電力電子系列實(shí)驗(yàn)P60開關(guān)電源設(shè)計(jì)VER

本課程的目的：掌握單端反激式開關(guān)電源的原理；掌握PWM控制器UC3843的原理及其外圍電路的設(shè)計(jì)方法；掌握PWM控制器1203P60的原理及其外圍電路的設(shè)計(jì)方法；掌握功率MOSFET的驅(qū)動及保護(hù)電路的原理及其設(shè)計(jì)方法；掌握開關(guān)電源的原理、元器件選型、外圍電路設(shè)計(jì)方法；目前一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)參考文獻(xiàn)：（1）沙占友，《新型單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用》，電子工業(yè)出版社，2004。（2）楊承豐，《開關(guān)電源》，1987。（3）胡存生，胡鵬，《集成開關(guān)電源的設(shè)計(jì)制作調(diào)試與維修》，1995。（4）慕丕勛，馮桂林，《開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實(shí)用技術(shù)》，科學(xué)出版社，2005。目前二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（5）BestonSensors，《瞬態(tài)電壓抑制器—TVS》（6）劉勝利，《現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)》，2001。（7）姜德來，張曉峰，呂征宇。一種有效的反激鉗位電路設(shè)計(jì)方法[J]。電源技術(shù)應(yīng)用，2005，目前三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（8）徐德鴻，沈旭，周鄧燕，《開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南（原書第二版）》，機(jī)械工業(yè)出版社，2006。（9）常敏慧等編著，《開關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修》，2000。（10）SanjayaManiktala著，王志強(qiáng)譯，《精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)》，人民郵電出版社，2008。目前四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（11）張廷鵬，吳鐵軍，徐明，張生舟，《通信用高頻開關(guān)電源》人民郵電出版社，2008。（12）張占松蔡宣三編著。開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)（修訂版）》。目前五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)1.開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)：繞組數(shù)量：10個（1）繞組：初級繞組；（2）繞組：自饋繞組16V/20mA；（3）繞組：輸出繞組±15V/0.5A；（4）繞組：輸出繞組20V/0.5A；（5）繞組：輸出繞組20V/0.5A；目前六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（6）繞組：輸出繞組20V/0.5A；（7）繞組：輸出繞組20V/0.5A；（8）繞組：輸出繞組5V/1A；（9）繞組：輸出繞組15V/0.5A；目前七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源的輸出功率：目前八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源的效率：0.8開關(guān)電源的輸入功率：目前九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源的頻率：額定輸入直流電壓：最小輸入直流電壓：最大輸入直流電壓：目前十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入平均電流（即額定輸入電流）：目前十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)最大平均輸入電流目前十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)最小平均輸入電流目前十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入電壓的紋波對于交流離線式變換器，輸入紋波電壓一般設(shè)計(jì)為輸入交流電壓峰值的5%~8%。對于DC-DC變換器紋波電壓峰峰值設(shè)計(jì)為0.1~0.5V。目前十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)2.輸入整流部分的設(shè)計(jì)整流電路的原理圖：目前十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)整流電路主要的數(shù)量關(guān)系輸出電壓平均值：（1）空載時(shí)，（2）重載時(shí)，目前十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)整流電路主要的數(shù)量關(guān)系電流平均值：（1）輸出電流平均值：（2）二極管電流平均值：目前十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)整流電路主要的數(shù)量關(guān)系二極管承受的最大反向電壓：輸入交流電壓額定值：220VAC輸入交流電壓最大值：260VAC輸入交流電壓最小值：180VAC目前十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入整流器的組成部分：EMI濾波器；啟動浪涌電流抑制器；浪涌電壓抑制器；電容濾波的單相橋式不可控整流電路；輸入濾波電容；目前十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入整流器的組成部分：目前二十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入濾波器：凡是接在交流電網(wǎng)與開關(guān)電源輸入之間的濾波設(shè)備都叫輸入濾波，其主要作用是抑制開關(guān)電源本身對交流電網(wǎng)的反干擾，同時(shí)也抑制交流電源中的高頻干擾串入開關(guān)電源。