1、彩色電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì) 摘 要 21 世紀(jì)是電子技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，如今我們的生活越來(lái)越離不開(kāi)電子技術(shù)，近 從我們的生活中離不開(kāi)電腦，電視機(jī)，電風(fēng)扇，洗衣機(jī)電冰箱，空調(diào)等，遠(yuǎn)到人們的 生產(chǎn)，醫(yī)療保險(xiǎn)，國(guó)防教育等，都離不開(kāi)電子技術(shù)。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(dǎo)體存儲(chǔ)器的開(kāi)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(xiàn)性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過(guò)時(shí)。取 而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開(kāi)關(guān)電源。 本設(shè)計(jì)就是為彩色電視機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路。本系統(tǒng)采用電流型控制系統(tǒng)，它具有 對(duì)輸入響應(yīng)快，回路穩(wěn)定性好負(fù)載響應(yīng)快，降低輸出級(jí)的功率損耗

2、，電路簡(jiǎn)單成本低 廉性能可靠易于維修等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：彩電，開(kāi)關(guān)電源，直流型 目 錄 1 引言.1 2 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能特點(diǎn).1 2.1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn).1 2.1.1 內(nèi)部功率損耗小，轉(zhuǎn)換效率高.1 2.1.2 體積小，重量輕.2 2.1.3 穩(wěn)壓范圍寬，線(xiàn)性調(diào)整率高.2 2.1.4 濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減小.2 2.2 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn).2 2.2.1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源存在著較為嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲和干擾.2 2.2.2 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修.3 2.2.3 成本高，可靠性低.3 3 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分析.3 4 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案.6 4.1 主電路.6 4.2

3、 輸入濾波電路.6 4.3 整流與濾波電路.6 4.4 逆變電路.7 4.5 輸出濾波電路.7 4.6 控制驅(qū)動(dòng)電路.7 5 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計(jì).8 5.1 主電路設(shè)計(jì).8 5.2 隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).9 5.3 pwm 控制電路設(shè)計(jì).9 5.4 開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì).10 總 結(jié).12 參考文獻(xiàn).12 1 引 言 開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)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(kāi)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。 開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的電力電子器件主要為 二極

4、管、igbt 和 mosfet。 scr 在開(kāi)關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用，gtr 驅(qū)動(dòng)困難， 開(kāi)關(guān)頻率低，逐漸被 igbt 和 mosfet 取代。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開(kāi)關(guān)晶體管使無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源 迅速實(shí)用化。而半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展又為開(kāi)關(guān)電源控制電路的集成化奠定 了基礎(chǔ)，適應(yīng)各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源控制要求的集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)運(yùn)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(lái)越少，使得開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和調(diào)整工作 日益簡(jiǎn)化，成本也不斷下降。目前己形成了各類(lèi)功能完善的集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器系列。當(dāng) 然開(kāi)關(guān)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)

5、勢(shì)。在 70 年代后期， 功率在 100w 以上的開(kāi)關(guān)電源是有競(jìng)爭(zhēng)力的。到 1980 年，功率在 50w 以上就具有競(jìng)爭(zhēng) 力了。隨著開(kāi)關(guān)電源性能的改善，到 80 年代后期，電子設(shè)備的消耗功率在 20w 以上， 就要考慮使用開(kāi)關(guān)電源了。過(guò)去，開(kāi)關(guān)電源在小功率范圍內(nèi)成本較高，但進(jìn)入 90 年代 后，其成本下降非常顯著當(dāng)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(jìn)開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的因素之一。 2 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的性能特點(diǎn) 2.1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn) 2.1.1 內(nèi)部功率損耗小，轉(zhuǎn)換效率高 在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源原理框圖中，開(kāi)關(guān)功率管 v 在 pwm 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，交替

6、地 工作在導(dǎo)通-截止與截止-導(dǎo)通開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度非?？?，頻率一般可高達(dá) 100khz 左 右。在一些電子工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，可以做到 mhz 以上。這便使得開(kāi)關(guān)功率管 v 上的功率 損耗大為減小，儲(chǔ)能電感的電感量大為減小，儲(chǔ)能效率大為提高，從而使整個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn) 壓電源的轉(zhuǎn)換效率得到大幅度的提高，其轉(zhuǎn)換效率可高達(dá) 90左右。 2.1.2 體積小，重量輕 從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的原理電路圖中我們可以清楚地看出，這里沒(méi)有采用笨重的工頻 變壓器。由于開(kāi)關(guān)功率管 v 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此其本身的功率損耗大幅度地降低， 這就省去了較大的散熱器。另外由于電路的工作頻率比線(xiàn)性穩(wěn)壓電源中的 50hz 工頻高 了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因

