1、摘 要 隨著開關電源在計算機、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應用, 人們對其需求量日益增長, 并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關電源以其效率高、體積小、重量輕等優勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。電力電子技術的發展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發展，將開關電源的工作頻率提高到相當高的水平，使其具有高穩定性和高性價比等特性。開關電源技術的主要用途之一是為信息產業服務，信息技術的發展對電源技術又提出了更高的要求，從而促進了開關電源技術的發展。本次設計采用典型的正激式開關電源結構設計形式，以(RCC)作為控制核心器件，運用

2、脈寬調制的基本原理，并采用輔助電源供電方式為其供電，有利于增大主電源的輸出功率。采用場效應管作為開關器件，其導通和截止速度很快，導通損耗小，這就為開關電源的高效性提供保障。同時，電路中輔以過壓過流保護電路，為系統的安全工作提供保障，本電路注意改善負載調整率,降低了電磁串擾，達到綠色環保的目的。輸出電壓可調，使其可適用于不同場合。關鍵詞 高頻變壓器 ； 場效應管 ；正激式變換器 ； 脈寬調制 Abstract With the wide application of switching power supply in the computer, communications, aerospace

3、, instrumentation and electrical appliances and so on, the growing demand for its people, and has put forward higher requirements for power efficiency, volume, weight and reliability.Switching power supply with its high efficiency, small size, light weight and other advantages in many respects gradu

4、ally replaced the linear power supply, low efficiency, heavy and bulky. The development of power electronic technology, especially the rapid development of the high-power IGBT devices and MOSFET, increasing the working frequency of the switching power supply to a very high level, which has high stab

5、ility and high performance characteristics. One of the main purposes of switching power supply technology is serves for the information industries, the development of information technology on power technology and put forward higher requirements, so as to promote the development of switch power supp

6、ly. This design is excited by the switching power supply design of the structure of typical, with (RCC) as the core control device, using the basic principle of pulse width modulation, and auxiliary power supply by way of its power, is conducive to the output power increase of the main power supply.

7、 FET used as a switching device, the conducting and closing fast, conduction loss is small, which guarantee the high efficiency switching power supply. At the same time, the circuit with over-voltage and over-current protection circuit, providing security for the safe operation of system, the attent

8、ion of the circuit to improve load regulation, reducing the electromagnetic crosstalk, to achieve the purpose of environmental protection. The output voltage is adjustable, so that it can be suitable for different occasionsKeywords:High frequency transformer; MOSFET; forward converter; pulse width m

9、odulation目 錄1 諸論11.1 開關電源的基本概念11.2 開關電源的發展11.2.1 開關電源的發展史22 電路的比較方案32.1 方案一、反激式變換器32.2 方案二、半橋變換器32.3 方案三、正激式變換器43 各部分電路工作原理63.1 單相橋式整流電路63.1.2 參數計算73.2 功率變換電路83.2.1 MOS管工作原理8肖特基二極管123.4 高頻變壓器的設計133.4.1 變壓器的設計133.4.2 控制電路工作原理163.5 L431的功能163.6 短路保護電路183.6.1 輸入保護器件18輸入瞬間電壓保護184、電路的總結構20附錄27附錄一27附錄二29參

10、考文獻30致 謝311 諸論電是工業的動力，是人類生活的源泉。電源是生產電的裝置，表示電源特性的參數有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標。我們用的電，一般都需經過轉換才能適合使用的需要，例如交流轉換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉化為直流；AC/AC稱為交流變交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變為直流。為了達到轉換的目的，電源變換的方法是多樣的。 自20世紀60年代，人們研發出了二極管、三極管半導體器件后，就用半導體器件進行轉換。所以，凡是用半導體功率器件作開關，將

