一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)
一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì),一個(gè),開(kāi)關(guān)電源,設(shè)計(jì)
摘要
近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在社會(huì)領(lǐng)域的滲透,電源芯片的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的電源芯片應(yīng)用系統(tǒng)中，電源芯片往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅電源芯片方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。
隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)領(lǐng)域中，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際處理對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別和處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要將其轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路——模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。通過(guò)對(duì)電源芯片接口我們可以將這些線路進(jìn)行有效利用起來(lái)，本設(shè)計(jì)最后通過(guò)5V,12V,100V的電源來(lái)說(shuō)明一下用途。
在基本電路設(shè)計(jì)方面，說(shuō)明電路重要性，然后分別介紹小濾波電路、啟動(dòng)電路、以及在電路中所利用的重要接口作說(shuō)明，從而過(guò)渡到電源芯片接口上；在電源芯片應(yīng)用系統(tǒng)的接口技術(shù)，介紹UC3842的單緩沖和雙緩沖接口及他們的應(yīng)用，最后對(duì)這兩個(gè)的典型應(yīng)用TL431芯片與PC817的接口比較。
綜上所述，本設(shè)計(jì)按照任務(wù)書(shū)要求，主要從介紹電源芯片基本電路設(shè)計(jì)、接口技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，最后對(duì)電源芯片開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及應(yīng)用—5V,12V,100V的電源設(shè)計(jì)這些方面來(lái)進(jìn)行的；而且在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到各種可能的因素。
關(guān)鍵詞：UC3842基本電路TL431PC817
32
Abstract
Inrecentyears,withcomputerpenetrationinthesocialsphere,powerchipapplicationsarecontinuouslydeepening,andleadthetraditionalcontroloftheCrescentbenefitsupdates.Inthereal-timedetectionandcontrolofpowerchipapplications,thepowerchipsareoftenasacorecomponenttouseonlypowerchipsknowledgeisnotenough,andalsoonspecifichardwarestructure,aswellasspecificcharacteristicsofthetargetapplicationsoftwareintegrationtobeperfect.
Withdigitaltechnology,especiallycomputertechnologyandtherapiddevelopmentofuniversal,inthemoderncontrol,communicationsanddetectioninthefieldofsignalprocessingiswidelyuseddigitalcomputertechnology.Becausetheactualobjectsareoftendealingwithsomeanalog(suchastemperature,pressure,displacement,image,etc.),toacomputerordigitalinstrumenttoidentifyanddealwiththesesignals,theymustfirstbeconvertedintodigitalanalogsignal,andtheComputeranalysis,processingbeforeexportvolumefiguresoftenneedtobeconvertedintocorrespondinganalogsignalscanbereceivedbytheagenciesfortheimplementation.Inthisway,theneedforasignalintheanaloganddigitalsignalfromtheroleofabridgebetweenthecircuit-analog-digitalconversioncircuitsandato-analogconvertercircuit.ThroughthePowerchipinterfacewewillbeabletoeffectivelyusetheselines,andthefinaldesignofthe5V,12V,100Vpowersupplytoillustratethisuse.
Inthebasiccircuitdesign,theimportanceofthecircuit,andthenintroducedonthefiltercircuit,thestartcircuitry,aswellasbytheuseofthecircuitinanimportantinterfaceforillustration,thetransitiontoapowerchipinterface;applicationinthepowersysteminterfacechip,introducedUC3842single-anddouble-bufferandbufferinterfacetheirapplications,thesetwofinalTypicalapplicationsTL431interfacechipandPC817comparison.
Tosumup,inaccordancewiththemandateofthedesignrequirements,mainlyfrompowerchiponthebasiccircuitdesign,interfacetechnologydevelopmentandapplication,thefinaldesignofthepowerchipdevelopmentandapplicationof-5V,12V,100Vpowersupplyintheseareastocarryoutdesign;inthedesignandfullytakenintoaccountallpossiblefactors.
Keywords:UC3842basiccircuitTL431PC817
目錄
1、緒論 4
1.1開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況 4
