多路輸出單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、摘 要 電子設(shè)備對(duì)電源的要求日益增高，促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展。本文介紹了基于美國pi公司生產(chǎn)的單片開關(guān)電源芯片topswitch系列設(shè)計(jì)的多輸出的ac/dc開關(guān)電源。 設(shè)計(jì)電路選用topswitch系列芯片的top244y，該芯集成了pwm控制器、mosfet功率開關(guān)管和欠電壓、過電壓等保護(hù)電路，芯片的開關(guān)頻率為132khz，最大占空比為78%。設(shè)計(jì)電路的開關(guān)電源輸出功率為25w時(shí)，實(shí)現(xiàn)了12v/1.2a,5v/2a和30v/20ma三路直流電壓輸出，效率為80%以上。論文介紹了開關(guān)電源相關(guān)內(nèi)容，反激式開關(guān)電源的原理和應(yīng)用技術(shù)，為電路設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)，并且提出了反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)規(guī)劃

2、。仔細(xì)分析反激式開關(guān)電源之后，選擇了電路所需的元器件的型號(hào)和參數(shù)，最終完成電路圖的設(shè)計(jì)。最后使用芯片專屬的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件pi expert對(duì)反激式開關(guān)電源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果為，優(yōu)化設(shè)計(jì)之前電源的效率為78%左右，實(shí)際輸出直流電壓的最大誤差為3.5%，經(jīng)過優(yōu)化之后最大誤差降為0.36%，且電源效率提高到90%以上。反激式開關(guān)電源的直流輸出回路接有emi濾波器，有效地降低了開關(guān)電源的輸出紋波。關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源 ；反激式；多路輸出；topswitch-gxtitle design of multi-output single-ended fly-back converter abstractel

3、ectronic devices demanded on power increasingly higher to promote the continuous development of converter technology. this paper introduced the small power multi output ac/dc converter design based on the chip of top-switch produced by american company power integrations.the converter design used to

4、p244y as switching chip, which had pwm control circuit and power mosfet, the chips switching frequency was 132 khz, the maximum duty cycle was 78%. when the output power was 25w, switching power served three dc outputs 12v/1.2a, 5v/2a and 30v/20ma and the efficiency was 80%.the paper introduced some

5、 related content about the converter and the theory and technology of fly-back converter, to provide a theoretical guidance for circuit design. and then the paper proposed a fly-back converter supply design plan. and next, i designed a fly-back switching power circuit, and selected circuits componen

6、ts and parameters. finally using pi expert to optimize this fly-back switching power, i received some result about the designed circuit. before the optimization, the efficiency was 78%, and the actual output dc voltages maximum error was 3.5%, after the optimization, maximum error decreased to 0.36%

7、, and the efficiency increased to 90%. and the fly-back switching power circuit had output emi filter, decreased output ripple of switching power effectively.朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典1. 動(dòng)詞 1. put forward2. propose3. raise4. bring forward5. pose6. advance7. dish朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音 字典keywords: switching

8、power supply；fly-back；multiple output；topswitch-gx目 次1 緒論11.1 開關(guān)電源研究的目的和意義11.2 開關(guān)電源研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景11.3 開關(guān)電源的新技術(shù)新理論22 反激式開關(guān)電源的原理42.1 反激式開關(guān)電源介紹52.2 開關(guān)電源的芯片簡(jiǎn)介62.3 pwm反饋控制方式72.4 反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)規(guī)劃83 反激式開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)103.1 開關(guān)電源的emi設(shè)計(jì)103.2 整流電路設(shè)計(jì)123.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)143.4 反饋電路設(shè)計(jì)173.5 多路輸出電壓電路設(shè)計(jì)203.6 保護(hù)電路設(shè)計(jì)213.7 反激式開關(guān)電源的電路圖224 反激

9、式開關(guān)電源電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)244.1 pi expert 輔助設(shè)計(jì)軟件介紹244.2 直流輸出優(yōu)化設(shè)計(jì)244.3 高頻變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)254.4 反激式開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)26結(jié)論28致謝29參考文獻(xiàn)30附錄 多路輸出反激式開關(guān)電源電路圖321 緒論能源在社會(huì)現(xiàn)代化方面起著關(guān)鍵作用。電力電子技術(shù)以其靈活的功率變換方式，高性能、高功率密度和高效率，在21世紀(jì)必將得到大力發(fā)展。開關(guān)電源是電力電子技術(shù)中占有很大比重的一個(gè)重要方面。1.1 開關(guān)電源研究的目的和意義開關(guān)電源是20世紀(jì)60年代電源歷史上的一次革命，安裝于各種家用電器、工業(yè)設(shè)備及軍用電子裝置中，同時(shí)作為賦能裝置應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電

10、源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成了的電源替換。開關(guān)電源運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過變換電能，可以滿足各種用電要求。開關(guān)電源產(chǎn)品的主要特點(diǎn)是體積小，重量輕，效率高，可靠性和穩(wěn)定性較好，對(duì)供電電網(wǎng)電壓的波動(dòng)不敏感，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大的情況下，仍能維持較穩(wěn)定的輸出。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、資源以及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。例如高頻開關(guān)整流焊接電源已取代傳統(tǒng)焊接電源，廣泛用于焊接行業(yè)，高頻開關(guān)整流焊接電源在體積、質(zhì)量、節(jié)能及焊接性能等方面是傳統(tǒng)焊接電源無法比擬的。在電力操作系統(tǒng)中使用ac/dc，dc/dc高頻開關(guān)電源，可以實(shí)現(xiàn)與市電的熱備用運(yùn)行，既可在市電正常情況為蓄電池充電，也可

11、以在市電斷電時(shí)提供負(fù)載所需的操作電源，克服了硅整流器及二極管調(diào)壓存在的體積大、精度差等缺點(diǎn)。應(yīng)用高壓開關(guān)電源的脈沖電暈加氨脫硫是一種很有前景的煙氣凈化技術(shù)，可以解決世界性的三大環(huán)保問題之一的酸雨。1.2 開關(guān)電源研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景半個(gè)世紀(jì)以來，開關(guān)電源大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)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電源的集成化變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 隨著全球

