40W LED路燈電源的設(shè)計

緒論1.1引言伴隨著電子信息時代的發(fā)展，電子科技的發(fā)展更是如魚得水，蒸蒸日上。而作為電子電路的驅(qū)動電路——開關(guān)電源在工業(yè)自動化、電子電工類儀器以及通信方面的應(yīng)用更加廣泛。不同電子設(shè)備對于電源參數(shù)如輸出電壓、電流大小以及功率大小、效率高低、噪聲、紋波的要求各不相同，這就對開關(guān)電源電路的設(shè)計制作提出了較高要求。針對目前主流的Buck-Boost型AC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換器，本次設(shè)計將研究并制作出一款適用于工作功率為40W的LED路燈照明的開關(guān)電源電路，并能投入使用生產(chǎn)中。1.2LED的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀光照是人類生產(chǎn)生活的必須條件，而人們，一直都在尋找光明的路上探索著：從鉆木取火到點柴油燈、再到電氣時代；從熒光燈到金屬鹵化物、再到LED照明，光源從自然光源到人造光源的過渡，再到人造光源的技術(shù)不斷改良，毫無疑問，LED光源的技術(shù)發(fā)展是光照技術(shù)的趨勢，也代表著LED對于社會設(shè)施具有重大的意義，就比如城市和公路的路燈。以往的城市和公路路燈，基本上以高壓鈉燈為主。近些年來，LED路燈的崛起，使高壓鈉燈在路燈的主要地位日漸式微。LED之所以能在社會照明的領(lǐng)域普及，成為路燈主流，一方面是其成本低廉，LED路燈相較于高壓鈉燈，用電量較小，壽命較長，有著很高的性價比；而另一方面，LED照明效率高，能夠更好的節(jié)約能源[1]；此外，LED路燈是一種低壓工作的產(chǎn)品，其光照中不會出現(xiàn)有害射線，是一種十分安全的產(chǎn)品；而高壓鈉燈在工作時會發(fā)射出有害射線，是一種不太安全產(chǎn)品。綜上所述，LED在目前的社會照明領(lǐng)域是最優(yōu)選擇。而回歸現(xiàn)在，放眼國際，我國已經(jīng)成為全球最大的照明產(chǎn)品生產(chǎn)、消費和出口國，國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，對LED的推廣做出了很大貢獻(xiàn)。因此，我國乃至世界的半導(dǎo)體照明的市場是相當(dāng)可觀的，不斷有新的半導(dǎo)體公司上市。1.3半導(dǎo)體LED的主要特性圖1.1是正向?qū)ê驼螂娏鞯姆蔷€性關(guān)系曲線圖。觀察曲線圖，在通過的正向電壓較低時，正向電流為零，半導(dǎo)體LED處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)正向電壓超過一定值后，電流大小隨著電壓大小的上升而呈指數(shù)上升。圖1.1LED正向電壓與電流關(guān)系曲線圖在照明半導(dǎo)體導(dǎo)通以后，電壓的微小變化也將會引起電流較大變化[2]。導(dǎo)通電流決定照明半導(dǎo)體的發(fā)光強度，電流過強會使照明半導(dǎo)體亮度不穩(wěn)定，更會導(dǎo)致照明半導(dǎo)體以及電路的燒毀，過弱會造成照明半導(dǎo)體的穩(wěn)定性不足，降低使用壽命。此外，電路工作升溫和制造工藝的差異，也會使照明半導(dǎo)體的正向壓降產(chǎn)生較大波動；所以，傳統(tǒng)的線性電源所提供的電壓電流難再滿足照明半導(dǎo)體提供所需的穩(wěn)定性。為保證照明半導(dǎo)體的可靠性和安全性，又能同時達(dá)到預(yù)想照明的目標(biāo)，以開關(guān)電源驅(qū)動供給穩(wěn)定電流是目前最好的選擇。照明半導(dǎo)體在電路工作時會產(chǎn)生一定的熱量，使溫度升高，但光通量會隨著溫度升高而降低，照明半導(dǎo)體的發(fā)光波長也會受到電路環(huán)境溫度的影響。因此，LED保持恒亮，需要考慮到良好的散熱。在設(shè)計相應(yīng)電源時，電源工作的發(fā)熱因素和散熱方式是需要重點考慮的項目。如圖1.2是LED光通量和溫度的關(guān)系曲線。圖1.2LED光通量和溫度的關(guān)系曲線開關(guān)電源有兩種，一種是恒壓源，一種是恒流源。恒壓源向電路提供正向電壓，正向電流隨電壓的變化而變化，發(fā)光亮度由恒壓源的提供的電壓控制。當(dāng)正向電壓的值小于一定值，電流達(dá)不到照明半導(dǎo)體的發(fā)光條件而不發(fā)光。如果電壓達(dá)到或高于該值，正向電流隨電壓增大呈指數(shù)型提高，LED發(fā)光[3]。以恒壓源驅(qū)動電路，電壓發(fā)生的微小變化，將會對電路電流產(chǎn)生極大影響。所以，若作為電源的恒壓源穩(wěn)定性和可靠性不足，LED的工作性能便得不到保障。因此，只有電源能夠提供恒穩(wěn)電流，LED才能保持穩(wěn)定的光照度。采用恒流源驅(qū)動，能夠使LED穩(wěn)定工作，提高LED的安全可靠性。1.4驅(qū)動方案選擇LED在照明領(lǐng)域的風(fēng)行，離不開能夠穩(wěn)定供給恒定電流的開關(guān)電源。道路照明在照明領(lǐng)域中用時最長、耗電最大，LED路燈的出現(xiàn)，為城市照明節(jié)能帶來福音，有利于國家的節(jié)能減排工作推進(jìn)。近年來，隨著開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，對于電源效率的要求越趨嚴(yán)格，目前常用的電源效率大多能達(dá)到9成以上。電子設(shè)備的功率不超過500W的直流電源，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有以下兩種拓?fù)洌簶?biāo)準(zhǔn)反激拓?fù)湟约半p開關(guān)正激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)較簡單，但電源效率不高。節(jié)能環(huán)保的倡導(dǎo)，要求更加節(jié)能高效的電源，電源的效率指標(biāo)在不斷提高。為相應(yīng)時代號召，準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)?