1.2.電力電子器件在電源中的應(yīng)用 5
2 電路的硬件分析 8
2.1變換器極其技術(shù)分析 8
2.2晶體管極其技術(shù)分析 11
3電源系統(tǒng)的原理與組成 15
3.1開(kāi)關(guān)電源原理方框圖： 15
3.2開(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理 15
3.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的類型 16
4電源主電路設(shè)計(jì) 16
4.1、UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) 16
4.2電路結(jié)構(gòu)與工作原理 17
4.2.1啟動(dòng)過(guò)程 18
4.2.2穩(wěn)壓過(guò)程 18
4.2.3過(guò)流保護(hù)原理 19
4.3、設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng) 20
4.3.1起動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 20
4.3.2反饋繞組的設(shè)計(jì) 20
5電源反饋系統(tǒng)原理及方案確定 21
5.1Tl431與pc817的運(yùn)用 21
6開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì) 24
6.1開(kāi)關(guān)變壓器工作原理 24
6.2輸出100V,5V和12V的設(shè)計(jì) 26
7電源的emi設(shè)計(jì) 29
7.1電源EMI電磁干擾 29
7.2共模和差模干擾信號(hào) 29
7.3解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性 29
致謝 31
參考文獻(xiàn) 32
附一: 32
1、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、高效率，在21世紀(jì)必將得到大力發(fā)展，而開(kāi)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(kāi)關(guān)電源的發(fā)展概況
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源(以下簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源)問(wèn)世后，在很多領(lǐng)域逐步取代了線性穩(wěn)壓電源和晶閘管相控電源。早期出現(xiàn)的是串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。隨著脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)的發(fā)展，PWM開(kāi)關(guān)電源問(wèn)世，它的特點(diǎn)是用20kHz的載波進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，電源的效率可達(dá)65%~70%，而線性電源的效率只有30％~40％。因此，用工作頻率為20kHz的PWM開(kāi)關(guān)電源替代線性電源，可大幅度節(jié)約能源，從而引起了人們的廣泛關(guān)注，在電源技術(shù)發(fā)展史上被譽(yù)為20kHz革命。隨著超大規(guī)模集成(ultra-large-scale-integrated-ULSI)芯片尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；而航天、潛艇、軍用開(kāi)關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備(如手提計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話等)更需要小型化、輕量化的電源。因此，對(duì)開(kāi)關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量也要小。此外，還要求開(kāi)關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。這一切高新要求便促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源的不斷發(fā)展和進(jìn)步。
開(kāi)關(guān)電源的三個(gè)重要發(fā)展階段
40多年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源經(jīng)歷了三個(gè)重要發(fā)展階段。
第一個(gè)階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件(BPT、SCR、GT0)發(fā)展為MOS型器件(功率MOS-FET、IGBT、IGCT等)，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡(jiǎn)單。
第二個(gè)階段自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，高頻化和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是過(guò)去20年國(guó)際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。
第三個(gè)階段從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊(IPEM)技術(shù)開(kāi)始發(fā)展，它是當(dāng)今國(guó)際電力電子界亟待解決的新問(wèn)題之一。
1.2.電力電子器件在電源中的應(yīng)用
電力電子產(chǎn)品或電路的發(fā)展方向是模塊化、集成化。具有各種控制功能的專用芯片，近幾年發(fā)展很迅速，如功率因數(shù)校正（PFC）電路用的控制芯片；軟開(kāi)關(guān)控制用的ZVS、ZCS芯片；移相全橋用的控制芯片；ZVT、ZCTPWM專用控制芯片；并聯(lián)均流控制芯片；電流反饋控制芯片等。
功率半導(dǎo)體器件則有功率集成電路（PowerIC）和IPM。IPM以IGBT作功率開(kāi)關(guān)，將控制、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、檢測(cè)電路一起封裝在一個(gè)模塊內(nèi)。由于外部接線、焊點(diǎn)減少，可靠性顯著提高。集成化、模塊化使電源產(chǎn)品體積小、可靠性高，給應(yīng)用帶來(lái)極大方便。
