電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文----單片開關(guān)電源及pcb設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p>　　題 目： 電氣自動(dòng)化畢業(yè)論文 單片開關(guān)電源及PCB設(shè)計(jì) </p><p>　　系： 電氣與信息工程系 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘

2、 要 ……………………………………………………………………………………I</p><p>　　Abstract …………………………………………………………………………………II</p><p>　　第1 章 緒 論 ……………………………………………………………………………1</p><p>　　1．1 概述 …………………………………………………………………

3、…………1</p><p>　　1．2 開關(guān)電源的發(fā)展簡(jiǎn)況 …………………………………………………………1</p><p>　　1．3 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì) …………………………………………………………2</p><p>　　第2章 方案論證 …………………………………………………………………………3</p><p>　　2．1 概述 ……

4、…………………………………………………………………………3</p><p>　　2．2 系統(tǒng)總體框圖 ……………………………………………………………………3</p><p>　　2．3 工作原理 …………………………………………………………………………3</p><p>　　2．3．1 TOPSwitch-II的結(jié)構(gòu)及工作原理………………………………………3<

5、;/p><p>　　2．3．2 單片開關(guān)電源電路基本原理 …………………………………………5</p><p>　　第3章 單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………7</p><p>　　3．1 概述 ………………………………………………………………………………7</p><p>　　3．2 單片開關(guān)電源參數(shù)的設(shè)計(jì) ……

6、…………………………………………………7</p><p>　　3．3 單片開關(guān)電源中電子元器件的選擇 …………………………………………15</p><p>　　3．3．1 選擇鉗位二極管和阻塞二極管 ……………………………………15</p><p>　　3．3．2 輸出整流管的選取 …………………………………………………18</p><p&g

7、t;　　3．3．3 輸出濾波電容的選取 ………………………………………………19</p><p>　　3．3．4 反饋電路中整流管的選取 …………………………………………20</p><p>　　3．3．5 反饋濾波電容的選取 ………………………………………………20</p><p>　　3．3．6 控制端電容及串聯(lián)電阻的選擇 ……………………………………2

8、0</p><p>　　3．3．7 TL431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器的選擇 …………………………20</p><p>　　3．3．8 光耦合器的選擇 ……………………………………………………21</p><p>　　3．3．9 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的選擇 ………………………………………………23</p><p>　　3．4 單片開關(guān)電源保護(hù)電

9、路的設(shè)計(jì) ………………………………………………24</p><p>　　3．4．1 輸出過電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ………………………………………24</p><p>　　3．4．2 輸入欠電壓保護(hù)電路的設(shè)計(jì) ………………………………………25</p><p>　　3．4．3 軟啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì) …………………………………………………26</p><

10、;p>　　3．4．4 電壓及電流控制環(huán)電路的設(shè)計(jì) ……………………………………26</p><p>　　3．4．5 無損緩沖電路 ………………………………………………………28</p><p>　　3．4．6 采用繼電器保護(hù)的限流保護(hù)電路 …………………………………28</p><p>　　3．4．7 IGBT驅(qū)動(dòng)電路 …………………………………………

11、……………29</p><p>　　3．5 電磁干擾濾波器的設(shè)計(jì) ………………………………………………………29</p><p>　　3．5．1 開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理 ……………………………………30</p><p>　　3．5．2 開關(guān)電源EMI的特點(diǎn) ………………………………………………30</p><p>　　3．5．3 E

12、MI測(cè)試技術(shù) ………………………………………………………30</p><p>　　3．5．4 抑制干擾的措施 ……………………………………………………31</p><p>　　3．5．5 電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理 ………………………………………33</p><p>　　3．5．6 電磁干擾濾波器的基本電路及典型應(yīng)用 …………………………33</p>

13、<p>　　3．5．7 EMI濾波器在開關(guān)電源中的應(yīng)用 …………………………………34</p><p>　　第4章 PCB電磁兼容性設(shè)計(jì) ……………………………………………………………36</p><p>　　4．1 概述 ……………………………………………………………………………36</p><p>　　4．2 PCB上元器件布局 …………………

14、………………………………………37</p><p>　　4．3 PCB布線 ……………………………………………………………………38</p><p>　　4．4 PCB板的地線設(shè)計(jì) …………………………………………………………46</p><p>　　4．5 模擬數(shù)字混合線路板的設(shè)計(jì)…………………………………………………48</p><p&

15、gt;　　4．6 PCB設(shè)計(jì)時(shí)的電路措施 ……………………………………………………49</p><p>　　第5章 單片開關(guān)電源印制線路板的設(shè)計(jì) ………………………………………………51</p><p>　　5．1 概述 ……………………………………………………………………………51</p><p>　　5．2 Protel99簡(jiǎn)介 ………………………………………

16、…………………………52</p><p>　　5．3 印制線路板的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………52</p><p>　　5．3．1 設(shè)計(jì)印制線路板的條件 ……………………………………………52</p><p>　　5．3．2 設(shè)計(jì)印制板的步驟 …………………………………………………53</p><p>　　5．3．

17、3 元件布局 ……………………………………………………………53</p><p>　　5．3．4 布線 …………………………………………………………………53</p><p>　　5．4 單片開關(guān)電源印制線路板的設(shè)計(jì) ……………………………………………55</p><p>　　5．4．1 單片開關(guān)電源原理總圖 ……………………………………………55</p

18、><p>　　5．4．2 單片開關(guān)電源PCB設(shè)計(jì)圖 …………………………………………55</p><p>　　結(jié)束語 ……………………………………………………………………………………56</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………57</p><p>　　致 謝 ……………………………………

19、……………………………………………59</p><p>　　附 錄 …………………………………………………………………………………60</p><p>　　單片開關(guān)電源及PCB設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：電力電子技術(shù)已發(fā)展成為一門完整的、自成體系的高科技技術(shù)，電力電子技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)了電源技術(shù)的發(fā)展，而電源技術(shù)的發(fā)展有效地促進(jìn)了電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。電源技術(shù)主要

