開關(guān)電源芯片范文
時(shí)間：2023-03-28 08:03:21
導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇開關(guān)電源芯片，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。
篇1
摘要：本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于AC/DC開關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路。該電路輸入電壓范圍110V～220V，輸出電壓穩(wěn)定在約5.8V。本電路僅在開關(guān)電源芯片中功率開關(guān)關(guān)斷的半周期，通過(guò)高壓JFET抽取外部電源電能給儲(chǔ)能電容充電，來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定，具有輸入電壓范圍廣，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。通過(guò)HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)，取得預(yù)期的效果。
關(guān)鍵詞：片內(nèi)電源；AC/DC開關(guān)電源；低功耗
片內(nèi)電源電路是集成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電源模塊。其作用主要是從外部電源(例如220V市電)中獲取電能，并把能量轉(zhuǎn)化芯片內(nèi)部其它模塊可接受的穩(wěn)定直流電平，給內(nèi)部其它模塊供電。目前，片內(nèi)電源在紋波幅度、調(diào)整范圍、功耗等技術(shù)指標(biāo)上還不能達(dá)到外部電源的水平，但是，片內(nèi)電源具有設(shè)計(jì)指標(biāo)靈活、成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，片內(nèi)電源將會(huì)成為未來(lái)電源的另一個(gè)發(fā)展方向。
1電路結(jié)構(gòu)及功能分析
如上圖1所示，是本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于AC/DC開關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路整體結(jié)構(gòu)。Vin為片內(nèi)電源電路的輸入端口，220V的交流電源經(jīng)過(guò)半橋整流濾波后通過(guò)此端口輸入。BP為片內(nèi)電源電路的輸出端口，輸出一恒定電壓Vout為AC/DC開關(guān)電源芯片的其它子模塊供電。Gate為AC/DC開關(guān)電源芯片中功率MOSFET柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為高時(shí)功率MOSFET導(dǎo)通，為低關(guān)斷。輸入檢測(cè)信號(hào)為本片內(nèi)電源電路的欠壓保護(hù)信號(hào)，當(dāng)Vin低于110V時(shí)片內(nèi)電源停止工作對(duì)開關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。
在AC/DC開關(guān)電源芯片工作過(guò)程中，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)片內(nèi)電源模塊輸出電壓Vout進(jìn)行檢測(cè)，如果輸出電壓低于設(shè)計(jì)要求，并且開關(guān)電源芯片其它保護(hù)模塊輸出正常的情況下，在Gate為低的半周期對(duì)輸出端電容C0充電，直到輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求，停止充電，從而使輸出電壓保持恒定。本功能由上圖1所示的充電控制部分和模擬充電部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。充電控制部分包括：輸出電壓檢測(cè)模塊，數(shù)字邏輯控制模塊。模擬充電模塊包括高壓JFET，MN1，MN2，電阻R0，儲(chǔ)能電容C0。
充電控制模塊是本電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，其具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：
1.1輸出電壓檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)
輸出電壓檢測(cè)模塊電路如下圖2所示，BP端輸出電壓Vout經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后產(chǎn)生3路輸出D1，D2，D3，這三路輸出分別輸入到COM2，COM1，COM3三路比較器中，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。COM1輸出欠壓信號(hào)A5，欠壓為高，不欠壓為低。COM2輸出過(guò)壓信號(hào)A6，過(guò)壓為高，不過(guò)壓為低。COM3的輸出控制泄流支路，當(dāng)Vout (BP電壓)高于7V時(shí)，給電容C0提供一條泄流通路，使BP電壓低于7V，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。
1.2數(shù)字邏輯控制模塊的設(shè)計(jì)
數(shù)字邏輯控制模塊電路如下圖3所示，A5，A6為輸出電壓檢測(cè)模塊對(duì)BP端口電壓檢測(cè)后輸出的欠壓信號(hào)，過(guò)壓信號(hào)；A7為A5，A6經(jīng)過(guò)寄存器后產(chǎn)生的中間信號(hào)，X1為輸入電壓的檢測(cè)信號(hào)，正常為低，當(dāng)輸入電壓過(guò)低(X1為高)時(shí)，片內(nèi)電源停止工作對(duì)開關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。
Gate為AC/DC開關(guān)電源芯片中功率管的柵控制信號(hào)，本片內(nèi)供電模塊僅在功率管關(guān)斷的時(shí)間進(jìn)行充電。Regulator為過(guò)壓欠壓邏輯單元模塊的輸出信號(hào)，它來(lái)控制模擬充電部分對(duì)儲(chǔ)能電容充電。片內(nèi)電源在從上電到系統(tǒng)穩(wěn)定需要經(jīng)過(guò)以下三種工作狀態(tài)：
① 狀態(tài)1：儲(chǔ)能電容電壓Vout低于4.8V。
過(guò)壓欠壓電路的輸出A5=1，A6=0。
經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器，得出A7=1，上支路的輸出為1。
于是Regulator信號(hào)輸出由上支路決定，始終為0。儲(chǔ)能電容從0充電會(huì)一直充至4.8V而不受各內(nèi)部信號(hào)的影響。
② 狀態(tài)2：儲(chǔ)能電容電壓Vout充至略大于4.8V。
過(guò)壓欠壓電路的輸出A5，A6由狀態(tài)1的10轉(zhuǎn)換成00。此時(shí)RS觸發(fā)器為保持狀態(tài)，于是A7保持為1，上支路的輸出由1變?yōu)?。此時(shí)Regulator由下支路決定，若X1=1(輸入電壓Vin過(guò)低)，Regulator=1(不充電)；若X1=0(輸入電壓Vin正常)，則Regulator由Gate信號(hào)決定。所以儲(chǔ)能電容達(dá)到4.8V后，若X1信號(hào)為1，儲(chǔ)能電容將不再充電。若X1信號(hào)為0，儲(chǔ)能電容在功率管關(guān)斷周期充電，可充至5.8V。
③ 狀態(tài)3：儲(chǔ)能電容電壓由Vout由繼續(xù)升高，大于5.8V時(shí)。
當(dāng)狀態(tài)2最后一種情況Regulator由Gate決定，Vout充電至大于5.8V時(shí)。過(guò)壓欠壓電路的輸出A5，A6由狀態(tài)2的00轉(zhuǎn)換成01。經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器A7信號(hào)要改變?yōu)?，下支路A7與X1的與非使得X1對(duì)Regulator無(wú)影響。A6經(jīng)過(guò)反向器后的0信號(hào)使得Gate對(duì)Regulator也沒(méi)有了影響。此時(shí)Regulator輸出完全由A5，A6，A7來(lái)決定，輸出為1(不充電)，直到儲(chǔ)能電容的電壓回落至5.8V以下。
2仿真結(jié)果
仿真條件：本文采用CSMC 700V BCD工藝庫(kù)和HSPICE進(jìn)行仿真，Vin電壓從0V上升到300V，然后維持穩(wěn)定。
仿真結(jié)果如右圖4所示：當(dāng)Vin從0V上升到300V的過(guò)程中，A5，A6狀態(tài)從10轉(zhuǎn)換到00再轉(zhuǎn)換到01，當(dāng)芯片穩(wěn)定工作時(shí)其在00，01之間轉(zhuǎn)換從而維持輸出穩(wěn)定在5.8V，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
3結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)了一種新型的片內(nèi)電源電路，具有功耗低，輸入電壓范圍廣，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。適用于各種開關(guān)電源芯片進(jìn)行片內(nèi)供電。通過(guò)電路仿真，本電路設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。
參考文獻(xiàn)
[1]方健 李肇基 張波等. PSoC－新一代SoC技術(shù). 中國(guó)集成電路第50期. 2003.7
[2]張占松，蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社 2000
[3]Phillip E.Allen. CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)(第二版). 電子工業(yè)出版社
[4]Data Sheet TNY264/266-268，Power Integration INC.
[5]張乃國(guó). 電源技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社 1999
[6]“全球電源管理IC的發(fā)展趨勢(shì)” 中國(guó)電源信息網(wǎng)
篇2
安森美半導(dǎo)體公司(ON Semiconductor)研制的電源管理芯片NCP101X系列分為NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013和NCP1014等型號(hào),常被用于小功率AC-DC轉(zhuǎn)換電路。近年來(lái),一些品牌的數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)采用了以P1014AP10為核心元件的開關(guān)電源電路,如:Glomax系列和諾普斯系列的一些機(jī)型等。P1014AP10電源管理芯片引腳功能為:①腳為電源端,②、③、⑦、⑧腳為接地端,④腳為反饋輸入端,⑤腳接內(nèi)部場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管的漏極。現(xiàn)以Glomax 5066型數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)開關(guān)電源為例,分析其工作原理。 (如圖為Glomax 5066型數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)開關(guān)電源原理圖)。
由于P1014AP10工作頻率最高可達(dá)130KHz,因而簡(jiǎn)化了變壓器設(shè)計(jì)工藝,不必采用體積大、成本高的開關(guān)變壓器,P1014AP10的工作頻率經(jīng)抖動(dòng)處理后有效地降低了電磁干擾,完全可以省略開關(guān)電源交流輸入電路中的抗干擾電路,這也是由P1014AP10構(gòu)成的開關(guān)電源電路與其他類型開關(guān)電源電路的不同之處。接通交流電源,220V交流市電經(jīng)過(guò)DY1-DY4組成的橋式整流和CY1濾波電路得到約300V直流電壓。該電壓經(jīng)開關(guān)變壓器初級(jí)繞組加至UY1(P1014AP10)⑤腳,P1014AP10內(nèi)部的啟動(dòng)電路、振蕩電路得電后開始工作,振蕩電路產(chǎn)生的振蕩信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路使P1014AP10芯片內(nèi)部開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài),變壓器初級(jí)繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電壓,由于繞組間的電磁耦合,反饋繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓經(jīng)DY5整流、RY1、CY2組成的RC濾波電路得到的直流電壓加到P1014AP10①腳,P1014AP10得到工作電源,取代內(nèi)部的啟動(dòng)電路,維持開關(guān)電源的正常工作。CY8、RY3、DY6構(gòu)成尖峰吸收保護(hù)電路,對(duì)開關(guān)變壓器因漏感產(chǎn)生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位吸收,以保護(hù)P1014AP10內(nèi)部開關(guān)管不被擊穿。
