畢業(yè)設(shè)計(jì)：小功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、 小功率開關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要 電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對(duì)電影產(chǎn)業(yè)提出個(gè)更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。cr6853芯片具有優(yōu)化的圖騰驅(qū)動(dòng)電路以及電流模式pwm控制器，是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。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

2、下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。cr6853可以直接驅(qū)動(dòng)mos管、igbt等，適合于制作小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡(jiǎn)潔至上”的原則。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，cr6853，脈寬調(diào)制，功率， ex-stimulus power-switch design abstractpower is to achieve power conversion and power transmission major equipment. in the information age, agriculture, energy, transportat

3、ion, communications and other areas power of the film industry make a greater and higher requirements，such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability. this has forced the power workers have been exploring the technology for a variety of rural customs, th

4、e power to make the best products to meet the requirements of all walks of life. switching power supply is a new type of power supply, compared to traditional linear power supply, high technology, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic results.cr6853 is an excellent curr

5、ent-controlled pulse width modulator. if for some reason, the output voltage increases, the pulse width modulator drive signal will change the pulse width, that is, the duty cycle d, so that the average voltage drop after the chopper to achieve the regulator end, and vice versa how ever. cr6853 can

6、control direct drive mos, igbt, etc., suitable for the production of 20 80w low-power switching power supply. as the device is cleverly designed, launched by the main power supply voltage directly to form circuit components required for a small, very consistent with circuit design, simplicity first

7、principle.key words: switching power supply，cr6853，pwm，power，igbt20目錄前言1第1章 開關(guān)電源介紹21.1 開關(guān)電源概述21.1.1 開關(guān)電源工作原理21.1.2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)31.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)41.2 開關(guān)器件41.2.1開關(guān)器件的特征41.2.2器件tl43151.2.3電力二極管61.2.4光耦pc81771.2.5電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet8第2章 主要開關(guān)變換電路102.1 濾波電路102.2 電壓反饋電路102.3電壓保護(hù)電路12第3章 利用cr6853設(shè)計(jì)小功率電源223.1 電源設(shè)計(jì)指標(biāo)223.2

8、系統(tǒng)基本框圖.233.2.1元件的選擇223.2.2電路結(jié)構(gòu)的選擇243.3 啟動(dòng)電路243.4 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路253.5 直流輸出與反饋電路263.6 總體電路圖分析27第4章 cr6853134.1 cr6853簡(jiǎn)介134.1.1 cr6853簡(jiǎn)介134.1.2 cr6853管腳信息14結(jié) 論29謝辭30參考文獻(xiàn)31外文資料譯文32前言隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種電力電子設(shè)備與我們的工作、生活緊密的聯(lián)系在了一起，而所有的電子設(shè)備都離不開電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源也相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通

9、信、檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已經(jīng)廣泛地使用開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的快速發(fā)展。 開關(guān)電源離不開開關(guān)器件，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件igbt和mosfet的快速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到了一個(gè)非常高的水平,使開關(guān)電源具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的最主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而也促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的快速發(fā)展。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高。人們對(duì)電子設(shè)備的依賴性也不斷增強(qiáng)，然而任何電器和電氣設(shè)備要正常工作都離不開可靠的電源供電。由于開關(guān)電源具有體積小、功率密度大和工作效率

10、高、穩(wěn)壓范圍寬等一系列優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源在人們的工作和生活中特別是我們所用的電器設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。 第1章 開關(guān)電源介紹1.1 開關(guān)電源概述1.1.1 開關(guān)電源工作原理開關(guān)電源就是將功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性開啟和關(guān)閉，控制開關(guān)元件的占空比來調(diào)整輸出電壓的大小，通常開關(guān)電源的工作原理可以用圖1-1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)，它其實(shí)就是一個(gè)受pwm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。 (a) 電路圖；(b)