20、是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)的，信息技術(shù)的發(fā)展又對(duì)電源技術(shù)提出了更高的要求，從而促進(jìn)了電源技術(shù)的發(fā)展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。從日常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，而電源技術(shù)和產(chǎn)業(yè)對(duì)提高一個(gè)國(guó)家勞動(dòng)生產(chǎn)率的水平，即提高一個(gè)國(guó)家單位能耗的產(chǎn)出水平，具有舉足輕重的作用。在這方面我國(guó)與世界先進(jìn)國(guó)家的差距很大，作為一個(gè)電源工作者，不僅要設(shè)計(jì)出國(guó)際或國(guó)內(nèi)先進(jìn)的電源，還要考慮到電源的適應(yīng)性以及電源的成本。只有具有先進(jìn)

21、性能的電源，加上合理的制作成本，才能使我國(guó)的電源產(chǎn)業(yè)趕超發(fā)達(dá)國(guó)家。這里著重介紹了基于TOP252Y的單片開關(guān)電源，通過運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將普通市電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定地電壓電流輸出。首先介紹開關(guān)電源的含義，開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著各種各樣電器的出現(xiàn)以及</p><p>

22、;　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹_關(guān)電源; 反激式；脈寬調(diào)制。</p><p>　　The design of Single-chip Switching Power Supply and it’s PCB </p><p>　　Abstract：Electric and electronic technology has already developed into an intact hi

23、gh science, the development of electric and electronic technology has driven the development of the technology of the power supply, and the development of power technology has promoted the development of industry of the

24、power supply effectively. The technology of the power mainly serves information industry, the development of the information technology has put forward higher request to the power supply, thus prom</p><p>　　

25、Key words: single-chip switching power supply; flyback; PWM.</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　電源歷來是各種電子設(shè)備中不可缺少的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)

26、及能否安全可靠地工作。開關(guān)電源（Switching Power Supply）自問世以來，就以其穩(wěn)定、高效、節(jié)能等優(yōu)良性能而成為穩(wěn)壓電源的主要產(chǎn)品。而高度集成化的單片開關(guān)電源，更是因其高性價(jià)比、簡(jiǎn)單的外圍電路、小體積與重量和無工頻變壓器隔離方式等優(yōu)勢(shì)而成為穩(wěn)壓電源中的佼佼者，是設(shè)計(jì)開發(fā)各種高效率中、小功率開關(guān)電源的優(yōu)勢(shì)器件。隨著生產(chǎn)、生活中自動(dòng)化程度的不斷提高，開關(guān)電源也朝著智能化方向發(fā)展，由微控制器控制的開關(guān)電源將單片開關(guān)電源與單片機(jī)

27、控制相結(jié)合，更加體現(xiàn)了開關(guān)電源的可靠性和靈活性。在21世紀(jì)，隨著各種不同的單片開關(guān)電源芯片及其電路拓?fù)涞膽?yīng)用和推廣，單片開關(guān)電源越來越體現(xiàn)出巨大的實(shí)用價(jià)值和美好前景。</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的發(fā)展簡(jiǎn)況</p><p>　　開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。近20多年來，集成開關(guān)電源沿著下述兩個(gè)方向不斷發(fā)展。第一個(gè)方向是對(duì)開關(guān)電

28、源的核心單元——控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。1997年國(guó)外首先研制成脈寬調(diào)制（PWM）控制器集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司（Silicon General）、尤尼特德公司（Unitrode）等相繼推出一批PWM芯片，典型產(chǎn)品有MC3520、SG3524、UC3842。90年代以來，國(guó)外又研制出開關(guān)頻率達(dá)1MHz的高速PWM、PFM（脈沖頻率調(diào)制）芯片，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864。第二個(gè)方向則是對(duì)中，小功率開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化

29、。這大致分兩個(gè)階段：80年代初意－法半導(dǎo)體有限公司（SGS－Thomson）率先推出L4960系列單片開關(guān)式穩(wěn)壓器。該公司于90年代又推出了L4970A系列。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，使用時(shí)需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制作低壓輸出（5.1～40V）、大中功率（400W以下）、大電流（1.5A～10A）、高效率（可超過90%）的開關(guān)電源。但從本質(zhì)上講，它仍屬DC/D</p><p&

30、gt;　　1994年，美國(guó)PI公司在世界上首先研制成功三端隔離式脈寬調(diào)制型單片開關(guān)電源，被人們譽(yù)為“頂級(jí)開關(guān)電源”。其第一代產(chǎn)品為TOPSwitch系列，第二代產(chǎn)品則是1997年問世的TOPSwitch-II系列。該公司于1998年又推出了高效、小功率、低價(jià)格的四端單片開關(guān)電源TinySwitch系列。在這之后，Motorola公司于1999年又推出MC33370系列五端單片開關(guān)電源，亦稱高壓功率開關(guān)調(diào)節(jié)器（High Voltage P

31、ower Switching Regulator）。目前，單片開關(guān)電源已形成四大系列、近70種型號(hào)的產(chǎn)品。</p><p>　　1.3 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　1955年美國(guó)羅耶（GH·Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開端，1957年美國(guó)查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國(guó)科學(xué)家們提出取消工

32、頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時(shí)間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開關(guān)電源。  </p><p>　　目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售

33、的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS－FET制成的500kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備，還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。</p><p>　　其中，為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采

34、用R-C或L-C緩沖器，而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。   </p><p>　　目前對(duì)這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小

35、，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前，世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。</p><p>　　我們這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是研究TOPSwitch-II開關(guān)電源以及相關(guān)的PCB設(shè)計(jì)制作，力圖使電路簡(jiǎn)單且易于調(diào)試，盡最大可能的方便用戶的使用。在本次設(shè)計(jì)中，我們要掌握電路設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，學(xué)會(huì)用計(jì)算機(jī)專用軟件（Protel99）繪制電路原理圖和設(shè)計(jì)制作印制線路板圖，掌握標(biāo)準(zhǔn)化制圖的基本規(guī)則，將

36、理論和實(shí)踐相結(jié)合，提高獨(dú)立分析能力和解決問題的能力，為我們畢業(yè)后走上工作崗位打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　第2章 方案論證</b></p><p><b>　　2.1 概述</b></p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)以TOPSwitch-II芯片為核心，順序流程連接各個(gè)功能模塊，完成了將普通市電轉(zhuǎn)化成所需要

