基于UC3842的開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、基于uc3842的開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘 要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及創(chuàng)新，使得開關(guān)電源這一項(xiàng)技術(shù)也在不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，由于這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端的移動(dòng)，為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是各種電子設(shè)備正常工作的基礎(chǔ)，而高頻高效小型開關(guān)電源又是開關(guān)電源發(fā)展的必然趨勢(shì)，在通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等領(lǐng)域得到了越來越多的廣泛應(yīng)用。 開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)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。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出

2、功率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源，這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)論文主要是利用一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器uc3842。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即占空比d，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。uc3842可以直接驅(qū)動(dòng)mos管、igbt等，適合于制作2080w小功率開關(guān)電源。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；uc3842；脈寬調(diào)制abstractalong with the power electronic technology development and innovation,it

3、 make that technology switching power supply is always in the way of developing and innovating, whit the cost of inversion points increasingly to the low output power end mobile,make the switch power supply provide a broad space for development.power equipment used to achieve the power conversion an

4、d power transmission，which is basic to the various electronic devices working normally,and the high frequency and high efficient small switching power supply is an inevitable development trend,which is used more and more in communications,militaryequipment,transportacilities,instrumentation,insustri

5、al equipment,household appliances and other ares.switching power supply use the modern electronic technology to control the turn-on and turn-off time ratio,maintain the stability of the output voltage of power supply.switching power supply used by pulse width modulation(pwm)control ic and mosfet. sw

6、itching power supply and linear power comparison,they are costs as the output power increases,but their growth is different.linear power supply costs in certain output power point,is higher than switching power supply.this point is called cost inversion point. design thesis is mainly using a kind of

7、 high performance current control pulse width modulation uc3842.if some reasons make the output voltage rise,pulse width modulator can change the drive signal pulse width,the duty ratio d,the chopper after the average voltage drop,to achieve the goal of stabilizing voltage,the reverse is also true.u

8、c3842 can directly drive mosfet,igbt and so on.suitable for the production of 2080w small power switch power supply.key words：switching power supply，uc3842，pulse width modulation目 錄基于uc3842的開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)i摘 要i目 錄iii插入圖表v引 言vi第1章 緒論11.1 課題背景與意義11.2 課題研究歷程與現(xiàn)狀11.3 本課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)2第2章 開關(guān)電源的基本工作原理與電路結(jié)構(gòu)32.1 開關(guān)電源概述

9、32.1.1 開關(guān)電源的工作原理32.1.2 開關(guān)電源的組成52.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)52.2 dc-dc變換電路拓?fù)涓攀?2.2.1 單端反激式電壓變換器72.2.2 推挽式電壓變換器72.2.3 單端正激式電壓變換器82.2.4 半橋變換器92.2.5 全橋變換器9第3章 高頻變壓器設(shè)計(jì)113.1 “黑箱”預(yù)先估計(jì)113.2 設(shè)計(jì)反激式變壓器11第4章 控制單元的選擇144.1 uc3842的簡(jiǎn)介144.1.1 uc3842的封裝形式144.1.2 uc3842內(nèi)部電路框圖介紹144.1.3 uc3842的工作原理154.1.4 uc3842功能介紹164.2uc3842外圍電路設(shè)計(jì)17

10、4.2.1工作頻率設(shè)計(jì)17第5章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)185.1 開關(guān)器件的選擇185.1.1 開關(guān)器件的特征185.1.2 器件tl431185.1.3 電力二極管195.1.4 光耦pc817205.2 啟動(dòng)電路和pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路225.2.1啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)225.2.2 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)225.3 輸入濾波電路235.4 輸出濾波電路的設(shè)計(jì)235.4.1輸出濾波電容的設(shè)計(jì)235.4.2死區(qū)電阻的設(shè)計(jì)245.5 過流保護(hù)電路255.6 電壓反饋電路255.7開關(guān)電源總電路圖及工作過程分析275.7.1工作過程與原理分析27結(jié)論與展望29致謝30參考文獻(xiàn)31附錄a外文文獻(xiàn)與譯文32a.

11、1 英文原文32a.2譯文34附錄b awg導(dǎo)線規(guī)格表36插入圖表圖2-1 開關(guān)電源電路框圖3圖2-2 開關(guān)電源的工作原理4圖2-3 開關(guān)電源工作波形4圖2-4 開關(guān)電源的基本組成5圖2-5 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路5圖2-6 單端反激式電壓變換電路7圖2-7 推挽式電壓變換電路8圖2-8 單端正激式電壓變換電路8圖2-9 半橋變換電路9圖2-10 全橋變換電路9圖4-1 uc3842外形圖和管腳排列圖14圖4-2 uc3842內(nèi)部電路框圖15圖4-3 rt和振蕩頻率的關(guān)系曲線16圖4-4 輸出靜區(qū)時(shí)間和振蕩頻率的關(guān)系曲線16圖5-1 tl431的引腳19圖5-2 tl431的功能模塊示意圖1