輸入濾波一般是由低通濾波與共模扼流圈等元件組成。目前二十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)具有電容C和共模扼流圈所組成的輸入濾波電路目前二十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)上圖中，C為高頻旁路電容，一般為0.01uF~0.1uF的高頻濾波電容，抑制輸入電壓中的高頻成分，而對工頻電壓沒有影響?？紤]到開關(guān)電源在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)生尖峰電壓，故電容C在選用時(shí)應(yīng)注意其耐壓應(yīng)為二倍電源電壓峰值以上的無感電容，其連線要盡可能短。目前二十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)L1和L2是繞在同一閉路磁環(huán)中的兩個匝數(shù)相同，在同名端輸入一同向電流，產(chǎn)生相同磁通的線圈。L1和L2采用無氣隙高頻特性良好的磁心材料，L1和L2用雙線并繞方法，而且適當(dāng)加大匝間距離，以減小分布電容，提高頻率特性。目前二十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)L1和L2主要吸收共模噪聲。當(dāng)輸電網(wǎng)中有共模噪聲時(shí)，這種方向相同的縱向噪聲電流If，這時(shí)兩個線圈產(chǎn)生的磁通Фf順向串聯(lián)磁通相加，電感呈現(xiàn)出高阻抗，阻止共態(tài)噪聲進(jìn)入開關(guān)電源，同時(shí)特阻止了開關(guān)電源內(nèi)所產(chǎn)生的噪聲向公共電網(wǎng)擴(kuò)散，以避免污染交流電網(wǎng)。對于工頻電源I1來說為一進(jìn)一出，L1和L2產(chǎn)生的磁通為反向串聯(lián)磁通相減感抗為零，故毫無影響。目前二十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)啟動浪涌電流抑制器：負(fù)熱敏電阻，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，或NTC電阻。使用NTC電阻的開關(guān)電源，在每次關(guān)機(jī)后不要馬上開機(jī)，最好等一分鐘以后再開機(jī)，只有等NTC電阻溫度降下來后，它的阻值才能上去，再次開機(jī)才能起限流作用。目前二十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入電容Cin的輸入電流峰值一般為輸入電流的3~5倍，所以NTC的電阻值必須滿足為了降低損耗，NTC的阻值越小越好，一般取6~12歐姆。目前二十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)浪涌電壓抑制器使用雙向TVS管抑制浪涌電壓。TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。目前二十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入濾波電容Cin：輸入濾波電容的ESR值越小，則濾波電壓的紋波越小，濾波效果越好。ESR即等效串聯(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。目前二十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)對于輸入濾波電容，首先要確定電源直流輸入端能承受多大的電壓紋波。要想電壓紋波小，輸入電容就要大，這樣上電時(shí)的浪涌電流也更大。濾波電容的選擇有三個方面的考慮：滿足期望的電壓紋波，電容的額定電壓，電容的額定紋波電流。目前三十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)對于交流離線式變換器，輸入紋波電壓一般設(shè)計(jì)為輸入交流電壓峰值的5%~8%。對于DC-DC變換器紋波電壓峰峰值設(shè)計(jì)為0.1~0.5V。目前三十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入電壓較寬時(shí)，一般取比例系數(shù)3uF/W，即每瓦輸出功率對應(yīng)3uF的電容量。如果輸入電壓比較穩(wěn)定（如蓄電池輸入），一般取比例系數(shù)1uF/W，即每瓦輸出功率對應(yīng)1uF的電容量。目前三十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入濾波電容的計(jì)算公式：目前三十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)為了降低輸入電壓紋波，一般把輸入電容濾波電容用多個并聯(lián)使用，以降低電容的ESR值。輸入濾波電容上還要并上一個或兩個陶瓷電容（約0.1uF），以吸收紋波電流的高頻分量。目前三十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入濾波電容和與之并聯(lián)的高頻濾波電容的額定電壓UW一般為：（1）對于交流離線式變換器：（2）對于DC-DC變換器：目前三十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入整流器參數(shù)計(jì)算：在選擇整流器時(shí)，設(shè)計(jì)者必須要查對下面一些重要參數(shù)：（1）最大正向整流電流這個參數(shù)主要根據(jù)開關(guān)電源設(shè)計(jì)的輸出功率決定。