電動車鋰電池充電器設(shè)計說明

1、工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計題 目：電動車鋰電池充電器電路設(shè)計 姓 名： 王東陽 學(xué) 院：工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣自動化 班 級： 電氣0906 學(xué) 號： 0401090632 指導(dǎo)教師： 胡應(yīng)占 年 月 日摘 要電動自行車是綠色節(jié)能的交通工具，在節(jié)能環(huán)保的發(fā)展進程中電動自行車滿足了消費者出行半徑增大的需求。另外，電動車電瓶采用鋰電池越來越多。利用開關(guān)電源實現(xiàn)對鋰電池高效率充電是目前的發(fā)展趨勢。本設(shè)計通過認(rèn)真調(diào)查鋰電池充電注意事項，電動車用鋰電池充電過程和充電曲線，綜合運用了反激式開關(guān)電源技術(shù)，對電動車用鋰電池充電器做了具體設(shè)計。電路主要包括整流濾波電路、功率變換電路、穩(wěn)壓電路、恒流電路，

2、充電指示電路，實現(xiàn)對鋰電池分四個階段高效率安全充電。充電過程分微弱電流調(diào)節(jié)充電階段，恒流充電階段，恒壓充電。主電源部分采用線性光耦改變電流型PWM控制集成芯片UC3842中誤差放大器的輸入誤差電壓，實現(xiàn)穩(wěn)壓充電。恒流電路實現(xiàn)對鋰電池恒流充電。電路設(shè)計滿足客戶要求，成本低廉。關(guān)鍵詞：反激式開關(guān)電源；鋰電池充電器；UC3842；恒流充電43 / 50目 錄摘要I1 緒論11.1 電動車的發(fā)展概況11.2 鋰電池簡述11.3開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展21.4 設(shè)計目的和要求31.5 主要設(shè)計容32 開關(guān)電源概述42.1隔離式高頻開關(guān)電源42.2本設(shè)計所用術(shù)語52.3開關(guān)電源與線性電源52.4開關(guān)電源能量損

3、耗和壽命62.5開關(guān)電源分類73 反激式開關(guān)電源83.1 反激式開關(guān)電源原理83.2 主要器件簡介113.2.1 UC3842芯片簡介113.2.2 TL431簡介153.2.3 PC817光耦簡介163.3 UC3842常用的電壓反饋電路163.3.1 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入163.3.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入183.3.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓194 總體設(shè)計214.1電路組成214.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能225 主電源部分設(shè)計235.1 輸入電路235.1.1 輸入浪涌電流保護235.1.2 輸入尖峰電壓保護245.2 輸入濾波電路255.2

4、.1 差模干擾和共模干擾概念255.2.2 濾除干擾信號255.3 變壓器設(shè)計265.3.1變壓器功能265.3.2磁芯飽和問題265.3.3 變壓器設(shè)計步驟285.4 RCD箝位電路設(shè)計325.4.1 RCD箝位電路意義325.4.2 RCD箝位電路設(shè)計步驟335.5開關(guān)管選擇345.6輸出濾波器346控制電路設(shè)計356.1低電流調(diào)節(jié)控制電路356.2恒流電路366.3充電指示電路37總結(jié)38參考文獻40附錄1 本設(shè)計電路原理圖41附錄2 本設(shè)計PCB圖421 緒論1.1 電動車的發(fā)展概況電動自行車是綠色節(jié)能的交通工具，在城市化發(fā)展的進程中電動自行車滿足了消費者出行半徑增大的需求。經(jīng)過15年

5、的快速發(fā)展，電動自行車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進入了成熟期，產(chǎn)品的質(zhì)量不斷提高，技術(shù)創(chuàng)新成果普遍應(yīng)用。中國已成為全球電動自行車的制造、消費大國，目前中國市場年產(chǎn)銷量超過2000萬輛，整個產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟規(guī)模達到1000億以上，從業(yè)人員近500萬人。整車企業(yè)1000余家、6000余家相關(guān)聯(lián)配套企業(yè)、100000家經(jīng)銷商、市場保有量達 1.2億輛，電動自行車成為中國一個重要的產(chǎn)業(yè)，也是中國老百姓主要的交通工具。目前平均每四戶居民家庭中就有一輛電動自行車，電動自行車已經(jīng)成為城鄉(xiāng)人民生活中的一種重要的消費品。2009年以來，面對世界金融危機的挑戰(zhàn)，電動自行車產(chǎn)業(yè)依然保持了平穩(wěn)發(fā)展。中國自行車協(xié)會助力車專業(yè)委員會的統(tǒng)計，5

6、0家主要生產(chǎn)電動自行車的企業(yè)，1-8月份累計總產(chǎn)量為656萬輛，同比增長13%。另外，根據(jù)國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計，1-8月份行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)電動自行車產(chǎn)量累計生產(chǎn)為445.5萬輛，同比增長8.7%。兩個不同口徑的統(tǒng)計數(shù)字均說明，電動車的發(fā)展前景可期。1.2 鋰電池簡述鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。最早出現(xiàn)的鋰電池來自于偉大的發(fā)明家愛迪生，使用以下反應(yīng)：Li+MnO2=LiMnO2該反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，放電。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高，所以鋰電池長期沒有得到應(yīng)用?，F(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。隨著數(shù)碼產(chǎn)品如手機、筆記本電