12、9圖5-3 pc817的內(nèi)部結(jié)構(gòu)20圖5-4 pc817集射電壓vce與正向電流if的關(guān)系21圖5-5 與tl431配合的電源反饋電路21圖5-6 啟動(dòng)和啟動(dòng)和pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路22圖5-7 輸入濾波電路23圖5-8 輸出濾波電路24圖5-9 電壓反饋回路26圖5-10 開關(guān)電源總電路圖27引 言電源在一個(gè)典型系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)者非常重要的角色。從某種程度上，可以看成時(shí)系統(tǒng)的心臟。電源給系統(tǒng)提供持續(xù)的，穩(wěn)定的能量，是系統(tǒng)免受外部的侵?jǐn)_，并防止系統(tǒng)對(duì)其自身作出傷害。如果電源內(nèi)部發(fā)生故障，不應(yīng)造成系統(tǒng)的故障。電源，即提供電能的設(shè)備，主要分三類：一次電源（將其它能量轉(zhuǎn)換為電能），二次電源和蓄電池。其中，

13、二次電源指的是把輸入電源（由電網(wǎng)供電）轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率、波形及在穩(wěn)定性、可靠性（含電磁兼容，絕緣散熱，不間斷電源，智能控制）等方面符合要求的電能供給負(fù)載。高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小和重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線形調(diào)整率精度，后者，較電壓控制型有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 上世紀(jì)八十年代，由于線性電源在成本和價(jià)格上比開關(guān)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，國內(nèi)高頻開關(guān)電源只在個(gè)人計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等若干類設(shè)備上得到應(yīng)用。之后，由于開關(guān)電源在重量、體積、用銅用鐵及能耗等方面都比線性電源有顯著減少

14、，而且對(duì)整機(jī)多項(xiàng)指標(biāo)有良好影響，因此它的應(yīng)用得到廣泛推廣。近年來許多領(lǐng)域，例如郵電通信、軍事裝備、交通設(shè)施、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、家用電器等都越來越多應(yīng)用開關(guān)電源，取得了顯著效益。究其原因，是新的電子元器件、新電磁材料、新變換技術(shù)、新控制理論及新的軟件（五新）不斷地出現(xiàn)并應(yīng)用到開關(guān)電源的緣故。不同的負(fù)載要求不同的電源裝置，萬能的電源至少今天還未出現(xiàn)。一個(gè)特定用途的電源裝置，應(yīng)當(dāng)具有符合負(fù)載要求的性能參數(shù)和外特性，這是基本要求。高效率、高功率因數(shù)、低噪音是普遍關(guān)注的品質(zhì)，而安全可靠是必須加以保證的。無電網(wǎng)污染、無電磁干擾、省電節(jié)能等綠色指標(biāo)是全球范圍的熱門話題，并由相關(guān)的國際和國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行約束

15、。有時(shí)特定的使用環(huán)境又要求電源具備一些額外的適應(yīng)性能力，比如高溫、高寒、高濕、抗輻射、抗振動(dòng)、防爆、體積小、重量輕、智能化等。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。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比較理想的新型的控制器。第1章 緒論1.1 課題背景與意義電源向電子設(shè)備提供功率的

16、裝置，把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機(jī)能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。電池本身并不帶電，它的兩極分別有正負(fù)電荷，由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓(電流是電荷在電壓的作用下定向移動(dòng)而形成的),電荷導(dǎo)體里本來就有，要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可，當(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時(shí)為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去，當(dāng)電荷散盡時(shí),也就荷盡流(壓)消了。因此人們把干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電整流成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號(hào)的電子設(shè)備叫做信號(hào)源。電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件igbt和mosfet的迅速發(fā)展，將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平，使其具有高穩(wěn)定性和高性

17、價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求，從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。21世紀(jì)，人們提倡的是建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)，提倡的是節(jié)約資源，提高能效，環(huán)境友好。在這種大背景下，開關(guān)電源以其高效、環(huán)保、安全、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)已成為人們爭(zhēng)相研究的一個(gè)熱點(diǎn)。同時(shí)電源技術(shù)已經(jīng)演變成為一個(gè)綜合微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、材料科學(xué)、電力變換技術(shù)、電機(jī)工程等諸多學(xué)科相互滲透的綜合學(xué)科。從日常生活到尖端科技都離不開開關(guān)電源技術(shù)的參與和支持。1.2 課題研究歷程與現(xiàn)狀1955年，美國科學(xué)家g.h.royer成功研制出了第一臺(tái)自激式晶體管直流變換器，從而取代了

