開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)基于top225y開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、基于TOP225Y開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)摘 要開(kāi)關(guān)電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍廣，體積小等突出優(yōu)點(diǎn)， 在通信設(shè)備數(shù)控裝置，儀表儀器影音設(shè)備，家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng)用。TOP系列電源為美國(guó)POWER INTEGRATION 公司生產(chǎn)的集成開(kāi)關(guān)電源，具有集成度高，性價(jià)比高，外圍電路簡(jiǎn)單，性能指標(biāo)佳以及能構(gòu)成高效率無(wú)工頻變壓器的隔離式開(kāi)關(guān)電源等優(yōu)點(diǎn)。目前已成為國(guó)際上開(kāi)發(fā)中，小功率開(kāi)關(guān)電源，精密開(kāi)關(guān)電源及電源模板的優(yōu)選集成電路。本文設(shè)計(jì)的基于TOP225Y 芯片離線式 PWM 集成反激式開(kāi)關(guān)電源，闡述了 TOP225Y 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，雙路輸出為 20V 門 A 、15V/ 1A ，同時(shí)按照

2、要求，進(jìn)行電路參數(shù)的實(shí)際計(jì)算，給系統(tǒng)選擇了合適的高頻變壓器，輸出整流濾波電路及反饋電路等，最終給出測(cè)試分析和測(cè)試結(jié)果。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源， 雙路輸出 ， 集成反激式， 整流， 反饋THE DESIGN OF SWITCHING POWER IS BASED ON THE TOP225YABSTRACTSwitching power supply with low consumption, high efficiency, wide voltage, small advantage in communication equipment, CNC equipment, instrument audi

3、o equipment, household appliances, etc widely applied in electronic circuits.TOP U.S. power supply for series of integrated production company need to switch power, has high integration, cost-effective, outer circuit is simple, performance and can form no better efficiency of the isolated transforme

4、r switch power supply, etc. At present has become the international development of small power switch power supply, switching power supply, selection of template and integrated circuits.The paper TOP225Y chip design based on off-line PWM integrated flyback type switch power TOP225Y, expounds the int

5、ernal structure and working principle, double path for 20V door, output, according to 15V / 1A requirement of the circuit parameters calculated, to choose the right system and output rectifier transformer filter circuits and feedback circuit, finally gives test analysis and test results.KEY WORDS: S

6、witching power supply，Double path output，Integrated flyback type，Rectifying，Opt coupler feed back目錄前言1第1章 緒論31.1 開(kāi)關(guān)電源的定義3開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨式41.3 本論文的設(shè)計(jì)研究意義5第2章 開(kāi)關(guān)電源的分類及原理62.1 開(kāi)關(guān)電源的分類6開(kāi)關(guān)電源的基本組成和原理10PWM的基本工作原理11TOP Switch系列及其工作原理13第3章 基于TOP225Y開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)163.1 設(shè)計(jì)流程圖163.2 技術(shù)指標(biāo)和性能要求173.3 TOP225Y的主要性能特點(diǎn)和元件選擇173.3.1 性

7、能特點(diǎn)173.3.2 線性光耦合器PC817183.3.3 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43119開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)203.4.1 TOP225Y芯片原理圖203.4.2 輸入整流濾波電路203.4.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)213.4.4 箝壓齊納管（VR）和阻斷二極管（VD）的選擇213.4.5 輸入整流電路的設(shè)計(jì)223.4.6 反饋電路的設(shè)計(jì)223.5 結(jié)果分析233.6 基于TOP225Y開(kāi)關(guān)電源的的原理圖繪制24第4章 總結(jié)264.1 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生及其抑制26開(kāi)關(guān)電源干擾產(chǎn)生的機(jī)理264.1.2 對(duì)于開(kāi)關(guān)電源干擾的一些抑制措施274.2 設(shè)計(jì)的體會(huì)與問(wèn)題總結(jié)29謝 辭30參考文獻(xiàn)31前言

8、開(kāi)關(guān)電源自20世紀(jì)70年代開(kāi)始應(yīng)來(lái)，涌現(xiàn)出許多功能完備集成控制電路，使開(kāi)關(guān)電源電路日益簡(jiǎn)化，工作頻率不斷提高，效率大大提高，并為電源小型化提供了廣闊前景。三端離線式脈寬調(diào)制單片開(kāi)關(guān)集成電路TOP(Threeterminaloffline) 將PWM控制器與功率開(kāi)關(guān)MOSFET合二為一封裝一起，已成為開(kāi)關(guān)電源IC發(fā)展主流。采用TOP開(kāi)關(guān)集成電路設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源，可使電路大為簡(jiǎn)化，體積進(jìn)一步縮小，成本也明顯降低開(kāi)關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源，由美國(guó) PI 公司推出的 TOPSwitch 系列開(kāi)關(guān)電源集成芯片更加方便了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品化。開(kāi)關(guān)電