12、對(duì)能源問題的重視，電子產(chǎn)品的耗能問題將愈來愈突出，開關(guān)電源的效率比傳統(tǒng)的線性電源高很多，這樣就節(jié)省了能源，因此它受到了人們的青睞。但是開關(guān)電源也有缺點(diǎn)，就是電路復(fù)雜，維修困難，對(duì)于電路的污染嚴(yán)重；電源噪聲大，不適合用于某些低噪聲電路；這些都成為開關(guān)電源發(fā)展中必須解決的問題。開關(guān)電源技術(shù)追求和發(fā)展趨勢(shì)可以概括為以下幾個(gè)方面:小型化、微型化、輕量化、高頻化，可靠性，低噪聲，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和控制，以及低輸出電壓技術(shù)等。開關(guān)電源的體積、重量主要由儲(chǔ)能元件（磁性元件和電容）決定的，因此開關(guān)電源的小型化實(shí)質(zhì)上就是盡可能減小其中儲(chǔ)能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感及變

13、壓器的尺寸，而且還能夠抑制干擾，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，因此高頻化是開關(guān)電源的主要發(fā)展方向。開關(guān)電源比連續(xù)工作電源使用的元器件多數(shù)十倍，因此降低了可靠性。從壽命角度出發(fā)，電解電容、光耦合器及排風(fēng)扇等器件的壽命決定著電源的壽命。所以，要從設(shè)計(jì)方面思考，盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用模塊化技術(shù)可以滿足分布式電源系統(tǒng)的需要，提高系統(tǒng)的可靠性。而單純地追求高頻化使開關(guān)電源的缺點(diǎn)噪聲也會(huì)隨之增大，盡可能降低噪聲影響是開關(guān)電源的又一發(fā)展方向，采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，在原理上既可以提高頻率又可以降低噪聲。隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器和便攜式電子設(shè)備的工作電壓越來越低，這就要求dc/dc變換器

14、能夠提供低輸出電壓以適應(yīng)微處理器和便攜式電子設(shè)備的供電要求。開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)，高頻化的實(shí)現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。發(fā)展mosfet、igbt等新型高速器件，開發(fā)高頻用的低損耗磁性材料，改進(jìn)磁元件的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法，提高濾波電容的介電常數(shù)及降低其等效串聯(lián)電阻等方面的工作，對(duì)于開關(guān)電源小型化始終產(chǎn)生著巨大的推動(dòng)作用。總之，人們?cè)陂_關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域里，邊開發(fā)低損耗回路技術(shù)，邊開發(fā)新型元器件，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)的市場(chǎng)增長(zhǎng)率向小型、高頻、低噪聲、高可靠方向發(fā)展。1.3 開關(guān)電源的新技術(shù)新理論1.3.1 功率因數(shù)校

15、正電路雖然開關(guān)電源的輸入電壓是電網(wǎng)的正弦波形，但由于電路是一種非線性元件和儲(chǔ)能元件的組合，所以其交流輸入電流不是正弦波，而是脈沖波形。脈沖狀的輸入電流含有大量的諧波，其無功分量基本上為高次諧波。高次諧波的產(chǎn)生大大降低了輸入端的功率因數(shù)。大量電流諧波分量倒流輸入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外，諧波也可能使電路發(fā)生故障甚至損壞。所以為了提高功率因數(shù)，減少電流畸變，從20世紀(jì)80年代開始，將開關(guān)變換器技術(shù)應(yīng)用到改善電流波形和提高功率因數(shù)上來，研發(fā)了功率因數(shù)校正（power factor correction, pfc）這項(xiàng)新技術(shù)。pfc電路的作用是在電網(wǎng)和負(fù)載之間插入校正環(huán)節(jié)，是輸入電流波形逼近輸

16、入電壓波形，以提高功率因數(shù)并限制開關(guān)電源的諧波電流對(duì)電網(wǎng)的污染。pfc的方法很多，目前采用較多的是有源boost-pfc。它是由單相橋式整流電路和dc/dc boost變換器組成。在理想情況下，當(dāng)輸入電壓按正弦規(guī)律變化時(shí)，輸入平均電流也按正弦規(guī)律變化。這樣，電流諧波大大減小，提高了功率因數(shù)。1.3.2 軟開關(guān)技術(shù)總所周知，在硬開關(guān)方式下不斷提高變換器的工作頻率會(huì)引起一些問題，如開關(guān)損耗大，感性關(guān)斷電壓尖峰大，容性開通電流尖峰小，電磁干擾嚴(yán)重。上述問題嚴(yán)重妨害了開關(guān)器件工作頻率的提高。近年來開展的軟開關(guān)技術(shù)研究為克服上述缺陷提供了一條有效途徑。和硬開關(guān)工作方式不同，理想的軟關(guān)斷過程是電流先降到零

17、，電壓再緩慢上升到斷態(tài)值，所以關(guān)斷損耗近似為零。由于器件關(guān)斷前電流已經(jīng)下降到零，同時(shí)也解決了感性關(guān)斷的問題。理想的軟開通過程是電壓先降到零之后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零，電容上的電壓亦為零，解決了容性開通問題。同時(shí)，開通時(shí)二極管反向恢復(fù)工作已經(jīng)結(jié)束，因此二極管反向恢復(fù)問題亦不存在。di/dt和du/dt的降低使得emi問題得以解決。軟開關(guān)技術(shù)實(shí)際上是利用電容與電感諧振的原理，使開關(guān)器件中的電流（或電壓）按正弦或準(zhǔn)正弦規(guī)律變化。當(dāng)電流過零時(shí)，使器件關(guān)斷；當(dāng)電壓為零時(shí)，使器件開通，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)損耗為零。按照其控制方式，軟開關(guān)技術(shù)可以分為脈沖頻率調(diào)制（pfm）方式、脈沖寬度調(diào)制（