目前三十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（2）峰值反向截止電壓(PIV)由于整流器工作在高電壓的環(huán)境，所以它們必須有較高的PIV值。對單相橋式整流電路而言，一般應(yīng)在600V以上。目前三十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（3）要有能承受高的浪涌電流的能力。浪涌電流是由開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的峰值電流所產(chǎn)生的。目前三十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入整流二極管一般采用普通的整流二極管，如1N400X系列的整流二極管。最小的二極管等級要符合下面的條件：目前三十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)典型應(yīng)用如下：（1）如果電流<1A，選1N400X（2）如果電流<1.5A，選1N539X（3）如果電流<3A，選1N540X（4）如果電流<6A，選MR75X目前四十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)常用整流二極管：1N4001、1N4002、1N4003、1N4004、1N4005、1N4006、1N40071N5400、1N5401、1N5402、1N5404、1N5406、1N5407、1N5408目前四十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)3.單端反激式開關(guān)電源的原理目前四十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)4.高頻變壓器的設(shè)計(jì)開關(guān)電源“黑箱”考慮目前四十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)“黑箱”參數(shù)估計(jì)（1）輸出電壓；（2）輸出功率；（3）電源效率；（4）輸入功率；（5）平均輸入電流：目前四十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（6）最大的平均輸入電流：計(jì)算最大平均輸入電流的目的是為確定變壓器初級繞組導(dǎo)線的尺寸（指線徑、粗細(xì)）提供依據(jù)。目前四十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（7）輸入峰值電流計(jì)算輸入峰值電流（即變壓器初級繞組的峰值電流）是為了計(jì)算初級繞組電感量，進(jìn)而計(jì)算初級繞組匝數(shù)。目前四十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前四十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸入峰值電流也可以按照下式計(jì)算：目前四十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（8）最大占空比目前四十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（9）開關(guān)頻率：（10）變壓器初級繞組反激電壓變壓器初級的反激電壓也稱為尖峰電壓。

目前五十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)為了限制MOSFET的集電極安全電壓，一般取最大占空比為：目前五十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器初級繞組的反激電壓也可以按照下式計(jì)算：目前五十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（11）選擇開關(guān)電源開關(guān)管（一般為MOSFET）。目前五十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的基本關(guān)系式目前五十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)磁滯回線每種磁性材料被磁化時(shí)，都會有一種S形的特性曲線，稱之為磁滯回線。用畫在B—H座標(biāo)上的曲線來表示。它說明了磁性材料被完全磁化和完全去磁這一周期的變化。目前五十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在磁場中，某一點(diǎn)的磁通集中的程度，稱為該點(diǎn)的磁通密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示。磁通密度的單位為特斯拉（用符號T表示）或高斯（用符號G表示），

1T=10000G。目前五十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)另一方面，產(chǎn)生磁通的磁力稱為磁場強(qiáng)度，用符號H表示，其單位是安／米，用A/m表示。磁場強(qiáng)度用下面的公式表示：目前五十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)上式中，N為線圈匝數(shù)；I為線圈電流；Li為磁芯的長度。目前五十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)下圖表示了一個不帶空氣隙的鐵氧體磁芯的磁滯回線（又稱B—H曲線）。目前五十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前六十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在曲線圖中，如果我們以曲線的a點(diǎn)為起點(diǎn)，在此點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是正向的最大值Bmax。