11、一種電源形態轉換成另一種形態的電路，叫做開關變換電路。在轉換時，以自動控制穩壓輸出并有各種保護環節的電路，稱為開關電源（Switching Power Supply）。1.1 開關電源的基本概念 開關電源是通過電路控制開關管進行高速的導通與截止。利用開關功率器件并通過功率變換技術而制成的直流穩壓電源。它具有體積小、重量輕、效率高、對電網電壓及頻率的變化適應性強、輸出電壓穩定、有利于計算機信息保護等優點，因而廣泛應用于以電子計算機為主導的各種終端設備、通信設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源。開關電源又被稱為高效能節能電源，內部電路工作在高頻開關狀態，轉化為高頻交流電的原因是高頻交

12、流在變壓器變壓電路中的效率要比50Hz高很多，自身消耗的能量很低，電源效率可達80%左右，比普通線性穩壓電源提高一倍。目前生產的無工頻變壓器式中，開關電源采用脈沖寬調制器PWM或脈沖頻率調制器PFM1.2 開關電源的發展隨著大規模和超大規模集成電路的快速發展。特別是微處理器和半導體存儲器的開發利用，孕育了電子系統的新一代產品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調節穩壓電源已經過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關電源。隔離式開關電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產生一路或多路經調整的穩定直流電壓 ,開關電源在計算機、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器

13、等方面的廣泛應用, 人們對其需求量日益增長, 并且對電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關電源以其效率高、體積小、重量輕等優勢在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的線性電源。電力電子技術的發展，特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發展，將開關電源的工作頻率提高到相當高的水平，使其具有高穩定性和高性價比等特性。在轉換時，以自動控制穩壓輸出并有各種保護環節的電路，稱為開關電源（Switching Power Supply）。1.2.1 開關電源的發展史 自20世紀60年代，人們研發出了二極管、三極管半導體器件后，就用半導體器件進行轉換。所以，凡是用半導體功率器件作開關，

14、將一種電源形態轉換成另一種形態的電路，叫做開關變換電路。在70年代，隨著電子技術的不斷發展，集成化的開關電源就已被廣泛地應用于電子計算機、彩色電視機、衛星通信設備、程控交換機、精密儀表等電子設備。這是由于開關電源能夠滿足現代電子設備對多種電壓和電流的需求。 隨著半導體技術的高度發展，高反壓快速開關晶體管使無工頻變壓器的開關電源迅速實用化。而半導體集成電路技術的迅速發展又為開關電源控制電路的集成化奠定了基礎，適應各類開關電源控制要求的集成開關穩壓器應運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關電源的設計、生產和調整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善

15、的集成開關穩壓器系列。近年來高反壓MOS大功率管的迅速發展，又將開關電源的工作頻率從20kHz提高到150-200kHz，其結果是使整個開關電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關電源的性能價格比達到了很高的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導之勢。當然開關電源能被工業所接受，首先是它在體積、重量和效率上的優勢。在70年代后期，功率在100w以上的開關電源是有競爭力的。到1980年，功率在50w以上就具有競爭力了。隨著開關電源性能的改善，到80年代后期，電子設備的消耗功率在20w以上，就要考慮使用開關電源了。過去，開關電源在小功率范圍內成本較高，但進入90年代后，其成本下降非常顯著，當然這包

16、括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促進開關電源發展的因素之一。 2 電路的比較方案2.1 方案一、反激式變換器反激式變換器開關電源工作原理比較簡單，輸出電壓控制范圍比較大，因此，在一般電器設備中應用廣泛。所謂反激式變換器開關電源，是指當變換器的初級線圈被直流電壓激勵時，變換器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變換器初級線圈的激勵電壓被關斷后，才向負載提供功率輸出，這種變換器開關電源稱為反激式開關電源。 圖2-1反激式變換器工作原理圖Ui是開關電源的輸入電壓，T是高頻變壓器，K是控制開關，C是儲能濾波電容，R是負載電阻。圖 2-1（b）是反激式變換器

