v、25mA的電源，確保RAM中的數(shù)據(jù)不至于丟失；當(dāng)SHDN=1且ON3=ON，＝0時(shí)，芯片處于各用狀態(tài)，PWM停止工作，靜態(tài)電流降至70μA。S1斷開時(shí)正常工作，此時(shí)shdn＝0；閉合S1時(shí)，SHDN＝1，MAX786處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)S2（S3）閉合時(shí)，+3.3v（+5v）開關(guān)電源被接通。閉合S4時(shí)開關(guān)頻率為200kHz，斷開時(shí)則為300kHz。9.3.2工作原理

9.4單端正激式電源實(shí)例分析單端正激型開關(guān)電源是有變壓器隔離式開關(guān)電源的一種，單端正激式變換器是在降壓變換器的開關(guān)管和續(xù)流二極管之間插入高頻變壓器，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電氣隔離的一種DC-DC變換器。單端正激變換器廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、電信中心局設(shè)備、數(shù)字電話及使用分布式配電系統(tǒng)等當(dāng)中。下面舉一個(gè)單端正激開關(guān)電源的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：195-265v、50Hz交流；2.輸出電壓：27-37v直流；

9.4單端正激式電源實(shí)例分析3.開關(guān)頻率：132kHz；4.轉(zhuǎn)換效率：大于90%；5.輸出紋波：小于0.5v；6.輸出電壓調(diào)整范圍：±10%。

9.4.1電路原理圖

該單端正激開關(guān)電源電路原理圖，如圖9-10所示。主要由電源電路、主電路、控制電路、反饋電路構(gòu)成。電源電路主要由整流橋和濾波電容構(gòu)成；控制及主電路主要由單片開關(guān)電源TOP244Y、電力場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、變壓器、電感、二極管和濾波電容構(gòu)成；反饋電路主要包括TL431、精密光耦及其外圍電路。

9.4.1電路原理圖

9.4.2工作原理

首先了解一下該單端正激開關(guān)電源的核心元件TOP244Y，采用TOP244Y開關(guān)集成電路設(shè)計(jì)單端正激開關(guān)電源，可使電路大為簡(jiǎn)化，體積進(jìn)一步縮小，成本也明顯降低。該芯片輸出功率250W；外圍電路簡(jiǎn)單，成本低；在極低壓或過沖情況下能充分集成軟啟動(dòng)；外部可編程精確電流限制的高效率，低成本設(shè)計(jì)和功率可限電路；線性欠壓保護(hù)，無關(guān)斷干擾。TOP244Y內(nèi)部機(jī)構(gòu)及管腳如圖9-12所示，漏極（D）引腳為高壓功率MOSFET的漏極輸出，通過內(nèi)部的開關(guān)高壓電流源提供啟動(dòng)偏置電流。漏極電流的內(nèi)部流限檢測(cè)點(diǎn)?？刂疲–）引腳為誤差放大器及反饋電流的輸入腳，用于占空比控制。該9.4.2工作原理引腳與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時(shí)的內(nèi)部偏置電流。也用作電源旁路和自動(dòng)重啟動(dòng)/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。線電壓檢測(cè)（L）引腳為過壓（OV）、欠壓（UV）、降低的線電壓前饋、遠(yuǎn)程開/關(guān)和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。外部流限（X）引腳為外部流限調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。頻率（F）引腳為選擇開關(guān)頻率的輸入引腳：如果連接到源極引腳則開關(guān)頻率為132kHz，連接到控制引腳則開關(guān)頻率為66kHz。源極（S）引腳是功率MOSFET的源極連接點(diǎn)，用于高壓功率的回路。它也是初級(jí)控制電路的公共點(diǎn)及參考點(diǎn)。

9.4.2工作原理

9.4.2工作原理

圖9-10單端正激式變換器中，交流輸入電壓經(jīng)全波整流和平滑濾波后進(jìn)行開關(guān)變換。輸出電壓一方面經(jīng)電阻R8和R11接至TOP244Y的線電壓檢測(cè)引腳，當(dāng)電壓過高時(shí)使開關(guān)器件停止工作；另一方面接至變壓器T1的