18、早期的機(jī)械振子式換流設(shè)備。但是由于當(dāng)時(shí)的微電子技術(shù)落后，生產(chǎn)出的晶體管耐壓值低、開關(guān)速度慢，致使直流變換器輸入電壓低，而且電路中還含有笨重的工頻變壓器。20世紀(jì)60年代末，得益于微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，此時(shí)的開關(guān)管具有耐高壓、耐大電流等優(yōu)點(diǎn)。直流變換器可以直接由電網(wǎng)供電，從而徹底甩掉了體積大、重量大、效率低的工頻變壓器，誕生了無工頻變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，并且憑借其高效率、體積小、重量輕而被迅速推廣普及。20世紀(jì)70年代以后，與開關(guān)電源相關(guān)的高頻率、大電流、高反壓的開關(guān)晶體管，快恢復(fù)二極管，高頻變壓器磁芯等元器件的出現(xiàn)，又進(jìn)一步的加快了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，開關(guān)電源被廣泛的應(yīng)用于航天、軍事電子、計(jì)算

19、機(jī)、通信設(shè)備等領(lǐng)域。我國無工頻變壓器的開關(guān)電源開始于20世紀(jì)70年代初期，當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)還停留在高校和科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)階段。1974年，成功研制了我國第一臺(tái)10khz、輸出5v的無工頻變壓器開關(guān)電源。20世紀(jì)80年代中期，開關(guān)電源的產(chǎn)品開始應(yīng)用和推廣，此時(shí)開關(guān)電源特點(diǎn)是采用pwm技術(shù)，工作頻率20khz，效率在60%至70%。20世紀(jì)90年代初期，我國成功研制出工作頻率100至200khz的高頻開關(guān)電源。目前，毫無疑問開關(guān)電源已廣泛應(yīng)用于幾乎所有的電子設(shè)備中，成為電子信息產(chǎn)業(yè)必不可少的一種供電方式。但是，隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)開關(guān)電源的要求將會(huì)更高，可以預(yù)見，高頻化、小型化、高效

20、率、模塊化、高可靠性以及智能化是21世紀(jì)開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)：（1）小型化，高頻化。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模集成電路（ic）的出現(xiàn)，制約電子設(shè)備體積、重量的主要因素就是電源能否小型化。而提高開關(guān)頻率是減小體積的有效途徑，他能有效減小電容和電感的體積和重量。另外研究人員還致力于研制出體積更小，重量更輕的高頻變壓器，再或者通過別的方法來取代電源電路中的變壓器，從而實(shí)現(xiàn)小型化。（2）低噪聲。高頻開關(guān)電源電路中的功率開關(guān)管工作在高速開關(guān)狀態(tài)，而且由于元器件的容性、感性等特性，會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和諧振噪聲。這些噪聲干擾會(huì)影響鄰近電子設(shè)備的正常工作，特別是一些高精度的儀器儀表。采用輔助諧振開關(guān)電路在開關(guān)狀

21、態(tài)發(fā)生變化時(shí)發(fā)生諧振，對(duì)降低噪聲干擾有一定效果。如何有效地降低噪聲干擾將是開關(guān)電源的一個(gè)發(fā)展方向。（3）高可靠性。由于開關(guān)電源電路中所用元器件較多，降低了電路的可靠性。但是隨著開關(guān)電源的模塊化、集成化，電源電路將大幅簡(jiǎn)化，可靠性也將大大提高。（4）高效率。高效率永遠(yuǎn)是研究人員追求的目標(biāo)，人們將通過各種技術(shù)來提高效率。軟開關(guān)技術(shù)可以有效減小開關(guān)的損耗，提高電源的效率；有源功率因數(shù)校正（apfc）可以提高功率因數(shù)，從而提高電源的整體效率。（5）模塊化。模塊化是開關(guān)電源的一個(gè)重要發(fā)展方向，通過把控制電路、反饋回路、驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路集成化，最后實(shí)現(xiàn)電源整機(jī)的模塊化，可以有效地減小體積、減輕重量、降低

22、成本、增強(qiáng)可靠性，提高功率密度等等。（6）智能化。通過將微處理器和開關(guān)電源結(jié)合，使開關(guān)電源變得更智能化、人性化?？傊?，伴隨著越來越廣闊的市場(chǎng)需求，人們對(duì)開關(guān)電源的各項(xiàng)性能要求也日益提高，研究人員需要對(duì)新技術(shù)、新材料、新控制方式以及電路拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化整合，才能不斷提高開關(guān)電源的各項(xiàng)性能，生產(chǎn)出市場(chǎng)需求的開關(guān)穩(wěn)壓電源。電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)級(jí)能否安全可靠的工作。目前常用的直流穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源兩大類。由于開關(guān)電源本身消耗的能量低，電源效率比普通線性穩(wěn)壓電源提高一倍，被廣泛用于電子計(jì)算機(jī)、通訊、家電等各個(gè)行業(yè)。半個(gè)世紀(jì)以來，開關(guān)電源大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)