7、此濾波效率大大提高，濾波電容的容量也大為減小。這三方面的 原因，就使得開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源具有體積小，重量輕的顯著優(yōu)點(diǎn)。 2.1.3 穩(wěn)壓范圍寬，線(xiàn)性調(diào)整率高 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由 pwm/pfm（脈頻調(diào)制）驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié) 的，輸出電壓由于輸入信號(hào)電壓的變化而引起的不穩(wěn)定，可以通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度或脈 沖頻率來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，在輸入工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能夠保證有非常穩(wěn) 定的輸出電壓。因此，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源除具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)外，還具有穩(wěn)壓效果好 和線(xiàn)性調(diào)整率高的優(yōu)點(diǎn)。此外，由于改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和脈頻調(diào)制型兩 種，因此開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有以上所說(shuō)的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法和技

8、術(shù)也較多， 設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求和需要，靈活地選用各種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路 2.1.4 濾波效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減小 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本在 5khz 以上，是線(xiàn)性穩(wěn)壓電源工作頻率的 1000 倍以上。因此，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源整流后的濾波效率也幾乎提高了 1000 倍左右。就是 采用半波整流后加電容濾波，濾波效率也比線(xiàn)性穩(wěn)壓電源高 500 倍左右。在要求有相 同輸出紋波電壓的情況下，采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容的容量只是線(xiàn)性穩(wěn)壓電源 中濾波電容容量的 1/5001/1000。 2.2 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn) 2.2.1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源存在著較為嚴(yán)重的開(kāi)關(guān)噪聲和干擾

9、在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，由于開(kāi)關(guān)功率管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此它所產(chǎn)生的高頻 交流電壓和電流將會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振噪聲，這些干擾和 噪聲如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會(huì)嚴(yán)重地影響整機(jī)的正常工作。 此外，由于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的振蕩器沒(méi)有工頻降壓變壓器的隔離，因此這些干擾 和噪聲就會(huì)竄入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴(yán)重的干擾。 而且這種高頻干擾還會(huì)通過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的磁性元件（如電感和開(kāi)關(guān)變壓器等） 輻射到空間，使周?chē)钠渌娮觾x器、設(shè)備和家用電器也同樣受到嚴(yán)重的干擾。 2.2.2 電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于維修 對(duì)于無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電

10、路中的高壓、高溫電解電容，高反壓、大電 流功率開(kāi)關(guān)管，高頻開(kāi)關(guān)變壓器的磁性材料，高反壓、大電流、快恢復(fù)肖特基二極管 等器件，在我們國(guó)家還處于研究、開(kāi)發(fā)和試制階段。在一些技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家，開(kāi)關(guān)穩(wěn) 壓電源雖然有了一定的發(fā)展，但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在著一些問(wèn)題，不能令人十分滿(mǎn) 意。這就暴露出了開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的另一個(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維 修麻煩。對(duì)此，如果設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者不予以充分重視，它將直接影響開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的 推廣應(yīng)用。 2.2.3 成本高，可靠性低 目前，由于國(guó)內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料燒結(jié)技術(shù)等與一些 技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，因此其造價(jià)和成本不能進(jìn)一步降低，也影響

11、到其可靠 性的進(jìn)一步提高。這就導(dǎo)致了在我國(guó)的電子儀器、儀表以及機(jī)電一體化設(shè)備中，開(kāi)關(guān) 電源還不能得到十分廣泛的普及與應(yīng)用。 3 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分析 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源等效原理圖如下圖 3.1 所示。 圖 3.1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源等效原理圖 根據(jù)圖 3.1 所示工作原理圖分析開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理： 在圖 3.1 中把驅(qū)動(dòng)方波信號(hào)加到如圖所示電路的功率開(kāi)關(guān) v 的基極上，這樣功率 開(kāi)關(guān) v 就會(huì)按照驅(qū)動(dòng)方波信號(hào)的頻率周期性地導(dǎo)通與關(guān)閉，功率開(kāi)關(guān) v 的工作周期 t=ton+toff，占空比為 d=ton/t(d1)。其工作過(guò)程可以用功率開(kāi)關(guān) v 的導(dǎo)通、關(guān)閉 以及開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡等過(guò)程來(lái)解說(shuō)。 （