18、pwm）方式和脈沖移相控制（ps）方式。軟開關(guān)技術(shù)在改善功率開關(guān)器件工作狀態(tài)方面效果明顯，使變換器的高頻化成為可能，各類軟開關(guān)技術(shù)在開關(guān)電源中也必將得到廣泛應(yīng)用。pfm軟開關(guān)變換器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但工作頻率不穩(wěn)定，給變壓器、電感等磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了一定的困難。因此此類變換器適合于負(fù)載、輸入電壓相對(duì)穩(wěn)定的應(yīng)用場(chǎng)合。pwm軟開關(guān)變換器實(shí)現(xiàn)了恒頻控制，大大方便了磁性元件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。pwm控制方式是軟開關(guān)變換器中應(yīng)用最廣泛的控制方式，此類變換器適合于中、小功率應(yīng)用場(chǎng)合。 移相全橋軟開關(guān)變換器在不增加或增加很少元件的情況下，具有傳統(tǒng)全橋變換器中開關(guān)器件電壓、電流額定值較低，功率變壓器利用率高，輸出功

19、率大等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)器件的軟開關(guān)，而且采用恒頻控制，電壓、電流應(yīng)力小，在減小體積、重量以及降低電磁干擾方面效果明顯。因而，移相全橋軟開關(guān)變換器非常適合于中、大功率應(yīng)用場(chǎng)合。但此類變換器有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，即變壓器次級(jí)存在占空比丟失現(xiàn)象，而且滯后橋臂的軟開關(guān)范圍受到負(fù)載、輸入電壓等多種因素的影響。如何盡量減小次級(jí)占空比的丟失、增大滯后橋臂的軟開關(guān)范圍，仍然是移相全橋軟開關(guān)變換器需要深入研究的課題。2 反激式開關(guān)電源的原理2.1 反激式開關(guān)電源介紹 開關(guān)電源的基本組成如圖2.1所示，其中ac/dc變換器用以進(jìn)行功率變換，他是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)

20、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)有它激或自激電路產(chǎn)生；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、頻率和波形等，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。開關(guān)電源典型結(jié)構(gòu)有串聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、并聯(lián)開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、正激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、反激開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、半橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)、全橋開關(guān)電源結(jié)構(gòu)等。這里重點(diǎn)介紹反激式開關(guān)電源結(jié)構(gòu)。圖2.1 開關(guān)電源的基本組成反激式開關(guān)電源如圖2.2所示，當(dāng)功率開關(guān)管vt1導(dǎo)通時(shí)，輸入端的電能以磁能的形式儲(chǔ)存在變壓

21、器的初級(jí)線圈n1中，由于同名端的關(guān)系，次級(jí)側(cè)二極管v1不導(dǎo)通，負(fù)載沒有電流通過。當(dāng)功率開關(guān)管vt1斷開時(shí)，變壓器次級(jí)繞組開始為負(fù)載供電，二次側(cè)繞組和整流二極管構(gòu)成電流回路，同時(shí)完成了磁復(fù)位的功能。反激式開關(guān)電源輸出紋波電壓大，電壓和電流調(diào)整率低。要提高性能指標(biāo)，可以增大濾波電容或增加輔助lc濾波器，或者在二次側(cè)再串聯(lián)一個(gè)線性集成穩(wěn)壓器，但是這樣勢(shì)必增大體積和成本，稍弱了本來具有的優(yōu)點(diǎn)。因此，單端反激式變換器多用于100w左右的小功率電源。圖2.2 反激式開關(guān)電源原理圖2.2 開關(guān)電源的芯片簡(jiǎn)介2.2.1 topswitch-gx芯片的內(nèi)部工作原理簡(jiǎn)介topswitch系列單片機(jī)開關(guān)電源是美國功

22、率集成公司于上世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源，它是三端離線式pwm開關(guān)的英文縮寫（three terminal off line pwm switch）被譽(yù)為“頂級(jí)開關(guān)電源”。它的特點(diǎn)是將高頻開關(guān)電源中的pwm控制器和mosfet功率開關(guān)管集成在同一芯片上，是一種二合一器件。topswitch-gx是該公司推出的第四代系列產(chǎn)品，除具備topswitch-fx系列的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，它還將最大輸出功率從75w提高到290w，適合構(gòu)成大中功率的高效率，隔離式開關(guān)電源；將開關(guān)頻率提高到132khz，有助于減小高頻變壓器及整個(gè)開關(guān)電源的體積，適合作為伺服電機(jī)控制板的板載電源的主控器件。當(dāng)開關(guān)電源負(fù)載

23、很輕時(shí)，它能自動(dòng)將開關(guān)頻率從132khz降低到30khz（在半頻模式下，則由66khz降到15khz）,這樣可降低開關(guān)損耗，進(jìn)一步提高電源效率，采用被稱作ecosmart的節(jié)能新技術(shù)，顯著降低了在遠(yuǎn)程通/斷模式下的功耗，當(dāng)輸入交流電壓是230v時(shí)，功耗僅為160mw。2.2.2 topswitch-gx芯片的使用的特點(diǎn)topswitch-gx的內(nèi)部主要由18個(gè)部分組成，與第三代topswitch-fx系列的主要區(qū)別是在原有的5個(gè)組成部分上新增加了3個(gè)單元電路，電流極限調(diào)節(jié)器也增加了軟啟動(dòng)輸出端；將頻率抖動(dòng)振蕩器產(chǎn)生的開關(guān)頻率提升到132khz（全頻模式）或66khz（半頻模式）；給頻率抖動(dòng)振蕩

24、器增加了一個(gè)“停止邏輯”電路，使其工作更為可靠。topswitch-gx利用反饋電流來調(diào)節(jié)占空比，達(dá)到穩(wěn)壓目的，當(dāng)輸出電壓降低時(shí)，經(jīng)過光耦反饋電路使反饋電流減小，占空比則增大，輸出電壓隨之升高，最終使輸出電壓維持不變，同理，當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，通過內(nèi)部調(diào)節(jié)，也能使輸出電壓維持不變。2.3 pwm反饋控制方式pwm開關(guān)穩(wěn)壓或穩(wěn)流電源的基本工作原理就是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)及外接負(fù)載變化的情況下，控制電路通過被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件的導(dǎo)通脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流等被控制信號(hào)穩(wěn)定。控制取樣信號(hào)有輸出電壓、輸入電壓、輸出電流、輸出電感電壓及開關(guān)器件峰值電流。