開關(guān)電源的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路由光電耦合器UY2(PC817B)、電壓比較放大器UY3(YW431)及電路元件組成,次級(jí)3.3V組電源電壓作為調(diào)節(jié)的取樣電壓。當(dāng)由于某種原因引起輸出電壓升高時(shí),RY7、RY6分壓處的電壓值隨之升高,取樣電路把這一升高的變化量送到電壓比較放大器YW431的控制端R,控制端R的電壓也會(huì)隨著升高,使YW431的K端電壓下降,變化的電壓通過(guò)PC817B反饋到P1014AP10芯片的④腳,經(jīng)過(guò)P1014AP10內(nèi)部調(diào)整,使輸出電壓降低,達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。當(dāng)輸出電壓降低時(shí),穩(wěn)壓控制與上述過(guò)程相反。
Glomax 5066型數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)開關(guān)電源提供3.3V、20V兩組電源,其中3.3V組電源為主芯片、存儲(chǔ)芯片等提供工作電壓,20V組電源為極化切換電路和聲音功放電路等提供電壓。■
篇3
開關(guān)電源在整個(gè)控制電源系統(tǒng)中屬于一個(gè)控制核心，目前，其在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，實(shí)現(xiàn)了普及。近年來(lái)，能源慢慢走向枯竭，大家開始提出綠色節(jié)能的理念，希望在該理念指導(dǎo)下進(jìn)行能源利用，這也給電源行業(yè)帶來(lái)了新的變革。
一、開關(guān)電源技術(shù)的高頻化發(fā)展
20世紀(jì)70年代以后，系統(tǒng)電力電子理論開始確立，給開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展打下了較好的理論基礎(chǔ)。開關(guān)電源開始應(yīng)用階段，其開關(guān)頻率相對(duì)較低，可靠性有待提高，且表現(xiàn)出功率密度低等不足。面對(duì)這種情況，開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)也不斷進(jìn)行改善，不斷縮小其具體體積以及實(shí)際重量，盡可能地減少其功耗，促進(jìn)其功率的大幅提高，獲得更好的工作可靠性，為其實(shí)際使用以及維護(hù)提供了更大的集成化可能。現(xiàn)階段，現(xiàn)代開關(guān)電源技術(shù)在發(fā)展上呈現(xiàn)出高頻化趨勢(shì)。
電子裝置要想實(shí)現(xiàn)小型化發(fā)展，逐步走向輕量化道路，首先必須要實(shí)現(xiàn)電源小型化，因?yàn)殡娫丛谡麄€(gè)電子裝置中占據(jù)著重要地位，開關(guān)電源要想實(shí)現(xiàn)小型化，第一步就是要促使開關(guān)電源走向高頻化。開關(guān)電源只有不斷提高其工作頻率，才能夠有效減少高頻變壓器實(shí)際體積，并且為濾波電容實(shí)際體積的縮小提供可能，盡可能增加其功率密度，保證其動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化。然而，高頻化過(guò)程中也存在一些不可避免的問(wèn)題，開關(guān)具體頻率提升之后，其功率開關(guān)元件在實(shí)際損耗上會(huì)出現(xiàn)增加，無(wú)源元件也會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的損耗，導(dǎo)致高頻電磁出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。
二、開關(guān)電源技術(shù)的軟開關(guān)技術(shù)
現(xiàn)代電力電子技術(shù)發(fā)展應(yīng)用過(guò)程中，軟開關(guān)變換器屬于一大熱點(diǎn)。因?yàn)閭鹘y(tǒng)開關(guān)電源選擇的是硬開關(guān)技術(shù)，其在導(dǎo)通以及關(guān)斷時(shí)會(huì)出現(xiàn)較明顯的電壓，引發(fā)較大幅度的電流變化，導(dǎo)致大量電磁干擾的出現(xiàn)，造成開關(guān)管壽命出現(xiàn)減小。開關(guān)損耗情況會(huì)因?yàn)楣ぷ黝l率的變化而發(fā)生變化，如果工作頻率出現(xiàn)增加，其損耗也會(huì)隨之變多，而開關(guān)電源內(nèi)部的各種元件也會(huì)隨之出現(xiàn)較嚴(yán)重的損耗。硬開關(guān)技術(shù)無(wú)法滿足越來(lái)越高的開關(guān)技術(shù)發(fā)展需要，不利于促進(jìn)開關(guān)電源的小型化發(fā)展，也不利于促使開關(guān)電源更好地實(shí)現(xiàn)高頻化。因此，我們必須要不斷完善頻率調(diào)控策略，通過(guò)這種方式優(yōu)化功率管實(shí)際開關(guān)條件，這就要求發(fā)展軟開關(guān)技術(shù)。軟開關(guān)技術(shù)的在開關(guān)通訊電源電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用能夠促進(jìn)開關(guān)穩(wěn)壓電源整體性能的提升，提高其具體工作頻率，加快其轉(zhuǎn)換效率，從而更好地促進(jìn)輸出電流的增加，同時(shí)減少電磁干擾。
三、傳統(tǒng)高頻開關(guān)電源結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)高頻開關(guān)電源在具體結(jié)構(gòu)上如圖1所示。根據(jù)圖1我們可以知道，傳統(tǒng)高頻開關(guān)電源除了包括濾波整流電路、高頻變換器以及輸出整流濾波電路外，采樣及控制電路、輔助電源電力以及硬件保護(hù)電路均屬于其重要構(gòu)成部分。現(xiàn)階段，國(guó)外相當(dāng)一部分大功率開關(guān)電源均選擇源功率因數(shù)校正技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，針對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行輸入處理的過(guò)程中專門設(shè)計(jì)相應(yīng)的有功率因數(shù)校正電路板。針對(duì)生產(chǎn)生活中的電源產(chǎn)品，高頻開關(guān)電源對(duì)附近設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定的電磁干擾。另外，為了促進(jìn)功率因數(shù)的增加，盡量避免開關(guān)電源輸入電流發(fā)生畸變，以免干擾電網(wǎng)運(yùn)行，應(yīng)在電網(wǎng)以及開關(guān)電源輸入之間加用功率因數(shù)校正技術(shù)。功率因數(shù)校正電路的應(yīng)用不但能夠促進(jìn)開關(guān)電源在輸入功率因數(shù)方面得到提高，而且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)本機(jī)干擾信號(hào)的有效阻止，以免其干擾整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行。
四、數(shù)字開關(guān)通信電源電路及其實(shí)現(xiàn)
傳統(tǒng)開關(guān)電源由于工作原理以及控制方式等方面存在缺陷，其功能相對(duì)比較單一，針對(duì)開關(guān)電源具體控制，選擇模擬調(diào)節(jié)的方式來(lái)開展，這種做法會(huì)導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)品無(wú)法在新應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步推廣。數(shù)字開關(guān)電源在應(yīng)用過(guò)程經(jīng)數(shù)字控制的方式來(lái)針對(duì)開關(guān)電源的輸出調(diào)節(jié)功能進(jìn)行控制，并且控制其軟啟動(dòng)停止等操作。開關(guān)電源具體工作實(shí)際上就是功率器件針對(duì)控制脈沖進(jìn)行調(diào)制的過(guò)程，在此過(guò)程中，功率管脈沖對(duì)于控制信號(hào)的調(diào)制屬于重中之重。綜合分析脈沖調(diào)制信號(hào)在實(shí)際產(chǎn)生方式上的差異，可以將數(shù)字開關(guān)電源具體實(shí)現(xiàn)方式劃分為兩種模式，第一種是直接控制模式，第二種是間接控制模式。直接控制模式主要是借助微處理器針對(duì)軟件方式的驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行輸出，而主控制其按照輸出的AD采樣值，借助相應(yīng)的軟件措施針對(duì)控制脈沖開展調(diào)制處理。另外主控制器必須要針對(duì)不同的檢測(cè)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察，了解電源的具體工作狀態(tài)，同時(shí)促進(jìn)軟件以及硬件的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的有效保護(hù)。直接控制在具體實(shí)現(xiàn)方式上相對(duì)比較靈活，該模式能夠在各種控制策略下進(jìn)行應(yīng)用，然而，直接控制模式仍存在一些缺陷和不足，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
其一，直接控制對(duì)于主控芯片具備極高的性能要求，其脈寬調(diào)制波相對(duì)比較復(fù)雜，必須要通過(guò)高級(jí)定時(shí)器發(fā)揮相應(yīng)功能，并通過(guò)各種復(fù)雜的中斷程序來(lái)做支撐，才能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。
其二，其定時(shí)器中斷相對(duì)較頻繁，導(dǎo)致程序在具體執(zhí)行效率上無(wú)法得到提高，造成系統(tǒng)可擴(kuò)展性處于較低水平。
其三，微控制器針對(duì)電平進(jìn)行輸出的過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)功率開關(guān)管的直接驅(qū)動(dòng)，而必須要通過(guò)控制信號(hào)電平完成轉(zhuǎn)換。
其四，硬件保護(hù)在具體實(shí)現(xiàn)上相對(duì)較復(fù)雜，不利于提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。
與直接控制模式相對(duì)應(yīng)的是間接控制模式，該模式針對(duì)反饋電路以及控制電路開展模擬電路設(shè)計(jì)，脈沖調(diào)制模塊通過(guò)專用集成數(shù)字電源芯片開展相關(guān)調(diào)制工作。脈沖調(diào)制模塊可以綜合分析控制系統(tǒng)相關(guān)給定信號(hào)，研究具體的輸出采樣電路反饋信號(hào)，將兩者進(jìn)行有效比價(jià)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)控制脈沖的自動(dòng)化調(diào)制，通過(guò)這種方式促進(jìn)主電路的自動(dòng)閉環(huán)運(yùn)行。
近年來(lái)，開關(guān)電源芯片不斷走向集成化發(fā)展道路，專用開關(guān)電源控制芯片一般具備軟啟動(dòng)功能，電路保護(hù)功能以及故障檢測(cè)功能，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠程度。此外，集成化能夠?yàn)槲⑻幚砥鲃?chuàng)造控制接口，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)電源的有效控制，進(jìn)一步拓展其具體功能。在集成化模式下，控制電路通常需要針對(duì)數(shù)字進(jìn)行給定，負(fù)責(zé)控制軟啟動(dòng)停止，并且需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示以及開關(guān)電源通信等任務(wù)。采用間接控制模式時(shí)，其反饋回路的具體設(shè)計(jì)情況直接影響電源產(chǎn)品的實(shí)際功能以及整體性能狀況。站在產(chǎn)品維護(hù)性視角上看，實(shí)際高頻開關(guān)電源產(chǎn)品中大部分選擇間接控制模式進(jìn)行應(yīng)用，而直接控制模式一般應(yīng)用在對(duì)不同控制策略的探索以及研究過(guò)程中。
因?yàn)殚_關(guān)電源的高頻率，其余開關(guān)電源的控制技術(shù)也慢慢走向數(shù)字化方向，數(shù)字式開關(guān)通信電源一般采用間接控制模式，其反饋回路的具體設(shè)計(jì)情況直接影響電源產(chǎn)品的實(shí)際功能以及整體性能狀況。本次研究中采用的數(shù)字式開關(guān)通信電源在工作頻率上為200kHz，交流輸入電壓為(AC220V、AC110V);直流輸出電壓(DC48V、DC24V、DC15V、DC12V、DC5V)。間接控制模式下的數(shù)字式智能型開關(guān)通信電源在具體結(jié)構(gòu)上如圖2所示。該結(jié)構(gòu)中，硬件電路除了包括主功率板、控制板以及隔離驅(qū)動(dòng)板之外，還包括反饋信號(hào)以及保護(hù)信號(hào)電路。因?yàn)槭忻嫔喜⒉灰欢梢哉业胶线m的大功率磁芯，該結(jié)構(gòu)中主電路高頻變壓器選擇4個(gè)小型高頻變壓器進(jìn)行應(yīng)用，通過(guò)原邊串聯(lián)副邊并聯(lián)的模式來(lái)滿足大電流在輸出方面的具體設(shè)計(jì)要求。該結(jié)構(gòu)圖中，TV代表著霍爾電壓傳感器，TA則代表著電流傳感器，主要針對(duì)主電路輸入電流、高頻變壓器副邊整流電流以及總輸出電壓等開展檢測(cè)工作，本電源選擇PT100熱敏電阻針對(duì)IGBT的具體溫度進(jìn)行檢測(cè)。
