單端正激式開關(guān)電源主電路設(shè)計—畢業(yè)設(shè)計

1、摘要： 電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠工作。目前，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。本設(shè)計的單端正激式開關(guān)電源是一種間接直流變流技術(shù)，本設(shè)計以正激電路為主體，采用以TOPSwitch系列開關(guān)電源集成芯片TOP244Y為核心的脈寬調(diào)制電路實現(xiàn)交-直-交-直變流，輸出穩(wěn)壓穩(wěn)頻的直流電。關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；正激電路；變壓器；脈寬調(diào)制；ABSTRACT Power is an indispensable part of electronic equipme

2、nt, its performance directly related to electronic equipment technical indicators and safe work can. At present, switching power supply for has the advantages of small size, light weight, high efficiency, low calorific value and stable performance advantages and replace traditional technology of pha

3、sed manostat, and widely used in electronic equipment.The design of the single straight separate-excited switching power supply is a kind of indirect dc converter technology, this design was adopted for the main circuit, induced by TOPSwitch series of switch power integration chip TOP244Y as the cor

4、e of the pulse width modulation circuit implementation delivered straight into - - - the voltage output variable flow straight, dc frequency stability.KEY WORDS Switching power supply；Is induced circuit；Transformer；Pulse width modulation目 錄前 言31. 開關(guān)電源的發(fā)展及趨勢41.1 開關(guān)電源的發(fā)展歷史41.2 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢42. 開關(guān)電源概念及基本原理

5、62.1 開關(guān)電源概念62.1.1 基本概念62.1.2 開關(guān)電源通常由六大部分組成62.2 開關(guān)電源各部分電路基本原理62.2.1 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理62.2.2 TOPSwitchGX系列TOP244Y芯片72.2.3 單相二極管整流橋82.2.4 緩沖電路（吸收電路）92.2.5 正激電路102.2.6 開關(guān)電源中的濾波電路123. 開關(guān)電源變壓器的設(shè)計143.1 確定磁心的尺寸14正激式變壓器的設(shè)計163.2.1 變壓器匝數(shù)比的確定163.3 變壓器的繞線技術(shù)173.3.1 繞組符合安全規(guī)程173.3.2 低漏感的繞制方法183.3.3 變壓器緊密耦合的繞制方法204. 單端

6、正激式開關(guān)電源主電路設(shè)計224.1 輸入電路設(shè)計224.2 正激電路的設(shè)計224.2.1 復(fù)位電路224.2.2 導(dǎo)向電路和續(xù)流電路234.2.3 抑制阻尼振蕩電路234.3 正激變壓器設(shè)計234.4 輸出電路的設(shè)計235. 實驗結(jié)果245.1 空載試驗245.2 帶金屬負(fù)載試驗254）TOPSwitch漏源極之間電壓Uds 波形為255.3 試驗過程出現(xiàn)的問題及解決25結(jié) 論26致 謝27參考文獻(xiàn)28前 言 本課題主要是研究基于TOPSwitchGX系列芯片TOP244Y構(gòu)成的，以脈寬調(diào)制PWM為控制方式的高頻單端正激式開關(guān)電源。本人負(fù)責(zé)主電路的設(shè)計。電源是各種電子設(shè)備不可或缺的組成部分，其

7、性能優(yōu)劣直接關(guān)系到電子設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)及能否安全可靠工作。目前，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐漸取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源，并廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中。本設(shè)計的主要目的是將電網(wǎng)電壓（市電），經(jīng)濾波后進(jìn)入單相二極管整流橋，再經(jīng)大電容濾波得到直流高壓，通過PWM控制，在正激變換器的變壓器二次側(cè)得到高頻矩形波電壓，再經(jīng)濾波得到平穩(wěn)的直流輸出；輸出電壓為12V，輸出功率約為30W。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求和給定的條件，分析單端正激式開關(guān)電源是由哪幾部分電路組成，主電路包括哪些部分。在大量查閱了有關(guān)開關(guān)電源資料上的基礎(chǔ)之上選擇相應(yīng)的方案設(shè)計。在主電路的設(shè)計過程中，主要克服的難