9、源的高頻變換電路形式很多，常用的離線式變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。而單端反激型直流穩(wěn)壓電源配合電流型 PWM 控制電路，具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。由于多路輸出開(kāi)關(guān)電源廣泛應(yīng)用在各種復(fù)雜小功率電子系統(tǒng)中，具有輸出電壓低、輸出電流變化范圍廣等特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源因其體積小、重量輕、效率高、安全、可靠等特點(diǎn)，推動(dòng)了自身及其應(yīng)用產(chǎn)品的小型化、輕便化，節(jié)約了大量的能源和原材料，在國(guó)際上被譽(yù)為綠色能源，得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。但是，信息處理和控制的功能越來(lái)越強(qiáng)大、信息處理速度越來(lái)越快，使得供電電壓一降再降，比如3.3V、1.8V、1.2V等等。另外，不論是從當(dāng)前還是長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，人們對(duì)保

10、護(hù)環(huán)境、節(jié)能降耗的要求將會(huì)越來(lái)越高。因此，這些都對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了越來(lái)越高的要求?？梢灶A(yù)測(cè)，開(kāi)關(guān)電源將會(huì)隨著外部及自身的技術(shù)發(fā)展而發(fā)展，在未來(lái)世界的綠色革命中起到舉足輕重的作用。當(dāng)前，隨著人們生活水平的提高，更多種類的家用電子設(shè)備進(jìn)入到了普通家庭中，給我們的生活帶來(lái)了無(wú)限樂(lè)趣。DVD播放機(jī)就是其中之一。在DVD的播放中，對(duì)于信息的解碼、音頻視頻的放大等所需要的供電電壓都有著較高的要求，否則對(duì)播放機(jī)的性能和機(jī)器壽命將會(huì)產(chǎn)生很大的影響。另外，從前幾年DVD笨重的外形到現(xiàn)在越來(lái)越薄，輕便，精致，美觀等一系列的變化，都需要開(kāi)關(guān)電源小尺寸化的支持。況且，開(kāi)發(fā)出效率更高的開(kāi)關(guān)電源，也是當(dāng)前節(jié)能降耗的要求，符

11、合綠色能源、綠色產(chǎn)品這一趨勢(shì)。 第1章 緒論 開(kāi)關(guān)電源的定義隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)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(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)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(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開(kāi)關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功

12、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(kāi)關(guān)電源，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開(kāi)關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。1.功耗小，效率高。在開(kāi)關(guān)電源電路中，晶體管V在激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下，它交替地工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右，在一些技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，可以做到幾百或者近1000kHz。這使得開(kāi)關(guān)晶體管V的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)到80%。2.體積小，重量輕。從開(kāi)關(guān)電源的原理框圖可以清楚地看到這里沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器

13、。由于調(diào)整管V上的耗散功率大幅度降低后，又省去了較大的散熱片。由于這兩方面原因，所以開(kāi)關(guān)電源的體積小，重量輕。 3.穩(wěn)壓范圍寬。從開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)的，輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能夠保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。開(kāi)關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開(kāi)關(guān)電源。濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。開(kāi)關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50k

14、Hz，是線性穩(wěn)壓電源的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍；即使采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了500倍。在相同的紋波輸出電壓下，采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/5001/1000。電路形式靈活多樣，有自激式和他激式，有調(diào)寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等等，設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)電源。1.2開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展和趨式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(kāi)端，1957年美國(guó)查賽（Jen Sen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，年美國(guó)科學(xué)家們提出

15、取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)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，終于做成了千赫的開(kāi)關(guān)電源。 目前，開(kāi)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)上出售的開(kāi)關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的kHz、用制成的kHz電源，雖已實(shí)用化，但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開(kāi)關(guān)頻率，就要減少開(kāi)關(guān)損耗，而要減少開(kāi)關(guān)損耗，就需要有高速開(kāi)關(guān)元器件。然而，開(kāi)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)

16、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。其中，為防止隨開(kāi)關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用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(guò)，對(duì)1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開(kāi)關(guān)上的電壓或通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生。這種開(kāi)關(guān)方式稱為諧振式開(kāi)關(guān)。目前對(duì)這種開(kāi)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(kāi)關(guān)速度就可以在理論上把開(kāi)關(guān)損耗降到零，而且噪聲也小，可望成為開(kāi)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

17、。1.3 本論文的設(shè)計(jì)研究意義開(kāi)關(guān)電源體積小、效率高，被譽(yù)為高效節(jié)能電源，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。當(dāng)今開(kāi)關(guān)電源正向著集成化、智能化的方向發(fā)展。高度集成、功能強(qiáng)大的開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源代表著開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的主流方向。本論文主要圍繞當(dāng)前流行的集成開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行小功率開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源特性的研究。單片開(kāi)關(guān)電源克服了以往開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中外圍元件和輔助電路復(fù)雜等問(wèn)題，有力地促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的高效化、模塊化和集成化。本文采用TOP224Y研制了一款單片開(kāi)關(guān)電源，論文給出了外圍電路各部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，并進(jìn)行了參數(shù)計(jì)算，通過(guò)實(shí)測(cè)結(jié)果分析，驗(yàn)證了理論的可行性。具有較強(qiáng)的適用性。本主要內(nèi)容如下：根據(jù)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源采用全控

18、型電力電子器件作為開(kāi)關(guān)，利用控制開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓，具有體積小、重量輕、噪音小，以及可靠性高等新型電源特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作出一種額定輸出功率為30W的小功率雙輸出開(kāi)關(guān)電源。本設(shè)計(jì)的交流輸入電壓范圍是AC140V240V，該電源能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等功能。主要采用TOP225Y、PC817、TL431等專用芯片以及其他的電路元件相配合來(lái)完成。第2章 開(kāi)關(guān)電源的分類及原理 開(kāi)關(guān)電源的分類開(kāi)關(guān)電源的分類方法有多種。按驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分可分為自激式和它激式。自激式開(kāi)關(guān)電源由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路來(lái)完成自激振蕩，它激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須附加一個(gè)振蕩器，振蕩器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)脈沖加在開(kāi)關(guān)管上，