繞組，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，

繞組的電壓極性上端為正，下端為負(fù)，使D11截止，在MOSFET截止瞬間，

繞組的電壓極性變?yōu)橄露藶檎?，上端為?fù)，此時(shí)D11導(dǎo)通尖峰電壓被R12、R9和C11吸收掉。變壓器T1繞組

和二極管D3、D4構(gòu)成復(fù)位電路，防止變壓器的勵(lì)磁電感飽和。TOP244Y的頻率（F）引腳與源極（S）引腳相連，所以開關(guān)電源開關(guān)頻率為132kHz。將TOP244Y的X與S腳短接，即把極限電流設(shè)置為內(nèi)部最大值，其中

9.4.2工作原理與變壓器T1的

繞組相連的是兩個(gè)彼此反向的二極管，與變壓器同名端相連接的二極管是導(dǎo)向二極管，該二極管和變壓器T2的原邊構(gòu)成MOSFET開通后的二次整流電路；與變壓器非同名端連接的二極管是續(xù)流二極管，主要完成MOSFET關(guān)斷后的續(xù)流動(dòng)作。反饋電路由兩部分構(gòu)成，變壓器T2、高頻整流濾波器（D9和C10構(gòu)成）構(gòu)成非隔離式反饋電路，為光電耦合器的光敏三極管提供偏置電壓；取樣電路（R14和R15構(gòu)成）、外部誤差放大器（TL431）和光電耦合器（U2）構(gòu)成隔離式反饋電路，它將輸出電壓的變化量直接轉(zhuǎn)換成控制電流。其中外部誤差放大器較為特殊，只有一個(gè)輸入控制端。當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過取樣電阻分壓之

9.4.2工作原理后，使TL431的輸出電壓也產(chǎn)生相應(yīng)的變化，進(jìn)而使光電耦合器內(nèi)的發(fā)光二極管的工作電流改變，則控制端電流改變，來調(diào)節(jié)占空比，使輸出電壓產(chǎn)生相反的變化，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。LED1為輸出電壓指示二極管，當(dāng)有電壓輸出時(shí)二極管亮，無電壓輸出時(shí)二極管滅。

9.5單端反激式電源實(shí)例分析

反激式（Flyback）開關(guān)電源因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件數(shù)量少和設(shè)計(jì)方便等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電視機(jī)、DVD和充電器等小功率電器的電源中。反激式變換器的工作過程決定了其設(shè)計(jì)方法異于正激式變換器。下面舉一個(gè)單端反激式開關(guān)電源的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：220v、50Hz交流；2.輸出電壓：24v直流；3.開關(guān)頻率：200kHz；4.轉(zhuǎn)換效率：大于90%；

9.5單端反激式電源實(shí)例分析5.輸出紋波：小于0.5v；6.輸出電壓調(diào)整范圍：±10%。

9.5.1電路原理圖

該單端反激開關(guān)電源電路原理圖，如圖9-12所示。主要由電源電路、主電路、控制電路、反饋電路構(gòu)成。電源電路主要由整流橋和濾波電容構(gòu)成；控制及主電路主要由控制芯片UC3842、電力場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、變壓器、二極管和濾波電容構(gòu)成；反饋電路主要包括TL431、精密光耦及其外圍電路。

9.5.1電路原理圖

9.5.2工作原理

首先了解一下該單端反激開關(guān)電源的核心控制元件UC3842，UC3842是由Unitrode公司開發(fā)的新型控制器件，是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，是單電源供電，帶電流正向補(bǔ)償，其內(nèi)部組成框圖如圖9-13所示。共有8個(gè)引腳，各腳功能如下：①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；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測(cè)輸入端，當(dāng)檢測(cè)電壓超過1V時(shí)縮小脈沖

9.5.2電路原理圖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為±1A；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。UC3842主要用于高頻中小容量開關(guān)電源，用它構(gòu)成的傳統(tǒng)離線式反激變換器電路在驅(qū)動(dòng)隔離輸出的單端開關(guān)時(shí)，通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋繞組經(jīng)電阻分壓得到的信號(hào)與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差比較器的輸出端與反向輸