該電源系統(tǒng)中，選擇STM32F 103ZET6 芯片作為主控制其的芯片，借助多通道高速AD轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的有效采樣。采樣結(jié)果能夠發(fā)揮良好的電路保護(hù)作用。用戶可以借助觸摸以及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的具體設(shè)定，針對(duì)輸出反饋信號(hào)以及用戶給定信號(hào)兩者間開展對(duì)比，獲取偏差信號(hào)，通過(guò)選擇增量式數(shù)字PI調(diào)節(jié)器算法開展相關(guān)調(diào)節(jié)工作。針對(duì)控制量，經(jīng)過(guò)STM32片的DAC將其輸出到UCC3895的誤差放大器同向輸入端中。UCC3895專用電源芯片綜合分析誤差放大器實(shí)際輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖寬度的自動(dòng)化調(diào)整，通過(guò)這種方式針對(duì)輸出電壓電流進(jìn)行自動(dòng)化閉環(huán)調(diào)節(jié)處理。輸出總電流檢測(cè)信號(hào)連接UCC3895電流傳感端CS，為電源主電路開關(guān)管提供良好的過(guò)流保護(hù)。如果發(fā)現(xiàn)緊急情況，電源主控制器可以針對(duì)UCC3895的SS/DISS管腳進(jìn)行靈活控制，促使其實(shí)現(xiàn)軟停止，從而為開關(guān)電源提供有效保護(hù)。
總而言之，傳統(tǒng)開關(guān)電源在成本上相對(duì)較低，技術(shù)相對(duì)較成熟，開放周期相對(duì)較短，但是其在狀態(tài)顯示方面相對(duì)較弱，不具備通信功能或者通信功能較差，輸出范圍有待加大。本次研究中設(shè)計(jì)的數(shù)字式智能型高頻開關(guān)通信電源能夠克服傳統(tǒng)的上述劣勢(shì)，充分顯示了軟開關(guān)技術(shù)以及高頻開關(guān)技術(shù)在開關(guān)發(fā)展過(guò)程中的積極作用，實(shí)踐證明，該開關(guān)通信電路在可行性上相對(duì)較高，能夠促進(jìn)開關(guān)電源高效、安全地工作，值得推廣應(yīng)用。
篇4
關(guān)鍵詞：直流穩(wěn)壓電源 線性電源 開關(guān)電源 基本類型
一、線性直流穩(wěn)壓電源
（一）晶體管串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電源。其在線性放大狀態(tài)工作，具備反應(yīng)快，電壓穩(wěn)定度高，負(fù)載穩(wěn)定度高，輸出紋波電壓小，噪聲較小等特點(diǎn)。針對(duì)電路技術(shù)而言，其控制電路使用元件較少。針對(duì)調(diào)整管的開關(guān)特性，濾波器的高頻性能等要求較少，因此可靠性較高。其最大缺點(diǎn)是工作效率較低。只能通過(guò)降低調(diào)整管上的壓降，減少調(diào)整管上的損耗來(lái)提高效率。具體解決策略為：一是PNP和NPN晶體管互補(bǔ)：串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電源電流較大時(shí)，通常調(diào)整管都要接成共集電極的達(dá)林頓組合管。因?yàn)樵诰w管電參數(shù)相同情況下在保持電流放大倍數(shù)相等的情況下，互補(bǔ)連接的組合調(diào)整管的集射極壓降減少了，因而電源的效率得到提高；二是偏置法：一般共集電極組合管集射間的壓降一定程度上取決偏置電流。采用偏置連接法當(dāng)輸出電流一定時(shí)可以有效的提高電源效率；三是開關(guān)穩(wěn)壓器作前置予調(diào)節(jié)：在輸入-輸出電壓差比較大，輸出電流也比較大的場(chǎng)合，采用開關(guān)穩(wěn)壓器作串聯(lián)式穩(wěn)壓器的前置予調(diào)節(jié)也是提高電源效率的有效辦法。開關(guān)予調(diào)節(jié)還可以設(shè)置在電源變壓器的原邊。
（二）集成線性穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器在早期市場(chǎng)上應(yīng)用較多，產(chǎn)量較大，主要分為半導(dǎo)體單片式集成穩(wěn)壓器、混合式集成穩(wěn)壓器兩類。兩類集成穩(wěn)壓器的電路形式、封裝、電壓、電流規(guī)格各不相同。集成穩(wěn)壓器分為定電壓、可調(diào)、跟蹤、浮動(dòng)集成穩(wěn)壓器多種。然而無(wú)論何種形式，其大都由基準(zhǔn)電壓源、比較放大器、調(diào)整元件即功率晶體三極管和某種形式的限流電路組成。部分集成穩(wěn)壓器內(nèi)部還有邏輯關(guān)閉電路和熱截止電路。集成穩(wěn)壓器與由分立元件組成的穩(wěn)壓器比較，集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，成本低，體積小，使用方便，性能好，可靠性高。
（三）恒流源網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓電源。恒流網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)壓是串聯(lián)穩(wěn)壓電源的基本特點(diǎn)之一，其能夠有效提高電源穩(wěn)定性，在集成穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為廣泛。分立元件組成的串聯(lián)穩(wěn)壓器大都應(yīng)用了恒流技術(shù)。應(yīng)用晶體管場(chǎng)效應(yīng)管與恒流二極管等元件能夠?qū)崿F(xiàn)恒流。恒流二極管在分立元件的串聯(lián)穩(wěn)壓器中應(yīng)用較為便利。
二、開關(guān)直流穩(wěn)壓電源
開關(guān)直流穩(wěn)壓電源主要指功率調(diào)整元件以“開、關(guān)”方式工作的直流穩(wěn)壓電源。早期的磁放大器開關(guān)直流穩(wěn)壓電源是利用鐵芯的“飽和”、“非飽和”兩種狀態(tài)進(jìn)行“開、關(guān)”控制，是一種低頻磁放大器。此期間出現(xiàn)的可控硅相控整流穩(wěn)壓電源也屬于開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。之后，高頻開關(guān)功率變換技術(shù)得以迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了變換器方式的高頻開關(guān)直流穩(wěn)壓電源。
（一）去除工頻變壓器。去除工頻電源變壓器而采用直接從電網(wǎng)整流輸入方式，是開關(guān)電源減少體積和重量的重要舉措之一。去除工頻變壓器已成為當(dāng)代先進(jìn)開關(guān)電源的基本特點(diǎn)。無(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源與各種有工頻變壓器的直流穩(wěn)壓電源相比，其具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)。開關(guān)電源的電路形式已實(shí)現(xiàn)多種多樣。從調(diào)制技術(shù)來(lái)看，其包括脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型、混合調(diào)制型幾類，其中脈寬調(diào)制占絕大多數(shù)。目前出現(xiàn)了完全無(wú)變壓器的開關(guān)電源，即連高頻變換器都不需要。這種電源的最大特點(diǎn)是體積還可比現(xiàn)在的無(wú)工頻變壓器開關(guān)電源小的多，而且沒(méi)有繞制的變壓器等器件，能夠集成電路工藝制作。
（二）提高開關(guān)電源頻率。現(xiàn)代開關(guān)電源的最顯著特點(diǎn)是開關(guān)頻率不斷提高，無(wú)論是晶體管開關(guān)電源、可控硅開關(guān)電源、場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)電源，均在實(shí)現(xiàn)向高頻化方向發(fā)展。隨著功率IGBT和MOSFET的出現(xiàn)，開關(guān)電源的工作頻率已從早期典型的20KHz逐步提高到兆赫范圍甚至G赫范圍。
（三）控制電路實(shí)現(xiàn)集成。早期開關(guān)電源的控制電路由分立元件構(gòu)成，電路設(shè)計(jì)和調(diào)試維修都較為復(fù)雜，不利于開關(guān)電源的推廣應(yīng)用。為了適應(yīng)開關(guān)電源的迅速發(fā)展，集成化的開關(guān)電源控制電路被研制成功，而且功能日益完善。開關(guān)電源控制電路集成化，極大地簡(jiǎn)化了開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，提高了開關(guān)電源的電性能和可靠性，并且具有體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
（四）關(guān)鍵元器件高頻化。為適應(yīng)開關(guān)電源快速發(fā)展需要，開關(guān)電源應(yīng)用的主要元器件也在快速發(fā)展，高頻化是其基本目標(biāo)。開關(guān)電源中的開關(guān)元件-功率晶體管、可控硅、場(chǎng)效應(yīng)管等均在提高工作頻率上發(fā)揮著重要作用。特別是功率管IGBT復(fù)合管，MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的出現(xiàn)，最為引人注目，其不僅把開關(guān)頻率提高到1MHz-lGHz，并且具有開關(guān)特性好、驅(qū)動(dòng)功率小、不存在二次擊穿、避免熱奔等特殊優(yōu)點(diǎn)。此外，大電流肖特基勢(shì)壘的出現(xiàn)極大地改善了低電壓電流開關(guān)電源的整流效率，其具有開關(guān)速度快、反向恢復(fù)時(shí)間短，正向壓降地等優(yōu)點(diǎn)。在濾波過(guò)程中，電容器等器件也要在材料、結(jié)構(gòu)工藝諸方面進(jìn)行研制，以適應(yīng)開關(guān)電源高頻化需求。
（五）實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化控制。開關(guān)電源的控制已從模擬控制，模數(shù)混合控制，發(fā)展為全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)所在，并且已在許多功率變換設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。然而，過(guò)去數(shù)字控制在DC/DC變換器中應(yīng)用較少。近年來(lái)，開關(guān)電源的高性能全數(shù)字控制芯片已經(jīng)逐步開發(fā)應(yīng)用，歐美已有多家公司開發(fā)并制造出開關(guān)變換器的數(shù)字控制芯片及軟件。全數(shù)字控制數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比能夠標(biāo)定更小量，芯片價(jià)格較低；針對(duì)電流檢測(cè)誤差能夠?qū)崿F(xiàn)精確數(shù)字校正，電壓檢測(cè)更為精準(zhǔn)；能夠?qū)崿F(xiàn)快速靈活的控制設(shè)計(jì)等。
篇5
關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源； 單端反激； 高頻變壓器； 雙反饋
中圖分類號(hào)： TN702?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）14?0162?04
Design of multi?channel switching power supply with single?ended flyback
HU Zhi?qiang 1， WANG Gai?yun1， WANG Yuan 2
（1. Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China；2. Shandong Huayu Vocational College， Dezhou 253034， China）
Abstract： A TOP223Y?based switching power supply with multi?channel output single?end flyback AC/DC module was designed. Peripheral circuits are analyzed by TOP Switch series single?chip switching power supply chip and the feedback system composed of TL431 and PC817A. The AC/DC switching power supply whose voltage stabilization adjusting weight is 0.6 and 0.4 with the outputs of +5V/3A and +12V/1A was designed. The experimental results show that the switching power supply has high efficiency， small ripple， high output accuracy and high stability.