37、的穩(wěn)定電流和電壓。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　圖2.1是本開關(guān)電源結(jié)構(gòu)框圖，圖中顯示了主要電路模塊，其中開關(guān)占空比控制電路是基于TOPSwitch-II型芯片的控制電路[1]。</p><p><b>　　2.3 工作原理</b></p

38、><p>　　2.3.1 TOPSwitch-II的結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　TOPSwitch-II器件為三端隔離反激式脈寬調(diào)制單片開關(guān)電源集成電路，但與其第一代產(chǎn)品相比，它不僅在性能上有進(jìn)一步改進(jìn)，而且輸出功率有顯著提高，現(xiàn)已成為國(guó)際上開發(fā)中、小功率開關(guān)電源及電源模塊的優(yōu)選集成電路。</p><p>　　TOPSwitch-II的管教排列圖如圖2.2所示，

39、它有三種封裝形式。其中TO-220封裝自帶小散熱片，屬典型的三端器件，本文主要采用此種封裝形式的芯片。此外還有DIP-8封裝和SMD-8封裝，它們都有8個(gè)管腳，但均可簡(jiǎn)化成3個(gè)，兩者區(qū)別是DIP-8可配8腳IC插座，SMD-8則為表面貼片，后者不許打孔焊接。</p><p>　　圖2.2 TOPSwitch-II的管教排列圖</p><p>　　TOPSwitch-II的三個(gè)管腳分別為控制

40、信號(hào)輸入端C（CONTROL）、主電源輸入端D（DRAIN）、電源公共端S（SOURCE），其中S端也是控制電路的基準(zhǔn)點(diǎn)。它將脈寬調(diào)制（PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到了三端芯片中，TOPSwitch-II的內(nèi)部框圖如圖2.3所示。主要包括10部分：控制電壓源；帶隙基準(zhǔn)電壓源；振蕩器；并聯(lián)調(diào)整器/誤差放大器；脈寬調(diào)制器；門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)；過電流保護(hù)電路；過熱保護(hù)及上電復(fù)位電路；高壓電流源。圖中Zc為控制端的動(dòng)態(tài)阻抗，RE是誤差電壓檢測(cè)電

41、阻RA與CA構(gòu)成截止頻率為7kHZ的低通濾波器。 </p><p>　　TOPSWitch-II的基本工作原理是利用反饋電流Ic來調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。舉例說明，當(dāng)輸出電壓Uo上升時(shí)，經(jīng)過光耦反饋電路使得Ic上升，從而使得D下降，Uo也隨之下降，最終使Uo不變。</p><p>　　TOPSwitch-II器件開關(guān)頻率高，典型值為100kHz，允許范圍為90-110kHz，開關(guān)管占

42、空比由C腳電流以線性比例控制。電路啟動(dòng)時(shí)，由漏極經(jīng)內(nèi)部高壓電流源為C腳提供工作電壓Vc。（實(shí)際電路中C腳外部應(yīng)接入電容，以電容的充電過程控制Vc逐步升高，以完成電路的軟啟動(dòng)過程），其PWM反饋控制回路由Rc、比較器A1和F1等元件組成，控制極電壓Vc為控制電路提供電源，同時(shí)也是PWM反饋控制回路的偏置電壓，比較器A2的基準(zhǔn)電壓設(shè)置為5.7V，當(dāng)Vc高于5.7V時(shí)，A2輸出高電平，與此同時(shí)PWM控制電流經(jīng)電阻R與振蕩器輸出的鋸齒波電流分別

43、輸入PWM比較器A4的+/-輸入端，這時(shí)因反饋電流較小從A3反向端輸入的鋸齒波信號(hào)經(jīng)門電路G3和G4送至RS觸發(fā)器B2的復(fù)位端+在鋸齒波信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的共同作用下RS觸發(fā)器的輸出端Q被置為高電平，門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)（PWM信號(hào)）經(jīng)G6，G7兩次反相，送到開關(guān)管F2的柵極，開關(guān)管處于開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)電路啟動(dòng)結(jié)束時(shí)Vc升至門限電壓4.7V，A2輸出高電平驅(qū)動(dòng)電子開關(guān)動(dòng)作，控制電路的供電切換至內(nèi)部電源；正常工作時(shí)TOPSwitch器件通過外圍電路形成電

44、壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，調(diào)</p><p>　　圖2.3 TOPSwitch-II的內(nèi)部框圖</p><p>　　TOPSwitch器件具有關(guān)斷/自動(dòng)重啟動(dòng)電路功能，即當(dāng)調(diào)節(jié)失控時(shí)立即使芯片在低占空比下工作，倘若故障已排除就自動(dòng)重啟動(dòng)恢復(fù)正常工作。在自啟動(dòng)階段（控制極電壓Vc低于門限電壓5.7V時(shí)），控制電路處于低功耗的待命狀態(tài)，此時(shí)由于比較器A2的滯回特性，電子開關(guān)頻繁地在高壓電流源和內(nèi)部電源

45、之間進(jìn)行切換，使得Vc值保持在4.7-5.7V之間。自啟動(dòng)電路由一個(gè)8分頻計(jì)數(shù)器完成延時(shí)功能，阻止輸出級(jí)MOSFET管F2連續(xù)導(dǎo)通，直到8個(gè)充/放電周期完全結(jié)束后才能再次導(dǎo)通。TOPSwitch器件通過預(yù)置V1m值來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。TOPSwitch器件內(nèi)部還設(shè)有過熱保護(hù)電路，當(dāng)芯片結(jié)溫大于135度時(shí)關(guān)斷輸出級(jí)（MOSFET），從而實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)目的。</p><p>　　2.3.2 單片開關(guān)電源電路基本原理<

46、/p><p>　　TOPSWitch-II單片開關(guān)電源典型電路如圖2.4所示。高頻變壓器在電路中具備能量存儲(chǔ)、隔離輸出和電壓變換著三種功能。由圖可見，高頻變壓器觸及繞組Np的極性（同名端用黑圓點(diǎn)表示），恰好與次級(jí)繞組Ns、反饋繞組NF的極性相反。這表明在TOPSWitch-II導(dǎo)通時(shí)，電能就以磁場(chǎng)能量形式儲(chǔ)存在初級(jí)繞組中，此時(shí)VD2截止。當(dāng)TOPSWitch-II截止時(shí)VD2導(dǎo)通，能量傳輸給次級(jí)，刺激反擊是開關(guān)電源的