23、展階段。早期的開關(guān)電源全部由分立元件構(gòu)成，不僅開關(guān)頻率低、效率不高，而且電路復(fù)雜，不易調(diào)試。在20世紀(jì)70年代研制出的脈寬調(diào)制器集成電路，僅對(duì)開關(guān)電源種的控制電路實(shí)現(xiàn)了集成化。20世紀(jì)80年代問世的單片開關(guān)穩(wěn)壓器，從本質(zhì)上講仍屬于ac/dc電源變換器。隨著各種類型單片開關(guān)電源集成電路的問世。ac/dc電源變換器的集成化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)集成小功率開關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)，本論文根據(jù)課題研究的需要，設(shè)計(jì)了一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器uc3842進(jìn)行的開關(guān)電源，本設(shè)計(jì)利用uc3842組成的pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路，輸出5v直流電源。電路分為五個(gè)模塊，濾波電路，為uc3842提

24、供啟動(dòng)電壓，uc3842組成的pwm脈沖電路，驅(qū)動(dòng)mosfet管為變壓器線圈提供脈沖，一個(gè)輸出電路，以及一個(gè)電壓反饋電路，和過流保護(hù)電路。第2章 開關(guān)電源的基本工作原理與電路結(jié)構(gòu)2.1 開關(guān)電源概述2.1.1 開關(guān)電源的工作原理 開關(guān)電源主要是進(jìn)行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率轉(zhuǎn)換的裝置，通過了對(duì)主變換回路以及控制回路的控制完成一系列的變換。主變換回路將輸入的交流電轉(zhuǎn)換后傳遞給了負(fù)載，所以它決定了開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)換要求以及負(fù)載能力等一系列的技術(shù)指標(biāo)；而控制回路是按照輸入，輸出技術(shù)指標(biāo)的要求來進(jìn)行檢測(cè)，控制主變換回路的工作狀態(tài)。一般開關(guān)電源控制集成電路包括振蕩器、誤差放大器、p

25、wm觸發(fā)器、狀態(tài)控制器等部分功能電路，高品質(zhì)開關(guān)電源還包括高電壓功率開關(guān)管、電流比較器，以及各種保護(hù)功能電路。在開關(guān)點(diǎn)的變換過程中，用高頻變壓器隔離稱為離線式開關(guān)變換器，常用ac/dc變換器就是離線式開關(guān)變換器。開關(guān)電源的工作原理框圖如圖2-1所示。圖2-1 開關(guān)電源電路框圖開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖2-2進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓ui經(jīng)開關(guān)s加至輸出端，s為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)s按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電

26、壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓uo。圖2-2 開關(guān)電源的工作原理上圖中，a圖為電路圖，b圖為波形圖。 為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： （2-1）上式中，t表示開關(guān)s的開關(guān)重復(fù)周期；表示開關(guān)s在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)電源直流輸出電壓uo與輸入電壓ui之間有如下關(guān)系： （2-2）由式(2-1)和式(2-2)可以看出，若開關(guān)周期t一定，改變開關(guān)s的導(dǎo)通時(shí)間ton，即可改變脈沖占空比d，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。t不變，只改變ton來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(pwm)。由于pwm式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此

27、pwm式開關(guān)電源用得較多。若保持ton不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/t實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(pfm)。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變ton，又改變t，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。下圖2-3是開關(guān)電源的工作波形圖 。圖2-3 開關(guān)電源工作波形2.1.2 開關(guān)電源的組成開關(guān)電源的基本組成如圖2-4所示。其中dc/dc變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整

28、形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是pwm信號(hào)、pfm信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、 過流過壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣 功能指示等電路。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。dc/dc變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的pwm變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)

29、用較為普遍。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端lc濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器lc的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。 圖2-4 開關(guān)電源的基本組成圖2-5 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路2.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： (1) 效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗較小，但是效率較高，一般在80%至90%，高的甚至可達(dá)90%以上；(2) 重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量大大減輕，只有同容量線性電源的1/5，體積也在很大程度上縮小了；(3) 穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在902

30、70 v內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率；(4) 安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠；(5) 功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20khz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)下，因此損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞。因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。2.2 dc-dc變換電路拓?fù)涓攀?.2.1 單端反激式電壓變換器如圖2-6所示，單

31、端反激式變換器是在buck-boost變換器的基礎(chǔ)上演變而來的。與正激變換器不同的是，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量先儲(chǔ)存，到開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，再向輸出端提供能量。因此高頻變壓器不僅起到電氣隔離作用，還具有儲(chǔ)能作用。反激式變換器的高頻變壓器為保證在能量不完全傳遞的情況下磁芯不飽和，必須加入氣隙，而且又要滿足在二次側(cè)電流不連續(xù)，即在能量沒有完全傳送的條件下穩(wěn)定輸出電壓vout的要求，也必須增加氣隙來調(diào)整電感量，而隨之帶來的缺點(diǎn)就是在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)會(huì)引起電壓尖峰，損害開關(guān)管，因此必要時(shí)要在電路中增加吸收電路。圖2-6 單端反激式電壓變換電路工作原理：當(dāng)q導(dǎo)通時(shí)，由于n1和n2的同名端關(guān)系，vd1承受反向電壓截止，