12、1）在 ton=t1-t0 期間，功率開(kāi)關(guān) v 導(dǎo)通，續(xù)流二極管 vd 因反向偏置而截止， 儲(chǔ)能電感 l 兩端所加的電壓為 ui-uo。雖然輸入電壓 ui 是一個(gè)直流電壓，但電感 l 中 的電流不能突變，而在功率開(kāi)關(guān) v 導(dǎo)通的 ton 期間，電感 l 中的電流將會(huì)線(xiàn)性地 1l i 上升，并以磁能的形式在儲(chǔ)能電感中存儲(chǔ)能量。這時(shí)，電感 l 中的電流為 1l i （3.1）litotuouii lol / )()( 1 式中為 t0 時(shí)刻儲(chǔ)能電感 l 中的電流，在 t1 時(shí)刻，也就是驅(qū)動(dòng)信號(hào)正半周要結(jié) 0l i 束的時(shí)刻，儲(chǔ)能電感 l 中的電流上升到最大值，其最大值為： （3.2）littuou

13、ii ll / )01()( 0max 從兩式我們就可以計(jì)算出儲(chǔ)能電感 l 中電流的變化量為： （3.3）lttuouiiii lll / )1)( 1max1 當(dāng)式中的 t=t0 時(shí)，儲(chǔ)能電感中的電流變化量為最大，其最大變化量為 （3.4）ltonuouilttuouiil/)(/ )01)( 1max （2）在 toff=t2-t1 期間，功率開(kāi)關(guān) v 截止。但是在 t1 時(shí)刻，由于功率開(kāi)關(guān) v 剛 剛截止，并且儲(chǔ)能電感 l 中的電流不能突變，于是 l 兩端就產(chǎn)生了與原來(lái)電壓極性相 反的自感電動(dòng)勢(shì)。此時(shí)，續(xù)流二極管 vd 開(kāi)始正向?qū)?，?chǔ)能電感 l 所儲(chǔ)存的磁能將 以電能的形式通過(guò)續(xù)流二極

14、管 vd 和負(fù)載電阻 r1 開(kāi)始泄放。這里的二極管 vd 起著 續(xù)流和補(bǔ)充電流的作用，這也正是它被稱(chēng)為續(xù)流二極管的原因。儲(chǔ)能電感 l 所泄放的 電流的波形就是鋸齒波中隨時(shí)間線(xiàn)性下降的那一段電流。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可將續(xù)流 2l i 二極管 vd 的導(dǎo)通壓降忽略不計(jì)，因而儲(chǔ)能電感 l 兩端的電壓近似為 uo，其中流過(guò)的 電流可由下式計(jì)算出來(lái)： （3.5） max2 / ) 1( ll ilttuoi 在 t=t2 時(shí)，儲(chǔ)能電感 l 中的電流達(dá)到最小值，其大小可由下式計(jì)算出： （3.6） maxmin / ) 12( ll ilttuoi 由上述兩式就可以求出在功率截止期間，儲(chǔ)能叫感 l 中電流的變化

15、值為： （3.7）lttuoil/ )2( 2 當(dāng) t=t1 時(shí)，儲(chǔ)能電感 l 中的電流變化值為最大，其最大變化量為： （3.8）toff l uo tt l uo il) 12( 2max （3）只有當(dāng)功率開(kāi)關(guān) v 導(dǎo)通期間 ton 內(nèi)儲(chǔ)能電感 l 增加的電流 ilmax1 等于功 率開(kāi)關(guān) v 關(guān)閉期間 toff 內(nèi)減少的電流ilmax2 時(shí)，才能達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，才能保證儲(chǔ) 能電感中一直有能量，并源源不斷地向負(fù)載電路提供能量和功率。這就是構(gòu)成一個(gè) 穩(wěn)壓電源的最基本的條件。因此下面的關(guān)系式一定成立： （3.9）toff l uo ton l uoui )( 將式化簡(jiǎn)整理后得到輸出電壓 uo 與輸

