基于開(kāi)關(guān)電力電子的開(kāi)關(guān)電源的畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

摘 要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和新型功率元器件的不斷出現(xiàn)，開(kāi)關(guān)電源技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)、通訊、電力、家用電器、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，取得了顯著的成果。本論文是通過(guò)用電源控制芯片M51995AFP設(shè)計(jì)并制作一種開(kāi)關(guān)電源，該開(kāi)關(guān)電源是通過(guò)PWM技術(shù)控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓的，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。論文主要完成的內(nèi)容有：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇開(kāi)關(guān)電源電路；（2）設(shè)計(jì)輸入整流濾波電路，并確定相關(guān)器件參數(shù)；（3）基于M51995AFP對(duì)開(kāi)關(guān)電源的控制核心部分進(jìn)行設(shè)計(jì)；（4）設(shè)計(jì)輸出整流濾波電路，并確定相關(guān)器件參數(shù)；（5）設(shè)計(jì)電壓反饋電路；（6）通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算對(duì)設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。本論文對(duì)開(kāi)關(guān)電源的濾波、整流、反饋電路等分別作了細(xì)致的研究工作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，掌握了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，并對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了詳盡的闡述。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；占空比；PWM - 57 - AbstractWith the development of the electronic technology and the emerging of new power components, switching power supply has been widely used in computer, communications, electricity, home appliances and aerospace fields, achieving remarkable results. The purpose of this papers is to design and make a switching power supply based on control chip M51995AFP and PWM Control. This switching power supply could adjust the output voltage by using the duty cycle of PWM Control. Stable output purposes could be attained. The main content of the papers are: (1)Choose switching power supply circuit based on the requirement; (2)Design input rectifier filter circuit and identify the relevant device parameters; (3)Design the core control parts of switching power supply based on M51995AFP; (4)Design rectifier output filter circuit and establish the relevant device parameters; (5)Design voltage feedback circuit; (6)Validate data of the designing by adoption of experimental and computations.In the thesis , the switching power supply filtering, rectifier and the feedback circuit are studied in details. The main technology of designing switching power supply is obtained by experiments and calculations. The design process is specified also. Key words: Switching Power Supply; Duty cycle; PWM目 錄1 緒論11.1 開(kāi)關(guān)電源的概念和分類11.1.1開(kāi)關(guān)電源的概念11.1.2開(kāi)關(guān)電源的分類31.2 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展41.2.1開(kāi)關(guān)電源中存在的問(wèn)題41.2.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)52 開(kāi)關(guān)電源元器件的選用62.1 開(kāi)關(guān)晶體管62.1.1功率開(kāi)關(guān)MOSFET62.1.2 絕緣柵雙極型晶體管72.2 軟磁鐵氧體磁芯82.2.1磁性材料的基本特性92.2.2磁芯的結(jié)構(gòu)與選用92.3 光電耦合器102.4 二極管122.4.1開(kāi)關(guān)二極管132.4.2穩(wěn)壓二極管132.4.3快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管142.5 自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)142.6 熱敏電阻153 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)173.1 開(kāi)關(guān)電源的控制方式173.1.1脈寬調(diào)制的基本原理173.1.2脈沖頻率調(diào)制的基本原理183.2 各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源分析193.3 諧振式電源與軟開(kāi)關(guān)技術(shù)243.3.1電路的諧振現(xiàn)象243.3.2諧振式電源的基本原理253.3.3諧振開(kāi)關(guān)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析263.3.4軟開(kāi)關(guān)技術(shù)及常見(jiàn)軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浜?jiǎn)介303.4 其它軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展概況364 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)384.1 開(kāi)關(guān)電源集成控制芯片384.1.1芯片管腳排列及說(shuō)明384.1.2芯片基本特性394.1.3芯片工作原理分析404.2 開(kāi)關(guān)電源電路分析474.2.1開(kāi)關(guān)電源電路原理圖474.2.2開(kāi)關(guān)電源各單元電路具體分析49結(jié) 論55致 謝56參 考 文 獻(xiàn)- 57 -1 緒論開(kāi)關(guān)電源是近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。