17、開關電源的電壓輸出波形。2.2 方案二、半橋變換器為了減小開關三極管的承受電壓，可以采用半橋式變換器，它是開關電源比較好的拓撲結構。電容C1、C2與開關晶體管VT1、VT2組成變換器，如圖2-2所示。橋的對角線接高頻變壓器TR的初級繞組。如果C1、C2容量、耐壓均相等，在某一只開關晶體管導通時，繞組上的電壓只有電源電壓Vin的一半。在穩定的條件下，VT1導通，C1上的電壓1/2 Vin加在變壓器的初級線圈上。由于初級繞組和漏感的作用，電流繼續流入初級繞組黑點標示端。如果變壓器初級繞組漏感儲存的電能足夠大，二極管VD6導通，鉗位電壓進一步變負。在VD6導通的過程中，反激能量對C2進行充電。連結點

18、A的電壓在阻尼電阻的作用下，以振蕩形式最后回到中間值。如果這時VT2的基極有觸發脈沖，則VT2導通，初級繞組黑點標示端電壓變負，Ip電流加上磁化電流流經初級繞組和VT2，然后重復前面的過程。不同的是Ip變換了方向。二極管VD5對三極管VT1的導通鉗位，反激能量再對電容C1進行充電。 圖2-2半橋式變換器工作原理圖    該電源采用半橋式變換電路，如圖6所示，其工作頻率50kHz，在初級一側的主要部分是Q4和Q5功率管及C34和C35電容器。Q4和Q5交替導通、截止，在高頻變壓器初級繞組N1兩端產生一幅值為U1/2的正負方波脈沖電壓。能量通過變壓器傳遞到輸出端，Q4

19、和Q5采用IRFP460功率MOS管。功率變壓器的設計1）工作頻率的設定 工作頻率對電源的體積、重量及電路特性影響很大。工作頻率高，輸出濾波電感和電容體積減小，但開關損耗增高，熱量增大，散熱器體積加大。因此根據元器件及性價比等因素，將電源工作頻率進行優化設計，本例為fs=50kHz。T=1/fs=1/50kHz=20s2）磁芯選用選取磁芯材料和磁芯結構    選用R2KB鐵氧體材料制成的EE型鐵氧體磁芯。其具有品種多，引線空間大，接線操作方便，價格便宜等優點。確定工作磁感應強度Bm      R2KB軟磁鐵氧體材料

20、的飽和磁感應強度Bs=0.47T，考慮到高溫時Bs會下降，同時為防止合閘瞬間高頻變壓器飽和，選定Bm=1/3Bs=0.15T。計算并確定磁芯型號    磁芯的幾何截面積S和磁芯的窗口面積Q與輸出功率Po存在一定的函數關系。對于半橋變換器，當脈沖波形近似為方波時為SQ=（1）式中：效率；j電流密度，一般取300500A/cm2；Kc磁芯的填充系數，對于鐵氧體Kc=1；Ku銅的填充系數，Ku與導線線徑及繞制的工藝及繞組數量等有關，一般為0.10.5左右。各參數的單位是：PoW，Scm2，Qcm2，BmT，fsHz，jA/cm2。取Po=640W，Ku=0.3,j=30

21、0A/cm2,=0.8,Bm=0.15T,代入式（1）得SQ=4.558cm4由廠家手冊知，EE55磁芯的S=3.54cm2,Q=3.1042cm2,則SQ=10.9cm4，EE55磁芯的SQ值大于計算值，選定該磁芯。3)計算原副邊繞組匝數    按輸入電壓最低及輸出滿載的情況（此時占空比最大）來計算原副邊繞組匝數，已知Umin=176V經整流濾波后直流輸入電壓Udmin=1.2×176=211.2V。對于半橋電路、功率變壓器初級繞組上施加的電壓等于輸入電壓的一半,即Upmin=Udmin/2=105.6V，設最大占定比Dmax=0.9，則tonmax=

22、×T×Dmax=×20×0.9=9.0s    一種輸出電壓416V開關穩壓電源的設計Upmin×tonmax×104=105.6×9.0×106×104代入公式N1=8.9匝    次級匝數計算時取輸出電壓最大值Uomax=16V。次級電路采用全波整流，Us為次級繞組上的感應電壓，Uo為輸出電壓，Uf為整流二極管壓降，取1V。Uz為濾波電感等線路壓降，取0.3V，則Us=19.22VN2=×N1=×8.9=1.8匝，為了便于