11、波形圖圖1-1開關(guān)電源的工作原理為了方便分析開關(guān)電源電路，我們定義脈沖占空比： (1-1)其中，t表示開關(guān)s的開關(guān)周期；ton表示開關(guān)s在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間。這樣我們可以算出開關(guān)電源直流輸出電壓uo與輸入電壓ui之間的關(guān)系：uo=uid (1-2)由式(1-1)和式(1-2)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，即可改變pwm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pwm式開關(guān)電源用得較多。1.1.2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)開關(guān)電源的基本組成如圖1

12、-2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

13、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)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1-2 開關(guān)電源的基本組成1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：(1) 功耗小，效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在導(dǎo)-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，其切換速度可以達(dá)到很高，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達(dá)90%以上；(2) 體積小，重量輕。

14、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，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了；(3) 穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270 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，由于可以非常方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)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； 1.2 開關(guān)器件1.2.1 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

15、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

16、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。1.2.2 器件tl431tl431是一個(gè)具有良好熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓可以用兩個(gè)電阻進(jìn)行分壓調(diào)節(jié)，其輸出電壓可以設(shè)置到從vref（2.5v）到36v范圍內(nèi)的任何值。tl431的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，運(yùn)放電路、可調(diào)電壓源，開關(guān)電源等等。tl431

17、是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。tl431特點(diǎn)： （1）最大輸出電壓為37v； （2）電壓參考誤差：0.4 ，典型值25（tl431b）；（3）低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22 ； （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； （8）輸出電壓范圍為2.5v-36v；內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5v； (9) 最大工作電流150ma；圖13 tl431的外觀和管腳tl431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖可以用圖1-4的功能模塊示意。由圖可知，vi是一個(gè)內(nèi)部的基準(zhǔn)源，其大小為2.5

18、v，接在運(yùn)算放大器的反向輸入端。由運(yùn)放的特點(diǎn)可得，只有當(dāng)ref端的電壓非常接近vi（2.5v）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，通過三極管的電流將從1ma到100ma變化。 圖1-4 模塊圖1.2.3 電力二極管電力二極管（power diode)自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器，并已開始逐步取代汞弧整流器。它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與信息電子電路中的二極管是一樣的，都以半導(dǎo)體pn結(jié)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)正向?qū)ā⒎聪蚪刂沟墓δ?；電力二極管是不可控器件，其導(dǎo)通和關(guān)斷完全是由其在主電路中承受的電壓和電流決定的。雖然不是可控器件，但它的結(jié)構(gòu)原理

19、比較簡(jiǎn)單，工作可靠，所以直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中。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。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)頻率不是很高(1 khz以下)的整流電路中。2. 快恢復(fù)二極管(frd)快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱frd）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、pwm脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通pn結(jié)二極管不同，它屬于pin結(jié)型二極管，

20、即在p型硅材料與n型硅材料中間增加了基區(qū)i，構(gòu)成pin硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，其恢復(fù)時(shí)間大都低于5s，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。3.肖特基二極管 肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（schottky）命名的，肖特基二極管不是利用p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體接觸形成pn結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間非常短只有1040 ns，而正向恢復(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他的正向壓降也很小，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

21、極管還要小，效率高。而肖特基二極管也有很多不足之處：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)升高以至于不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此大多用于200 v以下；肖特基二極管的反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。1.2.4 光耦pc817光電耦合器是以光為媒介來傳播電信號(hào)的器件。 pc817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級(jí)電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光

22、-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,pc817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。主要應(yīng)用范圍：開關(guān)電源、適配器、充電器、ups、dvd、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品。圖15 pc817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.2.5 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet1.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的mos型，簡(jiǎn)稱電力mosfet。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流

23、，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10 kw的電源電子裝置。2.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理(a) n溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖； (b) 電氣圖形符號(hào)圖1-5 電力mosfet的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力mosfet的種類按導(dǎo)電溝道可分為p溝道和n溝道，當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型；對(duì)于n(p)溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。如圖1-5所示，其中g(shù)為柵極，s為源極，d為漏極。電力mosfet的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。p基區(qū)與n漂移區(qū)