當(dāng)?shù)竭_(dá)b點(diǎn)時(shí)，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。再下降到c點(diǎn)，即達(dá)到了磁感應(yīng)強(qiáng)度的負(fù)方向的最大值，再通過磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的d點(diǎn)，又回到了原始a點(diǎn)。這樣，就得到了一個完整的S型的磁化周期。目前六十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)從上圖的B-H曲線看出，Bmax是Hmax達(dá)到了定值的點(diǎn)，在此點(diǎn)，即使磁場強(qiáng)度H再增加，Bmax也不再增加了。在這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的值被稱為飽和點(diǎn)，用符號Bsat表示。

目前六十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)如果我們在磁芯中開一個氣隙，將建立起一個混合的磁通通路，它將增大磁通的有效長度。目前六十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)對于一個給定的安培-匝數(shù)的乘積（NI），帶空氣隙的磁芯通密度要比沒有空氣隙的磁芯的磁通密度小，也就是說，帶有空氣隙的磁芯的Bsat比不帶空氣隙的磁芯的Bsat要小。因此，引入空氣隙就等于給磁滯回線一個“斜角”，如圖所示。目前六十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前六十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)從上圖中可見，在高磁場強(qiáng)度處，減少了磁芯飽和的可能性，與不帶空氣隙的磁滯回線相比，由于增加了空氣隙磁道，磁滯回線在B的方向上被“壓扁”了，也就是說，減小了Bsat的值。目前六十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)大多數(shù)磁芯生產(chǎn)廠家都用標(biāo)準(zhǔn)的磁化曲線來描述他們的磁性材料的特性，如下圖所示。目前六十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前六十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)一般情況下，開關(guān)電源變壓器的設(shè)計(jì)者選擇Bmax的原則是要保證它在B-H特性曲線的線性工作區(qū)工作。一般取Bmax=Bsat/2目前六十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)為了防止磁芯飽和，一般采取給磁芯加氣隙的措施。當(dāng)然，也可以采用更大的磁芯（在磁芯材料及形狀相同的條件下，磁芯尺寸越大，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的飽和值Bsat越大）。一般不采取增大磁芯尺寸的辦法來增大Bsat，防止磁芯飽和。目前七十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)EE磁芯：目前七十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)EE磁芯及其骨架：目前七十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)EE磁芯及其骨架：目前七十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)EE磁芯及其骨架：目前七十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)EE磁芯及其骨架：目前七十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)ETD磁芯：目前七十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)ETD磁芯及其骨架：目前七十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)ETD磁芯及其骨架：立式磁芯骨架臥式磁芯骨架目前七十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)ETD磁芯及其骨架：目前七十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)T磁芯：目前八十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)計(jì)算初級繞組最小電感Lpri。初級繞組電感用于存儲輸出功率。目前八十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)Lpri這個電感值是在最小輸入工作電壓時(shí)，開關(guān)電源依然能夠達(dá)到額定輸出電壓所允許的最小電感值。