16、入電壓 ui 之間的關(guān)系為： （3.10）ui t ton uidui toffton ton uo 從式中可以看出，由于占空比 d 永遠(yuǎn)是一個(gè)小于是的常數(shù)，因此輸出電壓 uo 永 遠(yuǎn)小于輸入電壓 ui。這是降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓 uo 的輸入電壓 ui 之間的關(guān) 系式。 上式中的占空比 d 與功率開(kāi)關(guān) v 的導(dǎo)通時(shí)間 ton 有關(guān)。如保持功率開(kāi)關(guān)的工作 周期 t 不變，則通過(guò)改變功率開(kāi)關(guān) v 的導(dǎo)通時(shí)間 ton 就可以實(shí)現(xiàn)改變和調(diào)節(jié)輸出電 壓 uo 大小的目的。因此，由此原理設(shè)計(jì)出的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路通常被稱(chēng)為脈寬調(diào)制 （pwm）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。從式中我們還可以看出占空比 d 不但與

17、功率開(kāi)關(guān) v 的導(dǎo)通時(shí)間 ton 有關(guān)，而且還與功率開(kāi)關(guān) v 的工作周期 t 有關(guān)。也就是與工作頻率 f 有關(guān)。因此，在保持其他條件不變的情況下，僅改變功率開(kāi)關(guān) v 的周期時(shí)間 t 或工作 頻率 f 同樣也可以實(shí)現(xiàn)改變和調(diào)節(jié)輸出電壓 uo 大小的目的。由此原理設(shè)計(jì)出的開(kāi)關(guān) 穩(wěn)壓電源電路通常被稱(chēng)為脈頻調(diào)制（pwm）型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。從式中我們又可以 看出，同時(shí)改變功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間 ton 和工作周期時(shí)間 t(或者工作頻率 f） ，同樣 也可以起到調(diào)節(jié)和改變占空比 d 或者輸出電壓 uo 的目的。根據(jù)這樣的原理設(shè)計(jì)出的 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路通常被稱(chēng)為混合型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。 4 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

18、方案 4.1 主電路 半橋型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路主要有主電路和控制驅(qū)動(dòng)電路兩大部分組成。其中主電路， 可分為整流、逆變和高頻整流濾波三個(gè)環(huán)節(jié)，輸入220v 經(jīng)橋式整流濾波后獲得 +300v 左右的直流電壓。半橋型逆變電路是由功率 mos 管 vs1 和 vs2 組成，高頻逆 變變壓器初級(jí)分別接電容 c1 、c2 的中點(diǎn)和開(kāi)關(guān)管 vs1、vs2 的中點(diǎn)，電容 c1、c2 的中點(diǎn)電壓為 u2，vs1、vs2 交替觸發(fā)導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為 u2 的 交流電壓。改變開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的占空比，即能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 uo。 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括： 1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)

19、存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反 饋到公共電網(wǎng)。 2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。 3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻 率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 4.2 輸入濾波電路 電路中采用共模扼流圈和濾波電容共同組成輸入濾波電路。其中 l 是在一個(gè)閉合磁路的磁芯上 繞制相同的電感量的兩個(gè)繞阻。當(dāng)這兩個(gè)電感為獨(dú)立電感時(shí)，由于其上有電流流過(guò)，電流產(chǎn)生變化 時(shí)，磁芯磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化會(huì)導(dǎo)致有效磁導(dǎo)率發(fā)生變化，甚至飽和，亦即對(duì)于電源頻率分量和高頻噪 聲分量

20、的有效導(dǎo)磁率隨著導(dǎo)線(xiàn)電流的增加而減少，將兩個(gè)電感繞制在一個(gè)磁芯上且構(gòu)成往復(fù)線(xiàn)路式 繞阻。由于電源頻率分量所產(chǎn)生的磁通彼此的相位差為 180 度，因它們的匝數(shù)相等而被相互抵消， 對(duì)電源頻率分量的電感為零，而對(duì)于共模噪聲成分則呈現(xiàn)很高的有效導(dǎo)磁率，因而將得到很大的衰 減。 4.3 整流和濾波電路 整流電路中采用四個(gè)肖特基整流二極管組成橋式整流，將輸入 220v 交流電壓經(jīng)橋式整流濾波 后獲得 +300v 左右的直流電壓。 4.4 逆變電路 本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的逆變擬采用半橋式電路。在半橋式功率變換電路中的功率開(kāi)關(guān) 管 mosfet 輸入阻抗很高且是電壓控制器件，所需驅(qū)動(dòng)電流小，其開(kāi)關(guān)時(shí)間以 ns 計(jì)