47、特點(diǎn)。圖中，BR為整流橋，CIN為輸入端濾波電容。交流電壓u經(jīng)過整流濾波后得到直流高壓UI，經(jīng)初級(jí)繞組加至TOPSWitch-II的漏極上。鑒于在TOPSWitch-II關(guān)斷時(shí)刻，由高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓會(huì)疊加在直流高壓UI和感應(yīng)電壓UOR上，可是功率開關(guān)管漏籍電壓超過700V而損壞芯片；為此在初級(jí)繞組兩端增加漏極鉗位保護(hù)電路。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管（VDZ1）、阻塞二極管（VD1）組成，VD1應(yīng)采用超快二極管（SRD）

48、。VD2為次級(jí)整流管，COUT是輸出端濾波電容。</p><p>　　目前國(guó)際上流行采用配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路。反饋繞組電壓經(jīng)過VD3、CF整流濾波后獲得反饋電壓UFB，經(jīng)光耦合器重的光敏三極管給TOPSWitch-II的控制端提供偏壓，CT是控制端C的旁路電容。設(shè)穩(wěn)壓管VDZ2的穩(wěn)定電壓為UZ2，限流電阻R1兩端的壓降為UR，光耦合器中LED發(fā)光二極管的正向壓降為UF，輸出電壓Uo由下式設(shè)定：</p>

49、;<p>　　Uo=UZ2+UF+UR （2.1）</p><p>　　則其穩(wěn)壓原理簡(jiǎn)述如下：當(dāng)由于某種原因致使Uo升高時(shí)，因UZ2不變，故UF隨之升高，使LED的工作電流IF增大，再通過光耦合器使TOPSWitch-II控制端電流Ic增大。但因TOPSWitch-II的輸出占空比D與Ic成反比，故D減小，這就迫使Uo降低，達(dá)到穩(wěn)壓目的。反之

50、亦然[3]。 </p><p>　　圖2.4 單片開關(guān)電源典型電路</p><p>　　第3章 單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　開關(guān)電源因具有重量輕、體積小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，在電視電聲、計(jì)算機(jī)等許多電子設(shè)備中得到了廣泛的使用。為了進(jìn)一步追求開關(guān)電源的小

51、型化和低成本，人們不斷研制成功一些復(fù)合型單片開關(guān)電源集成電路芯片。如美國(guó)電源集成公司（Power Integrations Inc， 簡(jiǎn)稱PI公司或Power公司）推出的TOPSwitch-II器件就是其中的代表。TOPSwitch-II器件集PWM信號(hào)控制電路及功率開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）于一體，只要配以少量的外圍元器件，就可構(gòu)成一個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本低、性能穩(wěn)定、制作及調(diào)試方便的單端反激式單片開關(guān)電源。</p>&

52、lt;p>　　3.2 單片開關(guān)電源電路參數(shù)的設(shè)定</p><p>　　下面將比較詳細(xì)的敘述這些參數(shù)求得過程并完成電子表格。</p><p>　　確定開關(guān)電源的基本參數(shù)</p><p>　　交流輸入電壓最小值umin=85V</p><p>　　交流輸入電壓最大值umax=265V</p><p>　　電網(wǎng)頻率fL

53、=50Hz</p><p>　　開關(guān)頻率f=100kHz</p><p>　　輸出電壓Uo=24V</p><p>　　輸出功率Po=50W</p><p><b>　　電源效率η=85%</b></p><p>　　損耗分配系數(shù)Z：Z代表次級(jí)損耗和總損耗的比值。在極端情況下，Z=0表示全部損耗發(fā)

54、生在初級(jí)，Z=1則表示全部損耗發(fā)生在次級(jí)。在此，我們選取Z=0.5。</p><p>　　反饋電路類型及反饋電壓UFB的確定</p><p>　　我們可參照表1中的數(shù)據(jù)確定參數(shù)，因?yàn)槲覀儾捎门銽L431的光耦反饋電路，所以UFB的值便一目了然。</p><p>　　(3) 輸入濾波電容CIN、直流輸電壓最小值UImin的確定</p><p>

55、　　由表2可知在通用85~265V輸入時(shí)，CIN、UImin的值都可大概確定，其中，我們確定UImin的值為90V，而輸入濾波電容的準(zhǔn)確值不能從此表中得出。</p><p>　　輸入濾波電容的容量是開關(guān)電源的一個(gè)重要參數(shù)。CIN值選的過低，會(huì)使UImin的值大大降低，而輸入脈動(dòng)電壓UR卻升高。但CIN值取得過高。會(huì)增加電容器成本，而且對(duì)于提高UImin值和降低脈動(dòng)電壓的效果并不明顯。下面介紹CIN準(zhǔn)確值的方法。&

56、lt;/p><p>　　表1 反饋電路的類型及UFB的參數(shù)值</p><p>　　表2 確定CIN、UImin值</p><p>　　我們用以下式子獲得準(zhǔn)確的CIN值：</p><p><b>　　（3.1）</b></p><p>　　在寬范圍電壓輸入時(shí)，umin=85V，取UImin=90V，fL

57、=50Hz，tC=3ms，Po=50W，η=85%，一并帶入式（3.1）求出CIN=129.69μF，比例系數(shù)CIN/Po=129.69μF/50W=2.6μF/W，這恰好在（2~3）μF/W允許的范圍之內(nèi)。</p><p>　　確定UOR、UB的值</p><p>　　表3 確定UOR、UB值</p><p>　　當(dāng)TOPSwitch-II關(guān)斷且次級(jí)電路處于導(dǎo)通狀

58、態(tài)時(shí)，次級(jí)電壓會(huì)感應(yīng)到初級(jí)上。感應(yīng)電壓UOR就與UI相疊加后，加至內(nèi)部功率開關(guān)管（MOSFET）的漏極上。與此同時(shí)，初級(jí)漏感也釋放能量，并在漏極上產(chǎn)生尖峰電壓UL。由于上述不利情況同時(shí)出現(xiàn)，極易損壞芯片，因此需給初級(jí)增加鉗位保護(hù)電路。利用TVS器件來吸收尖峰電壓的瞬間能量，使上述三種電壓之和（UI+UOR+ UL）低于MOSFET的漏-源擊穿電壓U(BR)DS值。</p><p>　　根據(jù)UImin和UOR來確定