目前八十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在每個開關(guān)管導(dǎo)通的每個周期中，存儲在磁芯的能量為：目前八十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)要驗(yàn)證變壓器最大連續(xù)輸出功率能否滿足負(fù)載所需的最大功率，可以使用下式：目前八十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)計(jì)算磁芯氣隙：的單位是厘米，單位為H單位為A，（磁芯有效截面積）單位為平方厘米，單位為特斯拉T，Bmax=Bsat/2目前八十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)計(jì)算初級繞組匝數(shù)式中，的單位是cm，單位為A，單位為T。目前八十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)也可以用下面的公式計(jì)算初級繞組匝數(shù)，結(jié)果和上式基本相同。式中，的單位是H，單位為A，（磁芯有效截面積）單位為單位為T。目前八十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)計(jì)算次級繞組匝數(shù)Nout(n)是第n個次級繞組的匝數(shù)；Vout(n)是第n個次級繞組的輸出電壓；目前八十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前八十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)Vfwd(n)是第n個次級繞組的輸出整流器的電壓降；輸出整流器一般為輸出整流二極管加輸出濾波電感的方式，輸出整流器的電壓降為：目前九十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸出濾波電感的正向壓降一般為0.2V，即當(dāng)然，如果沒有輸出濾波電感，則目前九十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)整流二極管的正向壓降根據(jù)二極管型號的不同而不同，一般為0.5V~1V之間，需要查閱說明書。在計(jì)算匝數(shù)時(shí)，如果有小數(shù)則進(jìn)位上去，而不是四舍五入。目前九十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)選擇變壓器繞組的線徑歐洲國家常用“圓密耳”（CircularMil，縮寫為cmil）作為導(dǎo)線橫截面積的單位，并以“圓密耳/A”（cmil/A）表示導(dǎo)線容量CA的單位。1密耳=0.001英寸=0.0254mm，即1mil=0.001inch=0.0254mm。目前九十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)1圓密耳就是直徑為1密耳的圓的面積，即目前九十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在國際單位制中，則以電流密度J（單位是A/mm2）來表示導(dǎo)線在每平方毫米面積上所允許的電流值（指電流有效值）。電流密度J與電流容量CA的換算公式為：目前九十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)例1：已知導(dǎo)線的電流容量CA=400cmil/A，則其電流密度J=1976/400=4.94A/mm2，取5A/mm2。目前九十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)例2：已知導(dǎo)線電流有效值為4.15A，取電流密度為400cmil/A，則該電流所需的導(dǎo)線為：（400cmil/A）*4.15A=1660cmil又，所以目前九十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)所以，導(dǎo)線截面積直徑為：目前九十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)例3：已知導(dǎo)線電流有效值為4.15A，取電流密度為5A/mm2，則4.15A所需導(dǎo)線的橫截面積為：導(dǎo)線的直徑為：目前九十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)“圓密耳”的意義是“每安培電流（指電流有效值）所需要的導(dǎo)線橫截面積數(shù)”，圓密耳值越大，導(dǎo)線的電流密度越小。根據(jù)應(yīng)用指南或經(jīng)驗(yàn)法則，反激變換器電流密度（指電流有效值）一般取400cmil/A，即5A/mm2。目前一百頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)1.5A下面的0.002945意思是就是取電流密度J=1.5A/mm2時(shí)，那么直徑￠=0.05mm銅線的工作電流為0.002945A。

目前一百零一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)選擇變壓器自饋繞組的線徑：自饋繞組上的電流很小，一般小于10mA，對其繞組的線徑要求不嚴(yán)，一般最小的線徑就可以滿足要求。目前一百零二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的磁芯介紹（1）開關(guān)電源變壓器磁芯的形狀一般為EE型；（2）開關(guān)電源磁芯的廠商有：日本TDK磁芯，中國天通磁芯。（3）磁芯還需要骨架。目前一百零三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)確定磁芯尺寸或窗口面積：（1）采用窗口面積法計(jì)算所需的窗口或所需要的磁芯，具體的計(jì)算方法請參考文獻(xiàn)[12]。（2）一般采用經(jīng)驗(yàn)法，如下表：目前一百零四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百零五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)高頻變壓器的繞制開關(guān)電源變壓器的物理繞制方法很重要，它會使得電源的性能差別很大。好的繞制方法可以使電源性能變得非常好，反之也可以使得電源噪聲很大，性能變差。開關(guān)電源變壓器與工頻變壓器相比，設(shè)計(jì)要求更為苛刻。目前一百零六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的繞制，主要考慮三個方面的因素考慮：（1）電源是否否符合所有的安全規(guī)范。（2）繞組之間耦合要好。