19、控制開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和截止；按開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)及連接方式可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等。單端式僅用一個(gè)開(kāi)關(guān)管，推挽式和半橋式采用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，全橋式則采用四個(gè)開(kāi)關(guān)管；按開(kāi)關(guān)管的連接方式可分為串聯(lián)型與并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源。串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是串聯(lián)在輸入電壓與輸出負(fù)載之間的，屬于降壓式穩(wěn)壓電路，而并聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管是與輸出負(fù)載相并聯(lián)的，屬于升壓式電路；此外，還可分為隔離與非隔離型，調(diào)頻、調(diào)幅及兩者混合型等。1.單端反激式開(kāi)關(guān)電源單端反激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-1所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器T初級(jí)繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，副邊上沒(méi)有電流通過(guò)，能量?jī)?chǔ)存在高頻

20、變壓器的初級(jí)繞組中。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，變壓器T副邊上的電壓極性顛倒，使初級(jí)繞組中存儲(chǔ)的能量通過(guò)VD1整流和電容C濾波后向負(fù)載輸出。圖2-1 單端反激式開(kāi)關(guān)電源單端反激式開(kāi)關(guān)電源電路簡(jiǎn)單、所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便的實(shí)現(xiàn)單路或多路輸出。并且開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，可通過(guò)改變高頻變壓器的原、副邊繞組匝數(shù)比使占空比保持在最佳范圍內(nèi)，具有較好的電壓調(diào)整率。其輸出功率為20100W，工作頻率在20200kHz之間，是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中最常用的一種拓?fù)浞绞?。但是，它也有一定的缺點(diǎn)，如開(kāi)關(guān)管截止期間所受反向電壓較高，導(dǎo)通期間流過(guò)開(kāi)關(guān)管的峰值電流較大等。不過(guò)，這些可以通過(guò)選用高耐壓、大電流的高速功率

21、器件，在輸入和輸出端加濾波電路等措施加以解決。2.單端正激式開(kāi)關(guān)電源單端正激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-2所示。它與單端反激式電路在形式上相似，但工作情形不同。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí), VD2也導(dǎo)通，這時(shí)電網(wǎng)向負(fù)載傳送能量，濾波電感L儲(chǔ)存能量：當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感L通過(guò)續(xù)流二極管VD3繼續(xù)向負(fù)載釋放能量。在電路中還設(shè)有鉗位線圈與二極管VD1，它可以將開(kāi)關(guān)管VT1的最高電壓限制在兩倍電源電壓之間。電路中脈沖的占空比不能大于50%。由于這種電路在開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50200W的功率。但變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大。因此，實(shí)際應(yīng)用并不多。 圖2

22、-2 單端正激式開(kāi)關(guān)電源3.自激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源自激式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-3所示。接入電源后R1給開(kāi)關(guān)管VT1提供啟動(dòng)電流，使VT1導(dǎo)通，其集電極電流Ic在L1中線性增長(zhǎng)，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為正，發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使VT1很快飽和。同時(shí)，感應(yīng)電壓給C1充電。隨著C1充電電壓的增高，VT1基極電位逐漸變低并退出飽和區(qū)，Ic減小，在L2中感應(yīng)出使VT1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使VT1迅速截止，這時(shí)二極管VD1導(dǎo)通，高頻變壓器T初級(jí)繞組中的儲(chǔ)能釋放給負(fù)載。在VT1截止時(shí)，L2中沒(méi)有感應(yīng)電壓，直流供電輸入電壓又經(jīng)R1給C1反向充電，逐漸提高VT1基極電位，使其重新導(dǎo)通，再次達(dá)到飽

23、和狀態(tài)，電路就這樣重復(fù)振蕩下去。像單端反激式開(kāi)關(guān)電源那樣，由變壓器T的次級(jí)繞組向負(fù)載輸出所需的電壓。自激式開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)管起著開(kāi)關(guān)及振蕩的雙重作用，也省去了控制電路。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級(jí)且工作在反激狀態(tài)，具有輸入和輸出相互隔離的優(yōu)點(diǎn)。這種電路不僅適用于大功率電源，亦適用于小功率電源。 圖2-3 自激式開(kāi)關(guān)電源4.推挽式開(kāi)關(guān)電源推挽式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-4所示。它屬于雙端式變換電路，使用兩個(gè)開(kāi)關(guān)管VT1和VT2，在外激勵(lì)方波信號(hào)的控制下交替導(dǎo)通與截止，在變壓器T次級(jí)繞組得到方波電壓，經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。圖2-4 推挽式開(kāi)關(guān)電源這種電路的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)開(kāi)關(guān)管容易驅(qū)動(dòng)，缺點(diǎn)