9.5.2電路原理圖入端接成PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，誤差比較器的輸出端與電流采樣分壓進(jìn)行比較，從而控制PWM序列的占空比，達(dá)到電路穩(wěn)定的目的。

9.5.2電路原理圖

9.5.2電路原理圖

圖9-12單端反激式變換器中，220V交流輸入電壓經(jīng)低通濾波后的交流電壓經(jīng)橋式整流以及電解電容C1、C2濾波后變成310V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)電阻R1降壓后給電容C8充電，當(dāng)電容C8的電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值時(shí)，UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由管腳6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)推動(dòng)開關(guān)管工作，當(dāng)UC3842啟動(dòng)后工作電壓由反饋繞組N3提供，穩(wěn)壓管D10起到限制UC3842輸出電壓的作用。當(dāng)開關(guān)管S1導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓加在一次繞組N1上，N2的感應(yīng)電壓上負(fù)下正，整流二極管D6和D7反偏而截至，二次側(cè)無電流流動(dòng)，負(fù)載由儲(chǔ)能濾波電容的放電提供電流。當(dāng)開關(guān)管S1截止

9.5.2電路原理圖時(shí)，N2上的感應(yīng)電壓使整流二極管正偏。變壓器的儲(chǔ)能通過導(dǎo)通的二極管傳送，一是給電容充電，二是給負(fù)載提供輸出電流。該單端反激式開關(guān)電源利用TL431和光耦構(gòu)成反饋電路，當(dāng)輸出電壓放生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻R4、R5得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使發(fā)光二極管的工作電流發(fā)生變化，從而改變了UC3842的Comp控制端電流的大小，調(diào)節(jié)UC3842的輸出信號(hào)占空比，使輸出電壓變化，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。此電路還具有過流、過壓和欠壓保護(hù)功能，若輸出端意外短路，輸出電流成倍增大，使開關(guān)RF斷開，故障排除后，自動(dòng)

9.5.2電路原理圖恢復(fù)開關(guān)RF在幾秒內(nèi)快速恢復(fù)阻抗。當(dāng)由于某種原因產(chǎn)生過流時(shí)，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R9兩端電壓上升，UC3842的3腳傷的電壓也上升，當(dāng)該腳的電壓超過正常值達(dá)到1V時(shí)，UC3842的6腳無輸出，開關(guān)管截止。當(dāng)供電電壓發(fā)生過壓時(shí)，UC3842的7腳電壓上升，其2腳上的電壓也上升，使UC3842的6腳無輸出。當(dāng)供電電壓欠壓時(shí)，UC3842的1腳電壓下降，當(dāng)下降到1V以下時(shí)，UC3842的6腳無輸出。

9.6半橋式電源實(shí)例分析半橋式開關(guān)電源也是隔離式DC/DC變換器，其變壓器利用率高；開關(guān)管承受電壓應(yīng)力低，可做到與輸入電壓相等，當(dāng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)不對(duì)稱，開關(guān)器件參數(shù)不一致時(shí)，有偏磁可能；漏感會(huì)引起占空比丟失。所以半橋式開關(guān)電源適用于輸入電壓高、中等功率的場(chǎng)合。下面舉一個(gè)半橋式開關(guān)電源的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：AC220V，50Hz；2.輸出電壓：DC15V；3.輸出電流：1A；

9.6半橋式電源實(shí)例分析4.轉(zhuǎn)換效率：大于80%；5.輸出紋波：小于100mV；6.電壓調(diào)整率：小于等于2%；

9.6.1電路原理圖

該半橋式開關(guān)電源系統(tǒng)框圖，如圖9-14所示。系統(tǒng)主要由輸入電路、半橋逆變電路、控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路和輸出電路構(gòu)成。

9.6.1電路原理圖

9.6.1電路原理圖

電源輸入和半橋逆變電路如圖9-15，該電路主要由整流橋、電容C1、C2和開關(guān)管Q1、Q2、變壓器、整流二極管和濾波電路構(gòu)成。控制電路如圖9-16，由SG3525及其外圍電路構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)電路如圖9-17，主要由IR2110及其外圍電路構(gòu)成。反饋電路如圖9-18，由TL431、PC817及其外圍電路構(gòu)成。