（3）所有繞組的漏感要小。這些因素有些是互相影響的，所以需要采取折中辦法。目前一百零七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（1）繞組符合安全規(guī)范：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)程組織所制定的規(guī)范約束。國際電工委員會（IEC）是這些標(biāo)準(zhǔn)的主要制定者。各國也有自己的安全規(guī)程或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前一百零八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在每個國家，不同市場也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。如：工業(yè)用開關(guān)電壓和軍用開關(guān)電源，電信用開關(guān)與醫(yī)療用開關(guān)電源就有不同的安全規(guī)范。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，就要確定開關(guān)電源的應(yīng)用對象及其安全規(guī)范要求。目前一百零九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在“離線式”或輸入交流電壓90~260V的開關(guān)電源中，通常使用的磁芯是EE磁芯或者從EE磁芯派生出來的一些磁芯。這些磁芯都有骨架，這使得繞制他們比較容易。目前一百一十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)安全規(guī)范對變壓器結(jié)構(gòu)的要求是：爬電距離或者輸入繞組和輸出繞組表面的距離不能小于4mm。為了滿足這個要求，變壓器制造者可以在骨架中繞線區(qū)的兩端放置2mm的絕緣帶，把繞線繞在邊沿的絕緣帶中間。這些邊沿的絕緣帶在絕緣的繞組之間總共增加了4mm的距離。目前一百一十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)什么是爬電距離？兩個導(dǎo)電部件之間，或一個導(dǎo)電部件與設(shè)備及易接觸表面之間沿絕緣材料表面測量的最短空間距離。沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離也稱爬電距離，簡稱爬距。目前一百一十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)常見的符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的變壓器如下圖所示目前一百一十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)額外增加的絕緣帶、絕緣套管等使得變壓器的體積增大，成本也增加。這些都需要手工操作，需要花費(fèi)更多的時(shí)間。目前一百一十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)常用的變壓器一般采用普通的漆包線作為繞組。使用普通漆包線時(shí)，必須確保爬電距離（4mm），使用絕緣帶、絕緣套管。為了減小變壓器的體積，減小繞制的工作量，加快繞制速度，變壓器繞組的導(dǎo)線可以采用三層絕緣導(dǎo)線。目前一百一十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)三層絕緣導(dǎo)線有三層絕緣材料，所以絕緣性能比普通漆包線好的多。使用三層絕緣導(dǎo)線可以減小爬電距離，繞組可以緊挨著骨架的邊沿，即可以省略圖3-24中為預(yù)留4mm爬電距離而使用的厚絕緣膠帶。此外，變壓器繞組之間也可以不用聚酯薄膜帶，繞組之間可以直接貼在一起。目前一百一十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)采用三層絕緣導(dǎo)線的變壓器結(jié)構(gòu)目前一百一十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)與骨架邊帶厚絕緣膠帶的方法相比，用三層絕緣導(dǎo)線可以減小變壓器的體積和漏感。目前一百一十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：理想的變壓器初級繞組產(chǎn)生的磁通應(yīng)該全部穿過次級繞組，即初級繞組的能量完全傳送到次級繞組（或耦合到次級繞組），沒有任何損失和泄漏。但是實(shí)際上變壓器不可能沒有任何泄漏，變壓器初級繞組的能量不能完全傳送到次級繞組。目前一百一十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：變壓器初級繞組產(chǎn)生的磁通不能全部穿過次級繞組（或耦合到次級繞組）。在存在磁通泄漏的情況下，變壓器泄漏出去的磁通就會在繞組或?qū)w中產(chǎn)生一個附加的電感，這種電感稱之為“漏感”。漏感就像一個獨(dú)立串聯(lián)在初級繞組上的電感。目前一百二十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：漏感是指原級線圈所產(chǎn)生的磁力線不能都通過次級線圈，因此產(chǎn)生漏磁的電感。變壓器的漏感是指，變壓器初級繞組和磁芯在電流的作用下產(chǎn)生的磁力線在向次級耦合的過程中，部分磁力線由于結(jié)構(gòu)材料等的原因飛出了電-磁-電回路，造成了電磁能量的損失。目前一百二十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：漏感太大將導(dǎo)致變壓器的電磁耦合能力下降，也就是能量傳輸能力下降。在閉環(huán)回路中，由于漏感太大導(dǎo)致的次級能量不足反饋到初級電流的不斷增大會導(dǎo)致變壓器的飽和。當(dāng)然初級有電流保護(hù)的情況，變壓器應(yīng)該不會飽和。