32、能量存在原邊電感中，當(dāng)q關(guān)斷時(shí)，n2極性反轉(zhuǎn)，vd1導(dǎo)通，向負(fù)載r供電。同時(shí)變壓器磁芯也完成磁復(fù)位。反激式變換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、可靠性高、適合多路輸出等優(yōu)點(diǎn)，多應(yīng)用于150w以下的開關(guān)電源場(chǎng)合中。2.2.2 推挽式電壓變換器如圖2-7所示，推挽變換器是由兩個(gè)正激變換器組合而來。之所以稱為推挽變換器，是因?yàn)樵谄涔ぷ鲿r(shí)變壓器原邊的兩個(gè)繞組隨各自串聯(lián)開關(guān)管的導(dǎo)通而交替工作。推挽變換器屬于雙極性變換器，變壓器磁芯工作在磁化曲線的第一、三象限，可以獨(dú)立完成磁化和磁復(fù)位。圖2-7 推挽式電壓變換電路工作原理：推挽變換器工作時(shí)相當(dāng)于兩個(gè)正激變換器交替工作，假設(shè)此時(shí)q1導(dǎo)通q2關(guān)斷，那么能量將

33、通過q1，繞組n11、n21、vd1傳送到電感l(wèi)和負(fù)載r，當(dāng)q2導(dǎo)通q1關(guān)斷時(shí)亦是如此。推挽變換器具有磁芯利用率高，脈動(dòng)電壓小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是由于兩只開關(guān)管特性不能完全一致，變壓器的磁通會(huì)發(fā)生偏移，造成直流磁偏現(xiàn)象致使磁飽和。推挽變換器多應(yīng)用于低輸入電壓場(chǎng)合，其輸出功率可達(dá)1000w以上。2.2.3 單端正激式電壓變換器如圖2-8所示，在buck型變換器的開關(guān)管和續(xù)流二極管之間加入高頻變壓器就衍生為單端正激式變換器，其中高頻變壓器起到隔離輸入和輸出電路的作用。之所以稱之為正激變換器，是因?yàn)樵陂_關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量由輸入端傳送到輸出端。其高頻變壓器的鐵芯只工作在磁化曲線第一象限，而且由于它是正激工作方

34、式，本身不具有磁復(fù)位的功能，因此，為了能防止磁累積造成的磁飽和，需要添加磁復(fù)位電路。圖2-8 單端正激式電壓變換電路工作原理：當(dāng)q導(dǎo)通時(shí)，依據(jù)n1和n2的同名端關(guān)系，能量由副邊繞組傳到輸出端，當(dāng)q關(guān)斷時(shí)，一方面電感l(wèi)和續(xù)流二極管vd2構(gòu)成回路繼續(xù)對(duì)負(fù)載r供電，一方面通過vd1將磁芯剩余能量傳回電源，完成磁復(fù)位。正激變換器具有開關(guān)管峰值電流小，損耗小，輸出紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)。但是由于變壓器是單向勵(lì)磁的，利用率低。多應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。2.2.4 半橋變換器如圖2-9所示，半橋變換器同推挽變換器一樣，也是由兩個(gè)正激變換器組合而來。其中一個(gè)橋臂由兩個(gè)功率開關(guān)管組成，另一個(gè)橋臂則由兩個(gè)相同的電容器承擔(dān)，

35、所以稱為半橋變換器。半橋變換器也屬于雙極性變換器，但是因?yàn)殡娐菲骷牟粚?duì)稱性，也會(huì)產(chǎn)生直流偏磁，造成變壓器磁飽和，所以也需要增加防偏磁措施。圖2-9 半橋變換電路工作原理：由于c1=c2，每個(gè)電容上分得vin的一半，當(dāng)q1導(dǎo)通q2關(guān)斷時(shí)，vd1正向偏置，工作原理和單端正激式相同；當(dāng)q2導(dǎo)通q1關(guān)斷時(shí)，亦是如此。半橋變換器具有磁芯利用率高，和推挽相比開關(guān)管承受應(yīng)力低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生偏磁現(xiàn)象，適用于輸入電壓高，中等功率場(chǎng)合。2.2.5 全橋變換器如圖2-10所示，全橋變換器是由兩個(gè)雙管正激變換器組合而成。它的每一橋臂上均有兩個(gè)開關(guān)管，由兩橋臂的中點(diǎn)引出的對(duì)角線接在高頻變壓器上，像一個(gè)電橋一樣，