電路集成的進(jìn)一步發(fā)展方向是系統(tǒng)集成。如現(xiàn)在的逆變器是將200～300個(gè)零件裝配在一起成為一個(gè)系統(tǒng)。這樣做法要花很多時(shí)間和人工，成本也高，也難于做得體積很小。美國(guó)VICOR公司生產(chǎn)的第一代電源模塊受生產(chǎn)技術(shù)、功率、磁元件體積和封裝技術(shù)的限制，密度始終未能超過(guò)每立方英寸80W。近年來(lái)，推出的第二代電源模塊，內(nèi)部結(jié)也改為模塊式，達(dá)到高度集成化和全面電腦化。功率密度已經(jīng)達(dá)到了每立方英寸120W。電源模塊內(nèi)含元件只有第一代產(chǎn)品的1/3，由115個(gè)減為35個(gè)。第二代電源模塊的控制電路只含兩個(gè)元件，被稱作“大腦”（Brain）。“大腦”是兩片厚膜電路，由VICOR公司自己的無(wú)塵室自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，其總體積只有0.1in3，取代了第一代產(chǎn)品中的約100個(gè)控制元件，體積縮小了60%。第二代產(chǎn)品的另一個(gè)突破是變壓器的改良，采用屏蔽式結(jié)構(gòu)和鍍銅磁芯，把初級(jí)和次級(jí)線圈分置左右兩邊而溫升很低。寄生電容和共模噪聲也很低。變壓器處理功率的密度達(dá)到了每立方英寸1000W，溫升只有3℃。第二代產(chǎn)品功率器件的管芯直接焊接在基板上以取代第一代TO-200封裝，可以提高散熱效率，降低寄生電感、電容和熱阻。第二代產(chǎn)品的集成度顯然提高了，但還不是系統(tǒng)集成。李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)電力電子系統(tǒng)中心（CenterofPowerElectronicsSystems,簡(jiǎn)稱CPES）已經(jīng)提出了系統(tǒng)集成的設(shè)想，信息傳輸、控制與功率半導(dǎo)體器件全部集成在一起，組成的元件之間不用導(dǎo)線聯(lián)接以增加可靠性，采用三維空間熱耗散的方法來(lái)改善散熱，有可能將功率從低功率（幾百瓦～千瓦）做到高功率（幾十千瓦以上）。系統(tǒng)集成的結(jié)果，可以改變現(xiàn)在的半自動(dòng)化、半人工的組裝工藝而可能達(dá)到完全自動(dòng)化生產(chǎn)，因而可以降低成本，有利于普遍地推廣應(yīng)用。李澤元教授正在應(yīng)用這一設(shè)想，以CPES結(jié)合美國(guó)幾所大學(xué)的特長(zhǎng)，在做電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)集成工作。系統(tǒng)集成的第一步是把逆變器做成一個(gè)模塊，驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路全部放進(jìn)去；第二步是把逆變器和電機(jī)做在一起，形成一個(gè)系統(tǒng)集成。還有一個(gè)例，英特的微處理器是非常領(lǐng)先的，這些年的發(fā)展趨勢(shì)是速度更快，電壓更低，而需要的電流容量一直在增加。目前英特微處理器工作電壓是2～3V/10A，操作頻率是300MHz。預(yù)計(jì)兩年后甚至不需要兩年，它的工作電壓會(huì)降到1V、電流30～50A，操作頻率為1GHz?，F(xiàn)在的做法是把開(kāi)關(guān)電源緊靠在微處理器，開(kāi)關(guān)電源以很快的速度提供電流給微處理器，這樣尚能滿足現(xiàn)有微處理器的要求。但將來(lái)微處理器工作電壓降低，電流增加，速度加快的時(shí)候，現(xiàn)有的解決方法將無(wú)法達(dá)到它的要求。三年前，李澤元教授就提出要徹底解決問(wèn)題，必須將開(kāi)關(guān)電源與微處理器結(jié)合在一起。今天英特公司大部分人接受了這一想法而在積極促成此事。提出的構(gòu)想是：開(kāi)關(guān)電源緊密結(jié)合在微處理器主機(jī)板下面。這樣開(kāi)關(guān)電源的大小必須與微處理器相當(dāng)，而現(xiàn)在的開(kāi)關(guān)電源要比微處理器大幾十倍。如何減小體積？這又面臨新的挑戰(zhàn)！
1.3開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的永恒方向
（1）開(kāi)關(guān)電源頻率要高，這樣動(dòng)態(tài)響應(yīng)才能快，配合高速微處理器工作是必須的；也是減小體積的重要途徑。
（2）體積要減小，變壓器電感、電容都要減小體積。
（3）效率要高，產(chǎn)生的熱能會(huì)減少，散熱會(huì)容易，容易達(dá)到高功率密度。
2 電路的硬件分析
2.1變換器極其技術(shù)分析
隔離型開(kāi)關(guān)變換器
1．推挽型變換器
下面是推挽型變換器的電路。
S2
S1
L
C
R
N1
N1
N2
N2
Ui
Uo
T
圖2-6：推挽型變換電路
S1和S2輪流導(dǎo)通，將在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。
由于電感L在開(kāi)關(guān)之后，所以當(dāng)變比為1時(shí)，它實(shí)際上類似于降壓變換器。
2．半橋型變換器
圖2-6給出了半橋型變換器的電路圖。
當(dāng)S1和S2輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過(guò)電源-S1-T-C2-電源及電源-C1-T-S2-電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。
C
2Ui
S2
S1
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
C1
C2
同樣地，這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。
圖2-7：半橋式變換電路
3．全橋型變換器
下圖是全橋變換器電路。
C
Ui
S3
S2
L
R
N1
N2
N2
Uo
T
S4
S1
圖2-8：全橋式變換電路
當(dāng)S1、S3和S2、S4兩兩輪流導(dǎo)通時(shí)，一次側(cè)將通過(guò)電源-S2-T-S4-電源及電源-S1-T-S3-電源產(chǎn)生交變電流，從而在二次側(cè)產(chǎn)生交變的脈動(dòng)電流，經(jīng)過(guò)全波整流轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再經(jīng)L、C濾波，送給負(fù)載。
這個(gè)電路也相當(dāng)于降壓式拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。
4．正激型變換器
下圖為正激式變換器。
T
N3
C
L
R
N2
Uo
S
N1
VD2
VD3
Ui
圖2-9：正激型變換器電路
當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，原邊經(jīng)過(guò)輸入電源-N1-S-輸入電源，產(chǎn)生電流。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，N1能量轉(zhuǎn)移到N3，經(jīng)N3-電源-VD3向輸入端釋放能量，避免變壓器過(guò)飽和。VD1用于整流，VD2用于S斷開(kāi)期間續(xù)流。
5．隔離型Cuk變換器
隔離型Cuk變換器電路如下所示：
N2
C12
T
C2
L2
R
Uo
S
N1
VD
Ui
L1
C11
圖2-10：隔離型Cuk變換器
當(dāng)S導(dǎo)通時(shí)，Ui對(duì)L1充電。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)，Ui+EL1對(duì)C11及變壓器原邊放電，同時(shí)給C11充電，電流方向從上向下。附邊感應(yīng)出脈動(dòng)直流信號(hào)，通過(guò)VD對(duì)C12反向充電。在S導(dǎo)通期間，C12的反壓將使VD關(guān)斷，并通過(guò)L2、C2 濾波后，對(duì)負(fù)載放電。
這里的C12明顯是用于傳遞能量的，所以Cuk電路是電容傳輸變換電路。
6．電流變換器
能量回饋型電流變換器電路如下圖所示。
S2
S1
C
R
N1
N1
N2
N2
Ui
Uo
T
N4
N3
VD1
VD2
VD3
圖2-11：能量回饋型電流變換器電路