8、點是正激式變化器的設(shè)計和電路中元器件參數(shù)計算，尤其是變壓器的磁心尺寸選取、變壓器的繞制方法。基于理論水平和時間的局限，并請教指導(dǎo)老師、已畢業(yè)在外從事開關(guān)電源研究開發(fā)的師兄，在本設(shè)計中有些元器件參數(shù)采用經(jīng)驗估計法。1. 開關(guān)電源的發(fā)展及趨勢1.1 開關(guān)電源的發(fā)展歷史 開關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展歷史。早期產(chǎn)品的開關(guān)頻率很低，成本昂貴，僅用于衛(wèi)星電源等少數(shù)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)過晶閘管相位控制式開關(guān)電源，70年代由分立元件制成的各種開關(guān)電源，均因效率不夠高、開關(guān)頻率低、電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy而難于推廣，使之應(yīng)受到限制。70年代后期以來，隨著集成電路設(shè)計與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開關(guān)電源專用芯片大量面世，這

9、種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。目前，開關(guān)頻率已從20KHz左右提高到幾百千赫茲至幾兆赫茲。與此同時，供開關(guān)電源使用的元器件也獲得長足發(fā)展。MOS功率開關(guān)管（MOSFET）肖特基二極管（SRD）、瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）、壓敏電阻器(VSR)、熔斷器電阻器（FR）、 自恢復(fù)保險絲（RF）、線性光耦合器、可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器（TL431）、電磁干擾濾波器（EMI Filter）、高導(dǎo)磁率磁性材料等一大批新型器件、新材料正在被廣泛采用。所以這些，都為開關(guān)電源的推廣與普及提供了必要條件1。1.2 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應(yīng)用予以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)

10、備中。而隨著近些年來科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)在實際需要的推動下快速的發(fā)展，具體的發(fā)展趨勢可以總結(jié)為以下幾個方面：(1)高頻化開關(guān)頻率的提高有利于開關(guān)電源的體積減小，重量減輕，動態(tài)響應(yīng)得到改善。早期開關(guān)電源的頻率僅為幾千赫茲，隨著電力電子器件及磁性材料性能的不斷改進(jìn)，開關(guān)頻率漸漸地提高。在這個過程中，IGBT的出現(xiàn)，使得開關(guān)電源的容量不斷增大，在許多中等容量范圍內(nèi)，迅速取代了晶閘管相控電源。并且，IGBT的開關(guān)速度很高，通態(tài)壓降低。但是，隨著開關(guān)頻率的提高，電源的電磁干擾問題也變得突出起來。如何在提高開關(guān)頻率的情況下，最大限度的減少電磁干擾對電源的影響，是一個擺在科研工作者面前的急需解決

11、的問題。(2)非隔離DCDC技術(shù)近年來，非隔離IX；DC技術(shù)發(fā)展迅速。它們基本上可以分成兩大類。一類在內(nèi)部含有功率開關(guān)元件，稱DCIX；轉(zhuǎn)換器。另一類不含功率開關(guān)，需要外接功率MOSFET，稱DCDC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN、升壓的BOOST，還有能升降壓的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正壓轉(zhuǎn)成負(fù)壓的INVERTOR等。其中品種最多，發(fā)展最快的還是降壓的STEP-DOWN。根據(jù)輸出電流的大小，分為單相、兩相及多相。控制方式上以PWM 為主，少部分為PFM。目前一套電子設(shè)備或電子系統(tǒng)由于負(fù)載不同，會要求電源系統(tǒng)提供多個電壓擋級。如臺式PC機(jī)就要求有+12 V