24、是開(kāi)關(guān)管的耐壓要達(dá)到兩倍電路峰值電壓。電路的輸出功率較大，一般在100500W范圍內(nèi)。5.降壓式開(kāi)關(guān)電源降壓式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-5所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1截止，輸入的整流電壓經(jīng)VT1和L向C充電，這一電流使電感L中的儲(chǔ)能增加。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，經(jīng)負(fù)載RL和續(xù)流二極管VD1釋放電感L中存儲(chǔ)的能量，維持輸出直流電壓不變。電路輸出直流電壓的高低由加在VT1基極上的脈沖寬度確定。圖2-5 降壓式開(kāi)關(guān)電源6.升壓式開(kāi)關(guān)電源升壓式開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)壓電路如圖2-6所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，電感L儲(chǔ)存能量。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感L感應(yīng)出左負(fù)右正的電壓，

25、該電壓疊加在輸人電壓上，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，使輸出電壓大于輸人電壓，形成升壓式開(kāi)關(guān)電源。圖2-6 升壓式開(kāi)關(guān)電源7.反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的典型電路如圖2-7所示。這種電路又稱為升降壓式開(kāi)關(guān)電源，無(wú)論開(kāi)關(guān)管VT1之前的脈動(dòng)直流電壓高于或低于輸出端的穩(wěn)定電壓，電路均能正常工作。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1導(dǎo)通時(shí)，電感L儲(chǔ)存能量，二極管VD1截止，負(fù)載RL靠電容C上次的充電電荷供電。當(dāng)開(kāi)關(guān)管VT1截止時(shí)，電感L中的電流繼續(xù)流通，并感應(yīng)出上負(fù)下正的電壓，經(jīng)二極管VD1向負(fù)載供電，同時(shí)給電容C充電。降壓式、升壓式、反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源的高壓輸出電路與副邊輸出電路之間沒(méi)有絕緣隔離，統(tǒng)稱為斬波型直流變換器。 圖

26、2-7 反轉(zhuǎn)式開(kāi)關(guān)電源2.2開(kāi)關(guān)電源的基本組成和原理流濾波電路、功率轉(zhuǎn)換電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路及控制電路部分組成。其中，控制電路又包括取樣器、基準(zhǔn)電壓、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路組成。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路原理框圖如圖2-8所示：輸入整流濾波功率轉(zhuǎn)換電路高頻變壓器輸出整流濾波取樣器比較器脈寬調(diào)制振蕩器基準(zhǔn)電壓DCAC圖2-8 開(kāi)關(guān)電源的原理框圖首先，交流電經(jīng)輸入部分整流電路和濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電。然后，該直流電又通過(guò)功率轉(zhuǎn)換電路進(jìn)人高頻變壓器被轉(zhuǎn)換成所需的電壓值，最后再將這個(gè)電壓經(jīng)輸出部分整流濾波電路的整流、濾波后變?yōu)樗枰闹绷麟姽┙o用電設(shè)備

27、。這中間，電源的穩(wěn)壓是靠反饋控制電路（控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到電壓的穩(wěn)定輸出）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。即:輸出電流經(jīng)取樣器送至比較器，使之與基準(zhǔn)電壓電路中的電流相比較，然后由脈寬調(diào)制電路根據(jù)比較結(jié)果來(lái)進(jìn)行脈寬調(diào)制，從而控制功率轉(zhuǎn)換電路中相應(yīng)功率輸出的大小，最后實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。目前，這部分電路目前己集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源的專用集成電路。2.3 PWM的基本工作原理開(kāi)關(guān)電源有兩種基本形式：一種是脈沖寬度調(diào)制（PWM）其特點(diǎn)是固定開(kāi)關(guān)的頻率。通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比（D）；另一種是脈沖頻率調(diào)制PFM，其特征是固定脈沖寬度，利用改變開(kāi)關(guān)頻率的方法來(lái)調(diào)節(jié)占空比。二者的電路不同單作

28、用效果相同，均可達(dá)到穩(wěn)壓之目的，都屬于時(shí)間比率控制方式TRC。脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的工作原理:交流220V輸入電壓經(jīng)過(guò)整流濾波電路變成直流電壓，在由開(kāi)關(guān)功率管斬波和高頻電壓器降壓，得到高頻矩形波電壓，經(jīng)整流濾波后獲得所需要的直流輸出電壓，脈寬調(diào)制器是這類開(kāi)關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)符號(hào)，控制開(kāi)關(guān)功率管的通斷狀態(tài)，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的高低達(dá)到穩(wěn)壓目的，鋸齒波發(fā)生器用于提供穩(wěn)定的時(shí)鐘頻率信號(hào)。利用誤差放大器和PWM比較器形成閉環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)，加入由于某種原因是Vo升高時(shí)脈寬調(diào)制器就改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即改變占空比（D），使斬波后的平均值電壓下降，導(dǎo)致Vo降低，反之亦然。脈沖頻率

29、調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源則是用固定脈寬發(fā)生電路代替PWM中的鋸齒波發(fā)生器，并且利用壓控振蕩器來(lái)完成v/f轉(zhuǎn)換。其穩(wěn)壓原理是：當(dāng)Vo升高時(shí)，遙控制器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度入變窄而周期變短，使得占空比D下降。Vo降低，反之亦然。見(jiàn)圖2-9： 圖 2-9 脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的工作原理2.4 TOP Switch系列及其工作原理美國(guó)功率集成公司（PI公司）在1994年推出第一代TOP Switch芯片，1997年，美國(guó)功率集成公司又推出了TOP Switch系列器件。TOP Switch系列器件和TOP Switch系列器件相比，內(nèi)電路作了許多改進(jìn)，器件對(duì)于電路板布局以及輸入總線瞬變的敏感性大大減少，故設(shè)計(jì)更為