、不對稱半橋拓?fù)湟约癓LC諧振轉(zhuǎn)換拓?fù)淙N新型拓?fù)涞某霈F(xiàn)，漸漸的取代了傳統(tǒng)兩款。功率在200W以下的開關(guān)電源適用準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)洌?00W以上則可用LLC諧振轉(zhuǎn)換拓?fù)浠蛘卟粚ΨQ半橋轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[4]。本次設(shè)計的目標(biāo)產(chǎn)物是輸出功率40W的開關(guān)電源，故此采用準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的開關(guān)電源。本次設(shè)計的性能參數(shù)指標(biāo)如下：輸入電壓：市電交流電壓90～277V變換器工作模式：CCM輸出電壓：40V輸出電流：1A輸出功率：40W效率：90%以上工作頻率：150kHz輸出紋波電壓：200mV據(jù)諧波標(biāo)準(zhǔn)，使用25W以上電源的電子產(chǎn)品，必須采取手段技術(shù)來降低諧波成分[5]。故此，功率因數(shù)校正電路是本次開關(guān)電源的輸入電路設(shè)計中所必須考慮到的。1.5研究目的與意義隨著現(xiàn)代化社會的建設(shè)和交通現(xiàn)代化的普及，各種公路與道路建設(shè)起來，滿足了人們對于出行旅游的活動需要。夜間行車，成為道路安全問題的重中之重，而首當(dāng)其沖的則是路燈問題。良好的道路照明條件是道路安全的基本保障，而需要路燈保持十分穩(wěn)定的道路照明，就需要有良好的電源作為供電基礎(chǔ)。而本次設(shè)計，我們針對路燈而設(shè)計一個40W的穩(wěn)定直流電源，并有后續(xù)的檢驗和測試其性能，確保其穩(wěn)定性和安全性。同時，節(jié)能環(huán)保，實現(xiàn)綠色發(fā)展，也是我們現(xiàn)代化建設(shè)所需要考慮的重要課題，因此，電源設(shè)計也要充分考慮到節(jié)能這一問題。光明，指引著人類前進(jìn)的方向。光照，在人的社會生活和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，都有著重要的作用。我們無法想象沒有光明的日子。隨著能源的日漸匱乏，與人們?nèi)找嬖鲩L的美好生活的需要形成矛盾，而解決矛盾的關(guān)鍵所在，就是需要一個穩(wěn)定有效而效率高的供給電源?？偠灾?，電源的設(shè)計制作有著很大的市場價值以及使用價值。如何設(shè)計電源電路，使其達(dá)到穩(wěn)定的供電需求目標(biāo)，同時滿足節(jié)能環(huán)保的現(xiàn)代化要求，是這次畢業(yè)設(shè)計的核心問題。1.6開關(guān)電源設(shè)計思路導(dǎo)向依據(jù)開關(guān)電源的基本原理和設(shè)計思路，針對LED特性，設(shè)計40W照明用LED路燈驅(qū)動電路，本次設(shè)計思路導(dǎo)向如圖1.3。220V交流電壓經(jīng)EMI濾波器變?yōu)橹绷麟妷?；再設(shè)置有源功率因數(shù)校正電路對電路電壓進(jìn)行諧波抑制，初步使輸出的直流電壓趨于穩(wěn)定；再通過準(zhǔn)諧振反激變換器降壓，進(jìn)一步輸出穩(wěn)定的40V1A的直流電壓及電流。我們本次采用型號為BP3339的PWM控制芯片，準(zhǔn)諧振反激式變換器采用型號PQ2620。各電路的設(shè)計思路將在下文進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖1.3設(shè)計思路導(dǎo)向圖1.7論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排本文基于電路、模擬電子線路以及開關(guān)電源知識，設(shè)計路燈電源，同時參考對比了一些現(xiàn)有可行的方案，得出最終的設(shè)計方案，并通過后續(xù)相應(yīng)的仿真、實物檢測和分析來確定其使用效果是否達(dá)標(biāo)。本文的內(nèi)容構(gòu)思大綱如下：第一章緒論通過介紹LED發(fā)展歷史、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀以及主要特性，來引出40WLED路燈驅(qū)動方案的提出與選擇，并對其工作原理和特點進(jìn)行闡述，最后總結(jié)其研究意義和考慮因素。第二章介紹開關(guān)電源制作的基本原理以及常見的類型，其中涉及了電路、模擬電子線路、開關(guān)電源知識，以及簡要介紹有源功率校正因素電路的設(shè)計和工作原理，并對開關(guān)電源的幾個模塊進(jìn)行簡介。第三章介紹反激變換器的工作原理和設(shè)計思路，并根據(jù)本次設(shè)計的目的，設(shè)計并計算開關(guān)電源電路的相關(guān)參數(shù)。第四章介紹AltiumDesigner——PCB原理圖設(shè)計制作軟件，展示過程并介紹與開關(guān)電源電路相應(yīng)的PCB設(shè)計規(guī)則。第五章展示設(shè)計實物制作過程與結(jié)果并對測試結(jié)果進(jìn)行分析。第六章最后對本次畢業(yè)設(shè)計作出總結(jié)歸納和日后展望。第七章對導(dǎo)師進(jìn)行致謝。開關(guān)電源基本原理以及類型開關(guān)電源基礎(chǔ)開關(guān)電源，是利用現(xiàn)代電路和模電數(shù)電相關(guān)技術(shù)，通過控制開關(guān)管周期內(nèi)導(dǎo)通的時間（即占空比），得到一個持續(xù)而穩(wěn)定輸出電壓的電源。它通過電容等有源器件在電路中傳輸能量到輸出端，具有高效、高功率、體積小成本低的優(yōu)點。開關(guān)電源仍存在著可靠性較差等固有缺陷，但是，隨著電子工藝技術(shù)的日新月異不斷進(jìn)步，這些缺點正得到逐步的改善，甚至可以通過某種手段，把這些負(fù)面影響降到最低甚至可忽略不計。