23、變壓器繞制，次級繞組取為2匝，則初級繞組校正為：N1=×N2=10匝輔助電源的設計    輔助電源采用RCC變換器（RingingChokeConverter），見圖3。其輸入電壓為交流220V整流濾波電壓，輸出直流電壓為12.5V，輸出直流電流為0.5A。電路中Q8和變壓器初級繞組線圈N1與反饋繞組線圈N3構成自激振蕩。R72為啟動電阻。Q9、R77構成輔助電源初級過流保護。D20、C81、ZD1、Q11、R75、R76構成電壓檢測與穩壓電路，控制Q8的基極電流的直流分量，從而保持輸出電壓恒定，變壓器采用EE19、LP3材質構成。初級180匝，反饋繞組

24、5.5匝，次級11匝，初級電感量是2.6mH，磁芯中間留有間隙0.4mm。2.3 方案三、正激式變換器正激式變換器開關電源輸出電壓的瞬態控制特性和輸出電壓負載特性，相對來說比較好，因此，工作比較穩定，輸出電壓不容易產生抖動，在一些對輸出電壓參數要求比較高的場合，經常使用。 圖 2-3正激式變換器工作原理圖正激式變換器開關電源工作原理：所謂正激式變換器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈正好有功率輸出。圖2-3是正激式變換器開關電源的簡單工作原理圖，圖2-3中Ui是開關電源的輸入電壓，T是高頻變壓器，K是控制開關，L是儲能濾波電感，C是儲能濾波電容，D2是續流二

25、極管，D3是削反峰二極管，R是負載電阻。需要特別注意的是高頻變壓器初、次級線圈的同名端。如果把高頻變壓器初線圈或次級線圈的同名端弄反，圖 2-3就不再是正激式變換器開關電源了。3 各部分電路工作原理3.1 單相橋式整流電路 單相橋式整流電路可分為單相橋式全控整流電路和單相橋式半控整流電路，它們所連接的負載性質不同就會有不同的特點。下面分析兩種單相橋式整流電路在帶電感性負載的工作情況。 單相橋式半控整流電路的優點是：線路簡單、調整方便。弱點是：輸出電壓脈動沖大，負載電流脈沖大電阻性負載時，且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵心磁化，變壓器不能充分利用。而單相橋式全控整流電路具有輸出電流脈動小

26、，功率因數高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優點。單相橋式全控整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在相同的負載下流過晶閘管的平均電流減小一半；且功率因數提高了一半。單相橋式半波相控整流電路因其性能較差，實際中很少采用，在中小功率場合采用更多的是單相橋式全控整流電路。 根據以上的比較分析因此選擇的方案為單相橋式全控整流電路，負載為阻感性負載在生產實踐中，除了電阻性負載外， 最常見的負載還有電感性負載， 如電動機的勵磁繞組，整流電路中串入的濾波電抗器等。 為了便于分析和計算， 在電路圖中將電阻和電感分開表示。 當整流電路帶電感性負載時，整流工作的物理過

27、程和電壓、 電流波形都與帶電阻性負載時不同。因為電感對電流的變化有阻礙作用，即電感元件中的電流不能突變，當電流變化時電感要產生感應電動勢而阻礙其變化，所以，電路電流的變化總是滯后于電壓的變化。電路波形圖中： (b) 電源電壓； (c) 觸發脈沖； (d) 輸出電壓； (e) 輸出電流；(f) 晶閘管V1 , V4上的電流； (g) 晶閘管V -2 , V -3上的電流；(h) 變壓器副邊電流； (i) 晶閘管V1 , V4上的電壓。 圖3-1 單相全控橋式整流電路電感性負載及其波形3.1.2 參數計算 負載電流連續時，整流電壓平均值可按下式計算：輸出電流波形因電感很大，平波效果很好而呈一條水平