30、方便，性能又有了增強(qiáng)，性能價(jià)格比更高。與TOP Switch系列器件相比，TOP Switch系列器件在輸入電壓為100V、115V或230VAC時(shí)，系統(tǒng)功率從（0100）W提高到（0150）W，在三種電壓下均可工作時(shí)，系統(tǒng)的功率從（050）W提高到（090）W，從而使得TOP Switch器件可在如電視、監(jiān)視器以及音頻放大器等許多新的應(yīng)用范圍內(nèi)使用。TOP Switch 主要用于AC/DC 轉(zhuǎn)換器，具有體積小，重量輕，寬輸入范圍（85V-265V），提供了PI Expert專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，便于用戶更快地設(shè)計(jì)出自已的產(chǎn)品。采用TOP Switch器件的開(kāi)關(guān)電源與采用分立的MOSFET功率開(kāi)關(guān)

31、及PWM集成控制器的開(kāi)關(guān)電源相比，具有以下特點(diǎn)：1、成本低廉。使用TOP Switch器件，比用其他開(kāi)關(guān)電源節(jié)省很多個(gè)元器件，從而使產(chǎn)品的大小和重量減少；TOP Switch因采用了源極調(diào)節(jié)板和可控的MOSFET通態(tài)驅(qū)動(dòng)，故電磁干擾(EMI)和EMI濾波器的成本可明顯降低；2、系統(tǒng)效率高。TOP Switch系采用CMOS工藝制作，并在芯片中集成了盡可能多的功能，故與采用二極管或分立的功率開(kāi)關(guān)電路相比，偏置電流顯著降低；開(kāi)關(guān)電源所需的功能集成于芯片中后，外部的電流傳感電阻和初始起動(dòng)偏壓電流的電路均可除去，系統(tǒng)效率大大提高。特別是TOP Switch器件專門針對(duì)反激式功率變換電路進(jìn)行了優(yōu)化，使最

32、大值占空比可達(dá)70%，TOP100TOP104，TOP200TOP204/TOP214的效率可達(dá)90%，TOP209/TOP210的效率也可超過(guò)80%；電源設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。TOP Switch芯片是一個(gè)自偏置、自保護(hù)的電流-占空比線性控制轉(zhuǎn)換器。通常在控制極和源極之間，緊靠其管腳，并聯(lián)一個(gè)外部旁路電容。電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在RE兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)RC濾波后，輸入到PWM比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)MOSFET管，因而可通過(guò)控制極外接的電容充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。當(dāng)控制極電壓Uc達(dá)到5.7V時(shí)，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此

33、時(shí)由反饋控制電流向Uc供電。在正常工作階段，由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)MOSFET的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，Uc升高，采樣電阻RE上的誤差電壓亦升高。而在與鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開(kāi)關(guān)電源的電壓減小。當(dāng)控制極電壓低于4.7V時(shí)，MOSFET管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向Uc充電，其關(guān)斷/自動(dòng)復(fù)位滯回比較器可使Uc保持在4.7V5.7V之間。自動(dòng)重啟電路具有一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，可以阻止輸出級(jí)MOSFET再次導(dǎo)通，直到八個(gè)放電-充電周期完成為止。因此，在自動(dòng)重啟期間，占空比控制在%左右可有效地限制芯片的功耗。自動(dòng)重啟動(dòng)

34、電路一直工作到Uc進(jìn)入受控狀態(tài)為止。該電源的穩(wěn)壓原理簡(jiǎn)述如下：高頻變壓器初級(jí)繞組NP的極性與次級(jí)繞組NS、反饋繞組NF的極性相反。在TOPSwitch導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)整流管VD2截止，此時(shí)電能以磁能量形式存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中；當(dāng)TOPSwitch截止時(shí)，VD2導(dǎo)通，能量傳輸給次級(jí)。高頻變壓器在電路中兼有能量存儲(chǔ)、隔離輸出和電壓變換這三大功能。圖中，BR為整流橋，CIN為輸入端濾波電容，COUT是輸出端濾波電容。交流電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后得到直流高壓，經(jīng)初級(jí)繞組加至TOPSwitch的漏極上。在功率MOSFET關(guān)斷瞬間，高頻變壓器漏感會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，另外在初級(jí)繞組上還會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓(即反向電動(dòng)勢(shì))UOR，兩

35、者疊加至內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)管MOSFET的漏極上，因此必須在漏極增加鉗位保護(hù)電路。鉗位電路由瞬態(tài)電壓抑制器或穩(wěn)壓管VDZ1和超快恢復(fù)二極管VD1組成。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)極性上端為正，下端為負(fù)，從而導(dǎo)致VD1截止，因而鉗位電路不起作用。在MOSFET截止瞬間，初級(jí)極性則變?yōu)樯县?fù)下正，此時(shí)尖峰電壓就被VDZ1吸收掉。反饋繞組電壓經(jīng)過(guò)VD3、CF整流濾波后獲得反饋電壓UF，經(jīng)光耦合器中的光敏三極管給TOPSwitch的控制端提供偏壓。CI，然后通過(guò)光耦去改變控制端電流。TOPSwitch的占空比D與IC（控制電流）成反比，是通過(guò)調(diào)節(jié)D來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的。比如： 當(dāng)某種原因使Uo減小，將導(dǎo)致U