24、之間形成的pn結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓ugs，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過，但柵極的正電壓會(huì)將其下面p區(qū)中的空穴推開，而將p區(qū)中的電子吸引到柵極下面的p區(qū)表面。第2章 主要開關(guān)變換電路2.1 整流濾波電路本次使用橋式整流器和電容濾波，利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只對(duì)立的二極管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只對(duì)立的二極管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。電容c2用于濾波圖2-1輸入整流濾波電路2.2 電壓反饋電路電壓反饋電路如圖2-3所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器tl431和光電耦合器反

25、饋到cr6853的(7)腳，調(diào)節(jié)r11、r12的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓升高，集成穩(wěn)壓器tl431的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即cr6853(7)腳對(duì)地的分流變大，cr6853的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓減小。同樣如果輸出電壓減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。圖2-3電壓反饋電路2.3 電壓保護(hù)電路cr6853內(nèi)部設(shè)有箝位電路，當(dāng)vdd超過ovp電壓值時(shí)，說明負(fù)載上發(fā)生了過壓，cr6853關(guān)斷輸出。當(dāng)發(fā)生過壓保護(hù)時(shí)，如果vdd端口電壓超過電壓閾值時(shí)，內(nèi)部鉗位電路將vdd箝位至其閾值以保護(hù)cr6853不會(huì)被損壞。第3章 利用cr685

26、3設(shè)計(jì)小功率電源3.1 電源設(shè)計(jì)指標(biāo)小型電源輸入、輸出參數(shù)如下： 輸入電壓：ac 220v； 輸入電壓變動(dòng)范圍：90240v； 輸入頻率：50hz； 輸出電壓：5v；輸出電流：1.0a?？刂齐娐沸问綖樗な?，采用cr6853為pwm控制電路。電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器的特性。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動(dòng)損耗、輸出整流管的損耗會(huì)越來越突出，而且頻率越高，對(duì)磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)的要求會(huì)越苛刻。另外高頻下線路的寄生參數(shù)對(duì)線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、運(yùn)行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。在本電源中，選定工作頻率

27、為67khz.。3.2 系統(tǒng)基本框圖 開關(guān)電源通常由：輸入電路、功率轉(zhuǎn)換、輸出電路、控制電路、頻率振蕩發(fā)生器五大部分dc直流輸出輸出整流濾波換器橋式整流濾波器dc/dc變換器轉(zhuǎn)換交流輸入占空比控制電路器放大電路換器控制電路i 換器3.2.1 元件的選擇1 變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì)由變換器預(yù)定技術(shù)指標(biāo)可知變壓器初級(jí)側(cè)電壓vin(min)=200v,vin(max)=380v,預(yù)設(shè)效率，工作頻率65khz電源輸出功率p(out)=5w變壓器的輸入功率p(in)=p(out)/0.8=7w.根據(jù)面積乘積法來確定磁芯型號(hào)，為了留有一定裕量，選用錳鋅鐵氧體磁芯efd20，有效截面積。因?yàn)樗x的mos管的最

28、大耐壓值。在100 v裕量條件下所允許的最大反射電壓vf=vmosmax-vdcmac-100=600-380-100=120v最大占空比dmax=vf/(vdcmin+vf)=120/(200+120)=0.375初級(jí)電流ip=2*pin/d(max)*vdcmin=2*7/(0.375*200)=0.19a初級(jí)最大電感量lp=(d(max)*vdcmin)/f*ip=0.375*200/65*0.19=6mh初次級(jí)匝數(shù)比n1=vf/vo=120/5.6=25初級(jí)匝數(shù)其中，磁感應(yīng)強(qiáng)度b =028 t；由于此變換器設(shè)計(jì)在斷續(xù)工作模式k=1(連續(xù)模式k=0.5)磁芯氣隙5v-次級(jí)匝數(shù)15v輔助繞