Keywords： switching power supply； single?ended flyback； high?frequency transformer； double feedback
單片開關(guān)電源自問(wèn)世以來(lái)，以其效率高，體積小，集成度高，功能穩(wěn)定等特點(diǎn)迅速在中小功率精密穩(wěn)壓電源領(lǐng)域占據(jù)重要地位。美國(guó)PI公司的TOPSwitch系列器件即是一種新型三端離線式單片高頻開關(guān)電源芯片，開關(guān)頻率fs高達(dá)100 kHz，此芯片將PWM控制器、高耐壓功率MOSFET、保護(hù)電路等高度集成，連接少許器件即可使用[1?2]。本文介紹了一種基于TOP223Y輸出為+5 V/3 A，+12 V/1 A的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)原理和方法。
1 設(shè)計(jì)原理
開關(guān)電源是涉及眾多學(xué)科的一門應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)控制功率開關(guān)器件的開通與關(guān)閉調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制占空比達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)AC/DC或者DC/DC轉(zhuǎn)換。
TOP223Y共三個(gè)端：控制極C、源極S、漏極D。因只有漏極D用作脈寬調(diào)制功率控制輸出，故稱單端；高頻變壓器在功率開關(guān)導(dǎo)通時(shí)只是將能量存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中，起到電感的作用，在功率開關(guān)關(guān)閉時(shí)才將能量傳遞給次級(jí)繞組，起變壓作用，故稱反激式[1]。
圖1 開關(guān)電源控制原理框圖
電路功能部分主要由輸入/輸出整流濾波、功率變換、反饋電路組成。工作原理簡(jiǎn)述為：220 V市電交流經(jīng)過(guò)整流濾波得到直流電壓，再經(jīng)TOP223Y脈寬調(diào)制和高頻變壓器DC?AC變換得到高頻矩形波電壓，最后經(jīng)輸出整流濾波得到品質(zhì)優(yōu)良的直流電壓，同時(shí)反饋回路通過(guò)對(duì)輸出電壓的采樣、比較和放大處理，將得到的電流信號(hào)輸入到TOP223Y的控制端C，控制占空比調(diào)節(jié)輸出，使輸出電壓穩(wěn)定。
2 設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)作為某智能儀器的供電電源，具體的參數(shù)要求如下：交流輸入電壓最小值：VACMIN=85 V；交流輸入電壓最大值：VACMAX=265 V；輸出：U1：+5 V/3 A；U2：+12 V/1 A；輸出功率：Po=27 W；偏置電壓：VB=12 V；電網(wǎng)頻率fL=50 Hz；開關(guān)頻率fs=100 kHz；紋波電壓：小于100 mV；電源效率：η大于80%；損耗分配因數(shù)Z為0.5；功率因數(shù)為0.5。
3 設(shè)計(jì)實(shí)例
本設(shè)計(jì)是基于TOP223Y的多路單端反激式開關(guān)電源，性能優(yōu)越，便于集成。電路原理如圖2所示，可分為輸入保護(hù)電路、輸入整流濾波電路、鉗位保護(hù)電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路、反饋回路、控制電路7個(gè)部分。
圖2 開關(guān)電源電路原理圖
3.1 輸入保護(hù)電路
由保險(xiǎn)絲F1、熱敏電阻RT和壓敏電阻RV組成，對(duì)輸入端進(jìn)行過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)。
保險(xiǎn)絲F1用于當(dāng)線路出現(xiàn)故障產(chǎn)生過(guò)電流時(shí)切斷電路，保護(hù)電路元器件不被損壞，其額定電流IF1按照IF1>2IACRMS選擇3 A/250 VAC保險(xiǎn)絲，其中IACRMS為原邊有效電流值。熱敏電阻RT用以吸收開機(jī)浪涌電流，避免瞬間電流過(guò)大，對(duì)整流二極管和保險(xiǎn)絲帶來(lái)沖擊，造成損壞，加入熱敏電阻可以有效提高電源設(shè)計(jì)的安全系數(shù)，其阻值按照RRT1>0.014VACMAX/IACRMS選擇10D?11（10 Ω/2.4 A）。壓敏電阻RV能在斷開交流輸入時(shí)提供放電通路，以防止大電流沖擊，同時(shí)對(duì)沖擊電壓也有較好鉗位作用。RV選取MY31?270/3，標(biāo)稱值為220 V。
3.2 輸入整流濾波電路
由EMI濾波電路、整流電路、穩(wěn)壓電路組成。
EMI濾波電路針對(duì)來(lái)自電網(wǎng)噪聲干擾。采用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2構(gòu)成典型的Π型濾波器。
CX1和CX2用來(lái)濾除來(lái)自電網(wǎng)的差模干擾，稱為X電容，通常取值100～220 nF，這里取100 μF；CY1和CY2用來(lái)濾除來(lái)自電網(wǎng)的共模干擾，稱為Y電容，通常取值為1～4.7 nF，這里取2.2 nF；同樣用來(lái)消除共模干擾的共模電感L1的取值8～33 mH，這里取8 mH，采取雙線并繞。
輸入整流電路選擇不可控全波整流橋。整流橋的反向耐壓值應(yīng)大于1.25倍的最大直流輸入電壓，整流橋的額定電流應(yīng)大于兩倍的交流輸入的有效值，計(jì)算后選擇反向擊穿電壓為560 V，額定電流為3 A的KBP306整流橋。
在當(dāng)前的供電條件下，輸入儲(chǔ)能電容器CIN的值根據(jù)輸出功率按照2～3 μF/W來(lái)取值，考慮余量，取CIN=100 μF/400 V的電解電容。假設(shè)整流橋中二極管導(dǎo)通時(shí)間為tc=3 ms，可由：
（1）
（2）
得到輸入直流電壓的最小值和最大值。
3.3 鉗位保護(hù)電路
當(dāng)功率開關(guān)關(guān)斷時(shí)，由于漏感的影響，高頻變壓器的初級(jí)繞組上會(huì)產(chǎn)生反射電壓和尖峰電壓，這些電壓會(huì)直接施加在TOPSwitch芯片的漏極上，不加保護(hù)極容易使功率開關(guān)MOSFET燒壞。加入由R1、C2和VD1組成經(jīng)典的RCD鉗位保護(hù)電路，則可以有效地吸收尖峰沖擊將漏極電壓鉗位在200 V左右，保護(hù)芯片不受損壞。推薦鉗位電阻R1取27 kΩ/2 W，VD1鉗位阻斷二極管快恢復(fù)二極管耐壓800 V的FR106，鉗位電容選取22 nF/600 V的CBB電容。
3.4 高頻變壓器
3.4.1 磁芯的選擇
磁芯是制造高頻變壓器的重要組成，設(shè)計(jì)時(shí)合理、正確地選擇磁芯材料、參數(shù)、結(jié)構(gòu)，對(duì)變壓器的使用性能和可靠性，將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。高頻變壓器磁芯只工作在磁滯回線的第一象限。在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)只儲(chǔ)存能量，而在截止時(shí)向負(fù)載傳遞能量。因?yàn)殚_關(guān)頻率為100 kHz，屬于比較高的類型，所以選擇材料時(shí)選擇在此頻率下效率較高的鐵氧體，由：
（3）
估算磁芯有效截面積為0.71 cm2，根據(jù)計(jì)算出的考慮到閾量，查閱磁芯手冊(cè)，選取EE2825，其磁芯長(zhǎng)度A=28 mm，有效截面積SJ=0.869 cm2，有效磁路長(zhǎng)度L=5.77 cm，磁芯的等效電感AL=3.3 μH/匝2，骨架寬度Bw=9.60 mm。
3.4.2 初級(jí)線圈的參數(shù)[3]
（1）最大占空比。根據(jù)式（1），代入數(shù)據(jù)：寬范圍輸入時(shí)，次級(jí)反射到初級(jí)的反射電壓VoR取135 V，查閱TOP223Y數(shù)據(jù)手冊(cè)知MOSFET導(dǎo)通時(shí)的漏極至源極的電壓VDS=10 V，則：
（4）
（2）設(shè)置。KRP=，其中IR為初級(jí)紋波電流；IP為初級(jí)峰值電流；KRP用以表征開關(guān)電源的工作模式（連續(xù)、非連續(xù)）。連續(xù)模式時(shí)KRP小于1，非連續(xù)模式KRP大于1。對(duì)于KRP的選取，一般由最小值選起，即當(dāng)電網(wǎng)入電壓為100 VAC/115 VAC或者通用輸入時(shí)，KRP=0.4；當(dāng)電網(wǎng)輸入電壓為230 VAC時(shí)，取KRP=0.6。當(dāng)選取的KRP較小時(shí)，可以選用小功率的功率開關(guān)，但高頻變壓器體積相對(duì)要大，反之，當(dāng)選取的KRP較大時(shí)，高頻變壓器體積相對(duì)較小，但需要較大功率的功率開關(guān)。對(duì)于KRP的選取需要根據(jù)實(shí)際不斷調(diào)整取最佳。
（3）初級(jí)線圈的電流
初級(jí)平均輸入電流值（單位：A）：
（5）
初級(jí)峰值電流值（單位：A）：
（6）
初級(jí)脈動(dòng)（紋波）電流值（單位：A）：
初級(jí)有效電流值（均方根值RMS（單位：A））：
（7）
查閱手冊(cè)，由：
（8）
可知，選取合適。TOPSwitch器件的選擇遵循的原則是選擇功率容量足夠的最小的型號(hào)。
（4）變壓器初級(jí)電感
（9）
（5）氣隙長(zhǎng)度
（10）
Lg>0.051 mm，參數(shù)合適，μy為常數(shù)4π×10?7 H/m。
3.4.3 初級(jí)次級(jí)繞組匝數(shù)[4]
當(dāng)電網(wǎng)電壓為230 V和通用輸入220 V時(shí)：每伏特取0.6匝，即KNS=0.6。由于輸出側(cè)采用較大功率的肖特基二極管用作輸出整流二極管，因此VD取0.7 V，磁芯的最大工作磁通密度在BM在2 000～3 000 GS范圍內(nèi)。偏置二極管VDB的壓降取0.7 V，偏置電壓VB取12 V。
初級(jí)繞組匝數(shù)：
（10）
次級(jí)繞組匝數(shù)：
（11）
（12）
偏置繞組匝數(shù)：
（13）
3.5 輸出整流濾波電路
由整流二極管、濾波電容和平波電感組成。將次級(jí)繞組的高頻方波電壓轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)的直流電壓，再通過(guò)輸出濾波電路濾除高頻紋波，使輸出端獲得穩(wěn)定的直流電壓。肖特基二極管正向?qū)〒p耗小、反向恢復(fù)時(shí)問(wèn)短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢(shì)，所以選用肖特基二極管作為整流二極管，參數(shù)根據(jù)最大反向峰值電壓VR選擇，同時(shí)二極管的額定電流應(yīng)該至少為最大輸出電流的3～5倍。次級(jí)繞組的反向峰值電壓VSM為：
（14）
（15）
式中：VS為次級(jí)繞組的輸出電壓；VACMAX為輸入交流電壓最大值，則：
（16）
（17）
則VR1=22 V，VR2=57.1 V，VD2，VD3，VD4均選擇MBR1060CT，最大反向電壓60 V，最大整流電流10 A。RC串聯(lián)諧振可以消除尖峰脈沖，防止二極管擊穿。
第一級(jí)濾波電容的選擇由式（18）確定：
（18）
式中：Iout是輸出端的額定電流，單位為A；Dmin是在高輸入電壓和輕載下所估計(jì)的最小占空比（估計(jì)值為0.3）；V（PK?PK）是最大的輸出電壓紋波峰峰值，單位為mV。計(jì)算得出后考慮閾值C6取100 μF/10 V，C8取220 μF/35 V。
第二級(jí)經(jīng)LC濾波使不滿足紋波要求的電壓再次濾波。輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇C7取22 μF/10 V，C9取10 μF/35 V。C5取經(jīng)驗(yàn)值0.1 μF/25 V。輸出濾波電感根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取2.2～4.7 μH，采用3.3 μH的穿心電感，能主動(dòng)抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。為減少共模干擾，在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接共模抑制電容C15。
3.6 反饋回路設(shè)計(jì)
開關(guān)電源的反饋電路有四種類型：基本反饋電路、改進(jìn)型基本反饋電路、配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路、配TL431的光耦反饋電路。本設(shè)計(jì)采用電壓調(diào)整率精度高的可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431加線形光耦PC817A構(gòu)成反饋回路。
TL431通過(guò)電路取樣電阻來(lái)檢測(cè)輸出電壓的變化量ΔU，然后將采樣電壓送入TL431的輸入控制端，與TL431的2.5 V參考電壓進(jìn)行比較，輸出電壓UK也發(fā)生相應(yīng)變化，從而使線性光電耦合器中的發(fā)光二極管工作電流發(fā)生線性變化，光電耦合器輸出電流。
經(jīng)過(guò)光電耦合器和TL431組成的外部誤差放大器，調(diào)節(jié)TOP223Y控制端C的電流IC，調(diào)整占空比D（IC與D成反比），從而使輸出電壓變化，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
對(duì)于電路中的反饋部分，開關(guān)電源反饋電路僅從一路輸出回路引出反饋信號(hào)，其余未加反饋電路。這樣，當(dāng)5 V輸出的負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，定會(huì)影響12 V輸出的穩(wěn)定性。