36、故稱為全橋變換器。全橋變換器也是雙極性變換器，可以自行磁復(fù)位，同時(shí)也存在偏磁現(xiàn)象。圖2-10 全橋變換電路工作原理：當(dāng)q1、q4同時(shí)導(dǎo)通，q2、q3關(guān)斷時(shí)，此時(shí)vd1正偏而vd2反偏，電源通過n1、n21、vd1到達(dá)電感l(wèi)和負(fù)載r，反之亦然。全橋變換器雖然相對(duì)半橋、推挽電路復(fù)雜，但是開關(guān)管承受應(yīng)力最小，且輸出功率最大，故適用于高電壓，大功率場(chǎng)合。第3章 高頻變壓器設(shè)計(jì)磁性元件是開關(guān)電源中必不可少的一部分，根據(jù)其在電路中的作用不同，通常分為變壓器和電感器，變壓器主要起著升降壓和隔離的作用，電感器主要起著儲(chǔ)能和濾波的作用，而本設(shè)計(jì)所使用的反激式變換器，其高頻變壓器兼有變壓和儲(chǔ)能的作用。在選擇變壓器

37、時(shí)，由于其涉及到磁芯材料、漏感、功率大小、電感量、溫升、電壓電流等等，所以不像其他元器件一樣可以在電子市場(chǎng)買到，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)。這對(duì)初學(xué)者來說是一個(gè)很費(fèi)神、費(fèi)力的事，但是變壓器設(shè)計(jì)的好壞直接影響到電源能否正常工作，因此高頻變壓器的磁芯選擇、原邊電感、線圈匝數(shù)和氣隙大小計(jì)算等問題都需要仔細(xì)考慮。本設(shè)計(jì)高頻變壓器所需要設(shè)計(jì)的繞組為一次側(cè)初級(jí)繞組，二次側(cè)包括主輸出+5v繞組、以及給控制芯片uc3842供電的繞組。下面對(duì)本設(shè)計(jì)中高頻變壓器的主要參數(shù)計(jì)算過程進(jìn)行詳細(xì)介紹，3.1 “黑箱”預(yù)先估計(jì)變壓器輸出端最大功率： （3-1） 考慮變壓器的工作時(shí)的能量損耗，實(shí)際變壓器輸入端功率： （

38、3-2） 變壓器輸入端平均電流： （3-3）這個(gè)值決定變壓器一次繞組的導(dǎo)線尺寸，從這個(gè)電流值可以看出，變壓器一次側(cè)繞組的繞線要用#22awg的導(dǎo)線或采用其他規(guī)格的導(dǎo)線。輸入峰值電流： （3-4）其中反激式電路的k值取5.5電源的工作頻率選定為40khz(即)3.2 設(shè)計(jì)反激式變壓器 反激式變壓器的工作與正激式變壓器不同。正激式變壓器兩邊的繞組式同時(shí)流過電流的，而反激式變壓器先是通過一次繞組把能量存儲(chǔ)在磁芯材料中，一次側(cè)關(guān)斷后再把能量傳到二次回路。因此，典型的變壓器阻抗折算和一次、二次繞組匝數(shù)比關(guān)系不能再這里直接使用。再進(jìn)行設(shè)計(jì)是，再黑箱估計(jì)階段，估計(jì)出了電流的峰值、磁芯尺寸和選擇好磁芯材料。剛

39、開始，在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)可以把一次繞組看作是一個(gè)電感器件，所以一次側(cè)最大電感： （3-5）其中計(jì)算磁芯功率的吞吐量： （3-6）（滿足要求）這里選用mpp環(huán)形磁芯，開關(guān)導(dǎo)通的每個(gè)周期中，存儲(chǔ)在磁芯的能量為： （3-7） 據(jù)此估計(jì)所需的磁芯大小，選擇磁芯為125的磁芯，其型號(hào)為55310-a2，這種磁芯的為90mh/1000匝。一次繞組的匝數(shù)為 （3-8） （取29匝） 輸出電壓（+5v）的二次繞組匝數(shù) （3-9） （取7匝）其中為最大占空比，這里我們?nèi)?0%。對(duì)uc3842供電的繞組匝數(shù)，考慮到正常工作時(shí)，該繞組要對(duì)uc3842供電所以其匝數(shù)應(yīng)與一次側(cè)相當(dāng)，在這里取25匝。在這里，二次側(cè)采用自耦變

40、壓器的結(jié)構(gòu)，這樣低電壓輸出端的繞組會(huì)包含在高電壓輸出端的繞組中。這些繞組的匝數(shù)和線規(guī)瑞如下：輸出端 +5v ： 7匝 ， #17awg輸入端 +24v ： 29匝， #22awguc3842供電繞組 ： 25匝， #23awg 第4章 控制單元的選擇4.1 uc3842的簡(jiǎn)介uc3842電流型脈寬調(diào)制器是由美國unitrode公司生產(chǎn)。uc384x系列是一種應(yīng)用廣泛的定頻電流模式控制器，力求使用最少的外部元件獲得最大的成本效益。其特點(diǎn)是價(jià)格低廉、性能良好、外接線路簡(jiǎn)單，并且具有溫度補(bǔ)償、欠壓鎖定、過流限制及過壓保護(hù)等功能。能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或場(chǎng)效應(yīng)管，由于在結(jié)構(gòu)上具有電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，