25、由這些信號(hào)可以構(gòu)成單環(huán)、雙環(huán)或多環(huán)反饋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、穩(wěn)流及恒定功率的目的。同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)一些附帶的過流保護(hù)、抗偏磁等功能。圖2.4為buck降壓斬波器的電壓模式控制反饋系統(tǒng)原理圖。電壓模式控制是20世紀(jì)60年代后期開關(guān)穩(wěn)壓電源剛剛開始發(fā)展時(shí)所采用的第一種控制方法。該方法與一些必要的過電流保護(hù)電路相結(jié)合，至今仍然在工業(yè)界廣泛應(yīng)用。電壓模式控制只有一個(gè)電壓反饋閉環(huán)，采用脈沖寬度調(diào)制法，即將電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號(hào)與恒定頻率的三角波上的斜波相比較，通過脈沖寬度調(diào)制原理，得到當(dāng)時(shí)的脈沖寬度。當(dāng)輸入電壓突然變小或負(fù)載阻抗突然變小時(shí)，因?yàn)橹麟娐酚休^大的輸出電容和電感的相移延時(shí)作用，輸出電

26、壓的變小也延時(shí)滯后。輸出電壓變小的信息還要經(jīng)過電壓誤差放大器的補(bǔ)償電路延時(shí)滯后，才能傳至pwm比較器將脈寬展寬。這兩個(gè)延時(shí)滯后作用是暫態(tài)響應(yīng)慢的主要原因。圖2.4 反饋系統(tǒng)原理 電壓模式控制的優(yōu)點(diǎn)有：pwm三角波的幅值較大，脈沖寬度調(diào)節(jié)時(shí)具有較好的抗噪聲裕量；占空比調(diào)節(jié)不受限制；對(duì)于多路輸出電源，它們之間的交互調(diào)節(jié)效應(yīng)較好；單一反饋電壓閉環(huán)設(shè)計(jì)、調(diào)試比較容易；對(duì)輸出負(fù)載的變化有較好的響應(yīng)調(diào)節(jié)。電壓模式控制的缺點(diǎn)有：對(duì)輸入電壓的變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢；補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)由于閉環(huán)增益隨輸入電壓而變化而更為復(fù)雜；輸出lc濾波器給控制環(huán)增加了雙極點(diǎn)，在補(bǔ)償設(shè)計(jì)誤差放大器時(shí)，需要將主極點(diǎn)低頻衰減，或者增加一個(gè)零點(diǎn)

27、進(jìn)行補(bǔ)償。在檢測(cè)及控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為復(fù)雜。2.4 反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)規(guī)劃本課題要求設(shè)計(jì)基于topswitch系列芯片設(shè)計(jì)的單片反激式開關(guān)電源，用于智能儀表的多輸出ac/dc開關(guān)電源。綜合運(yùn)用所學(xué)過的電力電子和模擬電路等多學(xué)科知識(shí)。設(shè)計(jì)電路的輸出總功率為25w，采用反激式開關(guān)電源，共有三路輸出電壓，輸出電壓各為12v/1.2a，5v/2a，30v/20ma。電路采用閉環(huán)反饋控制模式稱為脈沖寬度調(diào)制（pwm）穩(wěn)壓方式，使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值，電路有過電壓和欠電壓保護(hù)，也有降低最大占空比的電路和從外部設(shè)定極限電流等。滿足開關(guān)電源設(shè)計(jì)輸出功率以及功能要求的topswitch芯片很多，考慮電

28、路的可靠性、靈活性以及開關(guān)電源的效率，綜合電路設(shè)計(jì)要求，最后在topswitch-fx和topswitch-gx兩個(gè)系列中做選擇?，F(xiàn)比較兩種芯片的性能特點(diǎn)。兩種系列芯片的開關(guān)頻率、最大占空比都沒有大的區(qū)別，topswitch-gx系列比topswitch-fx系列更加注重電源的效率，topswitch-gx具有輕載時(shí)自動(dòng)降低開關(guān)頻率的電路，對(duì)于topswitch-gx而言，開關(guān)頻率及占空比能隨輸出端負(fù)載的降低而自動(dòng)減小。其減小量與控制端流入的電流成反比。當(dāng)控制端電流逐漸增大時(shí)，占空比能線性地減小到10%，但是當(dāng)負(fù)載很輕時(shí)，占空比還可低于10%。與此同時(shí)，開關(guān)頻率也減少到最小值，以提高開關(guān)電源在

29、輕載下的效率。例如當(dāng)開關(guān)頻率在全頻模式下，頻率最小值就降至30khz，在半頻模式下開關(guān)頻率最小值就降至15khz。該特性能保證開關(guān)電源在輕載時(shí)，仍保持良好的負(fù)載調(diào)節(jié)功能，并且降低了電源的開關(guān)損耗，提高了電源的效率。相對(duì)topswitch-fx系列在電源輕載時(shí)跳過周期的方式更加靈活和高效。所以對(duì)于現(xiàn)如今能源緊缺的環(huán)境，并且負(fù)載情況的多樣性，topswitch-gx系列更加適合作為本電路設(shè)計(jì)的開關(guān)電源芯片。以寬范圍交流輸入為輸入電壓，參照pi公司提供的產(chǎn)品型號(hào)和最大輸出功率表，選擇top244y敞開式電源。該型號(hào)芯片的最大輸出功率為40w，芯片性能特點(diǎn)滿足設(shè)計(jì)要求，而且增加的新功能可以使開關(guān)電源的

30、電路設(shè)計(jì)更加靈活而且可靠性高。選擇好了芯片型號(hào)之后，開始對(duì)開關(guān)電源的emi電路、整流電路、高頻變壓器、保護(hù)電路、多路輸出電路和反饋電路分部設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中選擇電路的各部分的元器件以及元件的參數(shù)。最后使用芯片的輔助設(shè)計(jì)軟件對(duì)反激式開關(guān)電源的電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。3 反激式開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)3.1 開關(guān)電源的emi設(shè)計(jì)開關(guān)電源應(yīng)用于交流電網(wǎng)的場(chǎng)合，整流電路導(dǎo)致輸入電流的斷續(xù)，增加了大量的高次諧波。同時(shí)，開關(guān)電源中功率開關(guān)管的高速開關(guān)動(dòng)作形成了電磁干擾源，所以盡量降低開關(guān)電源的emi，提高其使用范圍，是從事開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題。濾波是抑制干擾的一種有效措施，尤其是對(duì)開關(guān)電源emi信號(hào)的傳導(dǎo)干擾