36、F減小，Ic減小，進(jìn)而D增大，又使Uo增大，最終使輸出電壓趨于穩(wěn)定，反之亦然。由此可見(jiàn)，反饋電路正是通過(guò)調(diào)節(jié)TOPSwitch的占空比實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。第3章 基于TOP225Y開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)流程圖開(kāi)始生產(chǎn)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)指標(biāo)根據(jù)常規(guī)的設(shè)計(jì)要求選擇一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變壓器導(dǎo)線規(guī)格確定半導(dǎo)體器件的型號(hào)設(shè)計(jì)輸出電壓選擇整流器與濾波電容設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路選擇控制方式和控制IC設(shè)計(jì)基本功能設(shè)計(jì)電壓反饋和交叉調(diào)整電路設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路和Vcc電路根據(jù)要求設(shè)計(jì)過(guò)電壓過(guò)電流和緊急保護(hù)電路設(shè)計(jì)接口電路和功能設(shè)計(jì)需要的散熱器和熱轉(zhuǎn)移方面的考慮考慮PCB布置和結(jié)構(gòu)測(cè)試所有功能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改在測(cè)試室進(jìn)行測(cè)試選用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)？黑箱計(jì)

37、算變壓器設(shè)計(jì)輸出濾波器和整流器功率開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)控制器設(shè)計(jì)輸出反饋設(shè)計(jì)啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)保護(hù)電路設(shè)計(jì)高層功能設(shè)計(jì)熱分析和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)測(cè)試與設(shè)計(jì)結(jié)果區(qū)別優(yōu)化設(shè)計(jì)EMI/RMI測(cè)試在本設(shè)計(jì)中，由于采用了TOP Switch智能芯片，其本身集成了保護(hù)電路、關(guān)斷電路、自動(dòng)重啟電路等。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可以省去上面的幾個(gè)環(huán)節(jié)，只需對(duì)其進(jìn)行好選型。3.2 技術(shù)指標(biāo)和性能要求小功率通用開(kāi)關(guān)電源應(yīng)具備小功率通用開(kāi)關(guān)電源紋波小、電壓低、效率高、體積小和重量輕等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)還應(yīng)實(shí)現(xiàn)欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等電路工作異常時(shí)的保護(hù)。具體技術(shù)指標(biāo)為如下：交流輸入電壓：220V（140V240V）；電網(wǎng)頻率：50Hz；開(kāi)

38、關(guān)電源頻率：100KHz；輸出直流電壓Uo：8V（兩路），5V（兩路），3.6V，-8V，-24V各一路；輸出額定電流：2A；額定輸出功率：30W；負(fù)載調(diào)整率SI：-4%+4%；電源效率H：高于84%；空載功率損耗：低于0.5W（230V時(shí)）；輸出紋波電壓：低于120mV。3.3 TOP225Y的主要性能特點(diǎn)和元件選擇 性能特點(diǎn)TOP225Y 是 TOPSwitch-11 系列中一種最常用的芯片，封裝形式為 TO-220 ，自帶小散熱片，是典型的三端集成器件，三個(gè)管腳分別為控制端 C 、源極 S 和漏極 D ，內(nèi)部功率 MOSFET 器件的耐壓值高達(dá) 700V ，可設(shè)計(jì)成 60W 以上儀器儀表

39、的多路隔離式內(nèi)置控制電源。TOPSwitch- 系列產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)：(1)將脈寬調(diào)制 (PWM) 控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中，內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET) 、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器、隔離式開(kāi)關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。(2)采用漏極開(kāi)路輸出，利用控制極反饋電流 IC 線性調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn) AC DC 變換，即屬于電流控制型單片開(kāi)關(guān)電源。 (3)輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。在固定電壓輸入時(shí)， 可選 110V/115V 230V 交流電，允許變化 15% ：在寬電壓范圍

40、輸入時(shí)，適配 85V 265V 交流電，但輸出功率峰值 POM 值比前者降低 40 。(4)只有三個(gè)引出端，能以最簡(jiǎn)單的方式構(gòu)成無(wú)工頻變壓器的單端反激式開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)頻率的典型值為 1OOkHz ，允許范圍是 90kHz 110kHz ，占空比調(diào)節(jié)范圍是 1.7 67 。(5)外圍電路簡(jiǎn)單，電磁干擾小，成本低廉。由于芯片本身功耗很低，電源效率可達(dá) 80 左右，最高可達(dá) 90 線性光耦合器PC817光耦合器（Optical Coupler，OC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。普通光耦只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)）。不適合傳輸模擬信號(hào)，線性光耦是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬信號(hào)，隨著輸

41、入信號(hào)的強(qiáng)弱變化產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，使光敏晶體管的導(dǎo)通程度不同，從而輸出相應(yīng)的電壓或電流。光耦以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。光耦一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。它通常把發(fā)光器（發(fā)光二極管LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)，如圖3-1所示。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED）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，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。圖3-1 PC817內(nèi)部框圖本設(shè)計(jì)采用PC817光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)在于：信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完