12、、+5 V、+33 V、一12 V四種電壓以及待機(jī)的+5 V 電壓，主機(jī)板上則需要25 V、18 V、15 V甚至1 V等。一套ACDC中不可能給出這樣多的電壓輸出，而大多數(shù)低壓供電電流都很大，因此開發(fā)了很多非隔離的DCDC。(3)數(shù)字化高頻開關(guān)電源的另一發(fā)展趨勢是數(shù)字化。過去在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中，控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。隨著數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展成熟，其優(yōu)點明顯便于計算機(jī)處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾，提高抗干擾能力、便于軟件包的調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)，也便于自診斷、容錯等技術(shù)的植入等。這類電源大體上包括兩個部分，即硬件和軟件。其中，硬件部分包括PWM 的邏輯部分、

13、時鐘、放大器環(huán)路的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及數(shù)字處理、驅(qū)動、同步整流的檢測和處理等。而在軟件方面可以通過DSP實現(xiàn)對PWM和PFC的數(shù)字式控制。因此，數(shù)字化是除了上述的三個方面的發(fā)展趨勢之外，開關(guān)電源同一些新興技術(shù)結(jié)合方面的內(nèi)容也成為大家研究的方向，比如軟開關(guān)技術(shù)、功率因數(shù)校正技術(shù)、低輸出電壓技術(shù)、設(shè)計和測試技術(shù)、模塊化技術(shù)等2。2. 開關(guān)電源概念及基本原理2.1 開關(guān)電源概念2.1.1 基本概念凡是用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成為另外一形態(tài)的主電路叫做開關(guān)變換器電路；在轉(zhuǎn)變時，以自動控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源是進(jìn)行AC/DC、DC/DC、DC/AC

14、功率變換的裝置。這些變換由主回路和控制回路兩大部分完成。主回路將輸入的交流電傳遞給負(fù)載，它決定開關(guān)電路的結(jié)構(gòu)形式，變換要求，功率大小，負(fù)載能力等?？刂苹芈钒摧斎搿⑤敵龅臈l件來檢測、控制回路的工作狀況。2.1.2 開關(guān)電源通常由六大部分組成 圖2-1 開關(guān)電源工作原理框圖52.2 開關(guān)電源各部分電路基本原理2.2.1 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理如圖2-2所示。交流220V輸入電壓經(jīng)過整流濾波后變成直流電壓yI，再由功率開關(guān)管VT(或MOSFET)斬波、高頻變壓器T降壓，得到高頻矩形波電壓，最后通過輸出整流濾波器VD、C2，獲得所需要的直流輸 出電壓Uo脈寬調(diào)制器是這

15、類開關(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)動信號，控制功率開關(guān)管的通斷狀態(tài)，來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，達(dá)到耪壓目的。鋸齒波發(fā)牛器提供時鐘信早。利用誤勞放大器和PWM比較器構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。假如由于某種原因致使Uo下降，脈寬調(diào)制器就改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即改變占空比D，使斬波后的平均值電壓升高，導(dǎo)致Uo升高。反之亦然1。 圖2-2 脈寬調(diào)制式開關(guān)電源的基本原理2.2.2 TOPSwitchGX系列TOP244Y芯片TOPSwitchGX的引腳排列如圖2-3所示。封裝有6個引山端，它們分別是控制端C，線路檢測端L，極限電流設(shè)定端X，源極S，開關(guān)頻率選擇端F，漏極D。利用線路檢測端(L)可

16、實現(xiàn)5種功能：過電壓(OV)保護(hù)；欠電壓(uv)保護(hù)；電壓前饋(當(dāng)電網(wǎng)電壓過低時用來降低最大占空比)；遠(yuǎn)程通斷(ONOFF)和同步。而利用極限電流設(shè)定瑞(X)，可從外部設(shè)定芯片的極限電流1。圖2-3 TOPSwitchGX的引腳排列圖 2.2.3 單相二極管整流橋當(dāng)輸入電壓U2為交流電時，經(jīng)二極管整流橋之后即可得到脈動連續(xù)的直流電源Uo，如所示圖2-3和圖2-4為單相橋式整流電路接電阻負(fù)載時的電路和波形。 圖2-3單相橋式整流電路（電阻負(fù)載） 圖2-4 單相橋式整流電路電阻負(fù)載波形2.2.4 緩沖電路（吸收電路）緩沖電路又稱吸收電路。其作用是抑制電力電子器件的內(nèi)因過壓、du/dt、或者過電流和