該電路與推挽電路類似。不同的是，在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。其作用是在S1、S2斷開(kāi)期間，使得變壓器能量轉(zhuǎn)移到N3繞組，通過(guò)VD3回饋到輸入端。
下面是升壓型變換器的電路圖：
S2
S1
C
R
N1
N1
N2
N2
Ui
Uo
T
L
VD1
VD2
圖2-12：升壓型電流變換器電路
該電路也與推挽電路類似，并在主通路上串聯(lián)了一個(gè)電感。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通期間，L積蓄能量。當(dāng)一側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，電感電動(dòng)勢(shì)和Ui疊加在一起，對(duì)另一側(cè)放電。因此，L有升壓作用
2.2晶體管極其技術(shù)分析
二極管主要是由晶體材料（硅、鍺及其他半導(dǎo)體材料等）制成，其主要的特性是單向?qū)щ?。具體的是，當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，二極管導(dǎo)通，隨之電路連通。而這個(gè)一定的電壓即死區(qū)電壓，一般為0.5～0.7V左右。如下圖Uon：在電路中可將二極管理想化為以下等效電路，在具體的電路分析中可簡(jiǎn)化分析過(guò)程。
圖2—3
二極管主要有以下幾種：
整流、檢波、開(kāi)關(guān)作用二極管：這類二極管有兩個(gè)相同的主要參數(shù)，即最大整流電流IF和最大反向電壓URRM。這兩個(gè)參數(shù)都是指二極管在長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)的電流和電壓。整流二極管的原理是利用其單向?qū)щ娦?，將交流成分濾掉。而檢波二極管是把原來(lái)調(diào)制在高頻電波中的低頻信號(hào)取出來(lái)，也叫解調(diào)。
穩(wěn)壓二極管：及當(dāng)二極管導(dǎo)通后，其輸出電壓保持在一個(gè)穩(wěn)定的范圍之內(nèi)。利用這一點(diǎn)可以制成用做穩(wěn)壓輸出的穩(wěn)壓電源等。
快速恢復(fù)二極管：是近幾年出現(xiàn)的一種新型的半導(dǎo)體器件，具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小等特點(diǎn)。它與普通的二極管的不同之處在于在P型、N型硅材料之間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P—I—N硅片，由于基區(qū)薄，反向恢復(fù)電荷少，降低了瞬時(shí)正向
壓降、且能承受較高的反向電壓、恢復(fù)時(shí)間一般為幾百鈉秒。其封裝形式為T(mén)O.220型。即兩個(gè)二極管對(duì)陰極或?qū)﹃?yáng)極封裝。一般用在開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源、做高頻、高壓、大電流整流等作用。在本次研究分析電路中多處用到了這種二極管。其符號(hào)為：
圖2—4
兩端為其正極，中間為負(fù)極它的反向恢復(fù)電流波形如下：
圖2—5
（主要參數(shù)請(qǐng)參考附錄c）
三極管的基本特性是對(duì)電信號(hào)的放大和開(kāi)關(guān)作用，在電路應(yīng)用廣泛，它由三個(gè)區(qū)（集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)）、兩個(gè)結(jié)（集電結(jié)、發(fā)射結(jié)）組成。在電路中主要起到放大電流信號(hào)，并在開(kāi)關(guān)電路中起到開(kāi)關(guān)作用。
RPC—1000電路主要三極管及其特性：
N
溝
道
ID
UG
UD
RD
耗盡區(qū)
P
漏極D
源極S
柵極G
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管：一般的雙極型晶體管是通過(guò)控制其基極的電流大小使集電極電流變化的目的，但由于其輸入阻抗不夠高，所以需要信號(hào)源提供一定的電流才能工作。而結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管可以克服這一缺點(diǎn)。其主要原理是在一塊N型硅棒兩端引處電極，分別為漏極D和源極S，又在其兩側(cè)各制一個(gè)P區(qū)，制成柵極G。
圖2-6
其主要是利用耗盡區(qū)的寬度改變導(dǎo)電溝道的寬度來(lái)控制漏極電流，由于其輸入阻抗高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大、溫度系數(shù)低，所以廣泛應(yīng)用于調(diào)制，放大，穩(wěn)流，限流等電路中，在本次研究分析電路中應(yīng)用較多。主要參數(shù)請(qǐng)參考附錄B
功率MOSFET三極管：在電子技術(shù)中，越來(lái)越多要求是低損耗，而功率MOSFET的損耗在以往的硅管器件中是最低。所以，RPC—1000在其電路的設(shè)計(jì)中大量采用了功率MOSFET管,來(lái)滿足它導(dǎo)通時(shí)的低阻抗性能。功率MOSFET管的主要特點(diǎn)是：
低導(dǎo)通電阻功率MOSFET器件的應(yīng)用并不局限于在開(kāi)關(guān)電源方面,功率MOSFET器件一直沿低導(dǎo)通阻抗方向發(fā)展。作為該器件的導(dǎo)通電阻值是有限度的(即受PN結(jié)耐壓和電阻的限制也稱為硅極限值)。對(duì)于在變壓器副邊實(shí)現(xiàn)同步整流應(yīng)用的30V以下耐壓的功率MSOFET器件產(chǎn)品,主要是謀求削減溝道部分的電阻,現(xiàn)已由壓縮MOSFET的單元尺寸(SizeShrink)和平面縱向結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向溝柵(TrenchGate)結(jié)構(gòu)。在持續(xù)降低溝道電阻的過(guò)程中,降低基板晶體的電阻也很重要;以往利用Sb摻雜的基板晶體電阻約為10～20mΩ,最近利用As摻雜基板晶體,其低電阻化效果顯著(數(shù)mΩ程度)。此外，由于芯片自身低電阻化顯著,封裝電阻方面顯得突出起來(lái),尤其是壓焊引線電阻應(yīng)當(dāng)縮減。在削減壓焊接線電阻方面,通常利用直徑較大的引線多條并聯(lián)壓焊的方法;但是,更有效的是從功率MOSFET器件封裝方面進(jìn)行改進(jìn),例如,日立公司采取LFPA封裝結(jié)構(gòu);在LFPAK封裝里,利用引線框架(LeadFrame)取代以往的壓焊用金屬絲,通過(guò)導(dǎo)膠鏈合使封裝電阻減半。而且,LFPAK封裝的實(shí)際組裝面積和SOP—8相同,可安裝的最大芯片尺寸比SOP—8的大20%,便于降低電阻。良好散熱封裝結(jié)構(gòu)在謀求功率MOSFET器件低導(dǎo)通電阻和同樣尺寸芯片大電流的同時(shí),對(duì)于組裝面積小的封裝必然要求高散熱性。前文提及的LFPAK封裝結(jié)構(gòu),正是謀求低導(dǎo)通電阻RON和高散熱性的良好封裝結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用外露散熱片的LFPAK封裝結(jié)構(gòu),可獲得到與SOP—8同樣的組裝面積,實(shí)現(xiàn)低熱阻化。
本次分析電路中大量用到功率MOSFET三極管。主要參數(shù)請(qǐng)參考附錄c
3電源系統(tǒng)的原理與組成
采樣電路
比較放大
基準(zhǔn)電源
V/F轉(zhuǎn)換
震蕩器
基極驅(qū)動(dòng)
開(kāi)關(guān)器件
變壓器
整流
濾波
保護(hù)電路
功率因素校正
濾波
整流
浪涌抑制
輸入電路