1.1 開(kāi)關(guān)電源的概念和分類電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動(dòng)力源泉。1.1.1開(kāi)關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉(zhuǎn)換為直流；AC/AC稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變直流。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開(kāi)關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開(kāi)關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開(kāi)關(guān)電源（Switching Power Supply）1。開(kāi)關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開(kāi)關(guān)變換器（Off-line Switching Cpnwerter），常用的AC/DC變換器就是離線式變換器。開(kāi)關(guān)電源通常由六大部分組成，如圖1-1所示。 圖1-1 開(kāi)關(guān)電源工作原理框圖第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220V交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓Vi，此電壓送到第二部分進(jìn)行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指電源在校正過(guò)程中常采用三極管和集成電路。開(kāi)關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開(kāi)關(guān)和高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，達(dá)到脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說(shuō)開(kāi)關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。高頻電子開(kāi)關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。在一個(gè)電子開(kāi)關(guān)周期（T）內(nèi)，電子開(kāi)關(guān)的接通時(shí)間與一個(gè)電子周期所占時(shí)間之比，叫接通占空比（D），D=。斷開(kāi)時(shí)間所占T的比例稱為斷開(kāi)占空比（D），。開(kāi)關(guān)周期是開(kāi)關(guān)頻率的倒數(shù)，。例如：一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的工作頻率是50kHz，它的周期（微秒）。很明顯，接通占空比（D）越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開(kāi)關(guān)接通時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。這對(duì)于開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)小型化有幫助，同時(shí)，能量傳遞的速度也快。但是，開(kāi)關(guān)電源中斷開(kāi)關(guān)功率管、高頻變壓器、控制集成電路以及輸入整流二極管的發(fā)熱量高、損耗大。對(duì)于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。開(kāi)關(guān)電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來(lái)具有較多的優(yōu)點(diǎn)：(1) 節(jié)能。綠色電源是開(kāi)關(guān)電源中用途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達(dá)到85%，質(zhì)量好的可以達(dá)到95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有70%或者更低。最近歐盟和美國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機(jī)能源消耗指數(shù)大于92%。美國(guó)的“能源之星”對(duì)電子鎮(zhèn)流器、開(kāi)關(guān)電源以及家用電器的效率都制定有很仔細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。(2) 體積小，重量輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100W的鐵芯變壓器的重量為1200g左右，體積達(dá)350cm3，而100W的開(kāi)關(guān)電源的重量只有250g，而且敞開(kāi)式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的1/4。(3) 開(kāi)關(guān)電源具有各種保護(hù)功能，不易損壞。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。(4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。(5) 根據(jù)人們的要求，可設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。1.1.2開(kāi)關(guān)電源的分類目前開(kāi)關(guān)電源的種類很多，從工作性質(zhì)來(lái)分，大體上可分為“硬開(kāi)關(guān)”和“軟開(kāi)關(guān)”兩種。所謂硬開(kāi)關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行“開(kāi)”和“關(guān)”，而與電子開(kāi)關(guān)自身流過(guò)的電流以及兩端施加的電壓無(wú)關(guān)。顯然，開(kāi)關(guān)是接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式是有損耗的。但是它比其他變換電源的形式簡(jiǎn)單的多，所以，硬開(kāi)關(guān)在很多地方仍然在應(yīng)用，如脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）器就屬于硬開(kāi)關(guān)。目前，很多開(kāi)關(guān)電源都用PWM來(lái)控制。另一類叫做軟開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷?？梢?jiàn)，電子開(kāi)關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上它的損耗為零，對(duì)浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開(kāi)關(guān)電源的重量和體積則可進(jìn)行更大的改變。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“開(kāi)”和零電流“關(guān)”，我們常采用諧振的方法。從電子理論可知道，諧振就是容抗等于感抗，總的電抗為零，電路中的電流無(wú)窮大。如果正弦波電壓加到并聯(lián)的電感回路上，這時(shí)電感上的電壓就無(wú)窮大。