17、di/dt，減小器件的開關(guān)損耗。緩沖電路可分為關(guān)斷緩沖電路和開通緩沖電路。關(guān)斷緩沖電路又稱為du/dt抑制電路，用于吸收器件的關(guān)斷過電壓和換相過電壓，抑制du/dt，減小關(guān)斷損耗。開通緩沖電路又稱為di/dt抑制電路，用于抑制器件開通時的電流過沖和di/dt，減小開通損耗。另一種分類方法：緩沖電路中儲能元件能量如果消耗在其吸收電阻上，則稱其為耗能式緩沖電路；如果緩沖電能將其儲能元件的能量回饋給負(fù)載或電源，則稱其為饋能式緩沖電路，或稱為無損吸收電路。如無特別說明，通常緩沖電路專指關(guān)斷緩沖電路，而將開通緩沖電路叫做di/dt抑制電路。圖3-5給出的是一種緩沖電路和di/dt抑制電路的電路圖和開關(guān)過

18、程集電極電壓Uce和集電極電流ic的波形，其中虛線表示無di/dt抑制電路和緩沖電路時的波形4。 圖2-5 di/dt抑制電路和充放電型RCD緩沖電路及波形2.2.5 正激電路正激電路包含多種不同的拓?fù)洌湫偷拈_關(guān)正激及其工作波形分別如圖2-6和圖2-7 圖2-6 正激電路的原理圖 圖2-7 正激電路的理想化波形SuSiLiSOttttUiOOO一、正激電路的工作過程圖2-6中開關(guān)S開通后，變壓器繞組W1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的W2繞組兩端的電壓也是上正下負(fù)。因此VD1處于通態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增長；S關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷。變壓器的勵磁電流經(jīng)N3繞組和

19、VD3流回電源，所以S關(guān)斷后承受的電壓為 （2.1）二、變壓器的磁心復(fù)位圖2-6中開關(guān)S開通后，變壓器的激磁電流由零開始，隨時間線性的增長，直到S關(guān)斷。為防止變壓器的激磁電感飽和，必須設(shè)法使激磁電流在S關(guān)斷后到下一次再開通的時間內(nèi)降回零，這一過程稱為變壓器的磁心復(fù)位。在正激電路中，變壓器的繞組W3和二極管VD3組成復(fù)位電路。工作原理是開關(guān)S關(guān)斷后，變壓器勵磁電流通過W3繞組和VD3留回電源，并逐漸線性的下降為零。變壓器的磁心復(fù)位時間為 （2.2）如圖2-8和圖2-9所示為磁心復(fù)位過程BRBSBHO 圖2-8 圖2-9正激式變壓器輸出電壓1）輸出濾波電感電流連續(xù)的情況下有 （2.3）2）輸出電感

20、電流不連續(xù)時有 （2.4）2.2.6 開關(guān)電源中的濾波電路在開關(guān)穩(wěn)壓電源中，輸出直流電壓的濾波電路，和其他形式的電電源中的濾波電路沒什么大的區(qū)別，也是由電容器、電感器和二極管等電子元件所組成的，由電子元件組成的濾波電路，叫做“濾波器”6 。一、 電容濾波電路 電容濾波電路如圖2-10所示 圖2-10 橋式整流電容濾波電路整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小，同時輸出電壓的平均值也增大了。輸出電壓的平均值近似為：UoU2 （2.5）二、DLC型濾波電路DLC型濾波電路的負(fù)載特性比較好，即外特性比較硬。在脈寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源中，輸出直流電壓的濾波器，必須使用DLC型濾波器。圖