59、最大占空比Dmax</p><p>　　Dmax的計(jì)算公式為</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　已知UOR=135V，UImin=90V，將UDS(ON)設(shè)為10V，一并代入式（3.2），求得Dmax=62.79%，這與典型值67%已經(jīng)很接近了。Dmax隨u的升高而減小。</p><p>

60、;　　(6) 確定初級(jí)紋波電流IR與初級(jí)峰值電流IP的比值KRP</p><p>　　定義比例系數(shù) （3.3）</p><p>　　表4 根據(jù)u來確定KRP</p><p>　　由表4可確定KRP=0.4</p><p&

61、gt;　　(7) 確定初級(jí)波形參數(shù)</p><p>　　輸入電流的平均值IAVG</p><p><b>　　（3.4）</b></p><p>　　已知Po=50W，η=85%，UImin=90V，求得IAVG=0.65A</p><p><b>　　初級(jí)峰值電流IP</b></p>

62、<p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　把IAVG=0.65A，KRP=0.4，Dmax=62.79%代入式（3.5）得，IP=1.29A</p><p><b>　　初級(jí)脈動(dòng)電流IR</b></p><p><b>　　由式（3.3）可得</b></p>

63、<p>　　IR= KRP·IP=0.4×1.29A=0.52A</p><p>　　初級(jí)有效值電流IRMS</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　將IP=1.29A，Dmax=62.79%，KRP=0.4代入式（3.6）的得，IRMS=0.83A</p><p&

64、gt;　　(8) 芯片及結(jié)溫的確定</p><p>　　所選芯片的極限電流最小值ILIMT（min）應(yīng)滿足下式</p><p>　　ILIMT（min）≥IP/0.9 （3.7）</p><p>　　即ILIMT（min）≥1.43A，于是我們就選取了TOP225Y</p><p><

65、;b>　　TJ由下式確定</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，=20℃/W，TA=40℃，代入式（3.8）得TJ=74℃。一般來說，TJ應(yīng)在25℃到100℃之間，才能使開關(guān)電源長(zhǎng)期正常運(yùn)行。</p><p>　　(9) 初級(jí)電感量Lp的計(jì)算</p&

66、gt;<p>　　在每個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，由初級(jí)傳輸給次級(jí)的磁場(chǎng)能量變化范圍是</p><p>　　½LpIp²～½Lp（Ip-IR）²。初級(jí)電感量由下式?jīng)Q定：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　式中，Lp的單位是μH。已知開關(guān)電源的輸出功率為50W，初級(jí)脈動(dòng)電流

67、與峰值電流的比例系數(shù)KRP=0.4，開關(guān)頻率f=100kHz，損耗分配系數(shù)Z=0.5，電源效率η=85%，IP=1.29A，將這些數(shù)值代入式（3.9）得Lp=1021.79 μH </p><p>　　(10) 選擇高頻變壓器并查找其參數(shù)</p><p>　　可從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查出，當(dāng)Po=50W時(shí)可供選擇的鐵氧體磁芯型號(hào)。若用常規(guī)漆包線繞制，可選EE30或EE35型，型號(hào)

68、中的數(shù)字表示磁芯長(zhǎng)度A=30mm或35mm。EE型磁芯的價(jià)格低廉，磁損耗低且適應(yīng)性強(qiáng)。若采用三重絕緣線，則選EF30型磁芯。在此我們采用常規(guī)漆包線，故選用EE30型磁心。由手冊(cè)中查出SJ=1.09cm²，l=5.77cm， AL=4.69μH/匝²，b=13.7mm。</p><p>　　(11) 計(jì)算次級(jí)匝數(shù)Ns</p><p>　　對(duì)于100V/115V交流輸入，次

69、級(jí)繞組可取1匝/V；對(duì)于230V交流或?qū)挿秶斎霊?yīng)取0.6匝/V?，F(xiàn)已知u=85~265V，Uo=24V，考慮到在次級(jí)肖特基二極管上還有0.4V的正向?qū)▔航礥F1，因此次級(jí)匝數(shù)為（Uo+ UF1）×0.6匝/V=（24V+0.4V）×0.6匝/V=14.64匝。由于次級(jí)繞組上還存在導(dǎo)線電阻，也會(huì)形成壓降，實(shí)取Ns=15匝。</p><p>　　(12) 計(jì)算初級(jí)匝數(shù)Np</p>

70、<p><b>　　（3.10）</b></p><p>　　已知Ns=15匝，UOR=135V，Uo=24V，UF1=0.4V，將這些值一同帶入式（3.10），可求得Np=82.99，實(shí)取83匝。</p><p>　　(13) 計(jì)算反饋繞組匝數(shù)</p><p><b>　?。?.11）</b></p&g

71、t;<p>　　配有TL431的光耦反饋電路UFB 一般取12V，UF2取0.7V，UF1=0.4V，Ns=15，將這些值連同Uo=24V一起帶入式（3.11），求得NF=7.8匝。實(shí)取8匝。</p><p>　　(14) 根據(jù)初級(jí)層數(shù)d、骨架寬度b和安全邊距M，用下式計(jì)算有效骨架寬度</p><p>　　bE=d（b-2M）

72、 (3.12)</p><p>　　暫且將d設(shè)為2，M取為3mm，b=13.7mm，將其帶入式（3.12）求得，bE=15.4mm</p><p>　　再利用下式計(jì)算初級(jí)導(dǎo)線的外徑（帶絕緣層）DPM：</p><p>　　DPM= bE/NP （3.13）</p><p>

73、;　　將bE=15.4mm，NP=83帶入式（3.13）求得，DPM=0.19mm?？鄢崞ず螅泱w導(dǎo)線的內(nèi)徑DPm=0.15mm。 </p><p>　　(15) 驗(yàn)證初級(jí)導(dǎo)線的電流密度J是否滿足初級(jí)有效值電流IRMS=0.83A之條件。計(jì)算電流密度的公式為</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　將DPm=0.