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩倒零時(shí)，電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（Zero Voltage Switching）。同樣，流過(guò)電子開(kāi)關(guān)的電流振蕩到零時(shí)，電子開(kāi)關(guān)關(guān)斷，稱之為零電流關(guān)斷（Zero Current Switching）?？傊?，電子開(kāi)關(guān)具有零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的外部條件，這種變換器稱為準(zhǔn)諧振變換器。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。準(zhǔn)諧振變換器開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開(kāi)關(guān)電源的主變換器依靠開(kāi)關(guān)頻率來(lái)穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開(kāi)關(guān)電源。調(diào)頻開(kāi)關(guān)電源沒(méi)有脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開(kāi)關(guān)所受到的應(yīng)力大，目前還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。DC/DC變換類型是開(kāi)關(guān)電源變換的基本類型，它通過(guò)控制開(kāi)關(guān)通、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對(duì)開(kāi)關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無(wú)變壓器隔離來(lái)說(shuō)，DC/DC變換分為有變壓器隔離和沒(méi)有變壓器隔離兩類。每一類有6種拓?fù)?，即降壓式（Buck）、升壓式（Boost）、升壓降壓式（Buck-Boost）、串聯(lián)式（Cuk）、并聯(lián)式（Sepic）以及賽達(dá)式（Zata）。按激勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。自激式包括單管式和推挽式，他激式包括調(diào)頻式（PWF）、調(diào)寬式（PWM）、調(diào)幅式（PAM）和諧振式（RSM）4種，我們用得最多的是調(diào)寬式變換器。調(diào)寬式變換器有以下幾種：正激式（Forward Converter）、反激式（Feedback Converter Mode）、半橋式（Half Bridge Converter）、全橋式（Overall Bridge Mode）、推挽式（Push Draw Mode）和阻塞式（Ringing Choke Converter，RCC）等6種。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。凡是以脈沖寬度來(lái)調(diào)制的電子開(kāi)關(guān)變換器都叫PWM變換器。1.2 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展1.2.1開(kāi)關(guān)電源中存在的問(wèn)題客觀上講，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展是非常快的，這時(shí)因?yàn)樗哂衅渌娫此鶡o(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。材料之新、用途之廣，是它快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說(shuō)是十分完美。目前要解決的問(wèn)題有：(1) 器件問(wèn)題。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對(duì)電源的體積和效率來(lái)說(shuō)也是一個(gè)大問(wèn)題。(2) 材料問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。(3) 能源變換問(wèn)題。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式：AC/DC變換、DC/AC變換以及DC/DC變換等。實(shí)現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。(4) 軟件問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源的軟件開(kāi)發(fā)目前只是剛剛起步，例如軟開(kāi)關(guān)，雖然它的損耗低，但難以實(shí)現(xiàn)高頻化和小型化。要做到“軟開(kāi)關(guān)”并實(shí)行程序化，更是有一定的困難。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。(5) 生產(chǎn)工藝問(wèn)題。往往在試驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)上會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。這些問(wèn)題大多是焊接問(wèn)題和元器件技術(shù)性能問(wèn)題，還有生產(chǎn)工藝上的檢測(cè)、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。1.2.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)的開(kāi)關(guān)電源像一只茶杯的蓋子：它的工作頻高達(dá)210MHz，效率達(dá)到95%，功率密度為36W/cm2，功率因數(shù)高達(dá)0.99，長(zhǎng)期使用完好，壽命在80000h以上。這就是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。所謂高標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)未來(lái)開(kāi)關(guān)電源的挑戰(zhàn)：第一，能不能全面通容電磁兼容性的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；第二，在企業(yè)里能不能大規(guī)模地、穩(wěn)定地生產(chǎn)，或快捷地進(jìn)行單項(xiàng)生產(chǎn)；第三，按照人們的需要，能不能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；第四，能否使新的開(kāi)關(guān)電源具有比運(yùn)行中的電氣額定值更高的功率因數(shù)、更低的輸出電壓（13V）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；第五，能不能實(shí)現(xiàn)更小的電源模塊2。2 開(kāi)關(guān)電源元器件的選用2.1 開(kāi)關(guān)晶體管無(wú)論那一種變換器，用的是那一種結(jié)構(gòu)形式的開(kāi)關(guān)電源，所使用的元器件都是開(kāi)關(guān)晶體管、電阻、電容、電感及磁性材料等。選用好元器件，是決定開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。往往設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源在試驗(yàn)室中式成功的，一到生產(chǎn)線上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問(wèn)題。元器件本身質(zhì)量的差異是影響開(kāi)關(guān)電源質(zhì)量的一個(gè)重要原因。2.1.1功率開(kāi)關(guān)MOSFETMOSFET分P溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型和N溝道增強(qiáng)型4種類型。