變換電路
輸出電路
控制電路
3.1開(kāi)關(guān)電源原理方框圖：
PM電路控器（PFM）
圖3.1開(kāi)關(guān)電源的基本結(jié)構(gòu)圖
3.2開(kāi)關(guān)控制穩(wěn)壓原理
開(kāi)關(guān)K以一定的時(shí)間間隔重復(fù)地接通和斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)K接通時(shí)，輸入電源E通過(guò)開(kāi)關(guān)K和濾波電路提供給負(fù)載RL，在整個(gè)開(kāi)關(guān)接通期間，電源E向負(fù)載提供能量；當(dāng)開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)時(shí)，輸入電源E便中斷了能量的提供?？梢?jiàn)，輸入電源向負(fù)載提供能量是斷續(xù)的，為使負(fù)載能得到連續(xù)的能量提供，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源必須要有一套儲(chǔ)能裝置，在開(kāi)關(guān)接通時(shí)將一部份能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，向負(fù)載釋放。圖中，由電感L、電容C2和二極管D組成的電路，就具有這種功能。電感L用以儲(chǔ)存能量，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存在電感L中的能量通過(guò)二極管D釋放給負(fù)載，使負(fù)載得到連續(xù)而穩(wěn)定的能量，因二極管D使負(fù)載電流連續(xù)不斷，所以稱為續(xù)流二極管。在AB間的電壓平均值EAB可用下式表示：
EAB=TON/T*E
式中TON為開(kāi)關(guān)每次接通的時(shí)間，T為開(kāi)關(guān)通斷的工作周期（即開(kāi)關(guān)接通時(shí)間TON和關(guān)斷時(shí)間TOFF之和）。
由式可知，改變開(kāi)關(guān)接通時(shí)間和工作周期的比例，AB間電壓的平均值也隨之改變，因此，隨著負(fù)載及輸入電源電壓的變化自動(dòng)調(diào)整TON和T的比例便能使輸出電壓V0維持不變。改變接通時(shí)間TON和工作周期比例亦即改變脈沖的占空比，這種方法稱為“時(shí)間比率控制”（TimeRatioControl,縮寫(xiě)為T(mén)RC）。
按TRC控制原理，有三種方式：
3.2.1、脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation,縮寫(xiě)為PWM）
開(kāi)關(guān)周期恒定，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)改變占空比的方式。
3.2.2、脈沖頻率調(diào)制（PulseFrequencyModulation,縮寫(xiě)為PFM）
導(dǎo)通脈沖寬度恒定，通過(guò)改變開(kāi)關(guān)工作頻率來(lái)改變占空比的方式。
3.2.3、混合調(diào)制
導(dǎo)通脈沖寬度和開(kāi)關(guān)工作頻率均不固定，彼此都能改變的方式，它是以上二種方式的混合。
3.3開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路的類型
按調(diào)整管與負(fù)載的連接方式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、變壓器型。
本設(shè)計(jì)（使用UC3842）開(kāi)關(guān)電源是變壓器型開(kāi)關(guān)電源，是由并聯(lián)型轉(zhuǎn)變而成，更具優(yōu)越性。
4電源主電路設(shè)計(jì)
4.1、UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)
UC3842是美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。
UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端1為COMP端；端2為反饋端；端3為電流測(cè)定端；端4接Rt、Ct確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，10-13VDC，關(guān)閉電壓10VDC；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5V，帶載能力50mA。
4.2電路結(jié)構(gòu)與工作原理
圖1
圖2所示為筆者在實(shí)際工作中使用的電路圖。輸入電壓為220V交流電。三路直流輸出，分別為+5V/4A，+12V/0.3A和100V/0.3A。所有的二極管都采用快速反應(yīng)二極管，核心PWM器件采用UC3842。開(kāi)關(guān)管采用快速大功率場(chǎng)效應(yīng)管。
圖2
4.2.1啟動(dòng)過(guò)程
首先由電源通過(guò)啟動(dòng)電阻R1提供電流給電容C2充電，當(dāng)C2電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門(mén)檻值16V時(shí)，UC3842開(kāi)始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由6端輸出推動(dòng)開(kāi)關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過(guò)變壓器原邊，同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況，此時(shí)變壓器各路副邊沒(méi)有能量輸出。當(dāng)6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時(shí)反饋線圈向UC3842供電。UC3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開(kāi)啟和關(guān)閉閾值分別為16V和10V，如附圖所示。在開(kāi)啟之前，UC3842消耗的電流在1mA以內(nèi)。電源電壓接通之后，當(dāng)7端電壓升至16V時(shí)UC3842開(kāi)始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流約為15mA。因?yàn)閁C3842
的啟動(dòng)電流在1mA以內(nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)參照這些參數(shù)選取R1，所以在R1上的功耗很小。
當(dāng)然，若VCC端電壓較小時(shí)，在R1上的壓降很小，全部供電工作都可由R1降壓后來(lái)完成。但是，通常情況下，VCC端電壓都比較大，這樣完全通過(guò)R1來(lái)提供正常工作電壓就會(huì)使R1自身功耗太大，對(duì)整個(gè)電源來(lái)說(shuō)效率太低。一般來(lái)說(shuō)，隨著UC3842的啟動(dòng)，R1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓來(lái)為UC3842供電。故R1的功率不必選得很大，1W、2W就足夠了。筆者認(rèn)為，雖然理論上UC3842啟動(dòng)電流在1mA以內(nèi)，但實(shí)際應(yīng)用時(shí)，按1.6～2.0mA設(shè)計(jì)則工作比較便利。即當(dāng)VCC端電壓為U伏時(shí)
4.2.2穩(wěn)壓過(guò)程