開關(guān)管的通斷，控制著電路能量的傳送，使輸送過程中的信號保持持續(xù)且穩(wěn)定的狀態(tài)而不發(fā)生變形。高頻開關(guān)狀態(tài)下的開關(guān)管的等效電阻其實非常小，即時通過大電流，耗能依然很小，保證了電源的高效性和環(huán)保性。電源效率可達(dá)70%~90%，相比傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源更加節(jié)能高效。開關(guān)電源的工作原理如圖2.1所示，對電路輸入一個直流電壓，把開關(guān)管作為一個脈沖受控開關(guān)，能夠根據(jù)需要輸出的電壓規(guī)格，在一定周期內(nèi)來設(shè)置通斷時間的占比，就可以把輸入的直流電壓變成規(guī)則的矩形波，矩形波電壓再經(jīng)濾波電路濾波后，就能夠得到穩(wěn)定的直流電壓[6]。圖2.1開關(guān)電源的基本工作原理圖開關(guān)電源得到的脈沖電壓的占空比可以表示為： （2.1）開關(guān)電源電路的輸出電壓可表示為： （2.2）因此，在一定的周期內(nèi)改變開關(guān)通斷時間的比值，就可以改變脈沖電壓的占空比，從而調(diào)節(jié)輸出電壓[7]。開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)組成轉(zhuǎn)換功率的直流變換器，是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動器除了對開關(guān)信號整流放大以驅(qū)動開關(guān)管，還可以在放大器的反饋運算后調(diào)控占空比，保持直流電壓的穩(wěn)定輸出；信號源通過他激或自激產(chǎn)生PWM信號以控制電路；比較放大器通過比較反饋信號和參考信號進(jìn)行運算，調(diào)控開關(guān)電源信號的幅頻特性等。此外，開關(guān)電源通常還設(shè)置了輔助電路，最主要的有啟動電路、保護(hù)電路、輸入濾波電路等電路[6]。其基本構(gòu)成可以用圖2.2簡要表述。圖2.2開關(guān)電源基本構(gòu)成模塊圖開關(guān)電源的兩大模塊分別是功率主回路和控制回路。功率主回路能轉(zhuǎn)變和傳輸能量，由開關(guān)、電容和電感三種元件的不同組合，可以得到不同類型的變換器；而控制回路模塊相較復(fù)雜，早期由多個分立器件組成，組成零散體積大，再后來便攜式設(shè)備興起后，其體積無法滿足便攜要求；而在集成電路出現(xiàn)后，開關(guān)電源多以集成電路的形式制成，大大減小了電源的體積、提高了其可靠性和穩(wěn)定性，能夠使開關(guān)電源更加廣泛應(yīng)用于各種供電場景[8]。2.4開關(guān)電源的分類開關(guān)電源種類較多，為方便研究分析，我們將根據(jù)開關(guān)電源的不同工作原理特征，對開關(guān)電源進(jìn)行分類。根據(jù)開關(guān)管通斷與通過電流電壓是否存在關(guān)聯(lián)性分為“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”?！坝查_關(guān)”與電路電流或電壓無關(guān)，開關(guān)管的通斷由外加控制脈沖情況決定。而“軟開關(guān)”的開關(guān)管則是當(dāng)所加電壓為0時導(dǎo)通，或使得通過電流為0時關(guān)斷。按開關(guān)電源控制方式來劃分又可以分為占空比調(diào)制式、諧振式和它們的結(jié)合式。其中，PWM開關(guān)變換器是使用脈寬調(diào)制方式控制電子開關(guān)的開關(guān)變換器，主要特征是使用“硬開關(guān)”。本次設(shè)計將采用PWM的控制方式。依據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，有Buck、Buck-Boost、Boost、Cuk、Zeta以及Sepic等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這里我們選取三種最基本的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來研究分析，決定本次設(shè)計最終采取哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這三種基本拓?fù)浞謩e是Buck、Boost和Buck-Boost拓?fù)?。Buck變換器的類型是降壓變換器，在制作輸出電壓小于輸入電壓的電源時可以采用該變換器。Boost變壓器適用于輸出電壓大于輸入電壓的工作環(huán)境，是升壓變壓器。而Buck-Boost變壓器的輸入電壓與輸出電壓由占空比所決定，根據(jù)實際條件和參數(shù)需求可升壓也可以降壓[9]。本次設(shè)計采用Buck-Boost變換器。Buck-Boost型變壓器工作原理圖如圖示：圖2.3Buck-Boost變壓器原理圖開關(guān)接通狀態(tài)，二極管截止，電感電流為 （2.3）而在開關(guān)斷開期間，電感電流為 （2.4）再看他激式的四種變換器——正激式、反激式、全橋和半橋式。（對四種變壓器的原理不做贅述，只探討其適用的環(huán)境）反激式變換器常應(yīng)用于輸出功率100W以內(nèi)的開關(guān)電源，不宜用于低壓大電流的開關(guān)電源制作。正激變換器適用于功率較大（約100~300W）以及低壓大電流（5A以上）的開關(guān)電源中，且元件數(shù)目少，成本價格較低。全橋和半橋式變壓器統(tǒng)稱橋式變壓器。通過磁芯雙向磁化達(dá)到高功率輸出的目的。本次設(shè)計的開關(guān)電源輸出功率為40W，由此應(yīng)選反激變換器。2.5有源功率因數(shù)校正電路原理與設(shè)計電子技術(shù)中應(yīng)用的電流方案有許多種，交流電網(wǎng)經(jīng)過整流后供給直流就是其中一種。交直流變換器或直流變換器的供電電源一般都輸出較平直的直流電壓，整流濾波電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的儲能元件和非線性元件會使正弦波的交流電壓產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，變?yōu)橐环N周期性尖峰電流。