增強(qiáng)型MOSFET具有應(yīng)用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí)，輸出電流等于零）。在開(kāi)關(guān)電源中，用作開(kāi)關(guān)功率管的MOSFET幾乎全部都是N溝道增強(qiáng)型器件。這時(shí)因?yàn)镸OSFET是一種依靠多數(shù)載流子工作的單極型器件，不存在二次擊穿和少數(shù)載流子的儲(chǔ)存時(shí)間問(wèn)題，所以具有較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非?？斓拈_(kāi)關(guān)速度。MOSFET在大功率開(kāi)關(guān)電源中用作開(kāi)關(guān)，比雙極型功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢(shì)。所有類型的有源功率因數(shù)校正器都是為驅(qū)動(dòng)功率MOSFET而設(shè)計(jì)的，所以說(shuō)，用作開(kāi)關(guān)的MOSFET是任何雙極型功率晶體管所不能替代的4。 (1) MOSFET的主要特點(diǎn)MOSFET是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場(chǎng)控制器件。由于它沒(méi)有少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)，所以它適用于100200MHz的高頻場(chǎng)合，從而可以采用小型化和超小型化的磁性元件和電容器。MOSFET具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，可以避免熱不穩(wěn)定性和二次擊穿，適合在大功率和大電流條件下應(yīng)用。MOSFET從驅(qū)動(dòng)模式上來(lái)分，屬于電壓控制器件，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率甚微，在啟動(dòng)或穩(wěn)定工作條件下的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。MOSFET中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒(méi)有內(nèi)裝阻尼二極管。MOSFET對(duì)系數(shù)的可靠性與安全性的影響并不像雙極型晶體管那樣重要。MOSFET的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻（RDS(ON)）較大，而且具有正溫度系數(shù)，用在大電流開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通損耗較大，開(kāi)啟門限電壓VGS(th)較高（一般為24V），要求驅(qū)動(dòng)變壓器繞組的匝數(shù)比采用雙極型晶體管多1倍以上。 (2) MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路如圖2-1和圖2-2所示。圖2-1 加速TR關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路在圖2-1中，NS為脈沖變壓器次級(jí)驅(qū)動(dòng)繞組，R是MOSFET的柵極限流電阻。齊納二極管DW1，DW2反向串接在一起，用于對(duì)VT的柵漏極進(jìn)行鉗位，放置驅(qū)動(dòng)電壓VGS過(guò)高而使VT幾串。R的阻值一般為60200。盡管MOSFET的輸入阻抗很高，但仍會(huì)產(chǎn)生充電電流。R值小，則開(kāi)關(guān)速度高，只要柵極的驅(qū)動(dòng)電壓一撤銷，就會(huì)立刻截止。圖2-2 功率驅(qū)動(dòng)電路圖2-2所示是加速漏極電流跌落時(shí)間、有利于零功率控制的電路。當(dāng)MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電壓突然降到門限電壓時(shí)，MOSFET由導(dǎo)通突變?yōu)榻刂?，三極管BC557加速了ID的跌落，為MOSFET起到加速作用。2.1.2 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種大電流密度、高電壓激勵(lì)的場(chǎng)控制器件，是高壓、高速新型大功率器件。它的耐壓能力為6001800V，電流容量為100400A，關(guān)斷時(shí)間低至0.2s，在開(kāi)關(guān)電源中作功率開(kāi)關(guān)用，具有MOSFET與之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。IGBT的主要特點(diǎn)是： 電流密度大，是MOSFET的10倍以上。 輸入阻抗高，柵極驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。 低導(dǎo)通電阻。IGBT的導(dǎo)通電阻只有MOSFET的10%。 擊穿電壓高，安全工作區(qū)大，在受到較大瞬態(tài)功率沖擊時(shí)不會(huì)損壞。 開(kāi)關(guān)速度快，關(guān)斷時(shí)間短。耐壓為1kV的IGBT的關(guān)斷時(shí)間為1.2s，600V的產(chǎn)品的關(guān)斷時(shí)間僅為0.2s。上述這些特征克服了MOSFET的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時(shí)導(dǎo)通電阻大、器件發(fā)熱嚴(yán)重、輸出功率下降、電源效率低下的弊病。有關(guān)MOSFET和IGBT的圖形符號(hào)見(jiàn)圖2-3和圖2-4。圖2-3 MOSFET的圖形符號(hào)圖2-4 IGBT的圖形符號(hào) 2.2 軟磁鐵氧體磁芯軟磁鐵氧體材料常用在高頻變壓器、電感整流器、脈沖變壓器以及PFC中的升壓電感等電路中，在開(kāi)關(guān)電源中時(shí)一種非常重要的元件。但是，我們不能十分有把握地掌握磁性材料的特性，以及這種特性與溫度、頻率、氣隙等的依賴性和不易測(cè)量性。在選擇鐵氧體時(shí)，它不像電子元件那樣可以測(cè)量，它的具體的參數(shù)、特性曲線在顯示測(cè)量?jī)x器上也不時(shí)一目了然。由于高頻變壓器、電感器所涉及的參數(shù)太多，例如電壓、電流、溫度、頻率、電感量、變比、漏感、磁性材料參數(shù)、銅損、鐵損、交流磁場(chǎng)強(qiáng)度、交流磁感應(yīng)強(qiáng)度、真空導(dǎo)磁率等十幾種參量。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)人員對(duì)高頻變壓器的設(shè)計(jì)制作，時(shí)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)制作的頭等重要任務(wù)。鐵氧體受到的影響因素多、元器件選用以及電路板上元器件的布置和走線的方式等對(duì)此都有影響。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏蔽是否合適，散熱處理是否得當(dāng)?shù)鹊取?.2.1磁性材料的基本特性(1) 磁場(chǎng)強(qiáng)度（H）與磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）。磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱與方向的一個(gè)物理量，用安/米（A/m）表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場(chǎng)作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（Gs）表示。溫度越高，磁感應(yīng)強(qiáng)度越低。(2) 居里溫度TC。