7、腦等產(chǎn)品的廣泛使用，鋰離子電池以優(yōu)異的性能在這類產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，并在近年逐步向其他產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。1998年，電源研究所開始商業(yè)化生產(chǎn)鋰離子電池。習(xí)慣上人們把鋰離子電池也稱為鋰電池，現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)成為了主流。鋰離子電池主要優(yōu)點表現(xiàn)在： 比能量高。具有高儲存能量密度，目前已達到460-600Wh/kg，是鉛酸電池的約6-7倍； 使用壽命長，使用壽命可達到6年以上，磷酸亞鐵鋰為正極的電池用1CDOD充放，有可以使用10,000次的記錄； 額定電壓高（單體工作電壓為3.7V或3.2V），約等于3只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯(lián)電壓，便于組成電池電源組； 具備高功率承受力，其中電動汽車用的磷酸亞鐵

8、鋰鋰離子電池可以達到15-30C充放電的能力，便于高強度的啟動加速； 自放電率很低，這是該電池最突出的優(yōu)越性之一；重量輕，一樣體積下重量約為鉛酸產(chǎn)品的1/5； 高低溫適應(yīng)型強，可以在-20-60的環(huán)境下使用，經(jīng)過工藝上的處理，可以在-45環(huán)境下使用； 綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)； 生產(chǎn)基本不消耗水，對缺水的我國來說，十分有利。 鋰電池的缺點： 鋰原電池均存在安全性差，有發(fā)生爆炸的危險； 鈷酸鋰的鋰離子電池不能大電流放電，安全性較差； 鋰離子電池均需保護線路，防止電池被過充過放電； 生產(chǎn)要求條件高，成本高。鋰電池廣泛應(yīng)用于水力、火力

9、、風(fēng)力和太陽能電站等儲能電源系統(tǒng)，郵電通訊的不間斷電源，以與電動工具、電動自行車、電動摩托車、電動汽車、軍事裝備、航空航天等多個領(lǐng)域。隨著能源的緊缺和世界的環(huán)保方面的壓力，鋰電現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于電動車行業(yè)，特別是磷酸鐵鋰材料電池的出現(xiàn)，更推動了鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用。1.3開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導(dǎo)體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關(guān)電源。隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)

10、整的穩(wěn)定直流電壓。早在70年代，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成化的開關(guān)電源就已被廣泛地應(yīng)用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設(shè)備、程控交換機、精密儀表等電子設(shè)備。這是由于開關(guān)電源能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對多種電壓和電流的需求。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體管使無工頻變壓器的開關(guān)電源迅速實用化。而半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展又為開關(guān)電源控制電路的集成化奠定了基礎(chǔ)，適應(yīng)各類開關(guān)電源控制要求的集成開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關(guān)電源的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善的集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列。近年來高反壓MO

11、S大功率管的迅速發(fā)展，又將開關(guān)電源的工作頻率從20kHz提高到150-200kHz，其結(jié)果是使整個開關(guān)電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關(guān)電源的性能價格比達到了前所未有的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導(dǎo)之勢。當(dāng)然開關(guān)電源能被工業(yè)所接受，首先是它在體積、重量和效率上的優(yōu)勢。在70年代后期，功率在100w以上的開關(guān)電源是有競爭力的。到1980年，功率在50w以上就具有競爭力了。隨著開關(guān)電源性能的改善，到80年代后期，電子設(shè)備的消耗功率在20W以上，就要考慮使用開關(guān)電源了。過去，開關(guān)電源在小功率圍成本較高，但進入90年代后，其成本下降非常顯著當(dāng)然這包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大

12、幅度下降。此外，能源成本的提高也是促進開關(guān)電源發(fā)展的因素之一。1.4 設(shè)計目的和要求作為企業(yè)，為了贏得電動車電器配套市場，組織設(shè)計電動車用鋰電池充電器。本充電器設(shè)計要實現(xiàn)對電動車用鋰電池高性能地充電。通過認(rèn)真調(diào)查鋰電池充電注意事項，電動車用鋰電池充電過程和各個參數(shù)，制作出電動車鋰電池充電器。1.5 主要設(shè)計容根據(jù)調(diào)研電動車用鋰電池充電曲線，設(shè)計本充電器電路實現(xiàn)對鋰電池分四個階段充電，實現(xiàn)充電器對電池高效率安全充電。充電過程分微弱電流調(diào)節(jié)充電階段，恒流充電階段一，恒流充電階段二，恒壓充電。本充電器電路采用反激式開關(guān)電源技術(shù)通過電路控制實現(xiàn)了上述過程。當(dāng)拿一個很虧的鋰電池接上電路后就要經(jīng)歷這四個階

13、段。為了保護過分放電的電池首先是微弱電流充電，沖到一定程度后以小電流恒流充電，然后以大電流恒流充電，最后恒壓充電到截止。本設(shè)計詳細描述如下：當(dāng)接上的鋰電池電壓低于3.3V時，首先充電器要以微弱的電流充電到3.3V。達到3.3V后開始以400mA的小電流充電到5V。然后就以4.12A的電流恒流充電。當(dāng)鋰電池兩端電壓的升高逐漸接近開關(guān)電源的輸出電壓，恒流電路被破壞，電壓反饋穩(wěn)壓階段開始。2 開關(guān)電源概述2.1 隔離式高頻開關(guān)電源隔離式開關(guān)電源的變換器具有多種形式。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。在設(shè)計電源時，設(shè)計者采取那種變換器電路形式，主要根據(jù)成本、要達到的性能指標(biāo)等