21、2-11是DLC型濾波電路在Zeta斬波電路中的應(yīng)用。 圖2-11 Zeta斬波電路中的DLC型濾波電路在脈寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源中，輸出直流電壓Vo的濾波器如果使用CLC型，其輸出直流電壓Vo的高低，不受脈沖寬度變化控制，因為輸出直流電壓Vo高低不會有所改變，沒有穩(wěn)壓作用。當(dāng)使用DLC型的濾波電路，它輸出的電壓Vo是輸入矩形波峰值電壓Vi的平均值，這樣脈沖寬度變化時，才能控制輸出直流電壓Vo的改變和電壓的穩(wěn)定。3. 開關(guān)電源變壓器的設(shè)計 3.1 確定磁心的尺寸對于某個應(yīng)用場合來說，選擇磁心尺寸要考慮五個主要因數(shù)： 因數(shù)： 影響的參數(shù) 輸出功率 Ae（磁心橫截面積） 磁通是雙限的，還是單限的 Ae（

22、磁心橫截面積） 輸入電壓 Ae（磁心窗口面積） 繞組數(shù)目 Ae（磁心窗口面積） 繞線方式 Ae（磁心窗口面積）每個制造廠商都用自己不同的方法來確定磁心尺寸。有些是用圖表的方法，有些只是簡單地說明在特定的應(yīng)用場合下各種磁心可以傳遞能量，還有些是用含義模糊的是式子來說明，這些式子采用不同的工程單位，會使人困惑。下面介紹估計初始磁心尺寸的兩種方法。磁心尺寸選擇方法一根據(jù)應(yīng)用場合，確定功率是在表4-1的哪個功率范圍內(nèi)。從符合要求的磁心制造廠商中，選擇尺寸最接近或稍大一點的磁心。 表3-1 輸出功率與大致的磁心尺寸的關(guān)系確磁心尺寸選擇方法二 這種方法首先假設(shè)變壓器是單繞組。每增加一個繞組并考慮安全規(guī)則要

23、求，就需要增加繞線面積和磁心尺寸。它將綜合影響磁心的“窗口利用因數(shù)”。在確定基本的單繞組電感磁心尺寸時，可用這個窗口利用因數(shù)來調(diào)整。 首先，確定單繞組電感的磁心尺寸。這可以通過式（3.1）來求得。 （3.1）式中 一次繞組的導(dǎo)線截面積，單位為cir mil或；工作時的最大磁通密度，單位為G；f 工作頻率；電源的總輸出功率。當(dāng)用MKS（米千克秒）制時，使用下面公式： （3.2）式中 一次繞組的導(dǎo)線截面積，單位為；工作時的最大磁通密度，單位為T；f 工作頻率；電源的總輸出功率,單位為W。其次，要確定窗口利用因數(shù)，計算總的窗口利用因數(shù)。窗口利用因數(shù)可以從表3-2中得到。 表3-2 變壓器窗口利用因數(shù)

24、 可以利用下面式子把這些獨(dú)立的窗口利用因數(shù)綜合起來： （3.3）最后，從下面式子可以得到變壓器磁心的估計尺寸： （3.3） 在美國，結(jié)果是用來表示的，而對于一個使用公制的系統(tǒng)是用來表示。這兩鐘單位制的轉(zhuǎn)換如下： （3.4） （3.5） 有些磁心制造廠家的數(shù)據(jù)手冊給出了磁心參數(shù)，這和上面的計算公式是一致的。要選擇最接近或稍大一點的磁心。也可以根據(jù)磁心制造廠家確定磁心尺寸的方法進(jìn)行變壓器設(shè)計。其實本階段變壓器的設(shè)計只是一個粗略的估計。 正激式變壓器有兩個主要的作用：第一，實現(xiàn)輸入和輸出之間的電隔離；第二，升高或降低經(jīng)脈寬調(diào)制以后的交流電壓幅值。 3.2.1 變壓器匝數(shù)比的確定 第一步，確定一次繞組