31、和輻射干擾來說更是如此。任何電源線上的傳導(dǎo)干擾信號(hào)均可用差模和共模信號(hào)來表示。在一般情況下，差模干擾幅度小，頻率低，所造成的影響較?。还材８蓴_幅度大，頻率高，還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的影響較大。因此，欲減弱傳導(dǎo)干擾，把emi信號(hào)控制在有關(guān)emc標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下，最有效的方法就是在開關(guān)電源的輸入和輸出電路中加裝emi濾波器。3.1.1 電源的輸入回路的emi濾波器設(shè)計(jì)開關(guān)電源的工作頻率為10100khz。對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段emi信號(hào)，只要選擇適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娐坊蚓W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的emi濾波器，就可獲得滿意的抑制效果。開關(guān)電源emi濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標(biāo)“x”和“y”，不

32、僅表示其在濾波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們?cè)跒V波網(wǎng)絡(luò)中的安全等級(jí)。不論是選用還是設(shè)計(jì)emi濾波器，都要認(rèn)真地考慮cx和cy的安全等級(jí)。在實(shí)際應(yīng)用中，cx電容接在單相電源線的l和n之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會(huì)疊加l和n之間存在的emi信號(hào)峰值電壓，因此要根據(jù)emi濾波器的應(yīng)用場(chǎng)合和可能存在的emi信號(hào)峰值，正確選擇適當(dāng)?shù)陌踩燃?jí)的cx電容器。cy電容器接在電源供電線l、n與金屬外殼(e)之間。在使用開關(guān)電源濾波器時(shí)，要注意濾波器在額定電流下的電源頻率。在安裝濾波器時(shí)，要特別注意濾波器的輸入導(dǎo)線與輸出導(dǎo)線間隔距離不能把它們捆在一起走線，否則emi信號(hào)很容易從輸入線上耦合到輸出線上，這將會(huì)大

33、大降低濾波器的抑制效果。電源線干擾可以使用電源線濾波器濾除，開關(guān)電源emi濾波器的基本電路如圖所示。在圖3.1中，cx1和cx2叫做差模電容，l1叫做共模電感，cy1和cy2叫做共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對(duì)差模和共模干擾有較強(qiáng)的衰減作用。圖3.1 開關(guān)電源輸入的emi濾波器共模電感l(wèi)1是由同一個(gè)磁環(huán)上的兩個(gè)繞向相反，匝數(shù)相同的繞組構(gòu)成的，通常使用環(huán)形磁芯，漏磁小，效率高，但是繞組困難。當(dāng)工頻電流在兩個(gè)繞組中流過時(shí)為一進(jìn)一出，產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰好抵消，使得共模電感對(duì)工頻電流不起任何阻礙作用，可以無損耗的傳輸。如果工頻電流中含有共模噪聲電流通過共模電感，這種共模噪聲電流是同方向的，流經(jīng)兩個(gè)

34、繞組時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)同相疊加，使得共模電感對(duì)干擾電流呈現(xiàn)出較大的感抗，由此起到了抑制共模干擾的作用。l1的電感量與emi濾波器的額定電流i的具體關(guān)系如下表3.1所示：表3.1電感量與額定電流的關(guān)系額定電流i(a)12345電感量l(mh)823240.40.80.20.300.08在實(shí)際使用中，共模電感的兩個(gè)繞組由于繞制工藝的問題會(huì)存在電感差值，不過這種差值正好被用作差模電感，所以，一般電路中不必在設(shè)置獨(dú)立的差模電感了。共模電感的差值電感與電容cx1及cx2構(gòu)成了一個(gè)型濾波器。這種濾波器對(duì)差模干擾有較好的衰減。除了共模電感以外，圖中的電容cy1和cy2也是用來濾除共模干擾的。對(duì)共模濾波在低頻時(shí)主要

35、有電感器起作用，而在高頻時(shí)大部分有電容cy1和cy2起作用。電容cy的選擇要根據(jù)實(shí)際情況來定，由于電容cy介于電源線和地線之間，承受的電壓比較高，所以，需要具有高耐壓、低漏電流等特性3.1.2 電源的輸出回路的emi濾波器設(shè)計(jì)由于開關(guān)電源的干擾源是不可能消除的，所以減小干擾源的能量就顯得十分重要。開關(guān)電源輸出整流電路如圖3.2所示，其中vd5為整流二極管，vd6為續(xù)流二極管。由于vd5、vd6工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，因此，輸出整流電路的emi源主要為vd5和vd6。在圖中，r5、c12和r6、c13分別為vd5，vd6的吸收電路，用于吸收其開關(guān)時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰。通過減少整流二極管的數(shù)量可減少emi

36、的能量，因此，在同等條件下采用半波整流比采用全波整流和全波整流產(chǎn)生的emi要小。為減小二極管的emi，必須選用具體軟恢復(fù)特性、反向恢復(fù)時(shí)間短的二極管。從理論上講，肖特基勢(shì)壘二極管（sbd）是多數(shù)載流子導(dǎo)流，不存在少子的存儲(chǔ)與復(fù)合效應(yīng)，因而也就不會(huì)有反向電壓尖峰干擾。但實(shí)際上對(duì)于具有較高反向工作電壓的肖特基二極管，隨著電子勢(shì)壘厚度的增加，反向恢復(fù)電流會(huì)增大，也會(huì)產(chǎn)生電磁噪聲。因此，在輸出電壓較低的情況下選用肖特基二極管產(chǎn)生的emi會(huì)比選用其他二極管要小。圖3.2 輸出整流電路的emi濾波電路為了抑制開關(guān)電源的輸出對(duì)負(fù)載產(chǎn)生共模、差模干擾，開關(guān)電源直流輸出端也可以使用直流emi濾波器，它的典型電路