14、因素來決定。各種形式的電源電路的基本功能塊是一樣的，只是完成這些功能的技術(shù)手段有所不同。隔離式高頻開關(guān)電源電路的共同特點就是具有高頻變壓器，直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組約脈沖電壓整流濾波而來。開關(guān)電源的基本方框如圖2-1所示。交流輸入線路電壓來自電網(wǎng)，首先要經(jīng)過整流、濾波電路變成含有一定脈動電壓成分的直流電壓，然后進入高頻變換部分。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關(guān)元件，比如開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管等元件，高頻變換部分產(chǎn)生高頻高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應(yīng)出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，使得在輸入交流和輸出負(fù)載發(fā)生變化時，輸出

15、電壓能保持穩(wěn)定，采用脈沖寬度調(diào)制電路和脈沖頻率調(diào)制電路，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準(zhǔn)電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果來控制高頻功率開關(guān)元件的開關(guān)時間比例(占空比)，達到調(diào)整輸出電壓的目的。在方波的上升沿和下降沿。有很多高次諧波，如果這些高次諧波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。因此，在交流輸入端，必須要設(shè)置濾波器，把高頻干擾減少到可接收的圍。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設(shè)計輔助電路，主要包括過壓、過流保護電路等。輸入濾波整流濾波高頻變換開關(guān)元件脈沖變壓器輸出濾波PWM控制輔助電路圖2-l 隔離式開關(guān)電源方框圖輸入輸出2.2 本設(shè)計所用

16、術(shù)語下面列出一些常用的開關(guān)電源術(shù)語，并給出解釋，以備參考。效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負(fù)載，輸入交流電壓為標(biāo)準(zhǔn)值。ESR：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種驅(qū)動波形從零到正常占空比的方法。占空比：在高頻開關(guān)電源中，開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和變換器的工作周期之比。低電流調(diào)節(jié)充電：如果鋰電池電壓低于設(shè)定的電壓值,充電周期首先進行低電流充電,當(dāng)電池電壓低于一定值時就要進入低電流充電階段。恒流充電：只要鋰電

17、池電壓高于設(shè)定電壓值,充電周期進入恒流充電,以一定的電流給電池充電。恒壓充電：當(dāng)電池在充電過程中,電池電壓達到設(shè)定值時,充電周期進入恒壓充電。在恒壓充電中,電壓不變,電流由最大值慢慢減少,當(dāng)電流減少到設(shè)定值時,電池即充滿。2.3 開關(guān)電源與線性電源線性電源穩(wěn)壓器的調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，因而發(fā)熱量大，效率低（35%左右），需要加體積龐大的散熱片，而且還需要同樣也是大體積的工頻變壓器，當(dāng)要制作多組電壓輸出時變壓器會更龐大。開關(guān)電源的調(diào)整管工作在飽和截至狀態(tài)，因而發(fā)熱量小，效率高（75以上）而且省掉了大體積的變壓器。但開關(guān)電源輸出的直流上面會疊加較大的紋波，在輸出端并接穩(wěn)壓二極管可以改善，另外由于開

18、關(guān)管工作是會產(chǎn)生很大的尖峰脈沖干擾，也需要在電路中串連磁珠加以改善。相對而言線性電源就沒有以上缺陷，它的紋波可以做到5mV以下。對于電源效率和安裝體積有要求的地方用開關(guān)電源為佳，對于電磁干擾和電源純凈性有要求的地方（例如電容漏電檢測）多選用線性電源。另外開關(guān)電源中用到的高頻變壓器繞制起來比較麻煩。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，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。開關(guān)電源高頻化

19、是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源與保護環(huán)境方面都具有重要的意義2。開關(guān)電源具備三個條件：開關(guān)：電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài)。高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻。直流：開關(guān)電源輸出的是直流而不是交流。2.4 開關(guān)電源能量損耗和壽命降低損耗，遏制溫升，提高效率，延長壽命開關(guān)電源部的損耗主要分四個方面：開關(guān)損耗 如功率開關(guān)，驅(qū)動；導(dǎo)通損耗 如輸出整流器，電解電容中電阻損耗；附加損耗 如控制IC，反饋電路，啟動電路，驅(qū)動電路；電

20、阻損耗 如預(yù)加負(fù)載等；在反激式開關(guān)電源中，功率開關(guān)和驅(qū)動以與輸出整流部分占損耗的90多，磁性元件占5，其它占5； 損耗直接影響效率，更影響電源的穩(wěn)定性和工作壽命。損耗都以發(fā)熱而表現(xiàn)出來，晶體管和電容和磁性元件都對溫度很敏感。下面列舉的是溫度對器件的影響：溫度每升高10，電解電容的壽命就會減半；在高溫和反向電壓接近額定值時，肖特基二極管的漏電很嚴(yán)重，就像陰陽極通路一樣；通用磁性材料，從25到100飽和磁感應(yīng)強度下降30左右；在這里，磁性材料的損耗雖然說占比例很小但是它對整個開關(guān)電源的影響非常大。比如在正常工作時，設(shè)計的最大磁通密度偏大，由于溫升的原因?qū)⑹癸柡痛鸥袘?yīng)強度下降，再加上反饋回路的延遲效