21、且不受溫度變化的影響。導(dǎo)通電阻 r 的溫度系數(shù)為正，當(dāng)隨溫度升高而增大時(shí)電流 自動(dòng)減小，這使其本身就具有自動(dòng)均流能力。電路中的分壓電容起著較強(qiáng)的搞不平衡 作用。當(dāng) vs1 導(dǎo)通時(shí)，二極管 vp1 ，處于通態(tài)vs2 導(dǎo)通時(shí)二極管 vp2 處于通態(tài)。 當(dāng)兩開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組 n1 中的電流為零，根據(jù)變壓器磁勢(shì)平衡方程繞組 n2 、n3 中的電流大小相等，方向相反，所以 vp1 和 vp2 均處于導(dǎo)通狀態(tài)各分擔(dān)負(fù)載 電流的二分之一。當(dāng) vs1 或 vs2 導(dǎo)通時(shí)，電感 l 的電流逐漸上升，當(dāng)兩管都關(guān)斷時(shí)， 電感中的電流逐漸下降 由于電容的隔直作用，半橋型開(kāi)關(guān)電路對(duì)由于兩管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí) 間不對(duì)稱(chēng)

22、而造成變壓器一次側(cè)的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的 偏磁現(xiàn)象。由于 tl494 中存在死區(qū)時(shí)間，所以不存在由于 vs1 和 vs2 共同導(dǎo)通而損壞 功率管的情況。 4.5 輸出濾波電路 輸出電路從次級(jí)線(xiàn)圈經(jīng)全波整流后接一個(gè)型 lc 濾波器，得到穩(wěn)定的直流輸出電 壓。 4.6 控制驅(qū)動(dòng)電路 該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的控制驅(qū)動(dòng)電路是以 tl494 為核心，采用恒頻脈寬調(diào)制控制方式。 誤差放大器的輸入信號(hào)分別是給定信號(hào) uk 和電壓反饋信號(hào) uf。uf 是由輸出電壓經(jīng)分 壓電路獲取，系統(tǒng)為了得到較好的靜 、動(dòng)態(tài) 特性，在誤差放大器的輸入和輸出端接 入了 rc 反饋網(wǎng)絡(luò)。該控制電路一方面從輸出端

23、取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后 去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的 資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。其輸出經(jīng)光電耦合 后送給專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路 ir2110，用來(lái)驅(qū)動(dòng)兩開(kāi)關(guān)管的柵級(jí)。 其原理方框圖如圖 4.3 所示。 輸入整 流濾波 半橋式 逆變 輸出 整流 濾波 輔助直 流電源 驅(qū)動(dòng) 控制 電壓 反饋 圖 4.3 原理方框圖 5 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計(jì) 5.1 主電路設(shè)計(jì) 半橋式開(kāi)關(guān)電源主電路圖 4.1 所示。圖中開(kāi)關(guān)管 s1、s2 選用 mosfet ， 因?yàn)?它是電壓驅(qū)動(dòng)全控型器件，具有驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快

24、及安全工作 區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)。半橋式逆變電路一個(gè)橋臂由開(kāi)關(guān)管 s1、s2 組成。另一個(gè)橋臂由電容 c1,c2 組成。高頻變壓器初級(jí)一端接在 c1、c2 的中點(diǎn)， 另一端接在 s1, s2 的公共連 接端， c1、c2 中點(diǎn)的電壓等于整流后直流電壓的一半，即 vi/2。開(kāi)關(guān) s1, s2 交替導(dǎo) 通就在變壓器的次級(jí)形成幅值為 vi/2 的交流方波電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)的占空比， 就 能改變變壓器二次側(cè)整流輸出平均電壓 vo。 圖 5.1 半橋式開(kāi)關(guān)電源主電路設(shè)計(jì) 圖中： r1、 r2 是并聯(lián)均壓電阻，c3 是耦合電容，其作用是防止由于兩個(gè)開(kāi)關(guān) 管的特性差異而造成變壓器磁芯飽和,從而提高半橋逆變電路的抗不平