9.6.1電路原理圖

9.6.1電路原理圖

9.6.1電路原理圖

9.6.1電路原理圖

9.6.2工作原理

該半橋式開關(guān)電源的核心控制元件SG3525已在本章第二節(jié)介紹過，這里不再贅述。圖9-15半橋式開關(guān)電源中，主電路圖中220V交流輸入經(jīng)整流橋整流后給主電路供電，當(dāng)控制電路中SG3525的14腳輸出高電平的時(shí)候，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路（IR2110）驅(qū)動(dòng)后，開關(guān)管Q1導(dǎo)通，VD2反偏截止，VD1正偏導(dǎo)通，二次側(cè)電流流過電感而儲(chǔ)能，同時(shí)為電容充電并為負(fù)載提供輸出電流。當(dāng)控制電路中SG3525的14腳輸出低電平的時(shí)候，開關(guān)管Q1截止，電感中的電流不能突變繼續(xù)按原方向流動(dòng)，一次電流經(jīng)開關(guān)管Q2并聯(lián)的二極管而保持原來的方向，二次側(cè)整流二極管VD2也導(dǎo)通，二極管VD1、VD2共

9.6.2工作原理同承擔(dān)負(fù)載電流，電感中的電流線性下降，輸出電壓也線性下降。同理，當(dāng)控制電路中SG3525的11腳輸出高電平（低電平）的時(shí)候，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路（IR2110）驅(qū)動(dòng)后，開關(guān)管Q2導(dǎo)通（截止），以下過程與Q1導(dǎo)通（截止）時(shí)候相似，只是一次電流、電壓反相，二次繞組電壓亦隨之反相，其數(shù)值關(guān)系不變，故不重復(fù)。為了確保輸出的穩(wěn)定，采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431作為穩(wěn)壓器件，用它來構(gòu)成外部誤差放大器，再與線性光耦PC817組成隔離式反饋電路。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)電阻R11、R12分壓后得到的取樣電壓，與TL431內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并在陰極上形成誤差電

9.6.2工作原理壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，使SG3525的1腳電壓大小發(fā)生變化，9腳電流大小發(fā)生變化，從而改變11腳和14腳輸出信號(hào)的占空比維持輸出的穩(wěn)定。

9.7全橋式電源實(shí)例分析

與半橋式開關(guān)電源相比，相同的是：其變壓器利用率高；開關(guān)管承受電壓應(yīng)力低，可做到與輸入電壓相等，當(dāng)驅(qū)動(dòng)參數(shù)不對(duì)稱，開關(guān)器件參數(shù)不一致時(shí)，有偏磁可能；不同的是：全橋式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，四組均需隔離，開關(guān)器件比半橋多出一倍。所以全橋式開關(guān)電源適用于輸入電壓高、輸出功率大的場(chǎng)合。下面舉一個(gè)全橋式開關(guān)電源的例子。主要技術(shù)指標(biāo)如下：1.輸入電壓：AC220V，50Hz；2.輸出電壓：DC24V；

9.7全橋式電源實(shí)例分析3.輸出電流：2A；4.轉(zhuǎn)換效率：大于90%；5.輸出紋波：小于50mV；6.電壓調(diào)整率：小于等于2%；7.負(fù)載調(diào)整率：小于等于0.5%。

9.7.1電路原理圖

該橋式開關(guān)電源電路原理圖，如圖9-16所示。主要由輸入電源電路、主電路及整流輸出電路、控制及驅(qū)動(dòng)電路、反饋電路構(gòu)成。電源電路主要由EMI濾波、不可控整流橋和濾波電容構(gòu)成；主電路及整流輸出電路主要由4個(gè)絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、變壓器、整流二極管、電感、電容和電阻構(gòu)成；控制及驅(qū)動(dòng)電路主要由控制芯片UC3875及其外圍電路、晶體管和變壓器構(gòu)成；反饋電路主要包括電流反饋電路和電壓反饋電路，其中電流反饋電路主要由電流互感器、整流橋、穩(wěn)壓管、電阻和電容構(gòu)成；電壓反饋電路主要由分壓電阻、穩(wěn)壓管和光耦合器構(gòu)成。