21、應(yīng)而使導(dǎo)通時間加長，極易使磁芯飽和，瞬間開關(guān)管損壞。在此設(shè)計時，最好保證銅耗接近于磁耗，初級繞組的銅耗接近于次級繞組的銅耗以達到最優(yōu)化的設(shè)計防止磁芯過渡溫升；MOSFET管，每升高25，柵極閥值電壓下降5。MOSFET管的最大節(jié)點溫度時150，節(jié)點溫度的理想值為105，最高不要超過125。Rds隨溫度的升高而增大。 所以，在設(shè)計時盡可能降低元件本身損耗而造成的溫升，也要注意遠離熱源，不因外界原因而造成溫升，更要優(yōu)化設(shè)計減小損耗，提高效率，延長元器件與整個電源的工作壽命。2.5 開關(guān)電源分類按開關(guān)管與負(fù)載的連接方式分類，開關(guān)電源可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型和變壓器耦合型3種類型。按開關(guān)器件的激勵方式，可

22、分為自激式和他激式開關(guān)電源。按調(diào)制方式分可分脈沖寬度調(diào)制式和脈沖頻率調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源和PWM和PFM的混合方式。按開關(guān)管的連接和工作方式分類，開關(guān)穩(wěn)壓電源可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式4種。3 反激式開關(guān)電源3.1 反激式開關(guān)電源原理單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，工作原理如圖3-l所示，當(dāng)開關(guān)管S1被PWM脈沖激勵而導(dǎo)通時，次級整流二極管D1截止，輸出電容C給負(fù)載供電。直流輸入電壓施加到高頻變壓器T的原邊繞組上，此時NP相當(dāng)于一個純電感，流過NP的電流線性上升，電源能量以磁能形式存儲在電感中：當(dāng)開關(guān)管S1截止時，由于電感電流不能突變，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極

23、性顛倒使D1導(dǎo)通，原邊儲存的能量傳送到副邊，提供負(fù)載電流，同時給輸出電容充電。單端反激式開關(guān)電源以主開關(guān)管的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷為主要特征。開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器一次側(cè)線圈不斷儲存能量;而開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器將一次側(cè)線圈儲存的電感能量通過整流二極管給負(fù)載供電，直到下一個脈沖到來，開始新的周期3。開關(guān)電源中的變壓器起著非常重要的作用：一是通過它實現(xiàn)電場-磁場-電場能量的轉(zhuǎn)換，為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓;二是可以實現(xiàn)變壓器功能，通過脈沖變壓器的初級繞組和多個次級繞組可以輸出多路不同的直流電壓值，為不同的電路單元提供直流電量;三是可以實現(xiàn)傳統(tǒng)電源變壓器的電隔離作用，將熱地與冷地隔離，避免觸電事故，保證用戶端

24、的安全。VOUTVdcIs次級電流波形Ip初級電流波形TonToff圖3-1 反激式開關(guān)電源原理圖在開關(guān)管S1關(guān)斷的Toff期間，變壓器鐵心中的磁通主要由變壓器次級線圈回路中的電流來決定，這就相當(dāng)于流過變壓器次級線圈中的電流所產(chǎn)生的磁場可以使變壓器的鐵心退磁，使變壓器鐵心中的磁場強度恢復(fù)到初始狀態(tài)。由于控制開關(guān)突然關(guān)斷，流過變壓器初級線圈的勵磁電流突然為0，此時，流過變壓器次級線圈中的電流就正好接替原來變壓器初級線圈中勵磁電流的作用，使變壓器鐵心中的磁感應(yīng)強度由最大值Bm返回到剩磁所對應(yīng)的磁感應(yīng)強度Br位置，即流過次級繞組電流是由最大值逐步變化到0的。由此可知，反激式變壓器開關(guān)電源在輸出功率的

25、同時，流過次級線圈回路中的電流也在對變壓器鐵心進行退磁。SBmSBrt/st/st/sUo/VUp-UpI1I2TonTonTonToffToffIoi/A圖3-2 臨界連續(xù)電流狀態(tài)時波形反激式變壓器開關(guān)電源工作于臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，次級整流輸入電壓Uo、負(fù)載電流Io，變壓器鐵芯的磁通，以與變壓器初、次級電流等波形圖如圖3-2所示。變壓器次級線圈輸出電壓Uo是一個帶正負(fù)極性的脈沖波形，一般負(fù)半周是一個很規(guī)整的矩形波；而正半周，由于輸出脈沖被整流二極管限幅，當(dāng)開關(guān)電源工作于連續(xù)電流或臨界連續(xù)電流狀態(tài)時，輸出波形基本也是矩形波。因此，整流二極管的輸入電壓Uo的正半周幅度與儲能濾波電容的兩端電壓基本

26、一樣。因此，整流二極管的輸入電壓Uo的幅值Up與整流輸出電壓基本相等。在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被磁化；在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被退磁。因此，在Ton期間，變壓器鐵芯中的磁通量是由剩磁SBr向最大磁通SBm方向變化；而在Toff期間，變壓器鐵芯中的磁通量是由最大磁通SBm向剩磁SBr方向變化。i波形是反激式變壓器開關(guān)電源工作于臨界電流狀態(tài)時，變壓器初、次級線圈的電流波形。其中，i1為流過變壓器初級線圈中的電流，i2為流過變壓器次級線圈中的電流（虛線所示），Io是流過負(fù)載的電流（虛線所示）。在控制開關(guān)接通期間，變壓器鐵芯被初級線圈電流磁化；在控制開關(guān)關(guān)斷期間，變壓器鐵芯被被次級線圈電流

