583742319畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）TL494開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)(12V5A)

1、開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)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。開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(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)制和場(chǎng)效應(yīng)管構(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率的增加而增長(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。開(kāi)關(guān)電源比普通的線性電源效率高，開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。目前世界各國(guó)都有廣泛的應(yīng)用，特別是對(duì)大容量高頻開(kāi)關(guān)電源的研究和開(kāi)發(fā)已成為當(dāng)今電力電子學(xué)的主要研究領(lǐng)域，并派生了很

2、多新的研究方向。本文詳細(xì)分析了高性能、大功率直流開(kāi)關(guān)電源的工作原理，并提出了主電路和控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序的編制，并對(duì)電源裝置的硬件和軟件進(jìn)行了調(diào)試和修改。在分析原理的基礎(chǔ)上，本文從三相橋式不控整流、全橋變換器、高頻變壓器、濾波電路等環(huán)節(jié)對(duì)該系統(tǒng)的主電路進(jìn)行了闡述，同時(shí)探討了該電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大功率的解決方案，即采用多個(gè)電源模塊并聯(lián)運(yùn)行。在電壓調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)上，詳細(xì)分析了基于tl494電源管理芯片。本文研制的直流開(kāi)關(guān)電源具有輸出電壓可調(diào)、輸出電流大、紋波小等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)電源，tl494,高頻變壓器，pwm控制 i switching p

3、ower supply designabstractwith the development of power electronic technology and new type power components appear continuously, switching power supply technology obtained the rapid development, the computer, communications, power, household appliances, aerospace and other fields are widely used, an

4、d achieved significant results. switching power supply with high efficiency, small volume, light weight and other significant characteristics. switching power supply is the use of modern electronic technology, the control switch transistor turn-on and turn-off time ratio, to maintain the stability o

5、f the output voltage of a power supply, switching power supply is usually consists of pulse width modulation and a field effect tube. switch power supply and linear power supply, the two's cost as the output power increases, but the two growth rate of different. switching power supply than ordin

6、ary linear power supply efficiency is high, the power switch in the development and application in saving energy, saving resource and protect environment has important significance. at present, all the countries in the world have a wide range of applications, particularly for large capacity high fre

7、quency switching power supply research and development have become the main research field of power electronics, and derive a lot of new research direction.this paper presents a detailed analysis of a high performance, high power dc power supply and working principle, and has proposed the main circu

8、it and control circuit of the detailed design scheme. on this basis, the system hardware circuit design and software program, and the power supply device hardware and software debugging and modification. based on the analysis of the principle, this article from the three-phase bridge uncontrolled re

9、ctifier, a full bridge converter, a high frequency transformer, filter circuit of the main circuit of the system are described, and discussed the power supply system of high power solutions, the use of multiple power supply modules operating in parallel. in the voltage regulating link, a detailed an

10、alysis of the power management chip based on tl494. this paper designed dc switching power supply with adjustable output voltage, output current, ripple is small wait for a characteristic.keywords: switching power supply, tl494, high-frequency transformer, pwm control 3 目 錄開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)i摘 要i第1章 緒

11、論3第一章 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)技術(shù)51.1 開(kāi)關(guān)電源概述51.1.1 開(kāi)關(guān)電源的概念及工作原理51.1.2 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)61.2 開(kāi)關(guān)電源的分類61.3 開(kāi)關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)71.3.1 串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)71.3.2 并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)81.4 開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)91.5 開(kāi)關(guān)電源中存在的問(wèn)題121.6 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)122.1 開(kāi)關(guān)晶體管142.1.1 功率開(kāi)關(guān)mosfet142.1.2 絕緣柵雙極型晶體管162.2 軟磁鐵氧體磁芯172.2.1 磁性材料的基本特性182.2.2 磁芯的結(jié)構(gòu)與選用182.3光電耦合器192.4 二極管232.4.1 開(kāi)關(guān)二極管232.4.2 穩(wěn)壓二極管232.4.