從圖2中可知，當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器T初級(jí)繞組Np上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時(shí)，Np繞組中電流達(dá)到最大值Ipmax，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：
式中：E——整流電壓；Lp——變壓器初級(jí)繞組電感；Ton——場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間。
在場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級(jí)繞組放電電流為最大值Ismax，若忽略各種損耗應(yīng)為
式中：n——變壓器變比，n=Np/Ns，Np、Ns為變壓器初、次級(jí)繞組匝數(shù)。
高頻變壓器在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量與場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉期間
次級(jí)繞組釋放的能量相等：
式中：Ls——變壓器次級(jí)繞組電感；Uo——輸出電壓；Toff——場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉時(shí)間。
上式說(shuō)明，輸出電壓Uo與Ton成正比，與匝比n及Toff成反比。比如，由于電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓降低時(shí)，反饋線圈的輸出電壓則會(huì)變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的增大輸出PWM波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)間變長(zhǎng)；反之，當(dāng)電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓升高時(shí)，則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的減小PWM輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)間變短，從而維持輸出電壓為一恒定值。
UC3842為固定工作頻率脈寬調(diào)制方式，輸出電壓或負(fù)載變化時(shí)僅調(diào)整占空比，控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)間。反饋電壓輸入2腳，此腳電壓與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓，從而控制脈沖寬度；輸出脈沖的頻率由4腳外接定時(shí)電阻Rt及定時(shí)電容Ct決定，f
的單位取kΩ，Ct取μF。3腳為電感電流傳感器端，當(dāng)取樣超過(guò)1V時(shí)，縮小導(dǎo)通脈寬，使電源處于間隙工作狀態(tài)；6腳，輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅50ns，驅(qū)動(dòng)能力為±1A；7腳，供電輸入，起振后工作電壓為10～13V，低于10V停止工作，功耗為15mW；8腳，內(nèi)部基準(zhǔn)5V(50mA)。
4.2.3過(guò)流保護(hù)原理
當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)額定值或短路時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管電流增加，R9上的電壓反饋至3腳(電壓大于1V)，通過(guò)內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)通寬度變窄，輸出電壓下降，直至使UC3842停止工作，沒(méi)有觸發(fā)脈沖輸出，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，達(dá)到保護(hù)功率管的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作。
4.2.4過(guò)壓保護(hù)原理
當(dāng)因某種原因使輸出電壓過(guò)高時(shí)，由反饋繞組形成的電壓也高，從而使2腳的電壓過(guò)高，內(nèi)部保護(hù)電路起動(dòng)，使6腳輸出脈沖高電平時(shí)間變短，或不輸出
高電平使開(kāi)關(guān)管截止。
4.2.5開(kāi)關(guān)管保護(hù)電路
由D3、R10、C1及R11、C14、D4構(gòu)成，消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓，從而使開(kāi)關(guān)工作電壓不至于太高而毀壞。
4.3、設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
4.3.1起動(dòng)電路的設(shè)計(jì)
電路如附一圖所示，電容C2儲(chǔ)存的能量要能滿足電源開(kāi)始正常工作的需要，使得UC3842第7腳有穩(wěn)定、充足的輸入供給。即電容C2的放電時(shí)間要大于UC3842輸出脈沖的高電平持續(xù)時(shí)間。否則，電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。因此，電容C2的容量和質(zhì)量的選取非常重要。筆者在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，C2曾用100μF鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)電源打嗝；測(cè)量反饋端電壓，總是太低，以至于反饋端的整流二極管都沒(méi)有工作，說(shuō)明反饋端電壓幅度不夠。原因在于C2容量不夠，不能提供足夠的能量來(lái)使UC3842充分工作，因此，容量最好在100μF以上。
4.3.2反饋繞組的設(shè)計(jì)
當(dāng)UC3842啟動(dòng)后，若反饋繞組不能提供足夠的UF，電路就會(huì)不停地起動(dòng)，出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。另外，根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)，若UF大于17.5V時(shí)，也會(huì)引起UC3842工作異常，導(dǎo)致輸出脈沖占空比變小，輸出電壓變低。故而反饋繞組匝數(shù)的選取及其纏繞是非常重要的，一般可按13～15V設(shè)計(jì)，使UC3842正常工作時(shí)，7腳的電壓維持在13V左右。
5電源反饋系統(tǒng)原理及方案確定
5.1Tl431與pc817的運(yùn)用
本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓和反饋電路采用常用的三端穩(wěn)壓器TL431來(lái)完成，在反饋電路的應(yīng)用中運(yùn)用采樣電壓通過(guò)TL431限壓，再通過(guò)光電耦合器PC817把電壓反饋到uc3842的COMP端。
圖5.1.1TL431動(dòng)能框圖