74、15mm，IRMS=0.83A代入式（3.14）中得到J=7.22A/mm2。</p><p>　　若J﹥10 A/mm2，應(yīng)選用較粗的導(dǎo)線并配以較大尺寸的磁芯和骨架，使J﹤10 A/mm2。若J﹤4 A/mm2，宜選較細(xì)的導(dǎo)線和較小的磁芯骨架，使J﹥4 A/mm2，亦可適當(dāng)增加NS的匝數(shù)。</p><p>　　查表可知，與直徑0.15mm接近的公制線規(guī)φ0.16mm，比0.15mm略粗一

75、點(diǎn)，完全可滿足要求。因φ0.14mm的公制線規(guī)稍細(xì)，故不選用。</p><p>　　(16) 計(jì)算磁芯中的最大磁通密度BM</p><p><b>　　（3.15）</b></p><p>　　將IP=1.29A，Lp=1021.79 μH，Np=83匝，磁芯有效橫截面積SJ=1.09cm²，一并代入式（3.15）中，得到BM=0.2

76、5T。</p><p>　　(17) 磁芯的氣隙寬度</p><p>　　式（3.16）中，δ的單位是mm。將SJ=1.09cm²，Np=83匝，Lp=1021.79 μH，磁芯不留間隙時(shí)的等效電感AL=4.69μH/匝²一并代入式（3.16）得到，δ=0.89mm。氣隙δ應(yīng)加在磁芯的磁路中心處，要求δ≥0.051mm。</p><p><

77、b>　　（3.16）</b></p><p>　　(18) 計(jì)算留有氣隙時(shí)磁芯的等效電感</p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　將Lp=1021.79 μH，Np=83匝代入式（3.17）得到，ALG=0.15μH/匝²。</p><p>　　(19) 計(jì)算次級(jí)

78、峰值電流ISP</p><p>　　次級(jí)峰值電流取決于初級(jí)峰值電流IP和初、次級(jí)的匝數(shù)比n，有公式</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　已知IP=1.29A，Np=83，Ns=15，不難算出n=5.5，代入式（3.18）得到ISP=7.14A</p><p>　　(20) 計(jì)算次級(jí)有效值

79、電流ISRMS</p><p>　　次級(jí)紋波電流與峰值電流的比例系數(shù)KRP與初級(jí)完全相同，區(qū)別僅是對(duì)次級(jí)而言，KRP反映的是次級(jí)電流在占空比為（1-Dmax）時(shí)的比例系數(shù)[5]。因此，計(jì)算次級(jí)有效值電流ISRMS時(shí)，需將式（2.6）中的IRMS、Ip、Dmax依次換成ISRMS、ISP、（1-Dmax）。由此得到公式</p><p><b>　　（3.19）</b>&

80、lt;/p><p>　　將ISP=7.14A，Dmax=62.79%，KRP=0.4代入式（3.19）中求得，ISRMS=3.52A。</p><p>　　(21) 計(jì)算出濾波電容上的紋波電流IRI</p><p>　　先求出輸出電流Io=Po/Uo=50W/24V=2.08A，再代入式（3.20）：</p><p><b>　　（3.

81、20）</b></p><p>　　將ISRMS=3.52A，Io=2.08A代入式（3.20）中計(jì)算出，IRI=2.84A</p><p>　　(22) 計(jì)算次級(jí)裸導(dǎo)線直徑</p><p><b>　　有公式</b></p><p><b>　?。?.21）</b></p>

82、<p>　　將ISRMS=3.52A，J=7.22A/mm2代入式（3.21）中求出，DSm=0.31mm。實(shí)選φ0.315mm的公制線規(guī)。</p><p>　　需要指出，當(dāng)DSm﹥0.4mm時(shí)應(yīng)采用φ0.40mm的兩股導(dǎo)線雙線并繞Ns匝。與單股粗導(dǎo)線繞制方法相比，雙線并饒能增大次級(jí)繞組的等效橫截面積，改善磁場(chǎng)耦合程度，減少磁場(chǎng)泄感及漏感。此外，用雙線并繞方式還能減小次級(jí)導(dǎo)線的電阻值，降低功率損耗。

83、</p><p>　　導(dǎo)線外徑（單位是mm）的計(jì)算公式為</p><p><b>　　（3.22）</b></p><p>　　將b=13.7mm，M=3，Ns=15匝一并代入式（3.22）中得到，DSM=0.51mm。選用導(dǎo)線直徑DSm≥0.31mm而絕緣層外徑DSM≤0.51mm的三重絕緣線。</p><p>　　(

84、23) 確定次級(jí)整流管、反饋電路整流管的最高反向峰值電壓：U（BR）S、U（BR）FB</p><p><b>　　有公式</b></p><p><b>　?。?.23）</b></p><p><b>　　（3.24）</b></p><p>　　將Uo=24V，UFB=1

85、2V，UImax=375V，Ns=15匝，Np=83匝，NF=8匝，分別代入式（3.23）和式（3.24）中計(jì)算出，U（BR）S=91.77V，U（BR）FB=48.14V。</p><p>　　表5：設(shè)計(jì)24V、50W開關(guān)電源的電子數(shù)據(jù)表格</p><p>　　(24) 部分參數(shù)的補(bǔ)充</p><p>　　對(duì)于表5中交流磁通密度有兩個(gè)計(jì)算公式：</p>

86、<p><b>　?。?.25）</b></p><p><b>　　（3.26）</b></p><p>　　式中最大磁通密度BM=0.25T，KRP=0.4，代入式（3.25）算出BAC=0.2。式（3.26）可作為驗(yàn)證公式[7]。</p><p>　　磁芯無氣隙時(shí)的相對(duì)磁導(dǎo)率</p>&l

87、t;p>　　與磁芯不留間隙時(shí)的等效電感AL、有效磁路長(zhǎng)度l、磁芯有效橫截面積SJ之間，存在下述關(guān)系式</p><p><b>　?。?.27）</b></p><p>　　將AL=4.69μH/匝，l=5.77cm，SJ=1.09 cm2，代入式（3.27）得到=1.98μH/匝cm</p><p>　　3.3 單片開關(guān)電源中電子元器件的