25、需要的匝數(shù)。這時，要用到選定的磁心和磁性材料的數(shù)據(jù)手冊中查到的參數(shù)，同時，磁通密度的最低值也應(yīng)該確定下來，CGS制時，一次繞組匝數(shù)可以用下式確定： （3.6） 第二步，根據(jù)一次繞組匝數(shù)，確定二次繞組的匝數(shù)。輸出整流器的壓降是不能忽略的，于是二次繞組匝數(shù)用下式確定： （3.8）用這個公式可以算出在預(yù)期的最小輸入電壓值下需要的二次繞組匝數(shù)。如果輸入電壓低于這個值時，調(diào)節(jié)器將失去調(diào)節(jié)作用。 這樣算得的匝數(shù)通常不是整數(shù)，但大多數(shù)磁心只能繞整數(shù)匝，因此要取最接近的整數(shù)來近似。這會導(dǎo)致輸出電壓誤差的增加。我們就要核對這個誤差是否會超出所設(shè)計的電源容許的范圍。比較原來每匝電壓值與取整后每匝輸出電壓，如果這些

26、輸出電壓誤差太大，首先考慮換一種更高或者更低正向?qū)▔航档恼鳂颉Ｈ绻@些輸出電壓還不滿足要求，就可以在原來的輸出繞組上增加一匝線圈，并重新計算加匝后的輸出的電壓值，同時檢查誤差是否在可以接受的范圍內(nèi)。如果這樣修改，結(jié)果仍無法接受，只好回到最開始的地方，重新增加一次繞組匝數(shù)，然后重新計算二次繞組匝數(shù)。下一步要考慮怎樣安排二次繞組。也就是二次側(cè)是否需要隔離，用中間抽頭還是不用中間抽頭，是否要用自耦變壓器式的二次側(cè)。在自耦變壓器中較低的電壓輸出端的繞組是共用的。3.3 變壓器的繞線技術(shù)開關(guān)電源變壓器的物理繞制方法是很重要的，它會使電源性能差別很大。好的繞線方法是可以使電源性能變得非常好，反之也使電

27、源噪聲很大，性能變差。開關(guān)電源變壓器與50/60Hz的工頻變壓器相比，設(shè)計要求更為苛刻。變壓器的繞制，主要有三個方面的因素要考慮：1）電源是否必須符合所有的安全規(guī)范。2）繞組之間耦合要好。3）所有繞組的漏感應(yīng)盡可能小。這些因數(shù)有些是相互影響的，所有需要采取折中辦法。3.3.1 繞組符合安全規(guī)程如果開關(guān)電源的輸入電壓峰值高于40V，就要受到一個或多個國際安全規(guī)程組織所制訂的規(guī)程約束。這些組織一般相互借鑒對方的安全規(guī)程，但設(shè)計者仍要再查看自己的產(chǎn)品所銷往的市場對這方面的要求。國際電工委員會IEC是這些標(biāo)準(zhǔn)的主要制訂者，其標(biāo)準(zhǔn)為歐共體的安全規(guī)程組織所采用。其余的安全規(guī)程組織，如美國UL、加拿大標(biāo)準(zhǔn)機(jī)

28、構(gòu)CAS和日本的VCCI一起努力，在IEC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上采用統(tǒng)一的安全規(guī)程。這將使同一套標(biāo)準(zhǔn)在全世界范圍都可使用。但在這套協(xié)調(diào)好后的標(biāo)準(zhǔn)被采用之前，世界上各個國家的這些標(biāo)準(zhǔn)還是存在差別的。 在每個國家，不同的市場也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。例如，電信市場與病人相關(guān)的醫(yī)療市場就有不同的安全規(guī)程要求。所以，在產(chǎn)品設(shè)計流程開始之前，確定產(chǎn)品的目標(biāo)市場是非常重要的。市場的不同，也是IEC標(biāo)準(zhǔn)也努力協(xié)調(diào)的一部分。 在“離線式”或輸入交流電壓90-260V的開關(guān)電源中，通常使用的磁心是E-E磁心和E-E磁芯派生出來的一些磁芯。這些磁心都有骨架，這使得它們制造比較容易。爬線距離或輸入繞組和輸出繞組表面的距離不能小于4mm