27、退磁，并向負(fù)載輸出電流。還可以看出，流過變壓器初、次級線圈中的電流是可以突跳的。在控制開關(guān)關(guān)斷的一瞬間，流過變壓器初級線圈的電流由最大值跳變到0，而在同一時刻，流過變壓器次級線圈的電流由0跳變到最大值。并且，變壓器初級線圈電流的最大值正好等于變壓器次級線圈電流最大值的n倍（n為變壓器次級電壓與初級電壓比）。3.2 主要器件簡介3.2.1 UC3842芯片簡介UC3842 是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。與電壓控制方式相比在負(fù)載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。該電路主要特點有：含欠電壓鎖定電路低起動電流（典型值為0.12mA）穩(wěn)定的部基準(zhǔn)電壓源大電流推挽輸出（驅(qū)動電流達1A）工

28、作頻率可到500kHz自動負(fù)反饋補償電路雙脈沖抑制較強的負(fù)載響應(yīng)特性UC3842 部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：1腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；2腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；3腳為電流檢測輸入端， 當(dāng)檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；4腳為定時端，部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT)；5腳

29、為公共地端；6腳為推挽輸出端，部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅(qū)動能力為±1A ；7腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；8腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力。圖3-3 UC3842部結(jié)構(gòu)UC3842是專門設(shè)汁用于出線和直流直流變換器應(yīng)用的高性能、固定頻率、電流模式控制器，為設(shè)計者提供使用最少外部元件的高性能價格比的解決方案。代表性的方框圖如圖3-4示。圖3-4 UC3842代表性方框圖振蕩器頻率由定時元件RT和CT選擇值決定。電容CT由5.0V的參考電壓通過電阻RT充電，充至約2.8V,再由一個

30、部的電流宿放電至1.2V。在CT放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電子，這導(dǎo)致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生丁一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。圖l顯示R，與振蕩器頻率關(guān)系曲線，圖2顯示輸出靜區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線它們都是在給定的CT值時得到的。注意盡管許多的Rt和Ct值都可以產(chǎn)生一樣的振蕩器頻率，但只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。振蕩器門限是溫度補償?shù)?，放電電流在T=2 5叫被微調(diào)并確保在±1 0之，這些部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率與晨大輸出占空比的變化最小。 不要將UC3842的重要元件的參數(shù)選得接近分布參數(shù)；具體來說，電阻不要太大，電容器和

31、電感器不要太小。決定振蕩頻率的RC，當(dāng)把R選擇太大，C太小時，就易使穩(wěn)定性特別差；如電容C小得接近分布參數(shù)，也就是說取掉該電容由線路板與其它元件間的分布參數(shù)而形成的容值都和所選的電容容值差不多；或者所選電阻太大以至于線路板上的漏電流所等效的阻值都和所選的電阻大小差不多；這將造成工作不穩(wěn)定，如溫度或濕度變化時其分布參數(shù)也跟著變化，嚴(yán)重影響振蕩的穩(wěn)定性。R一般不要大于1M歐，C一般不要小于22PF。誤差放大器提供一個有可訪問反相輸入和輸出的全補償誤差放大器。此放大器從有90dB的典刮自流電流增益和只有57度相位余量的1OMHz的增益為1帶寬。同相輸入在部偏置于2.5V而不經(jīng)管腳引出。典刑情況下變換

32、揣輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。最大輸入偏置電流為2.0uA，它將引起輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。誤差放大器輸出(管腳1)用于外部回路補償。輸出電壓因兩個二極管壓降而失調(diào)(1.4V)并在連接至電流取樣比較器的反相輸入之前被三分，這將在管腳l處于其最低狀態(tài)時(Vol)，保證在輸出(管腳6)不出現(xiàn)驅(qū)動脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負(fù)載被取消時，或者在軟啟動過程的開始。最小誤差放大器反饋電阻受限于放大器的拉電流(O5mA)和到達比較器的1.0V箝位電子所需的輸出電壓(VoH)： (3-1)UC3842作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通山振蕩器

33、起始，當(dāng)峰值電感電流到達誤差放大器輸出補償(管腳1)建立的門限電平時中止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差信號控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個與輸出開關(guān)Q1的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取洋輸入(管腳3)監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平相比較。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳1上的電壓控制，其中： (3-2)當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流取樣比較器門限將被部箝位至10V。因此最大峰值開關(guān)電流為： (3-3)通常正電流波形的

34、前沿可以觀察到一個窄尖脈沖，當(dāng)輸出負(fù)載較輕時，它可能會引起電源不穩(wěn)定。這個尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流管恢復(fù)時間造成的。在電流取樣輸入端增加一個RC濾波器，使它的時間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時間，通常將消除不穩(wěn)定性，如圖3-5所示。圖3-5 電流波形尖脈沖抑制欠壓鎖定采用了兩個欠壓鎖定比較器來保證在輸出級被驅(qū)動之前，集成電路已完全可用。正電源端(Vcc)和參考輸出(Vref)各由分離的比較器監(jiān)視。每個都具有部的滯后，以防止在通過它們各自的門限時產(chǎn)生錯誤輸出動作。Vcc比較器上下門限分別為：UCX842A 16V10V，UCX843A8.4V7.6V。Vref比較器高低門限為3.6