42、全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高,可以起到很好的反饋?zhàn)饔谩?可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43136V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其工作電流范圍寬，動(dòng)態(tài)電阻低，輸出雜波低。最大輸入電壓為37V，最大工作電流為150mA，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5V，輸出電壓范圍為2.536V。由于TL431具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)、輸出電流大、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于單片精密開(kāi)關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。TL431大多采用DIP-8或TO-92封裝形式，引腳排列分別如圖3-5所示。其中，A為陽(yáng)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

43、壓Uo的設(shè)定端，外接電阻分壓器；NC為空腳。TL431的電路圖形符號(hào)和基本接線如圖3-2所示：R3是限流電阻。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)Uo上升時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREFUref（），比較器輸出高電平，使VT(內(nèi)部晶體管)導(dǎo)通，Uo開(kāi)始下降。反之，Uo下降會(huì)導(dǎo)致UREF下降，從而UREFUref，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，VT截止、Uo上升。這樣的循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，就迫使Uo趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且UREF=Uref。圖3-2 TL431的基本接線和電路符號(hào)在本設(shè)計(jì)中就是利用TL431和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到

44、的取樣電壓就與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，再通過(guò)光電耦合器PC817把電壓反饋到TOP224Y的控制端C端。通過(guò)改變TOP224Y的控制端電流大小，調(diào)節(jié)其輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。開(kāi)關(guān)電源的電路設(shè)計(jì) TOP225Y芯片原理圖圖 3-3 TOP225Y芯片原理圖 輸入整流濾波電路整流濾波電路包括輸入交流 EMI 濾波、整流、電容穩(wěn)壓三部分。交流 EMI 濾波使用技術(shù)成熟的兀型濾波電路，其參數(shù)如下：去除差模干擾的電容 C10 、 C11 為 20uF 250V ；去除共模干擾的 C12 、 C13 為 10nF ； L1 為 5

45、15mh ，采用雙線并繞。整流電路選擇 4 個(gè) IN4007 二極管組成整流橋，濾波穩(wěn)壓電容 C1 可按照輸出功率 1uF 1W 選擇。交流電壓的輸入范圍為187V253V，,即=187V, =253V。假設(shè)整流橋?qū)〞r(shí)間為T=3ms則電容耐壓值其中：為系統(tǒng)效率，可選擇 80 ； fL 為交流電網(wǎng)頻率； Po 為系統(tǒng)輸出總功率。留出裕量最終取 C1=47 F/400V ，同時(shí)為承受可能從電網(wǎng)線竄入的電擊，可在交流端并聯(lián)一個(gè)標(biāo)稱電壓為 275V 的壓敏電阻 VsRc 。 高頻變壓器的設(shè)計(jì)1. 為滿足 TOP225Y 芯片 100kHz 的工作頻率，選用錳鋅鐵氧體材料，磁心的形狀 ( 如 E1 、

46、 EE 等 ) 應(yīng)盡可能的選擇圓形磁芯以減小漏感。 2.最大占空比，式中Vor為初級(jí)反射電壓，取135V；Vds為TOP225Y的通斷電壓，可選5V到10V。3.變壓器初級(jí)自感，其中：Po為系統(tǒng)輸出總功率；為TOP225Y的開(kāi)關(guān)頻率，=100kHz。4. 導(dǎo)線截面積由經(jīng)過(guò)各繞組的平均電流，峰值電流，均方根電流，紋波電流確定；輸入電流的平均值，初級(jí)峰值電流，其中為初級(jí)紋波電流與初級(jí)峰值電流比值，可取0.9。5變壓器初，次級(jí)匝數(shù)，變壓器匝數(shù)可以從選擇次級(jí)繞組匝數(shù)開(kāi)始：當(dāng)輸入20V時(shí)， 匝，取整;當(dāng)輸出為15V時(shí)，=1（15+0.7）=16匝，取整;反饋繞組匝數(shù)匝，取整；其中，為反饋電壓，取10V；

47、為反饋回路對(duì)應(yīng)的輸出電壓，取15V；初級(jí)繞組匝數(shù)=94.6匝，實(shí)取匝，其中，磁心最大磁通密度，取60。 箝壓齊納管（VR）和阻斷二極管（VD）的選擇 在開(kāi)關(guān)電源的每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)， TOP225Y 的關(guān)斷將導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生尖峰電壓， VR 和 VD 構(gòu)成了箝位電路，防止大電壓對(duì) TOP225Y 芯片的損壞， VR 和 VD 的選擇由反射電壓 Vor 定。 Vor 薦值為 135V,VR 的箝位電壓 Vclo 可由經(jīng)驗(yàn)公式 Vclo=1.5Vcr 得出。 VD 的耐壓值應(yīng)大于最大直流輸入電壓值，本文 VR 選擇反向擊穿電壓為 200V 的 P6KE200 ， VD 選擇反向耐壓為 600V 的超快恢

48、復(fù)二極管 BYV 26C。 輸出整流電路的設(shè)計(jì)輸出整流濾波電路由整流二極管和濾波電容構(gòu)成。因?yàn)樾ぬ鼗O管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗，此外，肖特基二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消耗輸出電壓中的紋波方面有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，因此文中選用肖特基二極管作為整流二級(jí)管：對(duì)于輸出濾波電容， ESR( 等效串聯(lián)阻抗 ) 和紋波電流是兩個(gè)重要參數(shù)。當(dāng)電容兩端電壓小于 3.5V 時(shí)， ESR 只與電容體積有關(guān)，在保證控制環(huán)路帶寬足夠的前提下，應(yīng)選擇耐壓值高和容值低的濾波電容，文中電容選 C2=C4=25V 22 F 、 C3=C5=20V/20 F 。若濾波效果不理想，可以在