解決方法是給12 V輸出也增加反饋電路。另外，電路中C10為TL431的頻率補(bǔ)償電容，可以提高TL431的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。R5為光電耦合器的限流電阻，R5的大小決定控制環(huán)路的增益。電容器C13為軟啟動(dòng)電容器，可以消除剛啟動(dòng)電源時(shí)芯片產(chǎn)生的電壓過(guò)沖。
下面主要是確定R4～R8的值：
按照應(yīng)用要求，對(duì)5 V電源要求較高，但也要兼顧12 V電源，權(quán)衡反饋量，將R7，R8的反饋權(quán)值均設(shè)置為0.6，0.4，各個(gè)輸出的穩(wěn)定性均得到保障和提高。
只有5 V輸出有反饋時(shí)，如R4，R7取值均為10 kΩ，此時(shí)電流=250 μA，分權(quán)后，R7分得150 μA、R8分得150 μA。根據(jù)TL431的特性知，Vo，VREF，R7，R8，R4之間存在以下關(guān)系：
（19）
（20）
式中：VREF為TL431參考端電壓，為2.5 V；Vo為TL431輸出電壓。根據(jù)電流分配關(guān)系得（單位：kΩ）：
（21）
（22）
又由電路可知 ：
（23）
式中：VF 為光耦二極管的正向壓降，由PC817技術(shù)手冊(cè)知，典型值為1.2 V。先取R5=390 Ω，可得R6=139 Ω，取標(biāo)稱值150 Ω。
3.7 控制回路
由電容C7和電阻R12串聯(lián)組成。C9用來(lái)濾除控制端的尖峰電壓并決定自動(dòng)重啟動(dòng)時(shí)序，并和R12一起設(shè)定控制環(huán)路的主極點(diǎn)為反饋控制回路進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償。由數(shù)據(jù)手冊(cè)知，C9選擇47 μF/25 V的電解電容，當(dāng)C9 =47 μF時(shí)，自動(dòng)重啟頻率為1.2 Hz，即每隔0.83 s檢測(cè)一次調(diào)節(jié)失控故障是否已經(jīng)被排除，若確認(rèn)已被排除，就自動(dòng)重啟開關(guān)電源恢復(fù)正常工作[1]。R12取6.2 Ω。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
根據(jù)以上的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范，設(shè)計(jì)出的一種基于TOP223Y雙路+5 V/3 A，+12 V/1 A輸出的反激式開關(guān)電源。在寬范圍85～265 VAC的輸入范圍下對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試，如表1所示。
表1 開關(guān)電源輸入性能測(cè)試數(shù)據(jù)（部分）
由以上選取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，+5 V/3 A（反饋權(quán)重0.6，負(fù)載500 Ω）輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0.18%，輸出的紋波電壓為39 mV，輸出的最大電流為3.2 A；
+12 V/1 A（反饋權(quán)重0.4，負(fù)載750 Ω）輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0. 3%，輸出的紋波電壓為68 mV，輸出的最大電流為1.10 A。
該電源在滿載狀態(tài)時(shí)，功率可達(dá)27.6 W，最大占空比為0.60， 電源效率為83.1%，開關(guān)電源具有良好的性能，滿足應(yīng)用要求。
6 結(jié) 語(yǔ)
本開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，芯片的高度集成化，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。電源的性能通過(guò)參數(shù)的調(diào)節(jié)仍有提升的空間。雙輸出雙反饋異權(quán)重的設(shè)計(jì)使開關(guān)電源的更加實(shí)用靈活，不同的保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，使電源的實(shí)用更加安全可靠，該電源在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊立杰.多路輸出單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30（3）：24?31.
[2] 馬瑞卿，任先進(jìn).一種基于TOP224Y 的單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007，15（2）：225?227.
[3] 潘騰，林明耀，李強(qiáng).基于TOP224Y芯片的單端反激式開關(guān)電源[J].電力電子技術(shù)，2003（2）：20?22.
[4] 趙祥，方方，馬柯帆，等.基于TOP261YN芯片的多路輸出單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J].核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù)，2010（11）：1529?1532.
[5] 戚本宇.多路輸出單端反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)[D].淄博：山東理工大學(xué)，2012.
[6] 房雪蓮.基于UC3845的非隔離反激式輸出可調(diào)開關(guān)電源設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（16）：174?177.
篇6
關(guān)鍵詞：COOLMOS；PWM;開關(guān)電源；功率器件
1主要特點(diǎn)
InfineonTechnologies公司的ICE2A165／265／365系列芯片是新型COOLMOS器件，該器件是PWM控制器和MOSFET開關(guān)管組合為一體的功率器件，它的主要特點(diǎn)如下：
FET耐壓為650V，導(dǎo)通電阻低；
無(wú)需散熱器即可輸出較大的功率；
具有過(guò)、欠壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和自恢復(fù)功能；
待機(jī)狀態(tài)及空載時(shí)能自動(dòng)降低工作頻率，從而降低損耗；
最低工作頻率為21．5kHz，可以避免可聞噪聲；
電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需外部電路元件少，可大大減少開關(guān)電源的體積和重量，提高系統(tǒng)的可靠性。
由于ICE2A165／265／365系列芯片具有以上諸多特點(diǎn)，因而可廣泛用于中、低功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源中。使用該芯片不僅電路組成簡(jiǎn)單，而且可靠性很高，所以在中、低功率電子設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用前景。
2引腳功能
ICE2A165／265／365采用雙列直插式結(jié)構(gòu)，其封裝形式為DIP－8，現(xiàn)將各管腳功能說(shuō)明如下：
1腳：軟啟動(dòng)設(shè)置端，設(shè)計(jì)者可通過(guò)改變電路參數(shù)自行設(shè)置所需的軟啟動(dòng)時(shí)間。
2腳：反饋信號(hào)輸入端，在啟動(dòng)瞬間，通過(guò)輸出取樣電路可控制光耦的輸出電流，從而改變反饋信號(hào)的大小，進(jìn)而控制PWM控制器的輸出占空比。該器件的最大輸出占空比為0．72。
3腳：MOSFET工作電流檢測(cè)端，該器件可對(duì)輸出電流的大小進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便在輸出電流過(guò)大時(shí)切斷PWM信號(hào)的輸出，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。
4、5腳：為MOSFET的漏極。
6腳：空腳。
7腳：內(nèi)部PWM控制器供電電源端，輸入電壓范圍為＋8．5～＋21V。
8腳：電源地。
345W／15V開關(guān)電源的設(shè)計(jì)
采用COOLMOSICE2A165／265／365組成的開關(guān)電源的原理電路如圖1所示。該電路的設(shè)計(jì)要求是：
輸入電壓：AC85V～AC265V50Hz；
輸出電壓：＋8V～＋15V；
輸出電流：3．0A。
下面根據(jù)設(shè)計(jì)要求，給出圖1所示電路的主要元件的設(shè)計(jì)方法。
3．1電流檢測(cè)電阻的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如選擇ICE2A365為核心控制器件，可通過(guò)將COOLMOS器件設(shè)定在輸出功率的上限，然后通過(guò)取樣電阻R7設(shè)定電流的最大值。由于R7接在MOSFET的源極，因而可檢測(cè)MOSFET的工作電流。由于要求R7Idpeak≤1V，因此，在Idpeak為3．0A時(shí)，R7可選在0．33Ω以下。
3．2脈沖變壓器的設(shè)計(jì)要求
脈沖變壓器的初級(jí)電感（即勵(lì)磁電感）Lm中的電流與電壓的關(guān)系近似為：
Im＝U0τ／Lm
式中：U0為初級(jí)電感兩端的電壓；τ為開關(guān)脈沖寬度。
圖1
由上式可知，脈沖變壓器的初級(jí)電感值要適當(dāng)，一般在400μH到600μH之間比較合適。輸出功率較大時(shí)可取低一些；反之則應(yīng)取高點(diǎn)。在反激式電路中，磁芯應(yīng)加氣隙，以調(diào)整脈沖變壓器的初級(jí)電感，同時(shí)應(yīng)注意變壓器的繞組排列，以盡量減少漏感，避免造成對(duì)MOSFET過(guò)大的應(yīng)力。
3．3次級(jí)電路的設(shè)計(jì)
次級(jí)電路主要是選擇整流管和濾波電容。整流管應(yīng)根據(jù)輸出電流和電壓來(lái)選擇，一般在低輸出電壓情況下，可采用肖特基二極管，而輸出電壓較高時(shí)，則需要采用快恢復(fù)二極管。當(dāng)開關(guān)頻率較高時(shí)，應(yīng)采用超快恢復(fù)二極管作整流管，以減小其反向電流對(duì)初級(jí)的影響。
濾波電容E4的容量應(yīng)滿足輸出電壓紋波的要求，L6及E5應(yīng)能有效濾除開關(guān)所產(chǎn)生的噪聲。
3．4反饋調(diào)整電路的設(shè)計(jì)
反饋調(diào)整電路由光耦和可調(diào)三端穩(wěn)壓器TL431組成。在啟動(dòng)瞬間，通過(guò)輸出取樣電路可以控制光耦的輸出電流，從而改變反饋信號(hào)的大小，同時(shí)控制PWM控制器的輸出占空比，以確保電源在低電網(wǎng)電壓和滿載啟動(dòng)時(shí)達(dá)到規(guī)定的調(diào)整值。用C10、R14組成滯后補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其時(shí)間常數(shù)τ應(yīng)為1～3ms，若C1選為0．1μF，那么，R14應(yīng)選擇在10～30kΩ。
4設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
用ICE2A165／265／365設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，最主要的問(wèn)題是不易起振。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須注意以下問(wèn)題：
（1）輸出端必須加假負(fù)載。因?yàn)檩敵龆嗽诳蛰d時(shí)，電路不易起振，而當(dāng)流經(jīng)假負(fù)載的電流超過(guò)15mA時(shí)，則比較容易啟動(dòng)。
（2）內(nèi)部PWM控制器的供電電壓不能超過(guò)16．5V，若超過(guò)，則會(huì)因易受保護(hù)而難以起振。
篇7
關(guān)鍵詞：交流抗干擾電路；PFC電路；高壓整流濾波；PWM
1引言2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程
在計(jì)算機(jī)各部件中最令人注意的就是CPU的頻率、內(nèi)存的大小、硬盤容量，顯卡的性能等等。而對(duì)于電腦中的一個(gè)重要部件電源．卻往往總會(huì)受到忽略。而事實(shí)上，電腦的許多奇怪癥狀都是由電源引起的。假如我們把計(jì)算機(jī)比作一個(gè)人的話，CPU作為計(jì)算機(jī)的核心部件起著運(yùn)算和控制的作用，它相當(dāng)于我們?nèi)祟惖拇竽X；而電源作為計(jì)算機(jī)的動(dòng)力提供者，完全等價(jià)于我們?nèi)祟惖男呐K，其重要之處由此可見(jiàn)。所以有必要了解電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉電源的工作原理，才能更好地維護(hù)好計(jì)算機(jī)電源，才能從根本上保障公司各部門計(jì)算機(jī)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。
2計(jì)算機(jī)電源發(fā)展歷程
PC／XT_IBM最先推出個(gè)人PC／XT機(jī)時(shí)制定的標(biāo)準(zhǔn)；AT_也是由IBM早期推出PC／AT機(jī)時(shí)所提出的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)時(shí)能夠提供192W的電力供應(yīng)；ATX—Intel公司于1995年提出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與AT比較主要變化為：