29、。因此，在繞制變壓器時可以在骨架中繞線區(qū)的兩端放置2mm厚的絕緣帶，把繞線繞在邊沿的帶子之間。這些邊沿的帶子在絕緣的繞組之間總共增加了4mm的距離。常見的符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的變壓器如圖3-1。 圖3-1導(dǎo)線從骨架中引出的時候也要繞上絕緣帶，這也是由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定導(dǎo)線通過這4mm空間時的要求。輸入和輸出端也要有4mm的距離。3.3.2 低漏感的繞制方法漏感是指沒有耦合到磁心或其他繞組的可測量的電感量。它的影響就像一個獨(dú)立的電感串接在繞組的引線上一樣。它是導(dǎo)致功率開關(guān)管漏極或集電極和輸出二極管陽極上的尖峰的原因。這是由于它的磁通無法被二次繞組所匝鏈。 對于已選定的磁心和計算好的繞組，可以根據(jù)以下公式估算漏

30、感。 （3.9） 式中 K取3 Lmt整根繞線線繞在骨架上平均每匝的長度，單位為in nx繞組所包含的匝數(shù)W1繞組的寬度，單位為inTins繞線的絕緣厚度，單位為inbw制作好的變壓器所有繞組的厚度，單位為in公式給出了影響繞組漏感的主要因素。變壓器設(shè)計者能夠控制的主要因素是選擇磁心中柱長的磁心。繞組越寬，漏感越小。一次二次耦合的好壞對一次漏感也有很大的影響。這點可以從把一次繞組分成兩半，二次繞組夾在中間或交錯在中間的繞法中看出來。另外一個比較麻煩的變壓器寄生參數(shù)是線圈的匝間電容，這可以分布在整個繞組各個線圈之間的小電容來表示。一次輸入電壓較高的變壓器，繞線間的分布電容是一個問題。特別是離線式

31、或高輸入電壓的開關(guān)電源中，這個問題就更突出了。這個寄生電容是由于同一繞組鄰近線圈的電位不同而引起的。式2表示的就是一個繞組中兩匝之間存儲的能量，并且這個公式說明了這些電容產(chǎn)生的原因。在開工轉(zhuǎn)換時，這個能量就以尖峰的形式釋放。 （3.10） 式中 S繞組之間的距離，單位為m d導(dǎo)線直徑，單位為m 如果線圈一層接著一層來回繞，分布電容存儲的能量就很大。最后，線圈間的電壓差也很大，甚至有可能接近絕緣擊穿電壓。這會得到很糟的結(jié)果。圖3-2所示的就是三種不同的繞制方法。 圖3-2這些減小分布電容的繞制方法可以極大地減小導(dǎo)線間的絕緣壓力，減小了相鄰線圈間由于絕緣被擊穿而產(chǎn)生電弧的可能性。本設(shè)計所采用的是三

32、明治繞法，所謂三明治繞法是指繞組先繞一半，再繞另一繞組，繞完第二個繞組后把前面?zhèn)€繞組剩下的再繞完，即一組線圈內(nèi)外都有包住另一組線圈。這種繞法可以減少漏感。3.3.3 變壓器緊密耦合的繞制方法一次與二次，二次與二次繞組的緊密耦合，是變壓器設(shè)計者最理想的目標(biāo)。下面有幾種緊密耦合的繞法：一，絞合繞法這種方法是通過一對絞合的導(dǎo)線來增加繞組間的耦合。就是把兩根或更多的導(dǎo)線絞合在一起，然后把它們同時繞到骨架上。絞得太緊，容易損壞絕緣層。這種方法保證所有的線繞在相鄰近的位置，所有可以提供最好的耦合效果。即使繞組的匝數(shù)不一樣，繞組只有部分是絞合在一起的，這種方法也有助于提高繞組間的耦合因數(shù)。二，多線繞組法這種