49、下一級(jí)再串聯(lián)一個(gè) LC 濾波環(huán)節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn) L 取 2.2 H 10 H。 反饋電路的設(shè)計(jì)反饋回路的形式依據(jù)輸出電壓精度決定，本方案使用“光藕 +TL 431 ” 可以把輸出電壓精度控制在 1 。電壓反饋信號(hào)經(jīng)分壓網(wǎng)絡(luò) (R4 、 R5) 引入 TL431 的 Ref 端，轉(zhuǎn)化為電流反饋信號(hào)，經(jīng)光藕隔離后輸入到 TOP225Y 控制端。光藕工作在線性狀態(tài)，起隔離作用，如果所選光藕的 CRT( 電流放大率 ) 上限超過(guò) 200 ，則易造成 TOP225Y 過(guò)壓保護(hù)，相反若 CRT 下限小于 40 ，占空比 D 將不能隨反饋電流的增大而減小，從而導(dǎo)致過(guò)流。因此 , 應(yīng)選擇 CRT 范圍接近 100

50、 的光藕。本文光藕選擇 SIEMENS 的 CNY17-2 ， CRT 為 63 125 。反饋電路參數(shù)計(jì)算如下：確定電阻 R2 和 R3 值， +=（-）其中：為光耦二極管的正向壓降，典型值為1.2V；為二極管正向電流=3ma；為TL431陰極工作電流，取=20ma，計(jì)算可得：=400，=141；實(shí)取=400，=135。確定電阻和值，,其中：為TL431參考端電壓，為2.5V；為輸出端電壓，取15V；計(jì)算可得：=10k， =51k。3.5 結(jié)果分析根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則，使用 TOP225Y 芯片制成了 20V/ 1A ， 15V/ 1A 雙路開(kāi)關(guān)電源，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。輸出 15V 和 20V

51、 時(shí)的波形圖分別如圖3-4、圖3-5所示，輸出波形的紋波是由變壓器漏感導(dǎo)致的尖峰電壓以及輸出整流二極管關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生，可通過(guò)使用反向恢復(fù)時(shí)間更短的整流二極管和高變壓器制造工藝以及優(yōu)化 PCB 布線方法等方法加以抑制。采用 TOP225Y 研制的一款雙路輸出單端反激式開(kāi)關(guān)電源，將開(kāi)關(guān)電源外部電路劃分為輸入整流濾波、變壓器、輸出整流濾波、反饋等部分構(gòu)成，并對(duì)各部分電路功能進(jìn)行了分析和工程設(shè)計(jì)，針對(duì)樣機(jī)實(shí)測(cè)波形，提出了改進(jìn)電路設(shè)計(jì)和性能的方法。該電源已在電磁爐中得到了應(yīng)用，實(shí)際工作中性能穩(wěn)定，工作可靠。圖3-4 輸入直流電壓E與漏源電壓VDS波形圖3-5 漏源電壓與去磁電流is波形3.6 基于TOP2

52、25Y開(kāi)關(guān)電源的的原理圖繪制 第4章 總結(jié) 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生及其抑制開(kāi)關(guān)電源干擾產(chǎn)生的機(jī)理開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類：一是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。 1 開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部干擾 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。 （1）基本整流器 基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見(jiàn)的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波（特別是高次諧波）會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面

53、使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾。 （2）功率變換電路 功率變換電路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為 a）開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流（大體上是矩形波）時(shí)，該波形含有許多高頻成份；同時(shí)，關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流，開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。 b）高頻變壓器 開(kāi)關(guān)電源中的變壓器，用作隔

54、離和變壓，但由于漏感的原因，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲；同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。 c）整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除（因載流子的存在，還有電流流過(guò)）。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。 d）電容、電感器和導(dǎo)線開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化，由

55、此產(chǎn)生噪聲。 2開(kāi)關(guān)電源外部干擾 開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見(jiàn)表1。干擾的類型序號(hào)典型的起因1234567跌落失電頻率偏移電器噪聲浪涌諧波失真瞬變雷擊重載接通電網(wǎng)電壓低下惡劣的氣候變壓器故障其他原因的故障發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定區(qū)域性電網(wǎng)故障雷達(dá)無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)換器和逆變器突然減輕負(fù)載變壓器的抽頭不恰當(dāng)整流開(kāi)關(guān)負(fù)載開(kāi)關(guān)型電源雷擊電源線負(fù)載設(shè)備切換空載電動(dòng)機(jī)的斷開(kāi) 表4-1 開(kāi)關(guān)電源外部干擾在表1中的幾種干擾中，能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影

56、響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。 對(duì)于開(kāi)關(guān)電源干擾的一些抑制措施形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面人手，采取適當(dāng)措施。首先應(yīng)該抑制騷擾源，直接消除干擾原因；其次是消除騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。 1）采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。屏蔽有兩個(gè)目的，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域。其原理是利用屏蔽體對(duì)電磁能量的反射、吸收和引導(dǎo)作用。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁騷擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。 2）所謂接地