35、V3.4V。大滯后和小啟動電流使得UCX842A特別適合干需要有效的自舉啟動技術(shù)的離線變換器應(yīng)用中。UCX843A準(zhǔn)備應(yīng)用于更低電壓直流到直流變換器中。一個36V的齊納二極管作為一個并聯(lián)穩(wěn)壓管，從Vcc連接至地。它的作用是保護集成電路免受系統(tǒng)啟動期間產(chǎn)生的過高電壓的破壞。最小工作電壓：UCX842A為11V，UCX843A為8.2V。輸出這些器件有一個單圖騰柱輸出級，是專門設(shè)計用來自接驅(qū)動功率MOSFET的，在1.0nF負(fù)載下時，它能提供高達±1.0A的峰值驅(qū)動電流和典型值為50ns的上升、下降時間，還附加了一個部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效，輸出就進入灌模式，這個特性使外部下

36、拉電阻不在需要。3.2.2 TL431簡介儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V圍的任何值。該器件的典型動態(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，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。該器件符號如圖3-6所示。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。 圖3-6 TL431符號TL431的具體功能可以用圖3-7的功能模塊示意。可以看到，一個部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有同相端輸入端的電

37、壓非常接近2.5V時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著同相端輸入端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然該圖絕不是TL431的實際部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。圖3-7 TL431功能模塊示意圖3.2.3 PC817光耦簡介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，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。當(dāng)輸入端加電信號時，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，從而實現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電

38、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，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，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作用還可以起到隔離作用。三極管Vce隨輸入二極管電流If的變化曲線（Ic為參量）如圖3-8所示。圖3-8 三極管Vce隨輸入二極管電流If的變化曲線（Ic為參量）3.3 UC3842常用的電壓反饋電路3.3.1 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入UC3842的輸出電壓直接分壓電路如圖3-9所示。圖3-9 輸出電壓直接分壓該電路的工作原理是：直流電壓加在R5上，降壓后加在UC3842

39、的引腳7上，為芯片提供大于16 V的啟動電壓，當(dāng)芯片啟動后由反饋繞組提供維持芯片正常工作需要的電壓。當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激變壓器Bl的反饋繞組上產(chǎn)生的反饋電壓也升高，該電壓經(jīng)R16、R17、W1組成大分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓后送入UC3842的引腳2，與基準(zhǔn)電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使UC3842引腳6的驅(qū)動脈沖占空比減小，從而使輸出電壓降低，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。設(shè)計回路反饋時，需要在開關(guān)管上串聯(lián)一個以地為參考的取樣電阻R14，R16，R18將初級線圈的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，此電壓由電流檢測比較器監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平比較。這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，缺點是輸入電壓和輸出電壓必須共

40、地，不能做到電氣隔離。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計的困難，所以這種方法很少使用4。3.3.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入圖3-10 輔助電源輸出電壓分壓如圖3-10所示，當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激式變壓器T的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也升高，該電壓經(jīng)過D82，D20，DW1，整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給UC3842供電。同時該電壓經(jīng)R16與R17分壓后作為采樣電壓，送入UC3842的腳2，在與基準(zhǔn)電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使腳6輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時，使腳6

41、輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。 這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時，基本上不能實現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對某種固定負(fù)載的情況。3.3.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓為克服上述問題，可以對上述反饋電路進行改進，采用光耦和電壓基準(zhǔn)進行反饋控制，可以極提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性和精度。采用這種方法進行反饋控制時需要從副邊繞組輸出端進行取樣，電路如圖3-11所示。圖3-11 采用光耦和電壓基準(zhǔn)反饋控制電路電壓采樣與反饋

42、電路由光耦PC817、TL431和阻容網(wǎng)絡(luò)組成，圖中R5和C5用于TL431的頻率補償，不能缺少。通過調(diào)節(jié)由R24，R31，R32組成的分壓網(wǎng)絡(luò)后得到采樣電壓，該采樣電壓與三端可調(diào)穩(wěn)壓塊TL431提供的2.5 V基準(zhǔn)電壓進行比較，當(dāng)輸出電壓正常時，采樣電壓與TT431提供的2.5 V電壓基準(zhǔn)相等，則TL431的K極電位保持不變，從而流過光耦二極管的電流不變，進而流過光耦CE的電流也不變，UC3842引腳2的反饋電位Uf保持不變，則引腳6輸出驅(qū)動的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。當(dāng)輸出5V電壓因為某種原因升高時，分壓網(wǎng)絡(luò)上得到的輸出電壓采樣值會隨之升高，從而TL431的K極電位下降，流過光

43、耦二極管的電流增大，進而流過CE的電流增大，從而UC3842的引腳2的電位升高。由UC3842部示意圖可知：誤差放大器的輸出電壓Ue減小，亦即電流檢測比較器鉗位電壓減小，UC3842引腳6輸出驅(qū)動的占空比減小，從而使輸出電壓減小，這樣就完成了反饋穩(wěn)壓的過程。初級線圈充磁峰值電流取樣的回路反饋也是開關(guān)電源設(shè)計起決定作用的環(huán)節(jié)，如果回路反饋設(shè)計不符合電路要求，開關(guān)電源就無常工作。另外還有一種連接，UC3842的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻，改變的是誤差放大器的增益。該電路通過調(diào)節(jié)誤差放大器的增益而不是調(diào)節(jié)誤差放大器的輸入誤差