由于TL431具有體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以用TL431可以制作多種穩(wěn)壓器。其性能是輸出電壓連續(xù)可調(diào)達(dá)36V，工作電流范圍寬達(dá)0．1～100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為0．22歐,輸出雜波低。其最大輸入電壓為37V，最大工作電流為150mA，內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5V，輸出電壓范圍為2.5～30V。
TL431是由美國(guó)德州儀器（TI）和摩托羅拉公司生產(chǎn)的2.5～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，可廣泛用于單片精密開(kāi)關(guān)電源或精密線性穩(wěn)壓電源中。此外，TL431還能構(gòu)成電壓比較器、電源電壓監(jiān)視器、延時(shí)電路、精密恒流源等。
TL431大多采用DIP-8或TO-92封裝形式，引腳排列分別如圖4.26所示。
圖5.1.2TL431電氣符號(hào)圖和等效電路圖
圖中，A為陽(yáng)極，使用時(shí)需接地；K為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；UREF是輸出電壓UO的設(shè)定端，外接電阻分壓器；NC為空腳。
TL431的等效電路如圖所示，主要包括①誤差放大器A，其同相輸入端接從電阻分壓器上得到的取樣電壓，反相端則接內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)電壓Uref，并且設(shè)計(jì)的UREF=Uref，UREF通常狀態(tài)下為2.5V，因此也稱為基準(zhǔn)端；②內(nèi)部2.5CV基準(zhǔn)電壓源Uref；③NPN型晶體管VT，它在電路中起到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用；④保護(hù)二極管VD，可防止因K-A間電源極性接反而損壞芯片。TL431的電路圖形符號(hào)和基本接線如圖4.27所示。
圖5.1.3TL431的電路符號(hào)
它相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來(lái)設(shè)定，其公式為：
UO=(1+R1/R2)Uref
R3是IKA的限流電阻。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)UO上升時(shí)，取樣電壓UREF也隨之升高，使UREF>Uref，比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，UO開(kāi)始下降。
反之，UO下降會(huì)導(dǎo)致UREF下降，從而UREF在本設(shè)計(jì)中就是利用TL431和光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使LED的工作電流發(fā)生變化，再通過(guò)光耦去改變UC3842的COMP控制端電流的大小，調(diào)節(jié)UC3842的輸出占空比，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的
5.2PC817功能簡(jiǎn)介
光電耦合器是以光為媒介來(lái)傳播電信號(hào)的器件。通常是把發(fā)光器（發(fā)光二極管LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)如圖4.28。
圖5.2.1PC817內(nèi)部框圖
當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，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(shí)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(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光電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(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，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?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。圖5.2.2為PC817集電極發(fā)射極電壓V與發(fā)光二極管正向電流If關(guān)系。
圖5.2.2PC817集射極電壓Vcb與二極管正向電流If關(guān)系
6開(kāi)關(guān)電源變壓器設(shè)計(jì)
6.1開(kāi)關(guān)變壓器工作原理
開(kāi)關(guān)變壓器是將DC電壓﹐通過(guò)自激勵(lì)震蕩或者IC它激勵(lì)間歇震蕩形成高頻方波﹐通過(guò)變壓器耦合到次級(jí),整流后達(dá)到各種所需DC電壓﹒變壓器在電路中電磁感應(yīng)的耦合作用﹐達(dá)到初﹒次級(jí)絕緣隔離﹐輸出實(shí)現(xiàn)各種高頻電壓
開(kāi)關(guān)變壓器主要工作方式
一.隔離方式:有隔離;非隔離(TV&TVM11)
二.激勵(lì)方式:自激勵(lì);它激勵(lì)(F+&IC)
三.反饋方式:自反饋;它反饋(F-&IC)
四.控制方式:PWM:PFM(T&TON)
五.常用電路形式:FLYBACK&FORWARD
非隔離:P-S共用地﹐俗稱熱底板
有隔離:P-S不共用地
一.隔離方式:
S2
S1
P=300V
220V*√2-VD
F－
取樣
分立元件震蕩
P=300V
S1=120V
S1=110V
S2=57V
F＋
激勵(lì)
S3=16V
分立元件
單端反激勵(lì)(Flyback)
自激勵(lì)﹕用變壓器F+自激勵(lì)震蕩
它激勵(lì)﹕用集成IC它激勵(lì)間歇震蕩
二.激勵(lì)方式:
S1=85V
S1=120V
S1=120V
S2=12V
S1=40V
ＩＣ
P=40V
P=300V
S3= ±12V
F+=5VV
S2=5V
單端反激勵(lì)(Flyback)
控制電路
Vo
Vi
控制電路
Vo
Vi
Tr
單端正激勵(lì)(Forward)
-
Tr
+
Tr:TonIRLIRL
6.2輸出100V,5V和12V的設(shè)計(jì)
6.2.1繞組匝數(shù)的確定
而本次設(shè)計(jì)才用的是單端反激(Flyback)式變壓器如下圖
圖6.2變壓器繞組
圖為反激變壓器,其中
N1是一次側(cè)繞組
N2是反饋繞組
N3,N4,N5為二次側(cè)繞組
N1的輸入電壓約220V交流
N2的輸入電壓約10V直流（經(jīng)半波整流后）
N3的輸出電壓約102V直流（經(jīng)半波整流后）
N4的輸出電壓約13V直流（經(jīng)半波整流后）
N5的輸出電壓約6V直流（經(jīng)半波整流后）
設(shè)計(jì)以占空比約等于50%設(shè)計(jì)此變壓器
若選取N1為100匝則
N2，N3，N4，N5分別為5匝，51匝，7匝，4匝，
6.2.2電壓的確定
N1的輸出電壓經(jīng)tl431的2.5V的基準(zhǔn)電壓，計(jì)算出輸出電壓為100V，再經(jīng)pc817返饋到控制芯片，確定100V的穩(wěn)壓輸出。
N3和N4的輸出電壓略高于12V和5V的輸出，然后，通過(guò)7812和7805穩(wěn)壓輸出之后，正好是所要的12V和5V的輸出電壓。
7電源的emi設(shè)計(jì)
7.1電源EMI電磁干擾