這種變形的輸入電流除基波外，還含有大量的高次諧波分量。若這些諧波沿線路回流進(jìn)入電網(wǎng)，將會引起嚴(yán)重污染，更有可能會造成電路的工作狀態(tài)異常而引發(fā)安全事故[10]。如果在整流器與濾波電容之間加入一個直流開關(guān)變換器，或?qū)⒔鉀Q上述的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電流的低頻分量脈沖波形近似等同于輸入電壓的脈沖波形，抑制諧波以提高功率因數(shù)；同時，應(yīng)用電壓反饋技術(shù)，輸出近似平滑的直流輸出電壓。簡而言之，使輸入電流同步于輸入電壓，是有源功率因數(shù)校正技術(shù)的手段，讓輸出電壓保持穩(wěn)定才是最終的目的。2.6功率因數(shù)PF功率因數(shù)PF是輸入有效功率與輸入總功率的比值：PF=P/S=UIcosθ/UI=cosθ （2.5）式中的θ代表了電壓和電流之間的相位差。理想狀態(tài)下的功率因數(shù)PF為1，是指供電線路電壓與電流均是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，無畸變。對于理想正弦波有兩種情況：一種情況則是負(fù)載是電容，供電線路的電流電壓均呈正弦波，但輸入電壓與電流之間存在相位滯后，其相位差不為0。另一種情況是電阻作為負(fù)載，輸入電流和電壓均是相位差為0正弦波。這種理想情況下，線路功率因數(shù)為1，功率全都消耗在負(fù)載上。2.7功率因數(shù)PF與總諧波失真度THD的關(guān)系根據(jù)相關(guān)的推導(dǎo)和理論得出（此處不做贅述），功率因數(shù)為（2.6）這就是PF與THD間的關(guān)系。由上式可得出，至少有兩種方法可提高功率因數(shù)：一使THD值降到最低，也就是最大限度地抑制輸入電流的波形畸變；二則使cosθ=1，利用功率因數(shù)校正技術(shù)，讓電流基波與電壓基波的正弦波相位差趨于0。2.8功率因數(shù)校正技術(shù)的分類功率因數(shù)校正PFC技術(shù)按照器件的種類分為兩種，一種是有源PFC技術(shù)，另一種是無源PFC技術(shù)。無源PFC技術(shù)是由無源器件，如LC諧振變換器，來實現(xiàn)PFC功能。其主要優(yōu)點有：電路簡單、成本低廉以及電磁干擾較小等。但也存在缺點，如低頻工作時元器件尺寸重量較大，難以得到高功率因數(shù)等。有源PFC技術(shù)采用有源器件，如開關(guān)管和二極管，通過控制占空比，使輸入電流盡可能同步于電壓波形，得到較高的功率因數(shù)。有源PFC技術(shù)優(yōu)點有：諧波畸變小，功率因數(shù)高，輸出電壓穩(wěn)定等。但同時也存在以下缺點：高成本，低效率，電路復(fù)雜等。本次開關(guān)電源設(shè)計將采用有源PFC技術(shù)以實現(xiàn)功率因數(shù)校正。2.9APFC的典型控制方法能夠穩(wěn)定輸出電壓和輸入功率因數(shù)，是有源功率因數(shù)校正電路最終目的。為了獲得穩(wěn)定的輸出電壓，可用一個電阻分壓網(wǎng)絡(luò)采樣輸出電壓，并用做反饋控制（本次設(shè)計不涉及）。輸入電路波形可通過控制電壓跟隨器和乘法器的方法得以實現(xiàn)。乘數(shù)控制是應(yīng)用最廣泛的控制方法之一，引入一個輸入電流反饋控制回路，利用模擬乘法電路，實現(xiàn)輸入電流與輸出電壓是同相位的正弦波。其三種典型控制方法，將會在下章設(shè)計過程中展開詳細(xì)探究和對比。3反激變換器原理與設(shè)計反激變換器屬于Buck-Boost變換器，既能升壓，也可以降壓，輸入輸出回路以變壓器為媒介相連，兩回路沒有直接相連，從而實現(xiàn)了交流與直流的轉(zhuǎn)換，穩(wěn)定輸出電壓?，F(xiàn)在，中低功率（100W以下）的隔離式開關(guān)電源常多采用反激變換器?？梢砸罁?jù)輸入和輸出電壓范圍以及電源所要實現(xiàn)的其他功能參數(shù)，通過一系列的計算，根據(jù)結(jié)果來選擇單管或雙管反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，還有準(zhǔn)諧振（QR）反激變換器以及原邊反饋（PSR）反激變換器。3.1四種反激變換器分別適用的電路要求3.1.1單管反激變換器適用于中低輸入電壓，中低功率的電路中。由于市電電壓為220V的交流電壓，單管反激變換器在開關(guān)電源領(lǐng)域方面的應(yīng)用范圍在四種變換器中最為廣泛。且本次設(shè)計我們將要制作的是規(guī)格為輸出40V1A的LED路燈電源，輸出功率40W，屬于低電壓小電流低功率，單管反激變化器最為適用。3.1.2雙管反激變換器反激變換器初級繞組與次級繞組存在漏感，開關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂顾查g，MOS管漏極所加電壓會很高，尤其是當(dāng)輸入電壓較大時，可能將要選擇800V甚至以上的耐壓管，而且這種MOS管品種較少、價格較高；而此外，高耐壓MOS管的導(dǎo)通電阻很大，會加大電路的導(dǎo)通損耗。為了應(yīng)對和改良以上的不足，雙管反激變換器在800V以上的高壓時便有很好的用武之地。3.1.3準(zhǔn)諧振（QR）反激變換器準(zhǔn)諧振反激變換器的工作模式一般是DCM模式，是以傳統(tǒng)的PWM調(diào)制反激變換器為基礎(chǔ)加入Uds波谷檢測電路，在波形達(dá)到谷底時導(dǎo)通，形成準(zhǔn)諧振反激變換器。準(zhǔn)諧振反激變換器成本低，電路較簡單，MOS管開通損耗小，效率高。因此，QR反激變換器普遍適用于高壓小電流中功率的開關(guān)電源中。伴隨著控制芯片價格下降，QR反激變換器越來越成為開關(guān)電源設(shè)計制作的一個優(yōu)選方案。3.1.4原邊反饋（PSR）反激變換器原邊反饋反激變換器不需要加入光耦、基準(zhǔn)電壓源等電子元件，成本低，體積小。但PSR變換器初級繞組峰值電流大，導(dǎo)通損耗高，因此僅限制于在輸出功率不足10W的電源中使用。