12、3 快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管242.5 自動(dòng)恢復(fù)開(kāi)關(guān)25第三章 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)28第四章 雙端驅(qū)動(dòng)集成電路tl494404.1 tl494簡(jiǎn)介404.2 tl494的工作原理414.3 tl494內(nèi)部電路414.3.1 tl494管腳功能及參數(shù)424.4 tl494構(gòu)成的pwm控制器電路44第5章 結(jié)論46參考文獻(xiàn)48附錄一 元器件清單49附錄二 總原理圖50第1章 緒論電源是實(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、信息、國(guó)防教育等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多、更高的要求，如：節(jié)能、節(jié)電、節(jié)材、縮體、減重、環(huán)保、可靠、安全等。這就迫使電源工作者在電源研發(fā)過(guò)

13、程中不斷探索，尋求各種相關(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(kāi)關(guān)電源是一種新型電源設(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。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(kāi)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)定性和高性價(jià)比等特性。開(kāi)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(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。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)

14、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

15、廣泛的發(fā)展空間。 第一章 開(kāi)關(guān)電源基礎(chǔ)技術(shù)1.1 開(kāi)關(guān)電源概述1.1.1 開(kāi)關(guān)電源的概念及工作原理開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖1-1進(jìn)行說(shuō)明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓ui經(jīng)開(kāi)關(guān)s加至輸出端，s為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管。使開(kāi)關(guān)s按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)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)行平滑濾波就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓u0。圖1-1 開(kāi)關(guān)電源的工作原理(a)為原理性電路圖，(b)為波形圖為方便分析開(kāi)關(guān)電路，定義脈沖占空比如下： (1-1)式中t表示開(kāi)關(guān)s的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期；ton表示開(kāi)關(guān)s在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間1。開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓u0與輸

16、入電壓ui之間有如下關(guān)系： (1-2)由(1-2)式可以看出，若開(kāi)關(guān)周期t一定，改變開(kāi)關(guān)s的導(dǎo)通時(shí)間ton，即可改變脈沖占空比d，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。t不變，只改變ton來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的方式叫做脈沖寬度調(diào)制(pwm)。由于pwm式的開(kāi)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，所以pwm式開(kāi)關(guān)電源用得較多。若保持ton不變，利用改變開(kāi)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u0穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(pfm)方式開(kāi)關(guān)電源。由于開(kāi)關(guān)頻率不固定，所以輸出濾波電路的設(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)脈沖占空比的調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各

17、種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)方式均有應(yīng)用。1.1.2 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)(1)效率高：開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，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)重量輕：由于開(kāi)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，電源的重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小。(3)穩(wěn)壓范圍寬：開(kāi)關(guān)電源的交流輸入電壓在90270v范圍變化時(shí)，輸出電壓的變化在±2%以下。合理設(shè)計(jì)電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率。(4)可靠安全：在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便的設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，所以當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源

18、，保護(hù)功能可靠。(5)功耗?。河捎诠β书_(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，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，所以采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性3。1.2 開(kāi)關(guān)電源的分類1.按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開(kāi)關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制(pwm)式、脈沖頻率調(diào)制(pfm)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。2.按開(kāi)關(guān)電源的觸發(fā)方式分類 自激式開(kāi)關(guān)電源，自激式開(kāi)關(guān)電源利用電源電路中的開(kāi)關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來(lái)完成自激振蕩，使開(kāi)關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設(shè)備的pwm式開(kāi)關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩

19、而有直流輸出電壓。它激式開(kāi)關(guān)電源，它激式開(kāi)關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)脈沖來(lái)控制開(kāi)關(guān)管，使開(kāi)關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 3.按其他方式分類按電路的輸出取樣方式分類，可分為直接輸出取樣開(kāi)關(guān)電源，間接輸出取樣開(kāi)關(guān)電源；開(kāi)關(guān)電源按功率開(kāi)關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開(kāi)關(guān)電源、單端反激開(kāi)關(guān)電源、半橋開(kāi)關(guān)電源和全橋開(kāi)關(guān)電源；按功率開(kāi)關(guān)管與電源供電、儲(chǔ)能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源和并聯(lián)開(kāi)關(guān)電源。1.3主要任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)1.3.1開(kāi)關(guān)電源的主要任務(wù)1、輸入電壓：ac220v 2、輸入頻率：50hz3、輸出電壓：12v 4、輸出電流：10a5、輸出電阻：r<0.5，紋波電壓：&

20、lt;50mv1.3.2開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)1.輸出電壓調(diào)整率 當(dāng)設(shè)計(jì)制作開(kāi)關(guān)電源時(shí)，第一個(gè)測(cè)試步驟為將輸出電壓調(diào)整至規(guī)格范圍內(nèi)。此步驟完成后才能確保后續(xù)的規(guī)格能夠符合要求。 通常當(dāng)調(diào)整輸出電壓時(shí)，將輸入交流電壓設(shè)定為正常值，并且將輸出電流設(shè)定為正常值或滿載電流，然后以數(shù)字電壓表測(cè)量電源供應(yīng)器的輸出電壓值并調(diào)整其電位器直到電壓讀值位于要求的范圍內(nèi)。 2.電源調(diào)整率電源調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器于輸入電壓變化時(shí)提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源供應(yīng)器在最惡劣之電源電壓環(huán)境下，如高溫條件下，當(dāng)用電需求量最大時(shí)，其電源電壓最低；又如低溫條件下，用電需求量最小，其電源電壓最高。在前述之兩個(gè)極

21、端下驗(yàn)證電源供應(yīng)器之輸出電源的穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。 3.測(cè)量電壓調(diào)整率 能提供可變電壓能力的電源，至少能提供待測(cè)電源供應(yīng)器的最低到最高之輸入電壓范圍。均方根值交流電壓表來(lái)測(cè)量輸入電源電壓，眾多的數(shù)字功率計(jì)能精確計(jì)量v、a、w、pf。 測(cè)試步驟如下：將待測(cè)電源設(shè)備以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，分別在低輸入電壓vomin，正常輸入電壓vonormal，及高輸入電壓vomax下測(cè)量并記錄其輸出電壓值。 電源調(diào)整率通常以一額定負(fù)載下，由輸入電壓變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比，如下列公式所示： (1-4)電壓調(diào)整率也可用表示為，在輸入電壓變化下，其輸出電壓偏差量須在規(guī)定之上下限范圍內(nèi)，

22、即輸出電壓上下限絕對(duì)值以內(nèi)。 4.負(fù)載調(diào)整率負(fù)載調(diào)整率的定義為開(kāi)關(guān)電源的輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。此項(xiàng)測(cè)試系用來(lái)驗(yàn)證電源在最惡劣負(fù)載環(huán)境下，如在負(fù)載斷開(kāi)，用電需求量最小，其負(fù)載電流最低的條件下，以及在負(fù)載最多，用電需求量最大，其負(fù)載電流最高的兩個(gè)極端下驗(yàn)證電源的輸出電源穩(wěn)定度是否合乎需求的規(guī)格。 所需的設(shè)備和連接與電源調(diào)整率相似，唯一不同的是需要精密的電流表與待測(cè)電源供應(yīng)器的輸出串聯(lián)。測(cè)試步驟如下：將待測(cè)電源供應(yīng)器以正常輸入電壓及負(fù)載狀況下熱機(jī)穩(wěn)定后，測(cè)量正常負(fù)載下之輸出電壓值，再分別在輕載、重載負(fù)載下，測(cè)量并記錄其輸出電壓值，負(fù)載調(diào)整率通常以正常之固定輸入電壓下，由負(fù)載電