44、來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關(guān)信號的占空比。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時，輸出電壓基本上沒有變化。實驗證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。4 總體設(shè)計4.1電路組成本設(shè)計共分為兩部分：主電源部分、控制電路部分。其中主電源采用單端反激式開關(guān)電源技術(shù)?？刂齐娐凡糠职ǖ碗娏髡{(diào)節(jié)控制電路部分、恒流電路部分、充電指示電路部分?？傠娐房驁D如圖4-1所示。本設(shè)計難點在于主電源設(shè)計部分。包括輸入電路，濾波電路，脈沖變壓器制作，開關(guān)管選擇，UC3842外圍電路設(shè)計、反饋穩(wěn)壓電路。本電路最大功率發(fā)生在恒流充電

45、階段二結(jié)束恒壓充電開始時。最大輸出功率為86W。設(shè)計主電源時就是要找到最苛刻的條件，即輸入最低，輸出功率最大的條件下來設(shè)計脈沖變壓器的。輸入電路要抑制浪涌電流和尖峰電壓。為減小電源尖峰干擾需要在電源進線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。脈沖電壓器設(shè)計的重要性不言而喻，設(shè)計的合理與否直接影響電路效率和帶載能力。UC3842外圍電路包括振蕩電路，誤差放大器輸入和補償電路，電源啟動電路，驅(qū)動開關(guān)管電路，軟啟動電路。反饋穩(wěn)壓電路采用上面介紹的線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓?？刂齐娐凡糠职ǖ碗娏髡{(diào)節(jié)控制電路部分、恒流電路部分、充電指示電路部分。其中低電流調(diào)節(jié)控制電路部分是當(dāng)鋰電池本身電壓小于3.

46、3V時，充電器要以微弱的電流將鋰電池充電到3.3V。恒流電路部分是當(dāng)鋰電池本身電壓達到3.3V以上充電器對其進行恒流充電。充電指示電路部分就是要指示電路狀態(tài)，便于用戶知道充電情況。主電源電路低電流調(diào)節(jié)電路恒流電路指示燈電路圖4-1 電路框圖主電源控制電路4.2系統(tǒng)實現(xiàn)功能市面上一些鋰電池充電器充電過程分為預(yù)充電,恒流充電,恒壓充電,溫度監(jiān)控。本充電器電路輸出端接上的鋰電池電壓低于3.3V時，首先充電器要以微弱的電流充電到3.3V。達到3.3V后開始以400mA的小電流充電到5V。然后就以4.12A的電流恒流充電。當(dāng)鋰電池兩端電壓的升高逐漸接近開關(guān)電源的輸出電壓，恒流電路被破壞，電壓反饋穩(wěn)壓階段

47、開始。當(dāng)充電電流在155mA以上就意味著在充電，指示燈為紅色。反之即認(rèn)為充電完畢，指示燈變?yōu)榫G色。最后本充電器電路的截止充電電壓是21V。 5主電源部分設(shè)計主電源電路圖如圖5-1所示。其中包括輸入電路，濾波電路，脈沖變壓器制作，開關(guān)管選擇，UC3842外圍電路設(shè)計、反饋穩(wěn)壓電路。本電路最大功率發(fā)生在恒流充電階段二結(jié)束恒壓充電開始時。最大輸出功率為86W。設(shè)計主電源時就是要找到最苛刻的條件，即輸入最低，輸出功率最大的條件下來設(shè)計脈沖變壓器的。輸入電路要抑制浪涌電流和尖峰電壓。為減小電源尖峰干擾需要在電源進線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。脈沖電壓器設(shè)計的重要性不言而喻，設(shè)計的合理與否直接影響電

48、路效率和帶載能力。UC3842外圍電路包括振蕩電路，誤差放大器輸入和補償電路，電源啟動電路，驅(qū)動開關(guān)管電路，軟啟動電路。反饋穩(wěn)壓電路上面介紹的采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓。圖5-1 主電源電路5.1 輸入電路5.1.1 輸入浪涌電流保護隔離式開關(guān)電源在加電時，會產(chǎn)生極高的浪涌電流，需在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的圍之。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的ESR值。如果不采取任何保護措施，浪涌電流可接近幾百安培。通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；

49、另一種方法是采用負(fù)溫度系數(shù)(NTc)的熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。電阻雙向可控硅技術(shù)：采用此項浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對其進行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)計時要認(rèn)真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因為在它導(dǎo)通時，要流過全部的輸入電流。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。當(dāng)開關(guān)電源接通時，熱敏電阻的阻值基本上是電阻的標(biāo)稱值。這樣，由于阻值較

50、大，它就限制了浪涌電流。當(dāng)電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負(fù)載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會影響整個開關(guān)電源的效率。5.1.2 輸入尖峰電壓保護在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為115v或230v左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴(yán)重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達5kV。另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式： （5-1）公式中L是電感器的漏感，I是通過線圈的電流。由此可見，雖然