1、取消了AT電源上必備的電源開關(guān)而交由主板進(jìn)行電源開關(guān)的控制，增加了一個(gè)待機(jī)電路為電源主電路和主板提供電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)電源喚醒等功能：
2、ATX電源首次引進(jìn)了+3．3V的電壓輸出端，與主板的連接接口上也有了明顯的改進(jìn)：ATX12V——支持P4的ATX標(biāo)準(zhǔn)，是目前的主流標(biāo)準(zhǔn)：ATX12V一1．1：在ATX的基礎(chǔ)之上增加了4pin的+12V輔助供電線(PIO)為P4處理器供電，改變了各路輸出功率分配方式，增強(qiáng)+12V負(fù)載能力；ATX12V一1.3：提高了電源效率，增加了對(duì)SATA的支持。去掉了一5V輸出，增加了+12V的輸出能力；ATX12V一2.0：尚未有產(chǎn)品實(shí)施的最新規(guī)范；電源連接器由20針改為24針，以支持75W的PCIExpress總線．同時(shí)取消輔助電源接口；提供另一路+12V輸出，直接為4Pin接口供電；WTX—ATX電源的加強(qiáng)版本：尺寸上比ATX電源大。供電能力也比比ATX電源強(qiáng)，常用于服務(wù)器和大型電腦；BTX一現(xiàn)有架構(gòu)的終結(jié)者，電源輸出要求、接口等支持ATX12V。
3計(jì)算機(jī)開關(guān)電源的工作原理
電源是一種能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它能將220V的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)需要的低電壓強(qiáng)電流的直流電。首先將高電壓交流電(220V)通過(guò)全橋二極管整流以后成為高電壓的脈沖直流電，再經(jīng)過(guò)電容濾波以后成為高壓直流電。此時(shí)，控制電路控制大功率開關(guān)三極管將高壓直流電按照一定的高頻頻率分批送到高頻變壓器的初級(jí)。接著，把從次級(jí)線圈輸出的降壓后的高頻低壓交流電通過(guò)整流濾波轉(zhuǎn)換為能使電腦工作的低電壓強(qiáng)電流的直流電。其中，控制電路也是必不可少的部分。它能有效的監(jiān)控輸出端的電壓值，并向控制功率開關(guān)三極管發(fā)出信號(hào)控制電壓上下調(diào)整的幅度。目前的常見(jiàn)產(chǎn)品主要采用脈沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源，它分為交流抗干擾電路、功率因數(shù)校正電路、高壓整流濾波電路、開關(guān)電路、低壓整流濾波電路5個(gè)主要部分。
4交流抗干擾電路
為避免電網(wǎng)中的各種干擾信號(hào)影響高頻率、高精度的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)．防止電源開關(guān)電路形成高頻擾竄，影響電網(wǎng)中的其他電器等；各種電磁、安規(guī)認(rèn)證都要求開關(guān)電源配有抗干擾電路。主要結(jié)構(gòu)為兀型共模、差模濾波電路．由差模扼流電感、差模濾波電容、共模扼流電感、共模濾波電容組成：
5功率因數(shù)校正電路
開關(guān)電源傳統(tǒng)的橋式整流、電容濾波電路令整體負(fù)載表現(xiàn)為容性，且使交流輸入電流產(chǎn)生嚴(yán)重的波形畸變，向電網(wǎng)注人大量的高次諧波，功率因數(shù)僅有0．6左右，對(duì)電網(wǎng)和其他電氣設(shè)備造成嚴(yán)重的諧波污染與干擾。因此，我國(guó)在2003年開始實(shí)施的CCC中明確要求計(jì)算機(jī)電源產(chǎn)品帶有功率因數(shù)校正器(PowerFactorCorrector，即PFC)，功率因數(shù)達(dá)到0．7以上。PFC電路分為主動(dòng)式(有源)與被動(dòng)式(無(wú)源)兩種：主動(dòng)式PFC本身就相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)電源．通過(guò)控制芯片驅(qū)動(dòng)開關(guān)管對(duì)輸入電流進(jìn)行”調(diào)制”，令其與電壓盡量同步，功率因數(shù)接近于1；同時(shí)．主動(dòng)式PFC控制芯片還能夠提供輔助供電，驅(qū)動(dòng)電源內(nèi)部其他芯片以及負(fù)擔(dān)+5VSB輸出。主動(dòng)式PFC功率因數(shù)高、+5VSB輸出紋波頻率高、幅度小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，僅在一些高端電源中使用。目前采用主動(dòng)式PFC的計(jì)算機(jī)電源一般采用升壓轉(zhuǎn)換器式設(shè)計(jì)，電路原理圖如下：被動(dòng)式PFC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只是針對(duì)電源的整體負(fù)載特性表現(xiàn)，在交流輸人端．抗干擾電路之后串接了一個(gè)大電感，強(qiáng)制平衡電源的整體負(fù)載特性。被動(dòng)式PFC采用的電感只需適應(yīng)50～60Hz的市電頻率，帶有工頻變壓器常用的硅鋼片鐵芯，而非高頻率開關(guān)變壓器所采用的鐵氧體磁芯，從外觀上非常容易分辨。被動(dòng)式PFC效果較主動(dòng)式PFC有一定差距，功率因數(shù)一般為0．8左右；但成本低廉，且無(wú)需對(duì)原有產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行大幅度修改就可以符合CCC要求，是目前主流電源通常采取的方式。
6高壓整流濾波電路
目前的各種開關(guān)電源高壓整流基本都采用全橋式二極管整流，將輸人的正弦交流電反向電壓翻轉(zhuǎn)，輸出連續(xù)波峰的“類直流”。再經(jīng)過(guò)電容的濾波，就得到了約300V的“高壓直流”。
7開關(guān)電路
開關(guān)電源的核心部分．主要由精密電壓比較芯片、PWM芯片、開關(guān)管、驅(qū)動(dòng)變壓器、主開關(guān)變壓器組成。精密電壓比較芯片將直流輸出部分的反饋電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較．PWM芯片根據(jù)比較結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器調(diào)整開關(guān)管的占空比，進(jìn)而控制主開關(guān)變壓器輸出給直流部分的能量，實(shí)現(xiàn)“穩(wěn)壓”輸出。PWM(PulesWidthModulation)即脈寬調(diào)制電路，其功能是檢測(cè)輸出直流電壓，與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大，控制振蕩器的脈沖寬度，從而控制推挽開關(guān)電路以保持輸出電壓的穩(wěn)定，主要由1CTL494及周圍元件組成。使用驅(qū)動(dòng)變壓器的目的是為了隔離高壓(300V)區(qū)與低壓區(qū)(最高12V)，避免開關(guān)管擊穿后高壓電可能對(duì)低壓設(shè)備造成的危害，也令PWM芯片無(wú)需接觸高壓信號(hào)，降低了對(duì)元件規(guī)格的要求。
沖變壓器耦合型開關(guān)穩(wěn)壓電源主要的直流(高壓到低壓)轉(zhuǎn)換方式有5種，其中適合作為計(jì)算機(jī)電源使用的主要為推挽式與半橋式，而推挽式多用于小型機(jī)、UPS等，我們常見(jiàn)的電源產(chǎn)品則基本都采用半橋式變換。
8低壓整流濾波電路
經(jīng)過(guò)調(diào)制的高壓直流成為了低壓高頻交流，需要經(jīng)過(guò)再次整流濾波才能得到希望的穩(wěn)定低壓直流輸出。整流手段與高壓整流類似，仍是利用二極管的單向?qū)ㄐ再|(zhì)，將反向波形翻轉(zhuǎn)。為了保證濾波后波形的完整性，要求互相配合實(shí)現(xiàn)360。的導(dǎo)通，因此一般采用快速恢復(fù)二極管(主要用于+12V整流)或肖特基二極管(主要用于+5V、+3．3V整流)。濾波仍是采用典型的扼流電感配合濾波電容，不過(guò)此處的電感不僅為了扼制突變電流，更為重要的作用是像高壓濾波部分的電容一樣作為儲(chǔ)能元件，為輸出端提供連續(xù)的能量供應(yīng)。實(shí)際產(chǎn)品中高壓整流濾波電路、開關(guān)電路、低壓整流濾波電路是一個(gè)整體，雖然原理與前述基本相同，但元件個(gè)數(shù)、分布方式會(huì)有很大變化。例如采用半橋式電壓變換的電源就有兩個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，各負(fù)責(zé)半個(gè)周期的輸出；而采用單端正激式電壓變換的電源則只有一個(gè)高壓濾波電容，每一路直流輸出對(duì)應(yīng)兩個(gè)整流管，工作時(shí)間按照開關(guān)管占空比分配。其他較為重要的部分還有輔助供電電路與保護(hù)電路：輔助供電電路一個(gè)小功率的開關(guān)電源，交流輸入接通后即開始工作。300V直流電被輔助供電開關(guān)管調(diào)制成為脈沖電流，通過(guò)輔助供電變壓器輸出二路交流電壓。一路經(jīng)整流、三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出為+5VSB，供主板待機(jī)所用；另一路經(jīng)整流濾波，輸出輔助+12V電源，供給電源內(nèi)部的PWM等片工作。主動(dòng)式PFC具有輔助供電的功能，可以提供+5VSB及電源內(nèi)部芯片所需電壓；故采用主動(dòng)式PFC的電源可以省略掉輔助供電部分，只使用兩個(gè)開關(guān)變壓器。
9保護(hù)電路
電源主要的保護(hù)措施有7種：
1、輸入端過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)耐壓值為270V的壓敏電阻實(shí)現(xiàn)：
2、輸入端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)保險(xiǎn)絲：
3、輸出端過(guò)流保護(hù)：通過(guò)導(dǎo)線反饋，驅(qū)動(dòng)變壓器就會(huì)相應(yīng)動(dòng)作，關(guān)斷電源的輸出；
4、輸出端過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)比較器檢測(cè)到的輸出電壓與穩(wěn)壓管兩端的基準(zhǔn)電壓偏差較大時(shí)，就會(huì)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整：
5、輸出端過(guò)載保護(hù)：過(guò)載保護(hù)的機(jī)理與過(guò)流保護(hù)一樣，也是通過(guò)控制電路和驅(qū)動(dòng)變壓器進(jìn)行的：
6、輸出端短路保護(hù)：輸出端短路時(shí)，比較器會(huì)偵測(cè)到電流的變化，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)變壓器、關(guān)斷開關(guān)管的輸出：
7、溫度控制：通過(guò)溫度探頭檢測(cè)電源內(nèi)部溫度，并智能調(diào)扇轉(zhuǎn)速，對(duì)電源內(nèi)部溫度進(jìn)行控制；
10電源的好壞對(duì)其他部件的影響
CPU對(duì)電壓就非常敏感，電壓稍微高一點(diǎn)就可能燒毀CPU，電壓過(guò)低則無(wú)法啟動(dòng)；而硬盤在電壓不足時(shí)就無(wú)法正常工作，在電壓波動(dòng)大時(shí)甚至?xí)潅P片，造成無(wú)法挽救的物理?yè)p害；諸如此類，不一而足。在很多情況下，主機(jī)內(nèi)的配件損壞了，用戶只是認(rèn)為是配件本身的質(zhì)量問(wèn)題．而很少考慮可能是電源輸出的低壓直流電電壓不穩(wěn)所造成的。所以，輸出電壓的波動(dòng)范圍就是考查電源質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。目前，一般的電源產(chǎn)品在空載和輕載時(shí)的表現(xiàn)都較好(假冒偽劣產(chǎn)品除外)，而重載測(cè)驗(yàn)才是烈火試真金的真正考驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
篇8
【關(guān)鍵詞】功率因數(shù) 校正 全橋變換器
隨著開關(guān)電源的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其需求量日益增長(zhǎng)，并且對(duì)電源許多方面提出了更高的要求。開關(guān)電源因具有效率高、重量輕、體積小等顯著特點(diǎn)，其應(yīng)用十分廣泛，尤其在高功率方向上已成為當(dāng)下諸多研究領(lǐng)域的研究熱門。
1 功率因數(shù)PF和電流總畸變率THD
功率因數(shù)的定義，如下式：
由此可以得出：要想提高電源的功率因數(shù)，需要最大限度地抑制輸入電流的波形畸變，與此同時(shí)還必須盡可能地使電流基波與電壓基波之間的相位差趨于零。PF與輸入電流總畸變率THD有關(guān)，它表征了設(shè)備輸入電流諧波成分的大小，THD越大容易對(duì)電網(wǎng)造成污染。
2 改善功率因數(shù)的主要方法
2.1 多脈沖整流法
利用變壓器對(duì)各次諧波電流進(jìn)行移相，使奇次諧波在變壓器次級(jí)相互疊加而抵消。
2.2 無(wú)源濾波器
在電路的整流器與電容間串聯(lián)一個(gè)濾波電感，或在交流側(cè)接入諧振濾波器，通過(guò)增大電流的導(dǎo)通角來(lái)提高功率因數(shù)。
2.3 有源濾波器
在整流器和負(fù)載之間接入一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，使輸入端電流的波形跟蹤交流輸入正弦電壓波形，可以使接近正弦波且與交流輸入電壓同相位，從而使輸入端的總諧波畸變THD小于5%。
2.3.1 單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)