23、流變化所造成其輸出電壓偏差率的百分比表示。當(dāng)輸出負(fù)載電流變化時(shí)，其輸出電壓之偏差量須在規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)，即輸出電壓之上下限絕對(duì)值以內(nèi)。 5.綜合調(diào)整率綜合調(diào)整率的定義為電源供應(yīng)器在輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時(shí)，提供其穩(wěn)定輸出電壓的能力。這是電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，此項(xiàng)測(cè)試是上述電源調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率的綜合，可提供對(duì)電源供應(yīng)器於改變輸入電壓與負(fù)載狀況下更正確的性能驗(yàn)證。 綜合調(diào)整率用下列方式表示：當(dāng)輸入電壓與輸出負(fù)載電流變化時(shí)，其輸出電壓的偏差量須在規(guī)定之上下限電壓范圍內(nèi)(即輸出電壓之上下限絕對(duì)值以內(nèi))或某一百分比界限內(nèi)。 6.輸出噪聲 輸出噪聲(pard)是指在輸入電壓與輸出負(fù)載電

24、流均不變的情況下，其平均直流輸出電壓上的周期性與隨機(jī)性偏差量的電壓值。輸出噪聲是表示在經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓及濾波后的直流輸出電壓含有不需要的交流和噪聲部份，包含低頻50/60hz電源倍頻信號(hào)、高于20 khz高頻切換信號(hào)及其諧波，再與其他隨機(jī)性信號(hào)所組成等，通常以mvp-p峰對(duì)峰值電壓為單位來(lái)表示。一般的開(kāi)關(guān)電源的指標(biāo)以輸出直流電壓的1%以內(nèi)為輸出噪聲規(guī)格，其頻寬為20hz到20mhz，或其它更高的頻率如100mhz等。開(kāi)關(guān)電源實(shí)際工作時(shí)最惡劣的狀況如輸出負(fù)載電流最大、輸入電源電壓最低等，要求電源設(shè)備在惡劣環(huán)境狀況下，其輸出直流電壓加上干擾信號(hào)后的輸出瞬時(shí)電壓，仍能夠維持穩(wěn)定的輸出電壓不超過(guò)輸出高低電壓界

25、限。否則將可能會(huì)導(dǎo)致電源電壓超過(guò)或低于邏輯電路如ttl電路所承受電源電壓而誤動(dòng)作，進(jìn)一步造成死機(jī)現(xiàn)象。 第二章 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

26、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)閙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)定性和非常快的開(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

27、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

28、，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

29、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

30、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

31、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

32、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。

33、(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

34、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1

35、00w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)

36、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

37、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

38、、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、隔離電容很小（約幾個(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

39、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)

40、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，c

41、tr參數(shù)與晶體管的hfe有某種相似之呈非線性，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處。普通光耦合器的特性曲線號(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

42、、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)，才能正常控制單片開(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

43、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)

44、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?，它工作在電壓反向擊穿狀態(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

45、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

46、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

47、：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。恢復(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?；用兆歐表能測(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

48、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id>3iom；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vrm>2v(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)。2.5.1 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

49、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)

50、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

51、，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)

52、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)

53、軟啟動(dòng)的作用。第三章 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)3.1 開(kāi)關(guān)電源的電路組成  開(kāi)關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（emi）、整流濾波電路、功率變換電路、pwm控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。   開(kāi)關(guān)電源的電路組成方框圖如下： 3.2 輸入電路的原理及常見(jiàn)電路 3.2.1 ac輸入整流濾波電路原理 防雷電路：當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時(shí)，由mov1、mov2、mov3：f1、f2、f3、fdg1 組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過(guò)其工作電壓時(shí)