41、開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有所提高，電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，工作頻率高達(dá)500khz，啟動(dòng)電流小于1ma，正常工作電流為15ma，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)隔離。它適用于無工頻變壓器的20-80w的小功率開關(guān)電源，其工作溫度為0-+70，最高輸入電壓為30v，最大輸出電流為1a，最大占空比100%，多用于反激式變換器，故本設(shè)計(jì)選用uc3842型控制芯片。4.1.1 uc3842的封裝形式uc3842的封裝形式有8腳雙列直插（dip-8）和14腳的表面貼（so-14）兩種。本設(shè)計(jì)采用的是dip-8的封裝形式，其外形和管腳排列如圖4-1所示。圖4-1 uc3842外形圖和

42、管腳排列圖4.1.2 uc3842內(nèi)部電路框圖介紹圖4-3為uc3842的內(nèi)部電路框圖，主要包括振蕩器、脈寬調(diào)制鎖存器、參考穩(wěn)壓器、電流檢測(cè)比較器、誤差放大器等。芯片的各個(gè)引腳及用法介紹如下 圖4-2 uc3842內(nèi)部電路框圖1腳comp：輸出/補(bǔ)償端，誤差放大器的輸出端，外接阻容元件，主要用于對(duì)環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償；2腳vfb：反饋電壓輸入端，管腳電壓與誤差放大器同相端的2.5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；3腳is：電流檢測(cè)輸入端，通過一個(gè)和開關(guān)管串聯(lián)的電阻將流過變壓器初級(jí)的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將此電壓送入3腳，從而來調(diào)節(jié)脈沖寬度。并且當(dāng)取樣電壓大于1v時(shí)，芯片停止工作，起到保

43、護(hù)開關(guān)管作用；4腳rt/ct：定時(shí)器端，將rt和8腳vref連接，ct和地相連，以確定振蕩器的頻率，f =1.72/（rt*ct）；5腳gnd：公共地端；6腳output：推挽輸出端，圖騰柱式輸出，上升下降時(shí)間僅為50ns，驅(qū)動(dòng)能力1a；7腳vcc：直流電源供電端，該芯片的啟動(dòng)電壓為16v，低壓鎖定門限10v；8腳vref：基準(zhǔn)電壓輸出端，提供5v基準(zhǔn)電壓，有50ma的帶載能力。4.1.3 uc3842的工作原理在uc3842所構(gòu)成的控制電路中，有電壓、電流兩個(gè)控制閉環(huán)回路，電壓控制環(huán)是由反饋電壓回饋到誤差放大器。和芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓；電流控制環(huán)是由變壓器初級(jí)電流經(jīng)采樣電阻產(chǎn)生

44、的采樣電壓與誤差電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，調(diào)節(jié)開關(guān)管的通斷，當(dāng)輸出電壓變低時(shí)，就會(huì)延長(zhǎng)開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，增大占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。芯片內(nèi)部具體工作過程分析：反饋電壓與基準(zhǔn)電壓經(jīng)誤差放大器后，得到的誤差電壓作為門限電壓ve，與采樣電阻上得到的采樣電壓vs一起接到電流比較器，當(dāng)vsve時(shí)，比較器輸出高電平給sr鎖存器復(fù)位端r，則q為高電平，此時(shí)或非門輸出為低電平，開關(guān)管關(guān)斷：隨后r變?yōu)榈碗娖?，s也為低電平，所以q保持高電平，開關(guān)管保持關(guān)斷；當(dāng)振蕩器脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，或非門的輸出將始終為低電平，開關(guān)管仍舊關(guān)斷，但此時(shí)s為高電平q將變?yōu)榈碗娖?；?dāng)振蕩器脈沖再次變換為低電平時(shí)，由于s、r

45、均為低電平信號(hào)，q保持低電平狀態(tài)，此時(shí)或非門輸出為高電平，開關(guān)管再次導(dǎo)通。如此周期性調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。4.1.4 uc3842功能介紹（1）振蕩頻率的設(shè)置振蕩器的頻率是由定時(shí)元件rt和ct決定的。5v基準(zhǔn)電壓通過rt給ct充電，充到2.8v，在通過內(nèi)部放電至1.2v，在ct放電過程中產(chǎn)生一個(gè)消隱脈沖保持或非門輸入為高電平，致使輸出低電平，產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度可控的靜區(qū)時(shí)間。圖4-4是rt和振蕩頻率的關(guān)系曲線，圖4-5是輸出靜區(qū)時(shí)間和振蕩頻率的關(guān)系曲線。需要注意的是雖然很多rt和ct的組合都能產(chǎn)生同一頻率，但是只有一種組合可以滿足在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時(shí)間。 圖4-3 rt和振蕩頻率的關(guān)系曲線