28、線。兩組晶閘管輪流導電，一個周期中各導電180°， 且與無關， 變壓器二次繞組中電流i2的波形是對稱的正、負方波。負載電流的平均值Id和有效值I相等，其波形系數為1。在這種情況下： 當=0°時，Ud=0.9U2； 當=90°時，Ud=0，其移相范圍為90°。 晶閘管承受的最大正、反向電壓都是。流過每個晶閘管的電流平均值和有效值分別為。流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數S。3.2 功率變換電路3.2.1 MOS管工作原理NMOS的特性是Vgs大

29、于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。開機后，交流電通過整流濾波后一路通過變壓器初級加到開關管Q2漏極(D極，另一路通過啟動電阻R2、R3加到Q2柵極(G極)，從而使開關管Q2導通.導通后,變壓器T1原邊產生上正下負(1正2負)的感應電動勢。由于互感，T1輔助繞組也產生相應的下正上負(3正4負)的感應電動勢。于是T1的3腳上的正脈沖電壓通過C5、R5加到Q2的G極與S極之間，從而使Q2的漏極電流進一步增大，于是開關管Q2在正反饋雪崩過程的作用下迅速進入飽和狀態。二氧化硅來作為閘門極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導體(MOS)晶體

30、管，或金屬氧化物半導體場效應管MOSFET。因為MOS管更小更省電，所以他們已經在很多應用場合取代了雙極型晶體管。 首先考察一個更簡單的器件MOS電容能更好的理解MOS管。這個器件有兩個電極，一個是金屬，另一個是襯底，他們之間由一薄層二氧化硅分隔開圖 3-1 A。金屬極就是閘門，而半導體端就是柵極。他們之間的絕緣氧化層稱為閘門電壓來說明。圖3-1A中的MOS電容的閘門電位是0V。金屬閘門和半導體柵極在差異的電介質（氧化層的上下）上產生了一個小電場。圖示的器件中，這個電場使金屬電子少了，故閘門 電介質。圖示中的器件有一個輕摻雜P型硅做成柵極。這個MOS電容的電特性能通過把柵極接地，閘門接不同的極

31、帶正電），P型硅負電位（相對電子多了。這個電場把硅中底層的電子吸引到表面來，它同時把空穴排斥出表面。這個電場太弱了，所以載流子濃度的變化非常小，對器件整體的特性影響也非常小。 圖3-1中是當MOS電容的閘門相對于柵極正偏置（PN結）時發生的情況。穿過閘門 電介質的電場加強了，有更多的電子從襯底被拉了上來。同時，空穴被排斥出表面。隨著閘門電壓的升高，會出現表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉被稱為"反型"，反轉的硅層叫做溝渠(N Pmos的命名就是根據這里來的)。隨著閘門電壓的持續不斷升高，越來越多的電子在表面積累， 溝渠變成了強反

32、轉。 溝渠形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt。當閘門和柵極之間的電壓差小于閾值電壓時，不會形成 溝渠。當電壓差超過閾值電壓時，溝渠就出現了。（其實還有個亞閾值狀態柵極電壓,此時也有載流子，也有電子通道，不過很小一般忽略，此時耗盡層的負電荷占據主要，以映像柵上的電壓)。圖 3-1 MOS電容（A）未偏置（VBG0V），（B）反轉（VBG3V），（C）積累（VBG-3V）。 圖3-1C中是當MOS電容的閘門相對于柵極是負電壓時的情況（就好像給二極管的PN結加上正電壓）。電場反轉，往表面吸引空穴排斥電子。硅表層看上去更重的摻雜了，這個器件被認為是處于電荷積累狀態了。 MOS電容的特性能被用來形成MOS管