54、，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，若電流過(guò)大，f1、f2、f3 會(huì)燒毀保護(hù)后級(jí)電路。 輸入濾波電路：c1、l1、c2、c3組成的雙型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開(kāi)啟瞬間，要對(duì) c5充電，由于瞬間電流大，加rt1（熱敏電阻）就能有效的防止浪涌電流。因瞬時(shí)能量全消耗在rt1電阻上，一定時(shí)間后溫度升高后rt1阻值減小（rt1是負(fù)溫系數(shù)元件），這時(shí)它消耗的能量非常小，后級(jí)電路可正常工作。 整流濾波電路：交流電壓經(jīng)brg1整流后，經(jīng)c5濾波后得到較為純凈的直流電壓。若c5容量變小，輸出的交流紋波將增大。2

55、、 dc 輸入濾波電路原理：  輸入濾波電路：c1、l1、c2組成的雙型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對(duì)輸入電源的電磁噪聲及雜波信號(hào)進(jìn)行抑制，防止對(duì)電源干擾，同時(shí)也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對(duì)電網(wǎng)干擾。c3、c4 為安規(guī)電容，l2、l3為差模電感。 r1、r2、r3、z1、c6、q1、z2、r4、r5、q2、rt1、c7組成抗浪涌電路。在起機(jī)的瞬間，由于 c6的存在q2不導(dǎo)通，電流經(jīng)rt1構(gòu)成回路。當(dāng)c6上的電壓充至z1的穩(wěn)壓值時(shí)q2導(dǎo)通。如果c8漏電或后級(jí)電路短路現(xiàn)象，在起機(jī)的瞬間電流在rt1上產(chǎn)生的壓降增大，q1導(dǎo)通使 q2沒(méi)有柵極電壓不導(dǎo)通，rt1將會(huì)在很短的時(shí)間燒毀，以保護(hù)后級(jí)電路。3.3功

56、率變換電路3.3.1 mos管的工作原理目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是mosfet（mos管），是利用半導(dǎo)體表面的電聲效應(yīng)進(jìn)行工作的。也稱為表面場(chǎng)效應(yīng)器件。由于它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá)105歐姆，mos管是利用柵源電壓的大小，來(lái)改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。 3.3.2 常見(jiàn)的原理圖： 3.3.3 工作原理：     r4、c3、r5、r6、c4、d1、d2組成緩沖器，和開(kāi)關(guān)mos管并接，使開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力減少，emi減少，不發(fā)生二次擊穿。在開(kāi)關(guān)管q1關(guān)斷時(shí)，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)生尖峰電壓和尖峰電

57、流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從r3測(cè)得的電流峰值信號(hào)參與當(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)r5上的電壓達(dá)到1v時(shí)，uc3842停止工作，開(kāi)關(guān)管q1立即關(guān)斷 。 r1和q1中的結(jié)電容cgs、cgd一起組成rc網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。r1過(guò)小，易引起振蕩，電磁干擾也會(huì)很大；r1過(guò)大，會(huì)降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)速度。z1通常將mos管的gs電壓限制在18v以下，從而保護(hù)了mos管。 q1的柵極受控電壓為鋸形波，當(dāng)其占空比越大時(shí)，q1導(dǎo)通時(shí)間越長(zhǎng)，變壓器所儲(chǔ)存的能量也就越多；當(dāng)q1截止時(shí)，變壓器通過(guò)d1、d2、r5、r4、c3釋放能量，同時(shí)也達(dá)到了磁場(chǎng)復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲(chǔ)、傳遞能量做好了準(zhǔn)備。ic根據(jù)輸出電壓和電流時(shí)刻調(diào)整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機(jī)的輸出電流和電壓。 c4和r6為尖峰電壓吸收回路。 3.3.4 推挽式功率變換電路：     q1和q2將輪流導(dǎo)通。 3.3.5 有驅(qū)動(dòng)變壓器的功率變換電路：    t2為驅(qū)動(dòng)變壓器，t1為開(kāi)關(guān)變壓器，tr1為電流環(huán)。4.1 輸出整流濾波電路： 4.1.1正激式整流電路： t1