9.7.1電路原理圖

9.7.2工作原理

首先了解一下該橋式開關(guān)電源的核心控制元件UC3875，UC3875是由Unitrode公司開發(fā)的控制器件，它有4個(gè)獨(dú)立的輸出驅(qū)動(dòng)端可以直接驅(qū)動(dòng)四個(gè)功率MOSFET管，UC3875的管腳圖如圖9-17所示，其中OUTA和OUTB相位相反，OUTC和OUTD相位相反，而OUTC和OUTD相對(duì)于OUTA和OUTB的相位

是可調(diào)的，也正是通過調(diào)節(jié)

的大小來進(jìn)行PWM控制的。UC3875共有20個(gè)引腳，各腳功能如下：1腳可輸出精確的5V基準(zhǔn)電壓，其電流可達(dá)到60mA。當(dāng)VIN比較低時(shí)，芯片進(jìn)入欠壓鎖定狀態(tài)VREF消失，直到VREF達(dá)到4.75V以上時(shí)才脫離欠壓鎖定狀態(tài)。最好的辦法是接一個(gè)0.1微法旁路電容到信號(hào)

9.7.2工作原理地；2腳為電壓反饋增益控制端，當(dāng)誤差放大器的輸出電壓低于1V時(shí)實(shí)現(xiàn)0度的相移；3腳為誤差放大器的反相輸入端，該腳通常利用分壓電阻檢測(cè)輸出電源電壓；4腳為誤差放大器的同相輸入端，該腳與基準(zhǔn)電壓相連，以檢測(cè)E/A-端的輸出電源電壓；5腳為電流檢測(cè)端，該腳為電流故障比較器的同相輸入端，其基準(zhǔn)設(shè)置為內(nèi)部固定2.5V（由VREF分壓）。當(dāng)該腳的電壓超過2.5V時(shí)電流故障動(dòng)作，輸出被關(guān)斷，軟啟動(dòng)復(fù)位，此腳可實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)；6腳為軟啟動(dòng)端，當(dāng)輸入電壓（VIN）低于欠壓鎖定閾值（10.75V）時(shí)，該腳保持低電平，當(dāng)VIN正常時(shí)該腳通過內(nèi)部9電流源上升到4.8V，

9.7.2工作原理如果出現(xiàn)電流故障時(shí)該腳電壓從4.8V下降到0V，此腳可實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)；7腳和15腳為輸出延遲控制端，通過設(shè)置該腳到地之間的電流來設(shè)置死區(qū)，加于同一橋臂兩管驅(qū)動(dòng)脈沖之間，以實(shí)現(xiàn)兩管零電壓開通時(shí)的瞬態(tài)時(shí)間，兩個(gè)半橋死區(qū)可單獨(dú)提供以滿足不同的瞬態(tài)時(shí)間；14、13、9、8腳為輸出OUTA、OUTB、OUTC、OUTD端，該腳為2A的圖騰柱輸出，可驅(qū)動(dòng)MOSFET和變壓器；10腳為電源電壓端，該腳提供輸出級(jí)所需電源，VCC通常接3V以上電源，最佳為12V。該腳應(yīng)接一旁路電容到電源地；11腳為芯片供電電源，該腳提供芯片內(nèi)部數(shù)字、模擬電路部分的電源，接于12V穩(wěn)壓電源

9.7.2工作原理。為保證芯片正常工作，在該腳電壓低于欠壓鎖定閾值（10.75V）時(shí)停止工作。此腳應(yīng)接一旁路電容到信號(hào)地。12腳為電源地端。其它相關(guān)的阻容網(wǎng)絡(luò)與之并聯(lián)，電源地和信號(hào)地應(yīng)一點(diǎn)接地以降低噪聲和直流降落。16腳為頻率設(shè)置端，該腳與地之間通過一個(gè)電阻和電容來設(shè)置振蕩頻率，具體公式為：

。17腳為時(shí)鐘/同步端，作為輸出，提供時(shí)鐘信號(hào)；作為輸入，該腳提供一個(gè)同步點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的用法是：具有不同振蕩頻率的多個(gè)