29、組匝數(shù)3.2.2 電路結(jié)構(gòu)的選擇小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易適應(yīng)高頻化。用電流型pwm控制芯片cr6853構(gòu)成的單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路如圖4-1所示。單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖4-1中，開關(guān)管vt導(dǎo)通時(shí)q1導(dǎo)通，副邊線圈n1向負(fù)載供電，d6截止，反饋電線圈n3的電流為零；q1關(guān)斷時(shí)d1截止，d6導(dǎo)通，n3經(jīng)電容c6濾波后向cr6853(2)腳供電，同時(shí)原邊線圈n2上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使d3導(dǎo)通并加在rc吸收回路。由于變壓器中的磁

30、場(chǎng)能量可通過n3泄放，而不像一般的rcd磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，達(dá)到減少發(fā)熱，提高效率的目的。圖41單端正激式開關(guān)電源的主電路圖3.3 啟動(dòng)電路 圖42輸入220v交流電，交流電壓經(jīng)d橋式整流以及電解電容c2濾波后變成3l0v的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)通過電阻r1分壓給cr6853提供啟動(dòng)電壓，當(dāng)電壓達(dá)到cr6853的啟動(dòng)電壓門檻值時(shí)，cr6853開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由腳1輸出推動(dòng)開關(guān)管工作。隨著cr6853的啟動(dòng)，r1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給cr6853供電。由于輸入電壓超過了cr6853的工作，為了避免意外，用d7穩(wěn)壓管限定cr6853的輸入電壓

31、，否則將出現(xiàn)cr6853被損壞的情況。 圖42啟動(dòng)電路3.4 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 圖43 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路圖43由分壓電阻r1提供分得的電壓接入cr6853的2（vdd）管腳，cr6853啟動(dòng)工作，由1端（gate）輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況，此時(shí)變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng)1腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時(shí)反饋線圈向cr6853供電。cr6853內(nèi)部設(shè)有欠

32、壓鎖定電路，電源電壓接通之后，當(dāng)2端電壓升至其閾值電壓時(shí)cr6853開始工作。由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如圖43所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，r6兩端的電壓上升，其中r19和c8組成濾波電路防止脈沖尖峰使電路誤操作，cr6853的腳4上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.75v時(shí)，cr6853的gate會(huì)限制輸出，這時(shí)系統(tǒng)處于恒功率輸出狀態(tài)，即如果增加輸出負(fù)載電流，那么系統(tǒng)輸出電壓相應(yīng)下降，vfb相應(yīng)上升，當(dāng)這種現(xiàn)象持續(xù)35ms后

33、芯片將進(jìn)入過功率保護(hù)，gate會(huì)關(guān)閉輸出從而保護(hù)整個(gè)電路 3.5 直流輸出與反饋電路當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器初級(jí)繞組上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，開關(guān)管截止后，能量通過次級(jí)繞組釋放到負(fù)載上。由公式：uo=(ton/(n)e （410）可以得出，輸出電壓和開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間及輸入電壓成正比；與初，次級(jí)繞組的匝數(shù)比及開關(guān)管的截止時(shí)間成反比。反饋電路采用精密穩(wěn)壓器tl431和線性光耦pc81。利用tl431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖44輸出電壓經(jīng)r5，r9分壓后得到的取樣電壓，與tl431中的2.5 v帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)正