單級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)的基本思想是把PFC級(jí)和DC/DC級(jí)組合在一起實(shí)現(xiàn)輸入電流的整形和輸出電壓的快速調(diào)節(jié)。
2.3.2 兩級(jí)功率因數(shù)校正技術(shù)
兩級(jí)式功率因數(shù)校正是由PFC變換器和DC/DC變換器級(jí)聯(lián)而成，PFC級(jí)通常采用升壓型變換器實(shí)現(xiàn)輸入電流的整形，其輸出電壓為儲(chǔ)能電容Cb的電壓Vb（中間母線電壓），一般穩(wěn)定在400V左右，Vb通過(guò)后級(jí)DC/DC變換實(shí)現(xiàn)降壓，得到所需要的直流輸出電壓。DC/DC變換器實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出電壓的快速穩(wěn)定調(diào)節(jié)。PFC控制器能檢測(cè)線電壓波形，使線電流跟蹤線電壓以獲得單位功率因數(shù)。兩級(jí)PFC使輸入電流總諧波畸變THD一般小于5%，功率因數(shù)可達(dá)到0.99或更高。
由于這一校正技術(shù)的每級(jí)電路可單獨(dú)分析、設(shè)計(jì)和控制，所以具有良好的性能，因此這種電路特別適合做分布式電源系統(tǒng)的前置級(jí)。
3 各部分電路設(shè)計(jì)
3.1 輸入整流與濾波電路
輸入整流電路選擇Fairchild Semiconductor公司的整流橋GBPC35-06（600V，35A）。輸入濾波電路選擇EMI濾波器電路。
3.2 前級(jí)PFC電路
前級(jí)PFC采用Boost型。主電路由串聯(lián)在回路中的儲(chǔ)能電感L1，開關(guān)管VT1及整流二極管VD1、濾波電容C1。
3.3 DC/DC變換器的設(shè)計(jì)
DC/DC變換器采用全橋變換電路，它由兩組雙管正激式變換器電路組合而成的。
3.4 前級(jí)PFC控制電路設(shè)計(jì)
前級(jí)PFC控制電路選用芯片UC3854A/B，其電路主要包括振蕩頻率的選取、峰值電流限制電路設(shè)計(jì)、電流調(diào)節(jié)器和電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)等。
3.5 DC/DC變換器控制電路設(shè)計(jì)
DC/DC變換器控制電路的脈寬調(diào)制控制芯片采用UC3875。通過(guò)對(duì)兩個(gè)半橋開關(guān)電路的相位進(jìn)行移相控制，實(shí)現(xiàn)半橋功率級(jí)的恒頻PWM控制，借助開關(guān)器件的輸出電容充放電，在輸出電容放電結(jié)束的狀態(tài)下完成零電壓開通。其四個(gè)輸出端分別驅(qū)動(dòng)的A/B、C/D篩鑾瘧郟都能單獨(dú)進(jìn)行導(dǎo)通延時(shí)（即死區(qū)時(shí)間）的調(diào)節(jié)控制，在該死區(qū)時(shí)間里確保下一個(gè)導(dǎo)通管的輸出電容放電完畢，為即將導(dǎo)通的開關(guān)管提供零電壓開通條件。
4 仿真結(jié)果
4.1 PFC電路的仿真
按照如圖1所示仿真電路采用Matlab軟件進(jìn)行仿真。
4.2 DC-DC變換器仿真
DC-DC變換器仿真電路如圖2所示。仿真參數(shù)設(shè)置為：輸入電壓：385V，輸出電壓：30V，變壓器匝數(shù)比：45：6。
仿真結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的直流開關(guān)電源開關(guān)管兩端的電壓具有輸出電壓穩(wěn)定精度高、上下脈動(dòng)的成分大大減小了、功率因數(shù)得到了提高，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。
參考文獻(xiàn)
[1]沙占友，王彥明，葛家恰.開關(guān)電源的新技術(shù)及其應(yīng)用[J].電力電子技術(shù)，2003.
[2]王星云，王平，陳蓮華.軟開關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院，2008.
[3]功率因數(shù)校正（PFC）手冊(cè)[Z].安森美半導(dǎo)體，2004.
[4]周智敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華.開關(guān)電源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：人民郵電出版社，2004.
[5]路秋生.功率因數(shù)校正技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.
[6]趙同賀.開關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：人民郵電出版社，2007.
[7]趙同賀.新型開關(guān)電源典型電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.
篇9
【關(guān)鍵詞】數(shù)字開關(guān)電源；DSP；PD控制
0 引言
數(shù)字能夠控制電源的開關(guān)完成，主要是通過(guò)依據(jù)數(shù)字形式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制，對(duì)電源系統(tǒng)的保護(hù)以及用于通信的新型的電源開關(guān)技術(shù)。此種技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中所具備的優(yōu)良特性，以及對(duì)電源的整體控制優(yōu)點(diǎn)與特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于當(dāng)前社會(huì)。并且將電源進(jìn)行數(shù)字化之后使得此開關(guān)相較于普通開關(guān)，更加的具有靈活適應(yīng)性，對(duì)電源所處的環(huán)境具備了實(shí)時(shí)勘測(cè)的能力，從而滿足了使用者的多樣化需求。數(shù)字電源還能夠在電源進(jìn)行自行診斷，以及對(duì)電流輸出調(diào)節(jié)方面起到很大的作用，從而減輕整個(gè)電源系統(tǒng)的工作量，滿足了多樣化功能需求。（DSP的控制性能）數(shù)字電源開關(guān)在使用過(guò)程中避免出現(xiàn)類似于傳統(tǒng)開關(guān)的多樣化缺陷問(wèn)題，提升了整個(gè)電源系統(tǒng)的靈活實(shí)用性，使得單個(gè)的產(chǎn)品更加的可靠。數(shù)字控制技術(shù)在電子技術(shù)此領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，（DSP的發(fā)展）但是在當(dāng)前多數(shù)電子設(shè)備行業(yè)中，還沒(méi)有取得大量的采用，因此數(shù)字開關(guān)電源的DSP控制具備良好的發(fā)展前景。
1 開關(guān)電源模擬控制和數(shù)字控制的比較
1.1 開關(guān)電源模擬控制
通過(guò)對(duì)電源的開關(guān)使用模擬控制，可以使得模擬電源的信號(hào)持續(xù)不斷的發(fā)生變化，并且變化發(fā)生的時(shí)間段以及變化頻率都沒(méi)有限制。9V的電池器件就相當(dāng)于一個(gè)模擬的電源，該電池所輸出的電壓指的并不是每次輸出的電壓值都能夠達(dá)到9V，而是隨著不變的多方面因素變化，從而達(dá)到9V相近的多樣化數(shù)值。那么相似的電池在吸收的電流中也不會(huì)是固定的數(shù)值，通常只是在制造時(shí)的數(shù)值之間。
電源的電壓和電流都可以采用模擬開關(guān)進(jìn)行控制。比如在對(duì)收音機(jī)的音量進(jìn)行模擬開關(guān)控制的過(guò)程中，音量的旋鈕變動(dòng)時(shí)，電阻值就會(huì)隨之增大或者減小，那么經(jīng)過(guò)這個(gè)電阻的電流也會(huì)隨之增加或者減少，以此改變了收音機(jī)的音量大小。開關(guān)電源使用模擬控制此種方法雖然使用較為簡(jiǎn)單方便，可是這種方法并不是一直都能夠隨著社會(huì)的不斷變化而可行的。此種電源在使用過(guò)程中就會(huì)由于時(shí)間的增加，從而變得越來(lái)越難對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)。并且嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱，產(chǎn)生的噪音也會(huì)將電源系統(tǒng)中電流的數(shù)值發(fā)生改變。
1.2 開關(guān)電源數(shù)字控制
對(duì)開關(guān)電源實(shí)施數(shù)字控制的方法也就是對(duì)電源系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行控制處理，也就是將此種控制器對(duì)電源的系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)字區(qū)域內(nèi)所采用的電流控制算法。在使用此種控制方法過(guò)程中能夠?qū)﹄娫聪到y(tǒng)的兩個(gè)數(shù)值串對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行控制，而不是直接使用傳統(tǒng)控制方法中的PWM比較器。數(shù)字控制的主要過(guò)程正是將所有的電源系統(tǒng)模擬參數(shù)都轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而在數(shù)字區(qū)域內(nèi)對(duì)這些數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算所得數(shù)值產(chǎn)生的反應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。從而完成了開關(guān)電源的數(shù)字控制過(guò)程。
那么實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)字控制主要有兩種方法：其一就是通過(guò)單片機(jī)對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行控制，使用單片機(jī)的控制技術(shù)在當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展相較成熟，并且其設(shè)計(jì)的基本原理比較容易掌握，這種技術(shù)雖然目前在會(huì)用中成本投入不高，但是電路系統(tǒng)會(huì)較為復(fù)雜，使用過(guò)程中產(chǎn)生一定的問(wèn)題；其二就是通過(guò)數(shù)字信息對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行控制的方法，此種方法在使用過(guò)程中能夠?qū)⒄麄€(gè)電源的電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而加快控制算法的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源開關(guān)的控制，以及電路的整體精度和性能。
2 基于DSP芯片的數(shù)字開關(guān)電源控制
2.1 數(shù)字控制電源系統(tǒng)的特點(diǎn)
此種控制技術(shù)的特點(diǎn)之一就是通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器DSP或者單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的主要核心，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制電源系統(tǒng)的智能化結(jié)構(gòu)。其次就是此種技術(shù)是通過(guò)對(duì)電源系統(tǒng)的數(shù)字進(jìn)行整合，從而使得電源開關(guān)系統(tǒng)中的各個(gè)組件和數(shù)字進(jìn)行組合優(yōu)化效果。然后就是使用過(guò)程中能夠完成高集成度，從而實(shí)現(xiàn)了電源系統(tǒng)的多樣芯片集成效果，充分的發(fā)揮了數(shù)字對(duì)電源進(jìn)行控制時(shí)的各個(gè)組間作用，以及信號(hào)處理設(shè)備和控制器的優(yōu)點(diǎn)，從而促進(jìn)數(shù)字控制電源系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展。
2.2 數(shù)字控制電源系統(tǒng)的發(fā)展
此種技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中能夠在使用過(guò)程中將電源的負(fù)載值保持在固定的應(yīng)用之間，使得電源系統(tǒng)一直運(yùn)行在高頻率的狀態(tài)，比如電源系統(tǒng)的功率矯正、電源的非中斷情況、多個(gè)電池以及電機(jī)控制情況之下。除此之外，此種方法還可以應(yīng)用于多個(gè)可以對(duì)其配置的PWM內(nèi)核及其控制作用中，對(duì)電源系統(tǒng)實(shí)施診斷作用，以及在接口構(gòu)造電路結(jié)構(gòu)的PDA或者PMU等應(yīng)用。在運(yùn)行中對(duì)電源系統(tǒng)中的子電路實(shí)施控制，也可以將電流的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為最適用的方法，從而更加的節(jié)能。因此數(shù)字電源控制具備了更好的發(fā)展前景。
【參考文獻(xiàn)】
[1]王仲根.基于DSP的推挽正激DC/DC變換器的設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù).2013（04）.