37、如圖3.3所示。它由共模扼流圈l1，l2，扼流圈l3和電容c1，c2組成。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒導(dǎo)磁率磁芯。圖3.3 開關(guān)電源輸出回路的emi濾波器3.2 整流電路設(shè)計(jì)3.2.1 輸入整流電路圖3.4 輸入橋式整流電路由圖3.4可看出，電路中采用四個(gè)二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導(dǎo)向作用，在交流輸入電壓的正半周內(nèi)，二極管d1、d3導(dǎo)通，d2、d4截止；在負(fù)半周內(nèi)，正好相反，d1、d3截止，d2、d4導(dǎo)通，整個(gè)周期內(nèi)輸出的電流方向一致。因此，整流電路輸出的是方向不變的脈動(dòng)直流電壓和電流。橋式整流器選擇b

38、r106，額定電流為10a，額定電壓為600v。通過橋式整流器之后輸出兩端產(chǎn)生的是脈動(dòng)電壓，再通過c1將脈動(dòng)的直流電壓變成一個(gè)變化幅度比較小，基本上波形比較平滑的直流電壓。3.2.2 輸出高頻整流電路 開關(guān)電源的輸出整流電路的工作頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的線性穩(wěn)壓電源的整流電路。開關(guān)電源中采用的整流電路類型多，從大的方面分為有普通整流、同步整流、異步整流、倍流整流等?，F(xiàn)代高速超大規(guī)模的集成電路尺寸不斷減小，電源電壓不斷下降。本設(shè)計(jì)電路選用人們比較熟悉的普通整流電路，高頻變壓器的次級(jí)采用半波整流技術(shù)。如圖3.5所示，整流二極管選擇為肖特基二極管sb540，額定電流為5a，額定電壓為40v。二極管與電容

39、c2、c4和c12組成輸出整流電路，由于輸出功率比較大，增加了rc濾波回路l1，c3(l2、c9、l3、c11)來降低輸出電壓紋波。圖3.5 直流輸出整流電路3.3 高頻變壓器的設(shè)計(jì)變壓器是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，將電能從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪浑娐返碾姶叛b置，是電源設(shè)備中的關(guān)鍵部件之一。在電路中起電氣隔離、儲(chǔ)能、變壓、交流、變阻等作用。在電源設(shè)計(jì)中，變壓器參數(shù)的設(shè)計(jì)對(duì)電源裝置的性能、可靠性、安全性，具有至關(guān)重要的影響。3.3.1 變壓器磁芯的選擇磁芯是制造高頻變壓器的重要組成，設(shè)計(jì)時(shí)合理、正確地選擇磁芯材料、參數(shù)、結(jié)構(gòu)，對(duì)變壓器的使用性能和可靠性，將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。因此，磁芯材料及參數(shù)的選取，便

40、成為高頻變壓器設(shè)計(jì)程序的主要內(nèi)容之一。開關(guān)電源高頻變壓器的磁芯的選擇包括磁芯材料和磁芯結(jié)構(gòu)兩方面。全橋式開關(guān)電源的變壓器磁芯工作在整個(gè)磁滯回線區(qū)間，要求磁芯材料具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，以最大限度地提高磁芯的工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，減小變壓器體積。目前開關(guān)電源變壓器的磁芯材料大多采用軟磁鐵氧體磁性材料，這是由于鐵氧體磁性材料電阻率高、交流渦流損耗小、價(jià)格低、易加工成各種形狀結(jié)構(gòu)的磁芯。這也是在開關(guān)電源中普遍應(yīng)用的重要原因。開關(guān)電源變壓器磁芯有多種結(jié)構(gòu)可供選擇，其結(jié)構(gòu)選擇取決于變壓器的工作體制、磁芯的材料、工作頻率、輸出功率和絕緣耐壓及使用環(huán)境等因素。在本變壓器設(shè)計(jì)中，選擇的是ee型結(jié)構(gòu)的鐵氧體磁性材料的磁

41、芯。3.3.2 變壓器主要參數(shù)計(jì)算（1）變壓器的輸出功率 （3.1）（2）變壓器的計(jì)算功率 （3.2）式中，電源效率（3）設(shè)計(jì)輸出能力 （3.3）式中，磁芯截面積乘積，單位為； 變壓器計(jì)算功率，單位為w； 工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為t； 工作頻率，單位為hz； 窗口占空系數(shù)； 電流密度系數(shù)。所以，由于占空比的變化較大，為便于工作點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)等，取為0.2t；取468；取0.2。根據(jù)式（3.3）的計(jì)算結(jié)果可知ee22型磁芯的尺寸和參數(shù)滿足設(shè)計(jì)輸出要求。（4）線圈計(jì)算本設(shè)計(jì)的高頻變壓器設(shè)計(jì)采用ee22型磁芯，其有效磁通面積s=0.46，骨架的有效寬度為8.45mm。確定最大占空比 =100% （3.4

42、）其中，u=135 v，直流輸入最小電壓值u=87.8v，mosfet的漏-源導(dǎo)通電壓大約u=12v，代入上式得： =63.8%。隨著輸入電壓的升高而減小。輸入電流的平均值為 =0.36a （3.5） 式中，電源效率。初級(jí)峰值電流為=0.87a （3.6） 其中，k為初級(jí)紋波電流i與初級(jí)峰值電流的比值，大約取為0.6，d=63.8% 確定初級(jí)繞組電感l(wèi)= （3.7） 其中，損耗分配系數(shù)z=0.61，=0.44a，k=0.6，po=25w，開關(guān)頻率=132khz代入得：672h。初級(jí)繞組的匝數(shù)n以通過下式計(jì)算= （3.8）式中：s磁芯截面積，單位為； 磁芯最大磁通密度，單位為t。由（3.6）得

43、=0.92a，由（3.7）得672h ，s為41，為1.5t，代入（3.8）可得=102.6，實(shí)取103匝。對(duì)于多路輸出高頻變壓器，各輸出繞組的匝數(shù)可以取相同的每伏匝數(shù)。每伏匝數(shù)可以由下式確定= （3.9）式中：線圈數(shù)，單位為n； 每伏匝數(shù)，單位為v/n； 肖特基整流管的壓降，單位為v。所以對(duì)于12v輸出的回路，次級(jí)繞組的圈數(shù)為6.18，所以取數(shù)值6；對(duì)于5v輸出回路，次級(jí)繞組的圈數(shù)為2.6，所以取數(shù)值3；對(duì)于30v輸出回路，次級(jí)繞組的圈數(shù)為15.5，取16。3.3.3 變壓器的漏感反激式開關(guān)電源的變壓器把流過初級(jí)線圈的電流轉(zhuǎn)換成磁能，并把磁能儲(chǔ)存在變壓器的鐵芯中，當(dāng)電源開關(guān)管關(guān)斷，流過變壓器