由上述條件綜合分析后，可以得出本次設(shè)計的最佳方案為單管反激變壓器。3.2反激變換器的組成結(jié)構(gòu)和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.2.1單管反激變化器主要組成部分以及總體結(jié)構(gòu)原理電路如圖。圖3.1單管反激變換器電路圖其簡化電路如下圖：圖3.2簡化電路圖單管反激變換器分為兩部分，分別是初級回路和次級回路。初級回路則有輸入濾波電容、PWM控制器、啟動電路及供電電路、主繞組、開關(guān)管和尖脈沖吸收電路等部分；次級回路有次級繞組、高速整流管、輸出濾波電容和輸出電壓取樣電路等部分。為便于對單管反激變換器的探究，我們將其電路簡化，并觀察其理想狀態(tài)下的電流電壓波形。3.2.2尖脈沖吸收回路簡介因為初級與次級繞組存在漏感，在開關(guān)管關(guān)斷瞬間，漏極會產(chǎn)生很高的電壓[13]。（由于時間短電壓高我們稱之為尖峰電壓）另外，在整流二極管截止的瞬間，由于延時，主繞組也會在漏極產(chǎn)生高壓。故此，單管反激變換器中需在初級繞組兩端加RCD尖脈沖吸收電路，以避免開關(guān)管過壓擊穿。3.2.3漏感能量吸收回路漏感能量吸收回路有兩種，分別是DD和RCD鉗位電路。DD是由TVS二極管和快恢復(fù)二極管構(gòu)成，而RCD鉗位電路由快恢復(fù)二極管、泄放電阻和鉗位電容構(gòu)成。其作用與目的如上文3.2.2簡介，故不在本節(jié)贅述。本小節(jié)主要討論RCD鉗位電路工作原理和參數(shù)計算。1、工作原理我們可將變壓器的初級繞組視為理想變壓器初級電感與漏感串聯(lián)組成，理想初級電感所儲能量在開關(guān)管截止后可傳送到次級，而漏感所儲能量則不能。對于CCM模式下的RCD，可按開關(guān)管截止期間DS兩端電壓波形的規(guī)律（如圖所示）分為四個時階，來探究RCD電路工作原理。圖3.3開關(guān)管截止期間DS兩端電壓波形圖t1～t2：Toff開始瞬間，漏感電流對DS間寄生電容充電，Uds由0上升至Uin，Q1完全截止，隨著電壓增大而漸漸超過了次級整流二極管的閾值電壓，Vd2開始導(dǎo)通。這一階段的等效電路如圖。圖3.4t1~t2時刻充電電路t2～t3：漏感電流及反射電壓源繼續(xù)對DS極間寄生電容充電，電壓逐漸上升，當(dāng)電壓值超過鉗位二極管導(dǎo)通電壓時，二極管開始導(dǎo)通。t3～t4：鉗位二極管導(dǎo)通后，漏感放點，對電容進(jìn)行充電，使其兩端電壓迅速上升到最大值，寄生電容兩端電壓也同步上升到最大值。t4后：漏感儲能散盡，電壓為0，開關(guān)管DS極間電壓減小，吸收回路二極管反偏截止，鉗位電容放電。2、計算過程我們以本次電源制作目的參數(shù)代入計算方法，具體過程如下：（1）計算反射電壓Uor： （3.1）（2）選擇鉗位電容最小電壓，一般取0.85～0.95Uclamp。（Uclamp為漏感能量散盡后的鉗位電容電壓）（3）確定C1鉗位電壓Uclamp，且Uclamp大于1.5Uor。有 （3.2）（4）測量或估算漏感的值。一般控制在主繞組電感的2%～5%。 （3.3）（5）計算鉗位電容。 （3.4）（6）計算鉗位電阻。 （3.5）（7）估算RCD的二極管耐壓。 （3.6）3.2.4PWM控制器種類選取以采樣對象不同，將PWM控制器分為電壓型和電流型兩個大類。其大類下的控制芯片種類繁多，可以根據(jù)所需的規(guī)格、功能和性能，來選取合適的控制芯片。1、電壓型控制工作原理：取樣輸出電壓，控制PWM信號的導(dǎo)通時間，保持輸出電壓的穩(wěn)定。適合于Buck變換器。缺點：電路設(shè)計比較復(fù)雜，對輸入電壓的變化反應(yīng)慢。代表型號：UCC3750等。2、電流型控制工作原理：取樣輸出電壓，控制PWM信號導(dǎo)通時間，保持穩(wěn)定的輸出電壓；取樣電感電流，變換器能即時感知輸入電壓變化，這是對比電壓控制的改進(jìn)之處。電流型控制分為三種方式，分別是平均電流控制、電流滯環(huán)控制、峰值電流控制三種。典型的電流型控制芯片：UC384X系列，F(xiàn)AN67XX系列。UC384X系列芯片，UC3842和43占空比無限制，兩者差別僅為啟動電壓和鎖定電壓不同。UC3844和45最大占空比為50%。該系列芯片最大啟動電流1mA，典型值0.5mA；時鐘頻率可調(diào)，最大500kHz。UC384X系列芯片作為傳統(tǒng)的峰值電流PWM控制芯片，其保護(hù)功能還未夠完善，還存在諸如啟動電流大、輕載功耗高等缺點，隨著技術(shù)發(fā)展而被逐漸淘汰。FAN67XX系列芯片，正是為了彌補UC384X的缺陷而創(chuàng)新的新型PWM控制芯片。其系列的芯片不同型號之間功能大同小異，排序基本兼容。這里以FAN6757為例，該芯片達(dá)到了低空載功耗，高度集成了大量功能如抖頻降低EMI、帶斜率補償?shù)姆逯惦娏髂Ｊ娇刂频?，以及多種先進(jìn)的保護(hù)功能，被廣泛應(yīng)用于要求極低待機(jī)功耗的反激式電源，如筆記本電腦、游戲機(jī)適配器等。BP3339芯片，是市面上的一款新型芯片，廣泛用于LED照明的單極PFC原邊恒流控制器：無需任何次級反饋電路，電路簡單成本較低；它采用準(zhǔn)諧振模式來驅(qū)動MOSFET，得以實現(xiàn)高效率。它采用恒定導(dǎo)通時間的控制方式，內(nèi)置THD補償線路，提高功率因數(shù)，降低諧波分量。BP3339內(nèi)置高壓啟動JFET，能實現(xiàn)快速啟動。此外，BP3339還具有良好的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率，并提供全面的保護(hù)功能。圖3.5BP3339規(guī)格簡介與原理圖通過三款芯片的初步對比，BP3339相對于其余兩款老款芯片性能更加優(yōu)秀，更利于本次設(shè)計的功能實現(xiàn)。故決定本次設(shè)計將采用BP3339這種新型芯片。下面我們將簡要介紹BP3339芯片的工作原理。（1）功率因素校正原理BP3339采用固定導(dǎo)通時間的峰值電流控制模式，工作模式為邊界連續(xù)導(dǎo)通模式。輸入電壓有效值不變，整個工頻周期內(nèi)導(dǎo)通時間也保持不變，原邊峰值電流和副邊峰值電流包絡(luò)都為正弦波。