33、繞線技術(shù)就是把兩根或多根導(dǎo)線放在一起同時繞，不過并沒有把這些導(dǎo)線絞合在一起。大部分時候是把它們緊挨在一起的。當(dāng)然，如果一次電壓峰值高于40V時，不能用多線繞組或絞合繞組的繞制方法來同時繞一次和二次繞組。輸入電壓低于AC206V時，安全規(guī)程機(jī)構(gòu)要求一次、二次繞組之間放三層1mil的聚酯薄膜。這會破壞這兩個繞組間的耦合。為了提高一次、二次繞組之間的耦合，可以把這兩個繞組交叉在一起（見圖4-1）。這種繞法比起只是簡單地把二次繞組繞在一次繞組上的繞法，所花的勞動量更大。因此，在一次、二次繞組匝數(shù)比超過15-20:1時候，推薦使用這種交錯繞法。這就包括輸入電壓為AC240V或比這高而輸出電壓不高于DC+

34、5V的電源。從圖4-3就可以看出，交叉繞法在輸入電壓AC480V的離線反激式電路中的效果。 圖3-3從這兩張波形圖中，容易看出它們之間的尖峰能量的區(qū)別。通常這些能量消耗在一次側(cè)的鉗位或吸收電路中。采用上述變壓器繞線技術(shù)，盡管會增加變壓器的成本，但是效果比較好，可以提高整個電源的性能。對于整個電源的長期運(yùn)行來說，可以節(jié)省資金。 4. 單端正激式開關(guān)電源主電路設(shè)計設(shè)計好的單端正激式開關(guān)電源電路如圖4-1 圖4-1 4.1 輸入電路設(shè)計輸入電路主要包括保險絲F1、一次整流和低通濾波兩部分組成。一次整流部分采用單相橋式整流電路，選用的元器件為二極管，如圖所示為D5、D7、D8、D10。此四個二極管集成

35、于整流橋，如4-2所示。 圖4-24.2 正激電路的設(shè)計正激電路部分主要由變壓器T1，二極管D3，D4，D6，變壓器T2的一次繞組（相當(dāng)于續(xù)流電感），C7，C8和C5，C6，R6，R7所連接的電路構(gòu)成。構(gòu)成各種電路如下：4.2.1 復(fù)位電路二極管D3，D4變壓器繞組Nr構(gòu)成復(fù)位電路，防止變壓器的激磁電感飽和。4.2.2 導(dǎo)向電路和續(xù)流電路在圖4-1中，D6是有兩個彼此反向的二極管串聯(lián)而成的。與變壓器同名端相連接二極管是導(dǎo)向二極管，與非同名端連接的是續(xù)流二極管，變壓器T1副邊的兩個二極管與變壓器T2一次繞組可構(gòu)成TOP管開通后的二次整流電路（由二極管導(dǎo)向）和TOP管關(guān)斷后的續(xù)流電路。設(shè)計中選擇的

36、D6型號為 MBR20100。4.2.3 抑制阻尼振蕩電路如圖4-1所示，C5、R6， C6、R7相串聯(lián)，其中C5、R6相串聯(lián)后再與輸出整流管D6相并聯(lián)，此構(gòu)成的電路能夠抑制阻尼振蕩。4.3 正激變壓器設(shè)計變壓器T1主要參數(shù)和繞制方法如下：1） 骨架磁心為EI33；磁心有效橫截面積Ae=1.18cm2。2） 匝數(shù)比為n=100/6，其中Np=25匝,Nr=75匝,Nm=6匝*3（6匝，每匝3股）。3） 采用三明治繞法，不需要?dú)庀?。變壓器T2主要參數(shù)如下：1)骨架磁心為EI25，磁心有效橫截面積Ae=0.4cm2。 2) 匝數(shù)比為n=15/12，其中N1=15匝*4（15匝，每匝4 股），N2=12匝。3）一般繞法。 4.4 輸出電路的設(shè)計輸出電路主要由電容C7，C8，R17和D1