磁芯的磁狀態(tài)由鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性時(shí)，在T曲線上，80%max與20%max的連線跟導(dǎo)磁率等于1的直線的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里溫度。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當(dāng)超過(guò)130時(shí)，初始導(dǎo)磁率為零。(3) 初始導(dǎo)磁率i。磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值稱為初始導(dǎo)磁率。 (4) 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。(5) 矯頑力HC。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后繼續(xù)反向磁化，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力（保磁力）。選用磁性材料時(shí)，要選用可飽和的磁性材料。這種材料具有良好的開(kāi)關(guān)特性，可產(chǎn)生優(yōu)良的振蕩波形，并要求磁芯具有祭祀舉行的磁滯回線。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號(hào)。如果磁芯的S矩形曲線在B方向上被壓扁，將會(huì)嚴(yán)重影響變壓器的振蕩波形，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)晶體管溫升加劇。2.2.2磁芯的結(jié)構(gòu)與選用磁芯的使用一定要在一定的居里溫度以內(nèi)，這時(shí)選擇磁芯材料首先要考慮的問(wèn)題。其次還要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)時(shí)，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強(qiáng)磁場(chǎng)力作用下，磁性材料會(huì)收縮或膨脹，很可能出現(xiàn)磁共振，所以把磁芯變壓器裝在印制電路板上時(shí)要注意切實(shí)粘結(jié)牢固，防止出現(xiàn)機(jī)械噪聲和電磁噪聲。一下是一些主要磁芯結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。(1) POT 是罐形磁芯，銅線繞在磁芯內(nèi)面，此貼包圍線圈。它的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少EMI；它的缺點(diǎn)是散熱效果極差，溫升很高，只能用在小功率開(kāi)關(guān)電源上。(2) PM 時(shí)R形磁芯，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但電能耦合不是很好，散熱性能也不是很好。(3) RM、X 形磁芯的磁耦合能力和散熱效果都很好，適合用在100W以上的大中功率電源上。其缺點(diǎn)是所占空間大，放置困難。(4) EC 磁芯是在開(kāi)關(guān)電源上常用的一種磁芯，磁芯截面積大，散熱效果好，常用在100150W的開(kāi)關(guān)電源上。其缺點(diǎn)是窗口面積比較小，對(duì)變壓器的匝數(shù)要有限制。(5) EE 磁芯是一種常用磁芯，對(duì)于中小功率的變壓器來(lái)說(shuō)很適合。磁芯面積的大小將決定開(kāi)關(guān)電源的功率。一般來(lái)說(shuō)，磁芯面積越大，輸出功率也越大。2.3 光電耦合器光電耦合器（Optical Coupler，OC）也叫光電隔離器（Optical Isolationg，OI），簡(jiǎn)稱光耦。它時(shí)一種以紅外光進(jìn)行信號(hào)傳遞的器件，由兩部分組成：一是發(fā)光體，實(shí)際上時(shí)一只發(fā)光二極管，受輸入電流的控制，發(fā)出不同強(qiáng)度的紅外光；另一部分時(shí)受光器，受光器接受光照以后，產(chǎn)生光電流并從輸出端輸出。它的光電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。這就實(shí)現(xiàn)了“電光電”功能轉(zhuǎn)換，也就是隔離信號(hào)傳遞。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號(hào)傳輸，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了隔離，不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。因?yàn)樗鼤r(shí)一種發(fā)光體，而且用低電平的電源供電，所以它的使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高，而且體積小，可廣泛用于級(jí)間耦合、信號(hào)傳輸、電氣隔離、電路開(kāi)關(guān)以及電平轉(zhuǎn)換等5。在儀器儀表、通信設(shè)備及各種電路接口中都應(yīng)用到了光電耦合器。在開(kāi)關(guān)電源電路中利用光電耦合器構(gòu)成反饋電路，通過(guò)光電耦合器來(lái)調(diào)整、控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的；通過(guò)光電耦合器進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)換。 圖2-6 光電耦合器及其典型用法實(shí)際上，光電耦合器有晶體管、達(dá)林頓、可控硅、磁效應(yīng)管等多種輸出形式。通常的光電耦合器由于它的非線性，因此在模擬電路中的應(yīng)用只限于對(duì)較高頻率的小信號(hào)的隔離傳送。普通光耦合器只能傳輸數(shù)字（開(kāi)關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。近年來(lái)問(wèn)世的線性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。 (1) 光耦合器的性能特點(diǎn)及其抗干擾作用光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。它廣泛用于電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、開(kāi)關(guān)電路、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。由于光電耦合器的輸入阻抗與一般干擾源的阻抗相比較小，因此分壓在光電耦合器的輸入端的干擾電壓較小，它所能提供的電流并不大，不易使半導(dǎo)體二極管發(fā)光。光電耦合器的外殼是密封的，它不受外部光的影響。光電耦合器的隔離電阻很大、隔離電容很?。s幾個(gè)pF），所以能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。線性方式工作的光電耦合器是在光電耦合器的輸入端加控制電壓，在輸出端會(huì)成比例地產(chǎn)生一個(gè)用于進(jìn)一步控制下一級(jí)的電路的電壓。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管接通而發(fā)光，光敏三級(jí)管導(dǎo)通。光電耦合器是電流驅(qū)動(dòng)型，需要一定的電流才能使發(fā)光二極管導(dǎo)通，如果輸入信號(hào)太小，發(fā)光二極管不會(huì)導(dǎo)通，其輸出信號(hào)將失真。在開(kāi)關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。在開(kāi)關(guān)電源中我們是采用電壓環(huán)進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出的，光電耦合器作為輸入采樣、反饋信號(hào)、輸出驅(qū)動(dòng)的隔離器件。