[2]佘致廷，張紅梅，曹達(dá)，余立.新型半橋式DC-DC軟開關(guān)逆變焊機(jī)的數(shù)字化控制[J].電源技術(shù).2013（01）.
篇10
關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力；開關(guān)電源；單端反激
中圖分類號(hào)：TP211+.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2017）03-0030-04
Design of Power Supply for an Automotive IGBT Drive
YANG Xian-guo， ZHANG Hong-xia， PENG Jin-cheng， ZHAO Wei
（ Dongfeng Motor Corporation Technical Center， Wuhan430058， China ）
Abstract： This paper introduce a single-end flyback converter with multiplexed output for IGBT drive. The design process and the specific of the circuit are introduce. The test indicates that this power has outstanding reliability， stability and lower ripple. This power fully comply with the requirements of the automotive IGBT driver.
Key Words： hybrid power； switching power supply； single-end flyback converter
引言
IGBT是目前混合恿ζ車高壓混合動(dòng)力系統(tǒng)中必須采用功率開關(guān)器件。IGBT柵極驅(qū)動(dòng)對(duì)電壓要求極為苛引 言刻，而汽車電氣環(huán)境較為復(fù)雜。所以電源需要在寬電壓環(huán)境中工作，且輸入與輸出必須隔離開來(lái)，必須具有高可靠性和高穩(wěn)定性。單端反激式開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于設(shè)計(jì)功率器件的驅(qū)動(dòng)電電源。
開關(guān)電源控制電路分為電流控制型和電壓控制型。電壓控制型控制電路是一個(gè)單閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制過(guò)程中電源的電感電流未參與控制，是一個(gè)獨(dú)立變量，開關(guān)變換器為有條件穩(wěn)定二階系統(tǒng)。電流控制型控制電路是一個(gè)電流、電壓雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電感電流不是一個(gè)獨(dú)立的變量，開關(guān)變換器為一階無(wú)條件的穩(wěn)定系統(tǒng)，從而可以得到更大的開環(huán)增益和完善的小信號(hào)、大信號(hào)特征。為此本文選擇流控型芯片LM3478設(shè)計(jì)了一款車載IGBT驅(qū)動(dòng)電源。主要技術(shù)參數(shù)：輸入8-16V直流，輸出：4路輸出（每路28V/0.16A），工作頻率100KHz，輸出紋波小于1%。
1 主電設(shè)計(jì)
1.1 主電路拓?fù)?/p>
主電路拓?fù)淙鐖D1所示。主電路采用單端反激式變換電路，+12V為電池直流經(jīng)電源預(yù)處理后的輸出電壓，作為開關(guān)電源輸入電壓。開關(guān)電源分四路輸出提供給IGBT驅(qū)動(dòng)電路。
1.2 電源預(yù)處理電路設(shè)計(jì)
電源預(yù)處理電路如圖2，是外部電源與內(nèi)部電路的鏈接部分，它承擔(dān)著減輕外部電源干擾和降低內(nèi)部電源對(duì)外的傳導(dǎo)干擾。在這一部分電路設(shè)計(jì)要針對(duì)性的考慮到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)試驗(yàn)要求，并作出詳細(xì)的計(jì)算以滿足電路設(shè)計(jì)要求。以靜電保護(hù)電容為例，根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求本設(shè)計(jì)所搭載控制器，需要進(jìn)行最嚴(yán)酷靜電試驗(yàn)為，帶電25KV[1]。圖2中電容C1、C2：470nF（100V）為ESD保護(hù)電容，計(jì)算如下：
由以上可知電源接入端口BAT+可以耐受25KV靜電。
其中C1、C2在電路布局時(shí)還應(yīng)當(dāng)相對(duì)垂直布置，避免由于單方向震動(dòng)引起電容同時(shí)失效而引發(fā)控制器著火。
1.3 變壓器設(shè)計(jì)
變壓器是開關(guān)電源最重要的組成部分，它對(duì)電源效率和可靠性，以及輸出電源的電氣特性都起到至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮功率容量、工作頻率、輸入輸出電壓等級(jí)和變化范圍，鐵芯材料和形狀，繞組繞制方式，散熱條件，工作環(huán)境等綜合因素[3]。
根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求，電源輸出功率Pout為：
原邊峰值電流為
式中Vin（min）為電源輸入最低電壓8V。
Ton取最大值0.5，初級(jí)電感量為L(zhǎng)pri：
初級(jí)匝數(shù)Npri為：
，取6。
AL為磁芯制造廠提供的一個(gè)氣隙長(zhǎng)度參數(shù)。這個(gè)參數(shù)是在磁芯上繞上1000匝的后的電感數(shù)據(jù)。根據(jù)磁芯生產(chǎn)商提供的磁芯和導(dǎo)線參數(shù)本設(shè)計(jì)中AL=10mH/1000，式中Lpri初級(jí)電感量單位為mH。
次級(jí)匝數(shù)Nsec為：
式?max中為最大占空比（反激式開關(guān)電源50%），VD 為次級(jí)整流二極管導(dǎo)通壓降。
2 控制電路
2.1 PWM控制電路
本設(shè)計(jì)采用TI公司汽車級(jí)芯片LM3478作為開關(guān)電源控制器。LM3478是一個(gè)多用途底邊開關(guān)電源NMOS控制器，可用于BOOST，flyback，SEPIC 等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)開關(guān)電源[4]。
PWM控制電路如圖3所示，圖中引腳8是電源輸入端，芯片為寬電壓輸入，輸入范圍是3-40V，本設(shè)計(jì)中連接到電源預(yù)處理的輸出端典型值為13.5V。引腳7連接電源頻率配置電阻，根據(jù)使用手冊(cè)提供的工作頻率與阻值關(guān)系，本電源的工作頻率為100KHz，R6配置為200KΩ。引腳2為補(bǔ)償引腳，C6、R7構(gòu)成補(bǔ)償回路為控制電路提供補(bǔ)償。引腳6為輸出端，經(jīng)過(guò)一個(gè)限流電阻（R4）限流后驅(qū)動(dòng)功率MOSFET（Q2），為保護(hù)MOSFET，在引腳6并聯(lián)一個(gè)電阻。
2.2 電壓反饋電路設(shè)計(jì)
為了使多路電源輸出一致性更好，和降低負(fù)載對(duì)反饋電源的影響。本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立回路進(jìn)行電壓反饋設(shè)計(jì)，反饋回路變壓器繞組匝數(shù)Nfb為：
反饋電路通過(guò)外部分壓連接到LM3478的FB引腳與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓1.26V進(jìn)行比較。因?yàn)樽儔浩髟吪c輸出回路和反饋回路的繞組匝比固定，所以當(dāng)輸出回路電壓升高，反饋回路的電壓也會(huì)升高。反饋回路分壓電阻分壓就會(huì)高于1.26V，控制器將關(guān)斷外部NMOS，縮短N(yùn)MOS導(dǎo)通時(shí)間以降低電壓。
2.3 電流反饋控制電路設(shè)計(jì)
LM3478電流控制通過(guò)在電流環(huán)內(nèi)串聯(lián)電阻的方式，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，從控制器引腳ISEN引入控制器內(nèi)部，與LM3478電流控制基準(zhǔn)電壓vsense進(jìn)行比較，當(dāng)ISEN腳上電壓高于基準(zhǔn)電壓vsense時(shí)控制器將關(guān)斷開關(guān)管，起到限流和過(guò)流保護(hù)作用。
本設(shè)計(jì)的最大電流限值為原邊最大電流與原邊電感最大紋波電流之和。對(duì)于本設(shè)計(jì)原邊最大電流為Ipk。根據(jù)LM3478使用手冊(cè)，RSENSE計(jì)算如下：
DMAX式中為0.5，vsense、vsL、vsL可從LM3478 使用手冊(cè)中查詢相關(guān)數(shù)值和公式。
3 測(cè)試結(jié)果
本設(shè)計(jì)集成在IGBT驅(qū)動(dòng)電路中，在典型電壓值9V、13.5V、18V下分別測(cè)試本開關(guān)電源的輕載和滿載（用大電阻模擬負(fù)載）情況下的相關(guān)參數(shù)。表1和表2為典型測(cè)試值示例，測(cè)試表明電源輸出符合設(shè)計(jì)要求。
圖4為輸入13.5V滿載時(shí)開關(guān)MOSFET柵源級(jí)波形，圖中可以看出滿載情況下占空比小于50%，電路工作在完全能量轉(zhuǎn)換狀態(tài)下，滿足設(shè)計(jì)要求。D5為開關(guān)MOSFET漏源電壓，從圖（a）中可以看出在開關(guān)管關(guān)閉、次級(jí)線圈電流為零時(shí)原邊的電壓在理論上應(yīng)該降為零，實(shí)際上卻發(fā)生了震蕩。原因是當(dāng)變壓器釋放完所有能量，電源開關(guān)管的漏源級(jí)電壓會(huì)降到輸入電壓值的電平上。這一轉(zhuǎn)變激發(fā)了原邊吸收電容與原邊電感的諧振回路，從而產(chǎn)生了一個(gè)衰減的振蕩波形，并持續(xù)到開關(guān)管下次導(dǎo)通。這一振蕩波形會(huì)影響電路的EMI特性，需要調(diào)整吸收電路電容使振蕩波的頻率低于電源開關(guān)頻率，得到如圖（b）的波形。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的反激式開關(guān)電源，具有體積小、重量輕、輸出電壓紋波小、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)應(yīng)用在基于英飛凌HP2 IGBT驅(qū)動(dòng)電路中，所搭載控制器通過(guò)了DV、PV測(cè)試，并成功應(yīng)用于東風(fēng)某ISG車型中。在開關(guān)電源設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)遇到很多問(wèn)題，比如變壓器嘯叫、開關(guān)管過(guò)熱等，這些問(wèn)題需在測(cè)試過(guò)程中不斷總結(jié)和整改，器件參數(shù)也需要在測(cè)試過(guò)程中不斷調(diào)整，如文中所提到的吸收電路的調(diào)整。同時(shí)PCB布局對(duì)電源的品質(zhì)和可靠性影響很大，如文中提到的防靜電電容布置。所以在原理設(shè)計(jì)完成后要仔細(xì)閱讀相關(guān)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和芯片PCB Layout指導(dǎo)手冊(cè)，以降低不恰當(dāng)?shù)牟及鍖?duì)電源造成不利影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]EQC-1204-2007 電氣和電子裝置環(huán)境的基本技術(shù)規(guī)范電氣特性， 2007.
[2]王志強(qiáng).開關(guān)電源設(shè)計(jì)第二版[M].北京：電子工業(yè)出版社， 2005.
[3]徐德鴻.開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2004.