圖3.6BP3339功率校正電流圖BP3339產(chǎn)生的原邊電流的波形為不連續(xù)的鋸齒波，經(jīng)輸入濾波器濾除高頻分量后高頻分量后，其平均電流為近似正弦波的波形。（2）PF和THD計算未加THD補償功能的單極FlybackAPFC電路，其PF和THD跟副邊反射電壓與輸入電壓峰值之比K相關(guān)，K與PF呈正相關(guān)，與THD成反比關(guān)系。PF和THD與K的關(guān)系如圖。而BP3339內(nèi)置THD補償電路，從而極大地降低了K對PF與THD的影響。圖3.7PF和THD跟副邊反射電壓與輸入電壓峰值之比（3）原邊橫流原理芯片內(nèi)部采集Vcs峰值，并根據(jù)MOS開通和變壓器退磁時刻的檢測，將原邊電流波形轉(zhuǎn)換成跟副邊電流有關(guān)的波形，經(jīng)過高頻濾波、誤差放大和積分，再與芯片內(nèi)部的鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn)生固定Ton。圖3.8原邊恒流原理輸出電流計算 （3.7）3.2.5反激變換器的電路參數(shù)設(shè)計本節(jié)將進(jìn)行反激變換器的電路元件參數(shù)的計算，結(jié)合設(shè)計要求：輸入電壓：市電交流電壓90～277V變換器工作模式：CCM輸出電壓：40V輸出電流：1A輸出功率：40W效率：90%以上工作頻率：150kHz輸出紋波電壓：200mV根據(jù)以上要求，我們進(jìn)行下一步的計算。反激變換器可等效于Buck-Boost變換器，性質(zhì)與Buck-Boost變換器相類似。故而，在輸入電壓最小時，電感電流峰值最大。因此，須在輸入電壓達(dá)最小值時，計算相關(guān)參數(shù)。1、計算輸入濾波電容，由上文的經(jīng)驗值計算可知，我們本次設(shè)計采用的輸入濾波電容的規(guī)格為104uF/400V。2、計算RCD吸收回路鉗位電壓，由上一章的的計算可知 3、確定反射電壓范圍 4、計算確定匝比1.760~2.934，取2.0。5、確定電流紋波比6、計算初級側(cè)電感斜坡中心電流7、計算次級側(cè)電感斜坡中心電流8、計算初級側(cè)電感9、估算電感體積10、計算匝數(shù)11、計算輔助繞組匝數(shù)12、繞線窗口是否能容納13、計算磁芯氣隙長度14、計算輸出電容3.3輸入通道我們將DC-DC變換器輸入端前的電路稱作開關(guān)電源輸入通道，包括輸入AC濾波、整流以及工頻濾波等單元電路，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及性能指標(biāo)不僅關(guān)系到開關(guān)電源的可能性、EMI指標(biāo)、成本與體積，也決定了開機(jī)瞬態(tài)浪涌電流的大小。開關(guān)電源的工作環(huán)境大都是在高頻、高壓甚至大電流狀態(tài)，其內(nèi)部存在有如MOS管或整流二極管等高速開關(guān)元件，在其通斷瞬間將不可避免地產(chǎn)生大量電磁干擾信號，簡稱EMI信號。它包括了傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩部分。其中，傳導(dǎo)干擾包括了差模干擾和共模干擾。內(nèi)部開關(guān)器件寄生電感和電容在開關(guān)元件通斷瞬間引起電流電壓的激烈突變造成的是差模干擾信號，在開關(guān)電源兩條輸入線上流動。而共模干擾則是開關(guān)電源內(nèi)部節(jié)點電壓激烈變化通過寄生電容耦合到底線形成，在相線與底線以及中線與地線間流動。開關(guān)電源工作頻率在0.15～0.5MHz范圍內(nèi)，EMI一般以差模干擾為主；在0.5～5.0MHz范圍內(nèi)，一般包含了差模、共模干擾兩種成分；在5.0～30MHz范圍內(nèi)，以共模干擾為主。如果在設(shè)計過程中忽略了EMI的處理，所產(chǎn)生的高頻尖峰干擾會造成信號污染，可能會影響到電路內(nèi)部元件的正常工作狀態(tài)，使電路不穩(wěn)定甚至引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。以上是我們對EMI干擾信號成因和危害的研究了解，對于這些，可以在開關(guān)電源的輸入電路加入針對性的濾波電路和保護(hù)電路，以消除EMI干擾信號，將其對電路正常工作的負(fù)面影響降到最低。如圖所示的EMI濾波電路便是一種有效可行的EMI干擾防治措施。 圖3.9輸入電路原理圖圖中所示，除了EMI濾波電路，還有其他比如NTC熱敏電阻、整流濾波電路等部件，這些部件共同組成了開關(guān)電源的輸入電路。下面將逐一介紹不同部分的原理及作用。（1）整流濾波電路包括了由四個整流二極管組成的橋式整流電路和一個工頻濾波電容組成。工頻濾波電容是一種鋁電解電容，主要功能是濾除高頻分量，容量大小與輸出功率和效率有關(guān)，可根據(jù)表所示經(jīng)驗數(shù)據(jù)選定。圖3.10濾波電容大小經(jīng)驗值表本次設(shè)計輸入電壓范圍為90～277Vac，觀察表格可得濾波電容經(jīng)驗值約取“3uF/W”，再輸出功率為40W，故輸入濾波電容的大小可以取C1=3uF/W*40W=120uF由于電路的輸出功率和效率已確定，濾波電容的大小將影響輸入電壓的最小值。若濾波電容過小，無法限制輸入電壓最小值，使電路中有源器件的過流損壞等；若濾波電容過大，又會增加成本，也會放大輸入電流諧波幅度，對供電電網(wǎng)造成污染。所以，我們選擇最近似120uF的104uF的電容。最后，還要確定電容耐壓比。濾波電容耐壓比要求是最大輸入電壓的1.1倍以上。本設(shè)計最高輸入電壓為277V的市電電壓，最大值為1.414*277=392，故濾波電容耐壓可以取400V。因此，本設(shè)計選擇的輸入濾波電容為104uF/400V。（2）輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路一般包含保險絲、防雷元件如壓敏電阻等能對電路的環(huán)境進(jìn)行感知并應(yīng)對保護(hù)的器件組成。保險絲的作用主要是保護(hù)開關(guān)電源內(nèi)部元件和PCB板上的輸入回路走線在電路異常時不被損壞。