33、。圖 3-1 A是最終器件的截面圖。閘門，電介質和柵極保持原樣。在閘門的兩邊是兩個額外的選擇性摻雜的區域。其中一個稱為源極，另一個稱為漏極。假設源極和柵極都接地，漏極接正電壓。只要閘門對柵極的電壓仍舊小于閾值電壓，就不會形成 溝渠。漏極和柵極之間的PN結反向偏置，所以只有很小的電流從漏極流向柵極。如果閘門電壓超過了閾值電壓，在閘門電介質下就出現了 溝渠。這個 溝渠就像一薄層短接漏極和源極的N型硅。由電子組成的電流從源極通過 溝渠流到漏極。總的來說，只有在閘門對源極電壓V超過閾值電壓Vt時，才會有漏極電流。圖3-2 MOSFET晶體管的截面圖NMOS（A）。在圖中，S源極，G=閘門,D=漏極。雖

34、然柵極圖上也有，但沒有說明。MOS管的源極和漏極是可以對調的，他們都是在P型柵極中形成的N型區。在多數情況下，這個兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。在對稱的MOS管中，對源極和漏極的標注有一點任意性。定義上，載流子流出源極，流入漏極。因此源極和漏極的身份就靠器件的偏置來決定了。有時晶體管上的偏置電壓是不定的，兩個引線端就會互相對換角色。這種情況下，電路設計師必須指定一個是漏極另一個則是源極。源極和漏極不同摻雜不同幾何形狀的就是非對稱MOS管。制造非對稱晶體管有很多理由，但所有的最終結果都是一樣的。一個引線端被優化作為漏極，另一個被優化作為源極。如果漏極

35、和源極對調，這個器件就不能正常工作了。圖 3-2 A中的晶體管有N型 溝渠所有它稱為N- 溝渠 MOS管，或NMOS。如果這個晶體管的閘門相對于柵極正向偏置，電子就被吸引到表面，空穴就被排斥出表面。硅的表面就積累，沒有 溝渠形成。如果閘門相對于柵極反向偏置，空穴被吸引到表面， 溝渠形成了。由于NMOS管的閾值電壓是正的，PMOS的閾值電壓是負的，所以工程師們通常會去掉閾值電壓前面的符號。一個工程師可能，從0.6V上升到0.7V”，實際上PMOS的Vt是從-0.6V下降到-0.7V。 極帶輕微的正電位是因為下面襯底是P型的空穴多，電子少，故需要從別處"搶來"電子，所以氧化物處

36、。 圖 3-2 功率變換電路工作原理:圖3-2的R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關MOS管并接，使開關管電壓應力減少，EMI減少，不發生二次擊穿。在開關管Q1關斷時，變壓器的原邊線圈易產生尖峰電壓和尖峰電流，這些元件組合一起，能很好地吸收尖峰電壓和電流。從R3測得的電流峰值信號參與當前工作周波的占空比控制，因此是當前工作周波的電流限制。當R5上的電壓達到1V時，UC3842停止工作，開關管Q1立即關斷 。 R1和Q1中的結電容CGS、CGD一起組成RC網絡，電容的充放電直接影響著開關管的開關速度。R1過小，易引起振蕩，電磁干擾也會很大；R1過大，會降低開關管的開關速度。

37、Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護了MOS管。 Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當其占空比越大時，Q1導通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也達到了磁場復位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準備。IC根據輸出電壓和電流時刻調整著腳鋸形波占空比的大小，從而穩定了整機的輸出電流和電壓。 C4和R6為尖峰電壓吸收回路。 3.3正激式變換電路設計正激式是指變壓器的初級與次級同相位。正激式變換器的優點是銅損低，因為使用無氣隙磁芯，電感量較高，變壓器的峰值電流比較小，輸出電壓紋波低；缺點是電路較為復雜，所用元器

38、件多，如果有假負載存在，效率將降低。它適用于低電壓、大電流的開關電源，多用于150W以下的小功率場合。它還具有多臺電源并聯使用而互不受影響的特點，而且可以自動均衡，而反激式卻不能做到這點。C19是開關晶體管鉗位消噪電路；VD8是肖特基整流二極管，它的作用非常重要，差不多40%的功耗損失在整流二極管上。3.3.1肖特基二極管肖特基二極管SBD是一種N型半導體器件，工作在低電壓、大電流狀態下，反向恢復時間短，只有納秒，正向導通壓降為0.4V，而整流電流達數百安。它是最近在開關電源中應用得最多的一種器件。區分肖特基二極管和超快速恢復二極的方法是二者的正向壓降不同，肖特基二極管的正向壓降為0.3V，超