51、電壓尖峰持續(xù)的時間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。所以需要采取措施加以避免。用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻瞬態(tài)電壓抑制器。把壓敏電阻連在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時它的阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應(yīng)按下述步驟進行。選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大10一20；計算或估計出電路所要承受的最大瞬間能量的焦?fàn)枖?shù)；查明器件所需要承受的最大尖峰電流；上述幾步完成后，就可以根據(jù)

52、生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。5.2 輸入濾波電路5.2.1 差模干擾和共模干擾概念電壓電流的變化通過導(dǎo)線傳輸時有二種形態(tài),我們將此稱做"共模"和"差模".設(shè)備的電源線,等的通信線,與其它設(shè)備或外圍設(shè)備相互交換的通訊線路,至少有兩根導(dǎo)線,這兩根導(dǎo)線作為往返線路輸送電力或信號.但在這兩根導(dǎo)線之外通常還有第三導(dǎo)體,這就是"地線".干擾電壓和電流分為兩種:一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸;另一種是兩根導(dǎo)線做去路,地線做返回路傳輸.前者叫"差模",后者叫"共模"。5.2.2 濾除干

53、擾信號為了減小差模干擾和共模干擾需要在電源進線端和電源輸出線端分別加入濾波電路。在電源進線端通常采用如圖5-2所示電路。該電路對共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用。濾除差模干擾信號。L1,L2,C1用于濾除差模干擾信號。L1,L2磁芯面積不宜太小，以免飽和。電感量幾毫亨至幾十毫亨。C1為電源跨接電容，又稱X電容。用瓷電容或聚脂薄膜電容效果更好。電容量取0.22F0.47F。濾除共模干擾信號L3，L4，C2-1，C2-2用于濾除共模干擾信號。L3，L4要求圈數(shù)一樣，一般取10，電感量2mH左右。C2-1，C2-2為旁路電容，又稱Y電容。電容量要求2200pF左右。電容量過大，影響設(shè)備的絕緣性能。

54、圖5-2 電源進線端濾波電路5.3 變壓器設(shè)計5.3.1變壓器功能高頻電源變壓器完成功能有三個：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。功率傳送有兩種方式。第一種是變壓器功率的傳送方式，加在原繞組上的電壓，在磁芯中產(chǎn)生磁通變化，使副繞組感應(yīng)電壓，從而使電功率從原邊傳送到副邊。在功率傳送過程中，磁芯又分為磁通單方向變化和磁通雙方向變化兩種工作模式。單方向變化工作模式，磁通密度從最大值 Bm變化到剩余磁通密度Br，或者從Br變化到Bm。磁通密度變化值B=Bm-Br。為了提高B，希望Bm大，Br小。雙方向變化工作模式磁通度從+ Bm變化到-Bm，或者從-Bm變化到+Bm。磁通密度變化值B=2Bm，為了提高B，

55、希望Bm大，但不要求Br小，不論是單方向變化工作模式還是雙方向變化工作模式，變壓器功率傳送方式都不直接與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，第二種是電感器功率傳送方式，原繞組輸入的電能，使磁芯激磁，變?yōu)榇拍軆Υ嫫饋?，然后通過去磁使副繞組感應(yīng)電壓，變成電能釋放給負(fù)載。傳送功率決定于電感磁芯儲能，而儲能又決定于原繞組的電感。電感與磁芯磁導(dǎo)率有關(guān)，磁導(dǎo)率高，電感量大，儲能多。而不直接與磁通密度有關(guān)。雖然功率傳送方式不同，要求的磁芯參數(shù)不一樣，但是在高頻電源變壓器設(shè)計中，磁芯的材料和參數(shù)的選擇仍然是設(shè)計的一個主要容。電壓變換通過原邊和副邊繞組匝數(shù)比來完成。不管功率傳送是那一種方式，原邊和副邊的電壓變換比等于原和副繞組匝數(shù)

56、比。繞組匝數(shù)設(shè)計成多少，只要不改變匝數(shù)比，就不影響電壓變換。但是繞組匝數(shù)與高頻電源變壓器的漏感有關(guān)。漏感大小與原繞組匝數(shù)的平方成正比。漏感值大，儲存的能量也大，在電源開關(guān)過程中突然釋放，會產(chǎn)生尖峰電壓，增加開關(guān)器件承受的電壓峰值，也對絕緣不利，產(chǎn)生附加損耗和電磁干擾。絕緣隔離通過原邊和副邊繞組的絕緣結(jié)構(gòu)來完成。為了保證繞組之間的絕緣，必須增加兩個繞組之間的距離，從而降低繞組間的耦合程度，使漏感增大。還有，原繞組一般為高壓繞組，匝數(shù)不能太少，否則，匝間或者層間電壓相差大，會引起局部短路。這樣，匝數(shù)有下限，使漏感也有下限?？傊?，在高頻電源變壓器絕緣結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計中，要統(tǒng)籌考慮漏感和絕緣強度問題。5.3.2磁芯飽和問題 對一般變壓器而言，原邊繞組的電流由兩部分組成，一部分是負(fù)載電流分量，它的大小與副邊負(fù)載有關(guān)；當(dāng)副邊電流加大時，原邊負(fù)載電流分量也增加，以抵消副邊電流的作用。另一部分是勵磁電流分量，主要產(chǎn)生主磁通，在空載運行和負(fù)載運行時，該勵磁