88、選擇</p><p>　　3.3.1 選擇鉗位二極管和阻塞二極管</p><p>　　(1) 瞬態(tài)電壓抑制器的工作原理</p><p>　　瞬態(tài)電壓抑制器亦稱瞬變電壓抑制二極管，其英文縮寫為TVS ( Transient voltage Suppressor)，是一種新型過壓保護(hù)器件。由于它的響應(yīng)速度極快、鉗位電壓穩(wěn)定、體積小、價(jià)格低，因此可作為各種儀器儀表、自控裝

89、置和家用電器中的過壓保護(hù)器。還可用來保護(hù)單片開關(guān)電源集成電路、MOS 功率器件以及其他對(duì)電壓敏感的半導(dǎo)體器件[10]。</p><p>　　瞬態(tài)電壓抑制器是一種硅PN結(jié)器件，其外型與塑封硅整流二極管相似，見圖3.1中（a）。常見的封裝形式有DO－41、A27K、A37K，它們?cè)?5 ℃以下的額定脈沖功率分別為2W、5W、15W，在25 ℃、1/120s條件下可承受的浪涌電流分別可達(dá) 50A、80A、200A。外形

90、尺寸有ø2.7×5.2、ø5.0×9.4（mm）等規(guī)格。其鉗位電壓從0.7V到3kV。TVS的符號(hào)與穩(wěn)壓管相同 ，見圖3.1中（b），伏安特性如圖3.1中（c）所示。圖3.1中(c)中 ，UB、IT分別為反向擊穿電壓（即鉗位電壓）、測(cè)試電流。UR為導(dǎo)通前加在 器件上的最大額定電壓。有關(guān)系式UR≈0.8UB。 IR是最大反向漏電流。Uc是在1ms時(shí)間內(nèi)器件可承受的最大峰值電壓。有關(guān)系式UC>U

91、B>UR。IP是瞬時(shí)脈沖峰值電流。因IP、IT、IR分別屬于A、 mA、μA這三個(gè)數(shù)量級(jí)，故IP>>IT>> IR。TVS的峰值脈沖功率PP與干擾脈沖的占空比（D）以及環(huán)境溫度（TA）有關(guān)。當(dāng)D↓時(shí)PP↑，反之亦然。而當(dāng)TA↓時(shí)PP↑。PP值通常是在脈寬1ms、脈沖上升沿為10μs、D=0.01％的條件下測(cè)出的，使用時(shí)不得超過此</p><p>　?。╝）外形 （b

92、）符號(hào) （c）伏安特性</p><p>　　圖3.1 瞬態(tài)電壓抑制器</p><p>　　瞬態(tài)電壓抑制器在承受瞬態(tài)高電壓（例如浪涌電壓、雷電干擾、尖峰電壓）時(shí) ，能迅速反向擊穿，由高阻態(tài)變成低阻態(tài)，并把干擾脈沖鉗位于規(guī)定值，從而保證電子設(shè)備或元器件不受損壞。鉗位時(shí)間定義為從零伏達(dá)到反向擊穿電壓最小值所需要的時(shí)間。TVS的鉗位時(shí)間極短，僅1ns，所能承受的瞬態(tài)

93、脈沖峰值電流卻高達(dá)幾十至幾百A。其性能要優(yōu)于壓敏電阻器（VSR），且參數(shù)的一致性好。 </p><p><b>　　(2) 阻塞二極管</b></p><p><b>　　反向恢復(fù)時(shí)間tIr</b></p><p>　　反向恢復(fù)時(shí)間tIr的定義是電流通過零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)向反向，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻整流

94、及續(xù)流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向電流的波形如圖3.2所示。圖3.2中，IF為正向電流，IRM為最大反向 恢復(fù)電流，tIr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī) 定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí)，iF=IF。 當(dāng)t>t0時(shí)，由于整流管上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速減小，在 t=t1時(shí)刻，iF=0。然后整流管上流過反向電流iR，并且iR逐漸增大；在 t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向電流IRM。此后反向電流逐漸減小，并且在t=t3時(shí)刻達(dá)到

95、規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過程與電容器放電過程有相似之處。由t1到 t3的時(shí)間間隔即為反向恢復(fù)時(shí)間trr。</p><p>　　圖3.2 反向恢復(fù)電流的波形</p><p>　　快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中增加了基區(qū)I，構(gòu)成P－I－N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大

96、大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向電壓，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百ns，正向壓降為0.6～0.7V，正向電流是幾A至幾 kA，反向峰值電壓可達(dá)幾百V至幾kV。超快恢復(fù)二 極管則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，trr值可低至幾十ns。20A以下的快恢復(fù)二極管及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極

97、管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對(duì)管、共陽對(duì)管之分。幾十A的快恢復(fù) 、超快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝，更大容量（幾百A至幾kA）的管子則采用螺栓型或平板型封裝[3]。</p><p>　　(3) 關(guān)于鉗位二極管和阻塞二極管的選取</p><p>　　對(duì)于像TOPSwitch-II這樣的中低功率類型單片開關(guān)電源，可選UB=180V的瞬態(tài)電壓抑制器。對(duì)于鉗位二極管和阻塞二極管

98、的選取參見表6：</p><p>　　表6 鉗位二極管和阻塞二極管的選取</p><p>　　對(duì)于TVS和阻塞二極管，還可以選取其它型號(hào)的管子，如表7和表8所示：</p><p>　　表7 單片開關(guān)電源常用TVS的型號(hào)</p><p>　　表8 阻塞二極管選取原則</p><p>　　3.3.2 輸出整流管的選取&

99、lt;/p><p>　　開關(guān)電源的輸出整流管宜采用肖特基二極管，這有利于提高電源效率。典型產(chǎn) 品有Motorola公司生產(chǎn)的MBR系列肖特基二極管。所 選肖特基管必須滿足條件</p><p>　　URM≥2U（BR）S （3.28）</p><p>　　Id≥3IOM

100、 （3.29）</p><p>　　式（3.28）中次級(jí)整流管的最大反向峰值電壓2U（BR）S由式（3.30）決定：</p><p><b>　?。?.30）</b></p><p>　　單片開關(guān)電源的輸出電壓Uo=24V，最大連續(xù)輸出電流IOM=2.08A，最大輸出功率POM=50W。已知高頻變壓器的初級(jí)匝數(shù)NP=83匝，次級(jí)匝數(shù)Ns=1