44、初級(jí)線圈的電流為零的時(shí)候，開關(guān)電源變壓器才把存儲(chǔ)在變壓器磁芯中的磁能轉(zhuǎn)換為電能，并通過變壓器的次級(jí)線圈輸出。開關(guān)電源變壓器的電磁轉(zhuǎn)換過程中，其工作效率不能達(dá)到100%，會(huì)有一部分能量損失。其中的一部分能量損失就是因?yàn)楫a(chǎn)生漏磁或漏磁通而造成的，而開關(guān)電源變壓器的漏磁通在5%20%之間。減小變壓器的漏感的措施可以采用以下幾種，減小繞組匝數(shù)，選用高磁通密度、低損耗的磁芯；減小繞組厚度，增加繞組高度；在保證安全的前提下，盡量減小繞組間絕緣厚度；初級(jí)和次級(jí)采用分層交替繞制，像“三明治”那樣初次級(jí)夾層，初級(jí)與次級(jí)線圈的位置盡可能安排均勻。這種方法不僅可減小初級(jí)和次級(jí)線圈間的漏感，還可以保證初級(jí)和次級(jí)線圈平

45、均長(zhǎng)度相等，滿足初級(jí)和次級(jí)的銅損耗相等的條件。 3.4 反饋電路設(shè)計(jì)3.4.1 反饋電路的類型開關(guān)電源的反饋電路有四種類型：基本反饋電路；改進(jìn)型基本反饋電路；配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，配tl431的光耦反饋電路。基本反饋電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，成本低廉，適合于制作小型化，經(jīng)濟(jì)型開關(guān)電源，但是穩(wěn)壓性能差。改進(jìn)型基本反饋電路，只增加一個(gè)穩(wěn)壓管和電阻就能提高負(fù)載調(diào)整率。穩(wěn)壓管的電壓一般為22v，必須增加反饋繞組的匝數(shù)，以獲得較高的反饋電壓，滿足電路的需要。配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路，由穩(wěn)壓管提供參考電壓，當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管上可獲得誤差電壓。配tl431的光耦反饋電路，其電路較復(fù)雜，

46、但穩(wěn)壓性能最佳。這里用tl431型可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器來代替普通的穩(wěn)壓管，構(gòu)成外部誤差放大器，進(jìn)而對(duì)輸出電壓作精密調(diào)整，可使電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率均達(dá)到0.2%，能與線性穩(wěn)壓電源相媲美。這種反饋電路適合于構(gòu)成精密開關(guān)電源。3.4.2 反饋電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)電路的反饋電路的類型選擇為配tl431的光耦反饋電路，如圖3.6所示。圖3.6 電壓反饋電路 電路中的tl431可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器的工作原理為通過電路圖中的r4和r7（輸出的取樣電阻）組成的分壓器，來檢測(cè)5v輸出電壓的變化量u，然后將采樣電壓送入tl431的輸入控制端，tl431的輸出電壓（圖中k點(diǎn)的電壓）也發(fā)生相應(yīng)的變化，從而使光電耦合器中

47、的發(fā)光二極管工作電流變化，光電耦合器輸出電流。而光耦是一種以光為媒介來傳輸電信號(hào)的器件。通常把發(fā)光器（紅外線發(fā)光二極管led）與受光器（光敏晶閘管）封裝在同一管殼內(nèi)。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)發(fā)光器發(fā)出光線，受光器接收光線之后就產(chǎn)生光電流，從輸出端流出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-關(guān)-電”轉(zhuǎn)換。普通的光耦合器只能傳輸數(shù)字（開關(guān)）信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。而線性光耦合器是一種新型光電隔離器件，它能夠傳輸連續(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。本設(shè)計(jì)中選用siemens公司的sfh615-2型低輸入電流光電晶體管的光耦合隔離器。經(jīng)過光電耦合器和tl431組成的外部誤差放大器，調(diào)節(jié)控制端c的電流，調(diào)整占

48、空比d，從而使輸出電壓變化，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。3.4.3 反饋電路的改進(jìn)方案如圖3.6所示，開關(guān)電源反饋電路僅從一路輸出回路引出反饋信號(hào)，其余各路未加反饋電路。這樣，當(dāng)5v輸出的負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，會(huì)影響12v輸出的穩(wěn)定性。解決方法就是給12v輸出也增加反饋電路如圖3.7所示。在12v輸出端與tl431的基準(zhǔn)端之間并上電阻r6，并將r4的阻值從10k增至21k。由于5v輸出亦提供一部分反饋信號(hào)，因此可改善該路的穩(wěn)定性。在改進(jìn)前，當(dāng)5v輸出的負(fù)載電流從0.5a變化到2a時(shí)即從滿載電流的25%變化到100%時(shí)，12v輸出的負(fù)載調(diào)整率為s=2%，經(jīng)改進(jìn)后s=1.5%。圖3.7 改進(jìn)后的電壓反饋

49、的電路的12v輸出反饋電路的設(shè)計(jì)方法如下：12v輸出的反饋量有r6的阻值來決定。假定要求12v輸出與5v輸出反饋量相等，各占總反饋量的一半，及反饋比例系數(shù)k=50%。此時(shí)通過r4、r6的電流應(yīng)相等，即i=i。tl431的基準(zhǔn)端電壓u=2.5v。改進(jìn)前，全反饋電流通過r4，因此i=250（a） (3.10)改進(jìn)后，50%的電流從r6上通過，即i=250a/2=125a。r6的阻值由下式確定：r6= (3.11)將u=12v，u=2.50v，i=125a代如上式中，得到r6=76k，可取標(biāo)稱阻值75k。由于i已從250a減至125a，因此還須按下式調(diào)整r4的阻值：r4= (3.12)將u=5v，u