一方面光電耦合器可以起到隔離兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用，使兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立，消除地電位不同所產(chǎn)生的影響。另一方面，光電耦合器的發(fā)光二極管是電流驅(qū)動(dòng)器件，可以形成電流環(huán)路的傳送形式，電流環(huán)路是低阻抗電路，對(duì)噪音的敏感度低，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，起到了電磁兼容和隔離抗干擾的作用，不會(huì)因?yàn)殡娐分械母哳l電流的電磁干擾對(duì)控制電路產(chǎn)生干擾。(2) 光耦合器的技術(shù)參數(shù)主要有發(fā)光二極管正向壓降、正向電流、電流傳輸比CTR、輸入級(jí)與輸出級(jí)之間的絕緣電阻、集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極-發(fā)射極飽和壓降。此外，在傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)還需考慮上升時(shí)間、下降時(shí)間、延遲時(shí)間等參數(shù)。電流傳輸比CTR是光耦合器的重要參數(shù)，通常用直流電流傳輸比來(lái)表示。當(dāng)輸出電壓保持恒定時(shí)，它等于直流輸出電流與直流輸入電流IF的百分比。其公式為： （2-1）采用一只光敏三極管的光耦合器，CTR的范圍大多為20%300%（如4N35），而PC817則為80%160%，達(dá)林頓型光耦合器（如4N30）可達(dá)100%5000%。這表明欲獲得同樣的輸出電流，后者只需較小的輸入電流。因此，CTR參數(shù)與晶體管的hFE有某種相似之處。普通光耦合器的特性曲線呈非線性，在較小時(shí)的非線性失真尤為嚴(yán)重，因此它不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光耦合器的特性曲線具有良好的線性度，特別是在傳輸小信號(hào)時(shí)，其交流電流傳輸比()很接近于直流電流傳輸比CTR值。因此，它適合傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，能使輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。這是其重要特性。(3) 線性光耦合器的產(chǎn)品及選取原則使用光電耦合器主要是為了提供輸入電路和輸出電路間的隔離，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須遵循下列原則：所選用的光電耦合器件必須符合國(guó)內(nèi)和國(guó)際的有關(guān)隔離擊穿電壓的標(biāo)準(zhǔn)；由英國(guó)埃索柯姆(Isocom)公司、美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N系列(如4N25、4N26、4N35)光耦合器，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用地十分普遍。鑒于此類光耦合器呈現(xiàn)開(kāi)關(guān)特性，其線性度差，適宜傳輸數(shù)字信號(hào)(高、低電平)，可以用于單片機(jī)的輸出隔離；所選用的光耦器件必須具有較高的耦合系數(shù)。開(kāi)關(guān)電源則應(yīng)該選擇線性光電耦合器，上表給出了常見(jiàn)的線性光電耦合器及主要數(shù)據(jù)。其次，必須正確選擇線性光耦合器的型號(hào)及參數(shù)。再次，除了必須遵循普通光耦的選取原則外，還必須考慮合理選擇CTR值。光耦合器的電流傳輸比(CTR)的允許范圍是50%200%。這是因?yàn)楫?dāng)CTR50%時(shí)，光耦中的LED就需要較大的工作電流(IF5.0mA)，才能正?？刂茊纹_(kāi)關(guān)電源IC的占空比，這會(huì)增大光耦的功耗。若CTR200%，在啟動(dòng)電路或者當(dāng)負(fù)載發(fā)生突變時(shí)，有可能將單片開(kāi)關(guān)電源誤觸發(fā)，影響正常輸出。2.4 二極管二極管在電子電路中用得較多，功能各異。從結(jié)構(gòu)上來(lái)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過(guò)100。按照功能來(lái)分，有快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管，有整流二極管、穩(wěn)壓二極管及開(kāi)關(guān)二極管等。以下介紹幾種二極管的特點(diǎn)及檢測(cè)方法。2.4.1開(kāi)關(guān)二極管開(kāi)關(guān)管用在高速運(yùn)行的電子電路中，起信號(hào)傳輸作用，在模擬電路中起作鉗位抑制作用。高速開(kāi)關(guān)硅二極管是高頻開(kāi)關(guān)電源中的一個(gè)主要器件，這種二極管具有良好的高頻開(kāi)關(guān)特性。它的反向恢復(fù)時(shí)間trr只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。在開(kāi)關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如1N4148、1N4448。硅二極管的主要技術(shù)指標(biāo)是：(1) 最高反向工作電壓VRM和反向擊穿電壓VBR：這兩個(gè)參數(shù)越大越好。(2) 最大管壓降VFM：小于0.8V。(3) 最大工作電流Id：大于150mA。(4) 反向恢復(fù)時(shí)間trr：小于10ns。2.4.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（Zener Diod），具有單向?qū)щ娦裕ぷ髟陔妷悍聪驌舸顟B(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過(guò)穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。它在電子電路中用作過(guò)壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來(lái)提供基準(zhǔn)電壓。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。穩(wěn)壓值低于40V的叫做低壓穩(wěn)壓二極管；高于200V的叫做高壓穩(wěn)壓二極管?，F(xiàn)在市面上從2.4V到200V，各種型號(hào)規(guī)格齊全。穩(wěn)壓管的直徑一般只有2mm，長(zhǎng)度為4mm。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。穩(wěn)壓二極管從材料上分為N型和P型兩種。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標(biāo)稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途穩(wěn)壓二極管具有以下幾個(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開(kāi)關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器TVS對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： 穩(wěn)定電壓VZ。設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要選用。 穩(wěn)定電流IE。 溫度系數(shù)。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。2.4.3快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管快速恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diod）和超快速恢復(fù)二極管（Superfast Recovery Diod，SRD）時(shí)很多電子設(shè)備中常用的器件，在開(kāi)關(guān)電源中也經(jīng)常用到。