46、圖4-4 輸出靜區(qū)時(shí)間和振蕩頻率的關(guān)系曲線（2）誤差放大器uc3842提供一個(gè)有可訪問反向輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。此放大器具有90db的典型直流電壓增益和具有57o相位余量的1.0mhz的增益為1帶寬。同相輸入在內(nèi)部偏置于2.5v而不經(jīng)管腳引出。典型情況下變換器輸出電壓通過一個(gè)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2.0a，它將引起輸入電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。誤差放大器輸出（管腳1）用于外部回路補(bǔ)償。輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（1.4v）并在連接至電流取樣比較器的反向輸入之前被三分。這將在管腳1處于其最低狀態(tài)時(shí)，保證在輸出（管腳6）不

47、出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖。（3）電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖存器uc3842作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出/補(bǔ)償（管腳1）建立的門限電平時(shí)終止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個(gè)單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個(gè)與輸出開關(guān)q1的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入（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，當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時(shí)，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電

48、流取樣比較門限將被內(nèi)部箝位至1.0v。（4）欠壓鎖定uc3842采用了兩個(gè)欠壓鎖定比較器來保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前，集成電路已完全可用。正電源端（vcc）和參考輸出（vref）各由分離的比較器監(jiān)視。每個(gè)都具有內(nèi)部的滯后，以防止在通過他們各自的門限時(shí)產(chǎn)生誤輸出動(dòng)作。vcc比較器上下門限分別為16v和10v。vref比較器高低門限為3.6v和3.4v。（5）輸出uc3842有一個(gè)單圖騰柱輸出級(jí)，是專門用來直接驅(qū)動(dòng)功率mosfet的，在1.0nf負(fù)載下時(shí)，它能提供高達(dá)1.0a的峰值驅(qū)動(dòng)電流和典型值為50ns的上升、下降時(shí)間。還附加了一個(gè)內(nèi)部電路，使得任何時(shí)候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌電流模式，這個(gè)

49、特性使外部下拉電阻不再需要。（6）參考電壓5.0v帶隙參考電壓，在tj=25時(shí)調(diào)整誤差至：1.0%，它首要的目的是為振蕩器定時(shí)電容提供充電電流。參考部分具有短路保護(hù)功能并能向附加控制電路供電，提供超過20ma的電流。4.2uc3842外圍電路設(shè)計(jì)4.2.1工作頻率設(shè)計(jì)振蕩器頻率由接在3842的4腳上的電阻rt和電容ct決定，頻率為： (4-1)假若工作頻率小于20khz進(jìn)入音頻范圍則噪聲較大，紋波增大。若開關(guān)頻率較高時(shí)，開關(guān)損耗增大，系統(tǒng)效率降低。因此確定工作頻率時(shí)要折衷考慮，實(shí)際選擇工作頻率為40khz。rt選值為220k，ct選值為200pf的電容。本文中rt、ct分別為r19、c16。第

50、5章 開關(guān)電源設(shè)計(jì)5.1 開關(guān)器件的選擇5.1.1 開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。(2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。 (3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)。 (4) 電路中

51、的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。5.1.2 器件tl431tl431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電

52、壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從vref（2.5v）到36v范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2歐姆，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。 其具體功能可用圖5-2的功能模塊示意。由圖可看出，vi是一個(gè)內(nèi)部的2.5v基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng)ref端的電壓十分接近vi時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著ref端電壓的微小變化，通過三極管，電流將從1到100ma變化，tl431需要最少1ma電流流過才能工作。tl431特點(diǎn)： （1）最大輸出電壓為36v； （2）電壓參考誤差：0.4，典型值25（t

53、l431b）； （3）低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22歐姆； （4）負(fù)載電流能力1.0ma 100ma；（5）等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/典型； （6）溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍； （7）低輸出噪聲電壓。圖5-1 tl431的引腳圖5-2 tl431的功能模塊示意圖 在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，一般輸出經(jīng)過tl431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，tl431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個(gè)電流模式的pwm控制器的開關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。5.1.3 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。

54、 (1) 普通二極管(general purpose diode) 普通二極管又稱為整流二極管(rectifier diode)，多用于開關(guān)頻率不高(1khz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。 (2) 快恢復(fù)二極管(frd) 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管?？焖俣O管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用pn結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的pin結(jié)構(gòu)。采用外延型pin結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(fast recovery epitaxial

55、diodes，fred)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低(0.9 v左右)，但其反向耐壓多在400 v以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100 ns以下，有的甚至達(dá)到2030 ns。(3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管(sbd)，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(1040 ns)，正向恢復(fù)過程中不會(huì)有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處