34、誤差，取樣電壓2.5 v，tl431的穩(wěn)壓值降低，光耦控制端電流增大，cr6853的反饋端(vfb)電壓值增大，輸出端的脈沖信號(hào)占空比降低，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間減少，輸出電壓降低；反之，如果輸出電壓出現(xiàn)負(fù)誤差，cr6853的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達(dá)到穩(wěn)壓目的。 圖44 直流輸出與反饋電路3.6 總體電路圖分析本設(shè)計(jì)利用cr6853組成的pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路，輸出5v直流電源。電路分為四個(gè)模塊，整流濾波電路，為cr6853提供啟動(dòng)電壓，cr6853組成的pwm脈沖電路，驅(qū)動(dòng)mosfet管為變壓器線圈提供脈沖,以及一個(gè)電壓反饋電路。當(dāng)電路啟動(dòng)運(yùn)行后，cr6853的啟動(dòng)電壓由d6整流然后經(jīng)

35、過r8限流后給vdd提供電源，此時(shí)第一模塊的啟動(dòng)電路不再提供啟動(dòng)電壓。設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于精密的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖45總體電路圖 第四章、cr6853介紹4.1.1 cr6853簡(jiǎn)介塑料封裝外殼：圖1.8塑料封裝外殼 圖1.9 俯視圖 cr6853 是用于36w 以內(nèi)離線式開關(guān)電源ic，該ic 具有優(yōu)化的圖騰驅(qū)動(dòng)電路以及電流模式pwm 控制器。該芯片適用于離線式ac-dc 反激拓?fù)涞男」β孰娫茨K。芯片可以通過外接電阻改變工作頻率；在輕載和無負(fù)載情況下自動(dòng)進(jìn)入pfm 和crm，這樣可以有效減小電源模塊的待機(jī)功耗，達(dá)到綠色節(jié)能的目的。cr6853 具有很低的啟動(dòng)電流，因此可以采用一個(gè)2 兆歐姆的啟動(dòng)電阻

36、。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止次諧波振蕩，cr6853 內(nèi)置了同步斜坡補(bǔ)償電路；而動(dòng)態(tài)峰值限制電路減小了在寬電壓輸入(90v264v) 時(shí)最大輸出功率的變化；內(nèi)置的前沿消隱電路可以消除開關(guān)管每次開啟產(chǎn)生的干擾。 cr6853 內(nèi)置了多種保護(hù)功能：過壓保護(hù)、逐周期峰值電流限制、欠壓鎖定(可以用它實(shí)現(xiàn)短路和過流保護(hù)）以及輸出驅(qū)動(dòng)的高電平鉗位在18.0v 以下。而驅(qū)動(dòng)輸出采用的圖騰柱和軟驅(qū)動(dòng)有效降低了開關(guān)噪聲。 由于cr6853 高度集成，使用外圍元件較少。采用cr6853 可以簡(jiǎn)化反激式隔離ac-dc 開關(guān)電源設(shè)計(jì)，從而使設(shè)計(jì)者輕松的獲得可靠的系統(tǒng)。 圖4.1 cr6853的內(nèi)部框圖4.1.2 cr

37、6853管腳信息 圖1.9 俯視圖gate：圖騰柱輸出驅(qū)動(dòng)外圍功率管；vdd：芯片供電端；nc：not applicable；sen:原邊電流檢測(cè)端，通過偵測(cè)sen電阻上的電壓來檢測(cè)流過功率管兩端的的電流大小，通過該腳可以調(diào)節(jié)最大輸出功率；ged:芯片的地端；fb：輸出反饋輸入腳，引腳的輸入電流可以控制pwm的工作周期、短路保護(hù)和過載保護(hù)；ri：用來調(diào)節(jié)pwm開關(guān)頻率，通過改變?cè)撃_與地之間的電阻來實(shí)現(xiàn)洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）結(jié) 論在信息和數(shù)字時(shí)代，所有電子設(shè)備都需要有一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源來提供能量。因此開關(guān)電源的發(fā)展對(duì)于國(guó)家的發(fā)展與建設(shè)有及其重要的作用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，開關(guān)電源方面的技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了小型化，高效率可靠的開關(guān)電源，全世界的工程師做出了不懈的努力。 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)電源一般有pwm控制ic和開關(guān)器件（mosfet、bjt等）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