這兩種二極管具有開(kāi)關(guān)特性好、耐壓高、正向電流大、體積小等優(yōu)點(diǎn)，在電子鎮(zhèn)流器、不間斷電源、變頻電源、高頻微波爐等設(shè)備中常用在整流、續(xù)流、限流等電路中。 (1) 超快速恢復(fù)二極管的性能特點(diǎn) 反向恢復(fù)時(shí)間trr：通過(guò)二極管的電流由零點(diǎn)正向轉(zhuǎn)反向后，再由反向轉(zhuǎn)換到規(guī)定值的時(shí)間。 平均整流電流Id：這時(shí)選用二極管的又一個(gè)主要指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，選用管子的整流電流時(shí)設(shè)計(jì)輸出電流的3倍以上?；謴?fù)和快速恢復(fù)二極管有3種結(jié)構(gòu)，即單管、共陰對(duì)管和共陽(yáng)對(duì)管。所謂共陰、共陽(yáng)是指兩只二極管接法不同。 (2) 檢測(cè)方法及選用原則 檢測(cè)方法：利用萬(wàn)用表的電阻檔或數(shù)字萬(wàn)用表的二極管檢測(cè)檔，能夠檢查二極管的單向?qū)щ娦?，并測(cè)出正向?qū)▔航担挥谜讱W表能測(cè)出反向擊穿電壓。一般正向電阻為6，反向電阻為無(wú)窮大，可從讀出的負(fù)載電壓計(jì)算出正向?qū)▔航怠?選用原則：超快速恢復(fù)二極管在開(kāi)關(guān)電源中可作為阻塞二極管和次級(jí)輸出電壓的整流管。超快速恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間在2050ns之間；整流電流Id為最大輸出電流IOM的3倍以上，即Id3IOM；最高反向工作電壓VRM為最大反向峰值電壓V(BR)S的2倍以上，即VRM2V(BR)S。2.5 自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)（Resettable Swithing，RS）又叫自動(dòng)恢復(fù)保險(xiǎn)絲，它是一種過(guò)流保護(hù)器件。當(dāng)電路發(fā)生短路或用電電流超過(guò)極限值時(shí)，它起保護(hù)作用。它具有開(kāi)關(guān)特性好、使用安全、不需維護(hù)、自動(dòng)恢復(fù)、可反復(fù)使用等特點(diǎn)。 (1) 工作原理自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)是由高分子晶狀聚合物和導(dǎo)電鏈構(gòu)成的，它將聚合物緊密束縛在導(dǎo)電鏈上，在常態(tài)下它的電阻值非常低，只有0.2，工作電流通過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)功耗也很小，它所產(chǎn)生的熱量很少，不改變聚合物內(nèi)部的晶狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)電路電流超過(guò)最大設(shè)計(jì)值或發(fā)生短路故障時(shí)，電流增加，導(dǎo)電鏈產(chǎn)生的熱量時(shí)聚合物從晶狀體狀態(tài)變?yōu)榉蔷铙w狀態(tài)，立即將電路電流切斷，對(duì)電路起到保護(hù)作用。當(dāng)故障排除以后，它又能很快恢復(fù)到低電阻狀態(tài)。這種可持續(xù)性的轉(zhuǎn)換器件能反復(fù)使用而不損壞。自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)可在家用電器、計(jì)算機(jī)通信設(shè)備以及開(kāi)關(guān)電源上用作過(guò)流保護(hù)。通常，將自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)串接在低壓直流輸出端，此時(shí)交流輸入端的保險(xiǎn)管可省去。這里應(yīng)特別注意：自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)只能進(jìn)行低壓過(guò)流保護(hù)，而不能接在220V或110V交流電壓上，否則將使開(kāi)關(guān)燒壞。日光燈短路或漏氣時(shí)，鎮(zhèn)流器的工作電流是正常工作電流的3倍以上，這時(shí)只要在鎮(zhèn)流器的輸出端與燈之間的電路上串接一只自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)，就能非常有效地進(jìn)行過(guò)流保護(hù)，提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性。 (2) 檢測(cè)方法 電阻檢查用數(shù)字萬(wàn)用表的電阻檔直接測(cè)量它的直流電阻，電阻值越小，自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)的容量越大。 過(guò)流后自動(dòng)恢復(fù)能力的檢查在直流穩(wěn)壓電源輸出端，將自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)與電流表串聯(lián)，要求穩(wěn)壓電源的輸出電流必須大于自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)的電流容量IH。穩(wěn)壓電源的輸出電壓從零開(kāi)始逐漸升高，這時(shí)注意電流表的電流讀數(shù)也在不斷增加。當(dāng)穩(wěn)壓電源的輸出電流接近或超過(guò)自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)的電流容量時(shí)，電流表上的電流讀數(shù)突然減小，此時(shí)自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)已進(jìn)入高阻狀態(tài)。關(guān)斷電源后，穩(wěn)壓電源的輸出電壓又從零點(diǎn)幾伏開(kāi)始上升。觀察電流表，如果一段時(shí)間后電流表上的電流讀數(shù)升到一定值，這段時(shí)間就是自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)的自動(dòng)恢復(fù)時(shí)間。2.6 熱敏電阻熱敏電阻時(shí)有錳鈷鎳的氧化物燒結(jié)成的半導(dǎo)體陶瓷制成的，具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著溫度的升高，其電阻值降低。熱敏電阻的主要參數(shù)有：(1) RT0：零功率電阻值，表示室溫為25時(shí)的電阻值。(2) ：零功率電阻系數(shù)，表示零功率下溫度每變化1所引起電阻值的相對(duì)變化率（%/）。(3) ：耗散系數(shù)，指熱敏電阻的溫度每變化1所消耗功率的相對(duì)變化量（mW/）。熱敏電阻在開(kāi)關(guān)電源中起過(guò)溫度保護(hù)和軟啟動(dòng)的作用。過(guò)溫保護(hù)時(shí)將熱敏電阻并接在輸入電路中。剛啟動(dòng)時(shí)，溫度低，電阻值高，相當(dāng)于開(kāi)路。如果電路輸入電壓超高，熱敏電阻就會(huì)發(fā)熱，其電阻值降低，對(duì)輸入電流分流。當(dāng)發(fā)熱越過(guò)極限值時(shí)，整流后的輸出電壓降低，開(kāi)關(guān)電源高頻振蕩停振，或是由于熱敏電阻阻值降低后，將電路保險(xiǎn)絲燒斷，電路與供電電源斷開(kāi)，起到熱保護(hù)作用。所謂軟啟動(dòng)是指電源剛通電時(shí)，因?yàn)V波電容C的電壓不能突變，容抗趨于零，瞬時(shí)對(duì)電容充電的電流很大，容易損壞電解電容。為了解決這一問(wèn)題，一般是在電路中串接幾歐姆的電阻，在啟動(dòng)瞬間對(duì)電流加以限制。但是，由于電阻功耗上升，電源效率下降。如果將電阻換為熱敏電阻，就可解決這一問(wèn)題。電路剛通電時(shí)，熱敏電阻的溫度低，阻值很大，瞬時(shí)能對(duì)充電電流加以限制。