目前一百二十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感開關(guān)電源變壓器一般可以等效成下圖所示電路。在下圖，Ls為漏感，也可稱為分布電感，Cs為分布電容，R為等效負(fù)載電阻。其中分布電容Cs還應(yīng)該包括次級線圈等效到初級線圈一側(cè)的分布電容，即次級線圈的分布電容也可以等效到初級線圈回路中。目前一百二十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源等效電路圖目前一百二十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：由于漏感Ls的存在，增大了變壓器初級繞組的反激電壓，即開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，變壓器初級繞組的反激電壓增大了。漏感越大，則變壓器初級繞組承受的反激電壓越大。目前一百二十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)變壓器的漏感：分布電感Ls和分布電容Cs可以看成是一個串聯(lián)振蕩回路，當(dāng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通的時(shí)候，振蕩回路開始吸收能量，輸入電壓對Ls和Cs進(jìn)行充電，此時(shí)，振蕩回路會抑制輸入電流上升率的增長；當(dāng)開關(guān)管Q1完全導(dǎo)通以后，脈沖進(jìn)入平頂階段，相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為0，此時(shí)，振蕩回路開始釋放能量，振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩。目前一百二十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通過后，開關(guān)管開始關(guān)斷，振蕩回路又開始再次釋放能量，振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩。由于變壓器漏感和寄生電容引起的阻尼振蕩現(xiàn)象稱為“振鈴現(xiàn)象”。目前一百二十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)開關(guān)電源關(guān)斷時(shí)刻的尖峰電壓波形目前一百二十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)（2）減小變壓器漏感任何變壓器都存在漏感，開關(guān)變壓器的漏感對開關(guān)電源的影響很大。由于開關(guān)電源漏感的存在，當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)瞬間產(chǎn)生反電勢，容易把開關(guān)管擊穿；漏感還可以與分布電容組成振蕩回路，使得開關(guān)電源產(chǎn)生“振鈴現(xiàn)象”，使得開關(guān)電源產(chǎn)生振蕩并向外輻射電磁能量，造成電磁干擾。目前一百二十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)漏感的大小與繞組砸數(shù)的平方成正比，因此減少繞組砸數(shù)可以明顯的減小漏感，也就減小了初級繞組的反激電壓，也有利于減少“振鈴現(xiàn)象”。但是對一個確定的開關(guān)電源來說，繞組砸數(shù)不可能無限制無條件的減少，因此單純依靠減少繞組砸數(shù)來減小漏感不現(xiàn)實(shí)。目前一百三十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)減小漏感的另外一種方法是增加繞組之間的耦合程度，也就是繞組之間排列的更緊密一些。但是繞組之間更為緊密的排列容易造成絕緣問題。減小漏感可以采用多線繞組的方法，即把兩根或多根導(dǎo)線放在一起繞，導(dǎo)線之間并不絞在一起。目前一百三十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)減小漏感最常用的方法是采用“三明治”繞制方法，如下圖所示。目前一百三十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百三十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)另外，還要減小匝間分布電容。采用累進(jìn)式繞制方法可以更好的減小匝間分布電容。減小匝間分布電容的繞制方法如下圖所示。目前一百三十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百三十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)5.輸出級的設(shè)計(jì)輸出級結(jié)構(gòu)：目前一百三十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)輸出整流二極管在開關(guān)電源中，所需的整流二極管必須具有正向壓降低、快速恢復(fù)的特點(diǎn)，還應(yīng)具有足夠的輸出功率。普通的PN結(jié)二極管不適于作為開關(guān)使用。主要是因?yàn)樗鼈兓謴?fù)得慢，并且效率也低。目前一百三十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在開關(guān)電源中，可以使用以下三種類型的整流二極管：快速恢復(fù)二極管；超快恢復(fù)二極管；肖特基整流二極管；目前一百三十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)肖特基整流二極管的正向壓降最小，一般0.3V~0.6V，效率最高。肖特基勢壘整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般小于10ns。因此，肖特基勢壘整流二極管是首選的整流二極管。但是，肖特基勢壘整流二極管的耐壓值不高，一般只有40V~50V，因此肖特基勢壘整流二極管只能應(yīng)用于輸出電壓低于15V的場合。