保險絲必須接在火線輸入端，在保險絲熔斷后，設(shè)備與火線斷開以免致人觸電。其參數(shù)選擇也必須恰當(dāng)，主要有額定電壓、額定電流和熔斷時間等，這里我們主要研究其電流容量，其經(jīng)驗公式為： （3.8）本次設(shè)計，最小輸入電壓為90V，輸出功率為40W，效率為0.9，PF取0.5，可以計算保險絲電流容量（取標(biāo)準(zhǔn)值2A或3A）常見防雷元件有壓敏電阻、TVS管等。在本次設(shè)計，此處采用壓敏電阻。壓敏電阻屬于金屬氧化物可變電阻，其優(yōu)點是價格低廉，同流量大，響應(yīng)時間短，缺點是寄生電容大，因為壓敏電阻能瞬間吸收很大的浪涌能量，壓敏電阻常用于電子線路過壓保護(hù)元件。但壓敏電阻不能承受1mA以上的持續(xù)電流，在被擊穿之后，可能會造成電路短路而威脅人身安全。壓敏電阻的電壓必須大于線路最大直流電壓值，其電壓可以依據(jù)此規(guī)律公式?jīng)Q定： （3.9）本次設(shè)計交流輸入電壓最大值277V，壓敏電壓標(biāo)稱誤差10%，老化系數(shù)一般取0.9，代入可得取標(biāo)準(zhǔn)值470V。對于中小功率開關(guān)電源，壓敏電阻可選擇7D或10D尺寸的，最后選擇型號7D471K規(guī)格的壓敏電阻。（3）功率型NTC電阻功率型NTC電阻是以二氧化錳為主要原料的一種精密電子陶瓷元件，能夠有效抑制開機(jī)瞬間產(chǎn)生的浪涌電流，其優(yōu)點是功耗極低，對電路的影響可忽略。但其缺點不容忽視，NTC電阻可靠性不高，同時容易損壞，可能會增加電路的后期維護(hù)成本，如果開關(guān)電源開機(jī)浪涌電流不大，則不需要采用。因此，本次設(shè)計不加入NTC電阻，而是加入一個工字電感來代替其作用。（4）EMI濾波電路EMI濾波電路主要組成部分有差模濾波電容，共模濾波電容（因開關(guān)電源輸入端不帶地線而不需設(shè)置）、泄放電阻（本次設(shè)計不設(shè)置）、EMI共模濾波電感組成。如圖所示。圖3.11EMI濾波器的基本結(jié)構(gòu)EMI濾波器可以無耗傳輸400Hz以內(nèi)的低頻交流信號，高效抑制高頻干擾信號，以免其污染電網(wǎng)，干擾元件正常工作[11]。當(dāng)共模濾波電感完全耦合，對差模信號不會產(chǎn)生磁飽和，對共模信號呈很高的電感量。所以，實際電路中多用高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯，就如這次設(shè)計中采用的U型鐵氧體磁芯?，F(xiàn)實情況則是兩繞組不可能完全耦合，總存在一定漏感Ld，其實際等效電路如圖：圖3.12EMI濾波器等效電路漏感大小一般為共模電感的0.5%～2%。共模信號和差模信號等效電路如圖，可以看出濾波電路里，漏感增強了差模干擾的濾波效果，所以可以使用繞線方便的U型磁芯作為濾波電感磁芯。但漏感不宜太大，若過大可能會導(dǎo)致磁芯飽和現(xiàn)象，故盡可能不使用工字型磁芯。3.4輸出電路為了在次級回路得到穩(wěn)定的輸出電壓，本設(shè)計的次級回路包括次級繞組、高速整流二極管、次級整流二極管尖峰脈沖吸收電路、輸出濾波電容以及負(fù)載電阻組成。其中次級整流二極管尖峰脈沖吸收電路由一電阻和電容串聯(lián)而成，并聯(lián)在高速整流二極管兩端，可以消除整流二極管開關(guān)瞬間的尖峰脈沖，同時還能夠延遲開關(guān)管截止瞬間次級整流二極管的導(dǎo)通。4PCB原理圖設(shè)計流程及設(shè)計規(guī)則有了以上的分析設(shè)計，接下來將進(jìn)行電子線路原理圖和對應(yīng)電路原理圖相應(yīng)的實物產(chǎn)品制作。對電路的原理圖繪制，采用了AltiumDesigner16軟件，簡稱AD16。自進(jìn)入計算機(jī)時代，計算機(jī)協(xié)助便迅速拓展到各行各業(yè)中，包括電子電路設(shè)計行業(yè)。而AD16這一款軟件正是為了電路設(shè)計自動化而生。電子技術(shù)的迅速發(fā)展使新的電子元器件不斷誕生，手工設(shè)計電路已經(jīng)不能夠再滿足現(xiàn)代化的設(shè)計需求，所以，AD等一系列電子電路繪圖以及仿真軟件應(yīng)運而生，在計算機(jī)平臺上進(jìn)行電子線路設(shè)計，是目前最高效的設(shè)計方法，越來越多的電子電路的設(shè)計工作在設(shè)計應(yīng)用平臺上開展。圖4.1關(guān)于AltiumDesignerAltiumDesigner采集了眾家之長，集合了多個電子軟件平臺的功能和優(yōu)點，使電子設(shè)計者能夠更加便捷高效的實現(xiàn)電子線路設(shè)計制作，簡化流程，降低在設(shè)計過程中的錯誤率，大大提高了最終產(chǎn)品的成品率[12]。隨著AD版本的升級，其功能和使用性能愈增，因而AD對計算機(jī)的系統(tǒng)需求比先前的版本要高一些。創(chuàng)建工程以后，對一些有需要的、而庫內(nèi)所缺少的電子元件，先進(jìn)行原理圖和PCB圖的制作。如下所示。圖4.2共模濾波電感庫制作圖4.3控制芯片BP3339庫制作圖4.4變壓器PQ2620庫制作在制作好原理圖和PCB后，我們分模塊將線連好，如圖。圖4.5總體電路圖再把線路圖連接起來，連好以后，將其轉(zhuǎn)為PCB圖，再進(jìn)行布線和調(diào)整。對于開關(guān)電源的布線布局，有著十分嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，下章將對一些常見的PCB設(shè)計要求展開說明。圖4.6初步PCB板圖4.1開關(guān)電源PCB圖設(shè)計開關(guān)電源工作狀態(tài)多為高頻高壓大電流狀態(tài)，這使開關(guān)電源PCB設(shè)計過程中元件布局走線的工作顯得十分重要，是保證開關(guān)電源正常工作的關(guān)鍵。良好的布局布線設(shè)計，能使開關(guān)電源達(dá)到電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，同時能保護(hù)電源和使用者的安全，此外，還有利于電路工作時的散熱，對提高電源的可靠性和延長壽命有著重要的作用。