25、衡能力，c3 要 選擇 esr 小的無(wú)極性電容。t101 為初級(jí)電流檢測(cè)用的電流互感器， 作為電流控制時(shí) 的電流取樣用。 5.2 隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 從 tl494 的 11、 14 腳出來(lái)的 pwm 信號(hào)驅(qū)動(dòng) pc817 光耦，經(jīng)光耦隔離后, 送 到 ir2110 專(zhuān)用集成驅(qū)動(dòng)電路， 進(jìn)而去驅(qū)動(dòng)功率 mosfet 管 s1 和 s2， ir2110 外圍 電路連接圖 5.2 所示。 圖 5.2隔離驅(qū)動(dòng)芯片外圍電路設(shè)計(jì) 5.3 控制電路設(shè)計(jì) pwm 控制電路采用美國(guó)硅通用電氣公司的 tl494 控制芯片。該芯片的輸入電壓 工作范圍是 835v , 通常可取+15v ; 振蕩頻率是 100500

26、khz, 芯片的腳 5 和腳 7 間串聯(lián)一個(gè)電阻 rd 就可以在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。另外, 它的軟啟動(dòng)電路也非常 容易設(shè)計(jì), 只需在管腳 8 接一個(gè)軟啟動(dòng)電容即可。tl494 的振蕩頻率可表示為 （5.1） )37 . 0( 1 00d s rrc f 式中: co , ro 分別是與腳 5、腳 6 相連的振蕩器的電容和電阻; rd 是與腳 7 相連的 放電端電阻值。該芯片外圍電路簡(jiǎn)單,11 和 14 腳輸出采用圖騰柱輸出電路,電流驅(qū)動(dòng)能 力強(qiáng), 可直接控制半橋逆變器的上下功率管 s1,s2,其外圍電路圖 5.3 所示。 圖 5.3控制芯片外圍電路設(shè)計(jì) 5.4 開(kāi)關(guān)電源功率變壓器的設(shè)計(jì) 功

27、率變壓器是開(kāi)關(guān)電源中非常重要的部件，它和普通電源變壓器一樣也是通過(guò)磁 耦合來(lái)傳輸能量的。不過(guò)在這種功率變壓器中實(shí)現(xiàn)磁耦合的磁路不是普通變壓器中的 硅鋼片，而是在高頻情況下工作的磁導(dǎo)率較高的鐵氧體磁心或鈹莫合金等磁性材料， 其目的是為了獲得較大的勵(lì)磁電感、減小磁路中的功率損耗，使之能以最小的損耗和 相位失真?zhèn)鬏斁哂袑掝l帶的脈沖能量。 圖 5.4（a）為加在脈沖變壓器輸入端的矩形脈沖波，圖 5.4（b）為輸出端得到的 輸出波形，可以看出脈沖變壓器帶來(lái)的波形失真主要有以下幾個(gè)方面： 圖 5.4 脈沖變壓器輸入、輸出波形 （a）輸入波形 （b）輸出波形 上升沿和下降沿變得傾斜，即存在上升時(shí)間和下降時(shí)間

28、； 上升過(guò)程的末了時(shí)刻，有上沖，甚至出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象； 下降過(guò)程的末了時(shí)刻，有下沖，也可能出現(xiàn)振蕩波形； 平頂部分是逐漸降落的。 這些失真反映了實(shí)際脈沖變壓器和理想變壓器的差別，考慮到各種因素對(duì)波形的 影響，可以得到如圖 5.5 所示的脈沖變壓器等效電路。 圖中：rsi信號(hào)源 ui 的內(nèi)阻 rp一次繞組的電阻 rm磁心損耗（對(duì)鐵氧體磁心，可以忽略） t理想變壓器 rso二次繞組的電阻 rl負(fù)載電阻 c1、c2一次和二次繞組的等效分布電容 lin、lis一次和二次繞組的漏感 lm1一次繞組電感，也叫勵(lì)磁電感 n理想變壓器的匝數(shù)比，n=n1/n2 圖 5.5 脈沖變壓器的等效電路 將圖 4.5 所示電路的二次回路折合到一次，做近似處理，合并某些參數(shù)，可得圖 3.7 所示電路，漏感 li 包括 lin 和 lis，總分布電容 c 包括 c1 和 c2；總電阻 rs 包括 rsi、rp 和 rso；lm1 是勵(lì)磁電感，和前述的 lm1 相同；rl是 rl 等效到一次側(cè)的阻 值，rl=rl/n2,折合后的輸出電壓 uo=uo/n。 經(jīng)過(guò)這樣處理后，等效電路中只有 5 個(gè)元件，但在脈沖作用的各段時(shí)間內(nèi)，每個(gè) 元件并不都是同時(shí)起主要作用，我們知道任何一個(gè)脈沖波形可以分解成基波與許多