目前一百三十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間更短，一般為ns級，其正向壓降一半為0.8V~1.1V，而超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間最短。當(dāng)輸出整流二極管承受的反向電壓超過肖特基勢壘整流二極管耐壓時(shí)，要選用超快恢復(fù)二極管。目前一百四十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百四十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百四十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)在任何開關(guān)電源的輸出電路設(shè)計(jì)中，都應(yīng)嚴(yán)格選擇整流二極管的反向截止電壓和正向電流。輸出整流二極管必須滿足：

目前一百四十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)式中，輸出整流二極管的最大反向峰值電壓由下式確定：式中，U0為輸出電壓；IOM為額定輸出電流。目前一百四十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)另外必須注意，在選擇輸出整流二極管時(shí)，其反向恢復(fù)時(shí)間參數(shù)trr至少比開關(guān)管（如mosfet）的上升時(shí)間低三倍。目前一百四十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)UC3842及其外圍電路目前一百四十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)UC3842及其外圍電路目前一百四十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百四十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)啟動電壓及工作電壓：16V振蕩頻率：40kHz單位：f—Hz；RT—Ω；CT—F；目前一百四十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)RC振蕩器的鋸齒波波形：目前一百五十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)選擇RT和

CT的注意事項(xiàng)：RT和

CT的選擇不是任意的。只要RT和

CT的乘積為某一固定值，RT和

CT的各種組合都可以得到同樣的振蕩頻率，但是在給定振蕩頻率下，只有一種RT和

CT的組合。目前一百五十一頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)誤差放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：誤差放大器的1腳和2腳之間可以接一個補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是一個負(fù)反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)PI（比例-積分）控制。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由電阻和電容組成。目前一百五十二頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)誤差放大器的同相輸入端為芯片內(nèi)部的2.5V參考電壓；反相輸入端為輸出電壓的反饋電壓。在額定輸出電壓時(shí)，反饋電壓為2.5V。當(dāng)誤差放大器的輸出電壓低于1.4V時(shí)，UC3842不輸出PWM脈沖。目前一百五十三頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)啟動電阻R1與啟動電容C22的計(jì)算：UC3842的額定啟動電流為0.5mA，最大啟動電流為1mA；UC3842的啟動電壓為16V；啟動時(shí)，UC3842外圍電路所需電流約1mA；所以，總的啟動電流取為目前一百五十四頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)啟動電阻R1為：啟動電阻R1的功率為：目前一百五十五頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)UC3842啟動結(jié)束后，UC3842的消耗電流將隨著對MOSFET的驅(qū)動而增加到100mA左右（主要隨負(fù)載變化），該電流由電容C22提供。這時(shí)，C22上的電壓將發(fā)生跌落，當(dāng)C22上的電壓降到10V以上時(shí)，UC3842仍然能夠正常工作。目前一百五十六頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)自饋繞組實(shí)現(xiàn)自饋電的時(shí)間Ton根據(jù)開關(guān)周期決定，一般20KHZ以上都在5ms以內(nèi)，于是C22的容量為目前一百五十七頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)如果需要更大的MOSFET驅(qū)動電流，啟動電容C22可以大一些，啟動電容C22越大，則啟動時(shí)間越長，可以起到軟啟動的作用。目前一百五十八頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)電流負(fù)反饋和電流保護(hù)電路電流采樣電路由R11、R18、C23組成。其中，R11為電流采樣電阻；R18和C23組成RC低通濾波器，為電流采樣信號濾波，消除尖峰脈沖，如下圖。目前一百五十九頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十七點(diǎn)目前一百六十頁\總數(shù)一百七十四頁\編于十