（美）IBM公司的一項(xiàng)研究表明：一臺(tái)普通計(jì)算機(jī)裝置每月都會(huì)遭受120多次電源干擾。且電源問(wèn)題是造成美國(guó)45％以上的計(jì)算機(jī)裝置丟失數(shù)據(jù)和發(fā)生故障的根本原因，對(duì)電源干擾的統(tǒng)計(jì)分析，如圖1.1。其中脈沖干擾占39.5％。振蕩瞬變占49％，這兩項(xiàng)共占88.5％，是電源干擾的主要成分。電網(wǎng)中的負(fù)載切換、電網(wǎng)切換或其它各種故障都會(huì)使電網(wǎng)發(fā)生瞬變過(guò)程產(chǎn)生脈沖噪聲，它通常也稱瞬變?cè)肼?，其波形是一系列的單個(gè)脈沖或脈沖束。
7.2共模和差模干擾信號(hào)
關(guān)于上述各式各樣的EMI信號(hào)對(duì)電子設(shè)備的影響，可用圖1.3所示的單相供電系統(tǒng)模型來(lái)說(shuō)明。其中把相線（L）與地（E）和中線（N）與地（E）之間存在的EMI信號(hào)稱之為共模干擾信號(hào)，即圖1.3
圖7.1供電系統(tǒng)產(chǎn)生的CM和DM干擾信號(hào)
7.3解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性
從電磁兼容性的三要素講，要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性，可從三個(gè)方面入手。
1） 減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)；
2） 切斷干擾信號(hào)的傳播途徑；
3） 增強(qiáng)受干擾體的抗干擾能力。
在解決開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的電磁兼容性時(shí)，可以綜合運(yùn)用上述三個(gè)方法，以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。
對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的對(duì)外干擾，如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)干擾、電磁場(chǎng)輻射干擾等，只能用減小干擾源的方法來(lái)解決。一方面，可以增強(qiáng)輸入輸出濾波電路的設(shè)計(jì)，改善有源功率因數(shù)校正（APFC）電路的性能，減少開(kāi)關(guān)管及整流續(xù)流二極管的電壓電流變化率，采用各種軟開(kāi)關(guān)電路拓?fù)浼翱刂品绞降?。另一方面，加?qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果，改善機(jī)殼的縫隙泄漏，并進(jìn)行良好的接地處理。
而對(duì)外部的抗干擾能力，如浪涌、雷擊應(yīng)優(yōu)化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對(duì)1.2/50μs開(kāi)路電壓及8/20μs短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來(lái)解決。對(duì)于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中，采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)、加大小信號(hào)電路與機(jī)殼等的電距離，或選用具有抗靜電干擾的器件來(lái)解決?？焖偎沧冃盘?hào)含有很寬的頻譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，采用防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波（如加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等）來(lái)提高系統(tǒng)的抗擾性能。
減小開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部干擾，實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性，提高開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：注意數(shù)字電路與模擬電路PCB布線的正確區(qū)分、數(shù)字電路與模擬電路電源的正確去耦；注意數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻干擾、減小地環(huán)的影響；布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號(hào)性質(zhì)，避免產(chǎn)生串?dāng)_；減小地線阻抗；減小高壓大電流線路特別是變壓器原邊與開(kāi)關(guān)管、電源濾波電容電路所包圍的面積；減小輸出整流電路及續(xù)流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積；減小變壓器的漏電感、濾波電感的分布電容；采用諧振頻率高的濾波電容器等。
關(guān)于傳播途徑，有如下問(wèn)題值得注意。MCU與液晶顯示器的數(shù)據(jù)線、地址線工作頻率較高，是產(chǎn)生輻射的主要干擾源；小信號(hào)電路是抗外界干擾的最薄弱環(huán)節(jié)，適當(dāng)?shù)卦黾痈呖垢蓴_能力的TVS及高頻電容、鐵氧體磁珠等元器件，以提高小信號(hào)電路的抗干擾能力；與機(jī)殼距離較近的小信號(hào)電路，應(yīng)加適當(dāng)?shù)慕^緣耐壓處理等。功率器件的散熱器、主變壓器的電磁屏蔽層要適當(dāng)接地，綜合考慮各種接地措施，有助于提高整機(jī)的電磁兼容性。各控制單元間的大面積接地用接地板屏蔽，可以改善開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部工作的穩(wěn)定性。在整流器的機(jī)架上，要考慮各整流器間電磁耦合、整機(jī)地線布置、交流輸入中線、地線及直流地線、防雷地線間的正確關(guān)系、電磁兼容量級(jí)的正確分配等。
致謝
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了指導(dǎo)老師的熱心指導(dǎo)。自始至終關(guān)心督促畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程和進(jìn)度。幫助解決畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到的許多問(wèn)題。還不斷向我們傳授分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的辦法，并指出了正確的努力方向，使我在畢設(shè)過(guò)程中少走很多彎路。同時(shí)，他還提供給我們專門(mén)的各種設(shè)備及場(chǎng)所，在調(diào)試過(guò)程中能夠有充足的時(shí)間。在這里非常感謝老師的指導(dǎo)和幫助，并致以誠(chéng)摯的謝意！
同時(shí)，身邊的同學(xué)給了我許多的幫助。在此，我向身邊關(guān)心我的同學(xué)致以誠(chéng)摯的謝意！另外，系里的領(lǐng)導(dǎo)和老師也給了我們必要的指導(dǎo)，我也向系和年級(jí)的領(lǐng)導(dǎo)們表示衷心的感謝！最后感謝學(xué)院對(duì)我這幾年的培養(yǎng)。
參考文獻(xiàn)
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附一:
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