下面將詳細(xì)研究開關(guān)電源PCB的設(shè)計規(guī)則。根據(jù)開關(guān)電源的要求，在排版前先確定PCB板的工藝，這會對元件封裝方式的選擇有所影響。首先，確定板層結(jié)構(gòu)。單面板因其成本低而受傳統(tǒng)開關(guān)電源所青睞。但隨著開關(guān)電源工作頻率不斷提高，尺寸體積不斷縮小，可以嘗試采用雙面板。雙面板的優(yōu)點有三，一是改善EMI指標(biāo)，二是提高布線密度，提高PCB板面的利用率，三能減小體積。本次設(shè)計我們將采用雙面板的板層結(jié)構(gòu)，來制作LED開關(guān)電源。其次，確定小功率元件封裝方式。在高工作頻率的狀態(tài)下，小功率元件如小功率電阻、二極管、小容量電容、低壓小功率三極管等采用貼片封裝，能減小制作成本以及EMI干擾，提高電源產(chǎn)品的成品率。貼片封裝的參考方式如表所示：圖4.7貼片元件封裝方式參考表再次，元件安裝方式和注意事項也是十分重要的。對于本次設(shè)計采取的雙面板結(jié)構(gòu)，“單面SMD+THC混裝”是最常見的元件安裝方式，其余的還有“A面THC，B面SMD”和“A面SMD+THC，B面SMD”等方式，下面對這三種方式進(jìn)行簡要介紹。單面SMD+THC混裝如圖，優(yōu)點是工藝流程簡單，而缺點是集成度低而使得占用板面積大。A面THC，B面SMD的安裝方式，普適于單面板和雙面板。如圖所示，優(yōu)點是集成度較高，缺點是工藝比較復(fù)雜，且B面不能設(shè)置厚度超過1.0mm的貼片元件，如0805、1206等貼片電容或電阻，如不然無法保證波風(fēng)焊接質(zhì)量。此外，自動剪腳的刀具也容易撞壞厚度較高的元件。A面SMD+THC，B面SMD也是一種不錯的安裝方式，若當(dāng)單面混裝無法放置所有元件的時候。這種安裝方式下的B面，貼片元件厚度也不宜超過1.0mm。圖4.8元件安裝方式最后，就是板材銅膜厚度選擇的問題。線寬不變，板材銅膜厚度越大，能夠通過的電流也就越大。本次設(shè)計的開關(guān)電源屬于中小功率開關(guān)電源，板材銅膜厚度可選擇1OZ（35um）。4.2EMI輸入濾波電路布局布線原則EMI輸入濾波電路的總體布局原則是從輸入端開始，沿電流方向以一字型、L型或倒L型排列；元件間距合理，既不能過密也不能太稀疏。元件帶電部位與金屬外殼之間要達(dá)到雙重絕緣標(biāo)準(zhǔn)，可采取加大間距以加強絕緣，或以輔助方式絕緣。布線間距要求基本絕緣。L與N之間、L/N與PE最小間距常取2.5mm。最小線寬在間距許可的情況下越大越好，既能減小寄生電感，又能使流過火線、零線印制導(dǎo)線內(nèi)遠(yuǎn)高于其平均電流的高頻脈沖電流安全流通避免造成損壞。對于1OZ厚度的銅膜，最小線寬經(jīng)驗值為“1mm/A”?？偠灾?，整個電路系統(tǒng)布線布局的過程中，要保證安規(guī)要求得到滿足，要保證火線、零線線寬，要避免環(huán)路過大。所以，先大概完成元件布局，再嘗試連線。在確認(rèn)間距和線寬達(dá)到要求后，再細(xì)調(diào)元件擺放。4.3關(guān)鍵回路與節(jié)點走線1、大電流回路與開關(guān)節(jié)點對于大電流回路和開關(guān)節(jié)點，為減小連線寄生電感，降低EMI，走線要盡可能短、線寬盡可能大，回路面積盡可能小。大電流回路和開關(guān)節(jié)點主要有初級側(cè)高頻大電流回路、初級側(cè)開關(guān)節(jié)點、初級側(cè)MOS管柵極驅(qū)動電路等，如圖所示。另外，布線過程中還需確保印制導(dǎo)線完整性，不輕易折斷大電流特別是高頻大電流回路連線，否則會額外引入寄生電感，增加EMI。2、弱信號線與弱信號電路為避免受到強信號干擾，造成PWM誤操作，微弱信號線在布線時要盡可能遠(yuǎn)離高頻大電流回路、開關(guān)節(jié)點，更不能放在高頻大電流環(huán)路內(nèi)。微弱信號線主要有ZCD信號檢測線、初級側(cè)主繞組電流檢測線、初級側(cè)反饋補償網(wǎng)絡(luò)、次級側(cè)反饋補償網(wǎng)絡(luò)等。3、地線處理為降低EMI干擾，確保電路的正常工作，開關(guān)電源初級側(cè)地線采用類似單點接地形式。整流橋的接地端與整流后濾波電容C1負(fù)極相連為1號地，輔助繞組的接地端為2號地，濾波電容C5與電阻R11并聯(lián)后端接地為3號地，高頻大電流回路地為4號地，PWM控制芯片接地端為5號地。此外，根據(jù)安規(guī)要求，電源輸入端須標(biāo)注火線、零線以及保護(hù)接地標(biāo)志（因本次設(shè)計為不含地線的二類電器故不需注明，僅需注明L和N）。4.4PCB散熱設(shè)計在開關(guān)電源的電路設(shè)計中，發(fā)熱較大的元件之間不能靠的太近，同時一些熱敏元件要盡可能遠(yuǎn)離發(fā)熱元件。布局時可根據(jù)PCB板結(jié)構(gòu)、散熱環(huán)境及方式等條件優(yōu)先考慮這些元件的位置。在開關(guān)電源中，發(fā)熱元件有整流橋、輸入濾波電容、變壓器、開關(guān)管、次級高頻整流二極管、輸出濾波電容電感等。其中，輸入輸出濾波電容為大容量電解電容，既是發(fā)熱元件，又是熱敏元件，在布局時特別要獨立并遠(yuǎn)離于其他發(fā)熱器件。而熱敏元件則有PWM控制芯片、基準(zhǔn)電壓源等，這些元件在布局時也要注意遠(yuǎn)離其他發(fā)熱元件，以免造成電路異常而導(dǎo)致PWM芯片的誤操作，影響開關(guān)電源的正常工作，甚至有可能導(dǎo)致電路的損壞與燒毀。在設(shè)置電路時，可考慮適當(dāng)借助風(fēng)扇強制散熱，或外殼設(shè)置自然對流等方式進(jìn)行合理散熱，以保護(hù)開關(guān)電源電路。5實物制作以及測試分析在對上面一些布線布局規(guī)則的研究后，調(diào)整一下版面布局，得到圖示PCB電路：圖5.1最終PCB電路圖接下來就是實物產(chǎn)品的制作?？偨Y(jié)與展望本次設(shè)計是基于我在大學(xué)開關(guān)電源課程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，對課程的知識進(jìn)行問題解決和應(yīng)用的一次實