隨著電流通過(guò)發(fā)出熱量，熱敏電阻的阻值迅速減小，啟動(dòng)成功，功耗降低。這就是熱敏電阻對(duì)軟啟動(dòng)的作用。3 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)3.1 開(kāi)關(guān)電源的控制方式目前生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源多數(shù)采用脈寬調(diào)制方式，少數(shù)采用脈沖頻率調(diào)制方式，很少見(jiàn)到混合調(diào)制方式。脈沖頻率調(diào)制（Pulse Frequency Modulation，PFM）是將脈沖寬度固定，通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在電路設(shè)計(jì)上要用固定頻率發(fā)生器來(lái)代替脈寬調(diào)制器的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓、頻率轉(zhuǎn)換器（例如壓控振蕩器VCO）改變頻率。穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變，而工作周期變長(zhǎng)，使占空比減小，輸出電壓降低。調(diào)頻式開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍很寬，調(diào)節(jié)方便，輸出可以不接假負(fù)載，詳見(jiàn)圖3-1所示的波形圖?；旌险{(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。再者，這種開(kāi)關(guān)電源電路比較復(fù)雜，集成控制電路也不是很多。但是它的占空比調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出電壓能做到很低6。 (a) PWM控制方式 (b) PFM控制方式圖3-1 PWM、PFM控制方式和波形圖3.1.1脈寬調(diào)制的基本原理開(kāi)關(guān)電源采用脈寬調(diào)制方式的占很大比例，所以有必要對(duì)脈寬調(diào)制的基本原理加以了解。220V交流輸入電壓經(jīng)過(guò)整流（BR）濾波后變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，供給功率開(kāi)關(guān)管作為動(dòng)力電源。開(kāi)關(guān)管的基極或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動(dòng)。脈寬調(diào)制器由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、PWM比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖3-2所示。開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大，然后將其差值送到脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓V0下降時(shí)，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到PWM比較器，加寬了脈沖寬度。寬脈沖經(jīng)開(kāi)關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動(dòng)高頻變壓器，使變壓器初級(jí)電壓升高，然后耦合到次級(jí)，經(jīng)過(guò)二極管VD整流和電容C2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。圖3-2 脈寬調(diào)制的原理圖3.1.2脈沖頻率調(diào)制的基本原理脈沖頻率調(diào)制的過(guò)程是這樣的：如圖3-3所示，從輸出電壓中取出一信號(hào)電壓并由誤差放大器放大，放大后的電壓與5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電壓Vr，并以此電壓作為控制電壓來(lái)調(diào)制VCO的震蕩頻率f。再經(jīng)過(guò)瞬間定時(shí)器、控制邏輯和輸出級(jí)，輸出一方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)MOS開(kāi)關(guān)管，最后經(jīng)高頻變壓器TR和整流濾波獲得穩(wěn)定的輸出電壓V0。假設(shè)由于某種原因而使V0上升或負(fù)載阻抗下降，控制電路立即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整：V0VrfV0。該循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓V0趨于穩(wěn)定，反之亦然。這就是PFM的工作原理。假設(shè)電源效率為，脈沖寬度為m，脈沖頻率為f，則有V0=。當(dāng)確定后，通過(guò)調(diào)制VCO的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓V0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。需要指出的是：a、b、c是壓控振蕩器外圍元件連接端，它們將決定振蕩的工作頻率和頻率調(diào)制靈敏度。D端為鋸齒波電壓輸入端，由它改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。圖3-3 脈沖頻率調(diào)制的基本原理3.2 各類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電源分析(1) 非隔離型開(kāi)關(guān)變換器 降壓變換器Buck電路：降壓斬波器，入出極性相同。由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感充放電伏秒積相等，因此： , (3-1) , (3-2)即，輸入輸出電壓關(guān)系為：(占空比)UoIDSIDVDIDLIDCID 圖3-4 Buck電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在開(kāi)關(guān)管S通時(shí)，輸入電源通過(guò)L平波和C濾波后向負(fù)載端提供電流；當(dāng)S關(guān)斷后，L通過(guò)二極管續(xù)流，保持負(fù)載電流連續(xù)。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔?，不?huì)超過(guò)輸入電源電壓。 升壓變換器Boost電路：升壓斬波器，入出極性相同。利用同樣的方法，根據(jù)穩(wěn)態(tài)時(shí)電感L的充放電伏秒積相等的原理，可以推導(dǎo)出電壓關(guān)系： (3-3)UiIDUoIDSIDVDIDLIDCID圖3-5 Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這個(gè)電路的開(kāi)關(guān)管和負(fù)載構(gòu)成并聯(lián)。在S通時(shí)，電流通過(guò)L平波，電源對(duì)L充電。當(dāng)S斷時(shí)，L向負(fù)載及電源放電，輸出電壓將是輸入電壓，因而有升壓作用。 逆向變換器Buck-Boost電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電感傳輸。電壓關(guān)系： (3-4)UiIDUoIDSIDVDIDCIDL圖3-6 Buck-Boost電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S通時(shí)，輸入電源僅對(duì)電感充電，當(dāng)S斷時(shí)，再通過(guò)電感對(duì)負(fù)載放電來(lái)實(shí)現(xiàn)電源傳輸。所以，這里的L是用于傳輸能量的器件。 丘克變換器Cuk電路：升/降壓斬波器，入出極性相反，電容傳輸。電壓關(guān)系： (3-5)C1C2L2RUoVD