39、快速恢復二極管的正向壓降啊0.6V。值得注意的是：肖特基二極管的最高反向工作電壓一般不超過100V，它適合用在低電壓、大電流的開關電源中。因此，在本設計中肖特基二極管的采用為MBR1045。肖特基二極管MBR1045參數如下：型號：MBR1045；反向峰值電壓Vrm：45；平均整流電流Id：10A；反向恢復時Trr：<10ns。3.4 高頻變壓器的設計3.4.1 變壓器的設計正激式變換器的占空比不得大于0.5，工作頻率應低于100KHz，這對高頻變壓器的和開關功率管來說比較有利。輸入：85V265V，AC,50Hz。輸出：24V/10A，DC。（2） 工作頻率的確定工作頻率的確定，輸出電

40、壓高，響應速度快，調整范圍大，但是場效應管、整流二極管以及變壓器等發熱多。損耗大，噪聲大。現選用100kHz，電源效率取80%。工作周期為：（3） 最大導通時間Ton（max）的確定正激式變壓器的占空比D（max）應該低于0.5 ，現選用D（max）=0.45 ，D（min）=0.2，得：（4） 變壓器次級輸出電壓（Vs）的計算這公式中Vo為肖特基二極管的正向壓降，取值0.6V，VL為濾波電感器的壓降，取值為0.4V。（5） 變壓器匝數比（n）的計算變壓器初級的最低直流電壓為，一般設。（6） 輸入功率的計算 表1 輸出功率與磁芯尺寸的關系尺寸磁芯型號A/H（max）B/h（max）C（max）

41、D（max）有效截面積（mm2）輸出功率Po（W）窗口面積Be（mm2）50kHz100kHz150kHz200kHzEE1616/812/644.51881216189EE1919/714/645201520304012.5EE2222/1119/866362030508019.5EE2525/1719/13764240559013018EE2828/1720/87.510.278509014020031.9EE3038/2121/171110.51159513021026052.9EE3535/2028/18111011012017030044042.5EE4040/2735/211211

42、.513819029042055066.15EE4545/3038/23131215622035051065075根據輸出功率與磁芯尺寸的關系（見表1），選用EE35，其有效截面積。（7） 變壓器次級匝數的計算Bm為磁通密度，實際應用磁芯的最高溫度為100，可以選用0.3T以下。對于正激式變壓器，它是單向勵磁。考慮到剩磁問題和工作頻率，現選用為0.2T。（8） 反饋繞組的計算的最低啟動電壓為16V，正常工作電壓為20V，加上整流二極管的管壓降0.6V，所以反饋繞組的供電電壓為20.8V。（9） 重新確定是否達到要求占空比： 占空比符合要求，未超過設計范圍，匝數成立，假設可行。（10） 扼流圈電

43、感的計算扼流圈在電路中起著平滑濾波的作用，它的大小對輸出波紋電壓的大小似乎起不到很大的作用，但它對于維持負載最小電流卻起著很大的作用。中的電流在連續和斷續兩種模式下工作，不論哪種模式，只要輸入輸出電壓不變，電流波形的斜率不會因負載電流的增大或減小的改變。 實踐表明，在不連續工作狀態下，為達到輸出電壓穩定，占空比調節量的大小是由負載和輸入電壓變化量的大小同決定的。 當輸出電流因負載變化而降低時，占空比較小，調節輸出電壓不變；如果電路負載恒定，占空比下降，這時輸出電壓也會下降。這種現象是非常不好的，這是因為主輸出扼流圈電感不是處于連續狀態。 增大扼流圈的電感，輸出回路雖然可以在工作連續模式下，但對