101、5匝，直流輸入電壓最大值UImax=375V（對(duì)應(yīng)于交流輸入電壓最大值umax=265 V）。由式（3.30）可計(jì)算出U(BR)S=91.78V。再根據(jù)式（3.28）求得URM≥183.5V。將IOM=2.08A代入式（3.29）中得到Id≥6.24A。</p><p>　　需要指出，肖特基二極管的最高反向工作電壓一般不超過100V，僅適合作低壓、大電流整流用。當(dāng)UO≥30V時(shí)，須用耐壓100V以上的超快恢復(fù)二極

102、管來代替肖特基二極管，此時(shí)電源效率略有下降。此時(shí)U(BR)S=91.78V，URM≥183.5V，已不再適合采用肖特基二極管，如上所述，采用耐壓100V以上的超快恢復(fù)二極管。由表9可選出合適的二極管：</p><p>　　表9 Motorola公司部分型號(hào)的超快恢復(fù)二極管數(shù)據(jù)表</p><p>　　由表9我們選出MUR820型超快恢復(fù)二極管，其URM=200V﹥183.5V，Id=8A﹥6

103、.24A，TIr=30ns﹥10ns，電源效率會(huì)稍微下降。</p><p>　　3.3.3 輸出濾波電容的選取</p><p>　　輸出濾波電容C2上的紋波電流很大，在前面已求出IRI=2.84A，進(jìn)而求出C2上的功率損耗</p><p><b>　?。?.31）</b></p><p>　　式（3.31）中r0為濾波

104、電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）。它表示在電容器的等效電路中，與之相串聯(lián)的代表電容器損耗的等效電阻，簡(jiǎn)稱串聯(lián)損耗電阻，在此我們將其值取為2.4Ω，則可計(jì)算出功率損耗P=19.36W。</p><p>　　輸出紋波電壓由式（3.32）決定</p><p>　　URI=ISP·r0 （3.32）</p&g

105、t;<p>　　計(jì)算出URI=17.14V。</p><p>　　在固定負(fù)載的情況下，通過C2的交流電流標(biāo)稱值必須滿足下列條件：</p><p><b>　　（3.33）</b></p><p>　　即=（1.5~2）IRI=（1.5~2）×2.84A∈（4.26~5.28）。通過查手冊(cè)我們確定選取COUT=1000μF

106、/35V。</p><p>　　3.3.4 反饋電路中整流管的選取</p><p>　　表10中的URM（已知：≥183.5V）為整流管最高反向工作電壓，前面已知，其值為48.14V，要求如表10，由表可知選Philips公司的BAV21比較合適。</p><p>　　表10選擇反饋電路中的整流管</p><p>　　3.3.5 反饋濾波電容

107、的選擇</p><p>　　反饋濾波電容應(yīng)取0.1μF/50V陶瓷電容器。</p><p>　　3.3.6 控制端電容及串聯(lián)電阻的選擇</p><p>　　控制端電容一般取47μF/10V，普通電解電容器即可。與之相串聯(lián)的電阻可選6.2Ω、1/4W，本設(shè)計(jì)采用連續(xù)模式，此電阻不可省略。</p><p>　　3.3.7 TL431型可調(diào)式精密

108、并聯(lián)穩(wěn)壓器的選擇</p><p>　　TL431是由美國(guó)德州儀器公司（TI）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.50～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，可廣泛用于單片精密開關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。此外，TL431還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時(shí)電路、精密恒流源等。目前在單片精密開關(guān)電源中，普遍用它來構(gòu)成外部誤差放大器，再與線性光耦合器組成隔離式光耦反饋電路。TL431系列產(chǎn)品包括TL431C、TL

109、431AC、TL431I、TL431AI、TL431M、TL431Y，共6種型號(hào)。它屬于三端可調(diào)式器件，利用兩只外部電阻可設(shè)定2.50～36V范圍內(nèi)的任何基準(zhǔn)電壓值。TL431的電壓溫度系數(shù)αT=30×10－6／℃（即30ppm／℃）。其動(dòng)態(tài)阻抗低，典型值為0.2Ω。陰極工作電壓UKA的允許范圍是2.50～36V，陰極工作電流IKA=1～100mA。TL431大多采用DIP-8或TO-92封裝形式，管腳排列分別如圖3.3所示。

110、圖中，A為陽極，使用時(shí)需接地。K為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源。UREF是輸出電壓Uo的設(shè)定端，外接電阻分壓器[11]。NC為空</p><p>　　TL431的等效電路見圖3.4，主要包括4部分：</p><p>　　圖3.3 TL431的電路符號(hào)與基本接線圖 3.4 TL431等效電路圖</p><p>　　(1)誤差放大器A，其同相輸入端接

111、從電阻分壓器上得到的取樣電壓，反相輸入端則接內(nèi)部2.50V基準(zhǔn)電壓Uref，并且設(shè)計(jì)的UREF=Uref，UREF端常態(tài)下應(yīng)為2.50V，因此亦稱基準(zhǔn)端；</p><p>　　(2)內(nèi)部2.50V（準(zhǔn)確值應(yīng)為2.495V）基準(zhǔn)電壓源Uref；</p><p>　　(3)NPN型晶體管VT，它在電路中起到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用；</p><p>　　(4)保護(hù)二極管VD，

112、可防止因K、A間電源極性接反而損壞芯片。TL431的電路符號(hào)和基本接線如圖2所示。它相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密電阻R1和R2來設(shè)定，有公式</p><p>　　Uo=UKA=（1＋R1／R2） （3.34）</p><p>　　R3是IKA的限流電阻。TL431的穩(wěn)壓原理可分析如下：當(dāng)由于某種原因致使Uo↑時(shí)，取樣電壓UREF

113、也隨之升高，使UREF>Uref，比較器輸出高電平，令VT導(dǎo)通，Uo↓。反之，Uo↓→UREF↓→UREFTL431可廣泛用于單片開關(guān)電源中，作為外部誤差放大器，構(gòu)成光耦反饋式電路。其工作原理是當(dāng)輸出電壓Uo發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)電阻分壓后得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流IF產(chǎn)生相應(yīng)變化，再通過光耦去改變控制端電流IC的大小，調(diào)節(jié)TOPSwitch-II的輸出占空比，使