50、=2.50v，=125a代入上式中得到r4=20k?？紤]到接上r6之后5v輸出的穩(wěn)定度會(huì)略有下降，應(yīng)稍微增大r4的阻值以進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)取r4=21k。參照這個(gè)方法也可以給30v輸出增加反饋電路。3.4.4 芯片的控制回路設(shè)計(jì) 如圖3.6所示，高頻變壓器的反饋繞組電壓經(jīng)二極管bav21和c6組成的整流濾波電路，通過光電耦合器中的光敏三極管給top244y的控制端c提供偏壓。反饋電壓的該變量經(jīng)光電耦合器之后使控制電流ic發(fā)生變化，控制電流改變之后芯片內(nèi)部的pwm穩(wěn)壓電路調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，最終使輸出電壓穩(wěn)定在額定值。r2為光電耦合器sfh615-2的限流電阻，r2的大小決定控制環(huán)路的增益。電容器c8

51、為軟啟動(dòng)電容器，可以消除剛啟動(dòng)電源時(shí)芯片產(chǎn)生的電壓過沖。在x和s之間接的一只電阻為芯片的極限電流設(shè)定電阻ril值為5k。只需要改變r(jià)il即可調(diào)節(jié)im的大小，進(jìn)而從外部設(shè)定極限電流的值。3.5 多路輸出電壓電路設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出可以是單路的，這種電源多為專業(yè)電源。而多數(shù)電源為多路輸出，其中一路為主輸出，其他各路為輔助輸出。帶有變壓隔離器的dc/dc變換器中，其輸出與輸入由變壓器隔離，可以通過增加變壓器副邊繞組數(shù)目的方法來實(shí)現(xiàn)多路輸出。下面簡(jiǎn)述本設(shè)計(jì)使用的dc/dc變換器的多路輸出技術(shù)多副邊繞組式。多副邊繞組式是最簡(jiǎn)單的、應(yīng)用最早的一種多路輸出技術(shù)。選擇一路輸出作為主輸出，對(duì)其進(jìn)行閉環(huán)反饋控制

52、，使其達(dá)到穩(wěn)壓精度的要求。而其它各路，只經(jīng)過整流、濾波輸出，穩(wěn)壓精度和紋波等技術(shù)指標(biāo)都很低。本課題設(shè)計(jì)電路提供兩路主輸出為12v/1.2a，5v/2a兩路主輸出和一路30v/20ma的輔助輸出；兩路主輸出都有反饋回路穩(wěn)壓。高頻變壓器的次級(jí)串聯(lián)肖特基整流二極管sb540、并聯(lián)濾波電容器c2、c3、c4和c9構(gòu)成整流濾波電路。3.6 保護(hù)電路設(shè)計(jì)一個(gè)理想的開關(guān)電源，除了高電氣性能指標(biāo)和高安全性外，還要能應(yīng)對(duì)來自外界的惡劣條件和自身發(fā)生的故障，能對(duì)電源提供及時(shí)保護(hù)以免電源損壞，影響整個(gè)電子系統(tǒng)的正常工作。3.6.1 過電壓、欠電壓保護(hù)電路設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源發(fā)生過電壓的主要原因是電源內(nèi)部出現(xiàn)故障。開關(guān)管的擊

53、穿不會(huì)引起輸出過電壓，出現(xiàn)過電壓的主要原因是控制電路的元器件的損壞。輸出電壓的慢慢爬高也會(huì)出現(xiàn)過電壓的現(xiàn)象，但在開關(guān)穩(wěn)壓電源中，由于變壓器副邊的高頻整流電路采用扼流圈輸入方式，因?yàn)闉V波扼流圈電感和濾波電容具有較大的時(shí)間常數(shù)，輸出電壓的上升斜率是緩慢的，只有保護(hù)電路動(dòng)作迅速，就可以阻止電壓緩慢上升超過規(guī)定值。當(dāng)開關(guān)電源的輸出低于規(guī)定值時(shí)，若負(fù)載為邏輯電路，則邏輯電路會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作。因此要求在開關(guān)電源中具有欠電壓保護(hù)電路。欠壓的原因主要是電源的控制電路發(fā)生故障，如調(diào)節(jié)輸出電壓用的電位器的滑動(dòng)片因受外界機(jī)械沖擊或多次使用而松動(dòng)；誤差放大器的基準(zhǔn)電壓降低；輸入電壓下降；控制電路用的輔助電源的電壓下降等。

54、當(dāng)輸入電壓下降時(shí)，除主輸出電壓下降外，輔助電源電壓也隨之下降。為維持輸出電壓保持穩(wěn)定，開關(guān)管增加導(dǎo)通時(shí)間，減小截止時(shí)間，這就要求控制信號(hào)的導(dǎo)通時(shí)間增大，或者關(guān)斷時(shí)間減小。若輸入電壓繼續(xù)下降，就會(huì)使開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電流不足。為避免這一現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)輔助電源電壓出現(xiàn)下降并降到規(guī)定值時(shí)，應(yīng)自動(dòng)停止工作，使控制電路停止工作，保護(hù)穩(wěn)壓電源。當(dāng)輸入電壓在欠電壓保護(hù)規(guī)定值上下的某一范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，控制電路會(huì)產(chǎn)生忽通忽斷的狀態(tài)。同樣，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況。top244y芯片集成了欠電壓。過電壓檢測(cè)電路在芯片內(nèi)部，所以對(duì)于過電壓和欠電壓保護(hù)來說更加容易實(shí)現(xiàn)，只需要在l端與一個(gè)電阻器就可以實(shí)現(xiàn)過電壓保護(hù)、欠電壓保護(hù)。本電路設(shè)計(jì)的電阻器的阻值為2m。3.6.2漏極保護(hù)電路由于高頻變壓器存在漏感，在mosfet功率開關(guān)管有通態(tài)變成斷態(tài)時(shí)，高頻變壓器的原邊繞組上會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓。這個(gè)尖峰電壓與直流電壓和感應(yīng)電壓疊加在一起，極易損壞mosfet功率開關(guān)管。因此，必須設(shè)置漏極保護(hù)電