44、電源的效率、體積以及安裝都會帶來限制，同時輸出電流變化率將出現較大的變化。認真計算和調試選用扼流圈非常重要。流經扼流圈的電流一般是輸出電流的20%： 扼流圈的電感量L為：要求輸出紋波電壓應小于輸出電壓的1%。 （11） 計算變壓器初級電感量初級有效電流： 初級最大電流： 初級電感量： 求磁芯氣隙3.4.2 控制電路工作原理圖3-4給出實際應用最多的RCC方式的基本電路圖。為簡化穩態分析，可做如下近似；1、忽略變壓器漏感對主管1rT的集射極電壓CEV的影響，實際使用時需要RCD箝位； 2、主電路輸出電容足夠大，輸出繞組電壓箝位于輸出電壓OV；3、穩態時電容2C上的電壓保持不變；4、穩態時電阻gR

45、的作用可以忽略。 圖3-4 RCC工作基本原理圖 3.5 L431的功能TL431是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref（2.5V）到36V范圍內的任何值，典型動態阻抗為0.2，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，例如，數字電壓表，運放電路、可調壓電源，開關電源等等。 圖3-5該器件的電路符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。圖 3-5 TL431電路符號和等效電路由圖3-5可以看到，VI是一個內部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接

46、近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管圖4-2的電流將從1mA到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的。 圖 3-6TL431 內部結構圖3.6 短路保護電路 輸入保護器件 隔離式開關電源在加電時會產生極高的浪涌電流設計者必須在電源的輸入端采取一些限流措施才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的在開關管開始導通的瞬間電容對交流呈現出很低的阻抗。如果不采取任

47、何保護措施浪涌電流可接近幾百安培。 通常廣泛采用的措施有兩種。一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯網絡。另一種方法是采用負溫度系數(NTc)的熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，把浪涌電流減小到安全值。 電阻雙向可控硅技術。采用此項浪涌電流限制技術時，將電阻與交流輸入線相串聯。當輸入濾波電容充滿電后。由于雙向可控硅和電阻是并聯的，可以把電阻短路，對其進行分流。這種電路結構需要一個觸發電路，當某些預定的條件滿足后，觸發電路把雙向可控硅觸發導通。設計時要認真地選擇雙向可控硅的參數，并加上足夠的散熱片，因為在它導通時，要流過全部的輸入電流。 熱敏電阻技術。這種方法是把NTc(負溫度系數)的熱敏電阻串聯

48、在交流輸入端或者串聯在經過橋式整流后的直流線上。由于阻值較大。它就限制了浪涌電流，當電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負溫度系數，隨著電阻的加熱。其電阻值開始下如果熱敏電阻選擇得合適在負載電流達到穩定狀態時，其阻值應該是最小。這樣就不會影響整個開關電源的效率。 輸入瞬間電壓保護 在一般情況下交流電網上的電壓為115v或230v左右。但有時也會有高壓的尖峰出現。比如電網附近有電感性開關，暴風雨天氣時的雷電現象，都是產生高尖峰的因素。受嚴重的雷電影響，電網上的高壓尖峰可達5kv。 雖然電壓尖峰持續的時間很短但是它確有足夠的能量使開關電源的輸入濾波器、開關晶體管等造成

49、致命的損壞。所以必須要采取措施加以避免。用在這種環境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻(VDR)瞬態電壓抑制器。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當高壓尖峰瞬間出現在壓敏電阻兩端時，它的阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上。1、 短路保護:當輸出短路時,輔助繞組3腳電位跟著抬升，從而使Z1擊穿,使Q3導通關斷Q2柵極 電位，從而關斷震蕩,起到保護作用。2、過流保護:當輸出功率增大時,輸出電壓下掉,經過431反射,使光耦導通程度加強，也即通過光耦次級流到R8的電流增加，當加在R8上的電壓>=Q3的B-E導通電壓時,Q3導通，從而實現保護功能。圖4-1開關電源的工作原理 4、電路的總結構開關電源的工作原理如圖4-1所示，輸入電壓為AC85-256V,50Hz的交流電，經過濾波，再由整流橋整流后變為直流，通過控