1.開關(guān)電源基本工作原理

　　1 開關(guān)電源的基本構(gòu)成

　　圖1.1 為開關(guān)電源電路的基本構(gòu)成，它包括整流濾波電路，DC-DC 控制器，開關(guān)占空比控制器及取樣比較電路等模塊。

　　圖 1.1 開關(guān)電源的基本構(gòu)成

　　2 開關(guān)電源常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析

　　作為電源設(shè)計(jì)的核心組件,可靠性升級(jí)的基礎(chǔ),輕薄小型化的關(guān)鍵,電磁兼容性的保障的 DC-DC 直流變換電路,引導(dǎo)著開關(guān)電源設(shè)計(jì)的方向,從本質(zhì)上來說絕大部分開關(guān)控制器都具有常規(guī)的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其有兩種基本的類型：非隔離型和隔離型。

　　2.1 降壓型

　　降壓型又稱為 BUCK 控制器，圖 1.2 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.2 降壓型典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理:當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通(Ton)時(shí),電感 L 將能量以磁場的形式儲(chǔ)存起來。隨著電源電壓 Vin 對(duì)電感 L 的充電，L 電流 IL 對(duì)輸出電容 CO 充電，并提供負(fù)載電流 Io， VD 被反向偏置而截止。當(dāng)開關(guān)管截止(Toff)時(shí)，L 中消失的磁場使其極性顛倒 VD 加正向偏壓而導(dǎo)通，L 和 CO 在 Toff 提供負(fù)載電流 Io。為降壓型電路的二極管電壓和電感電流的波形如下。

　　圖 1.3 降壓型電路的二極管電壓和電感電流波形

　　2.2 升壓型

　　升壓型又稱為 BOOST 控制器，圖 1.4 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.4 升壓型典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量儲(chǔ)存在 L 中，由于 VD 截止，所以 Ton 期間，負(fù)載的電壓和電流由 CO 供給在開關(guān)管。截止時(shí)，儲(chǔ)存在 L 中的能量通過正向偏置的 VD 傳送到負(fù)載和 CO， L 放電電壓的極性與VIN 相同，且與 Vin 相串聯(lián)因而提供了一種升壓作用。

　　輸出電壓：

　　圖 1.5 升壓電路的開關(guān)管電壓和電感電流波形

　　2.3 升降壓型

　　升降壓型又稱為 BUCK-BOOST 控制器，圖 1.6 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.6 升降壓型典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理：當(dāng) Q1 導(dǎo)通時(shí)，接在 Vin 兩端的 L 被充電，由于 VD 截止，所以 TON 期間，負(fù)載的電壓和電流由 CO 供給。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，儲(chǔ)存在 L 中的能量通過 VD 傳送到負(fù)載和 CO ，因?yàn)?L 上消失的磁場顛倒了電感器電壓的極性。

　　輸出電壓：

　　圖 1.7 升降壓型電路電感的電壓與電流波形

　　2.4 反激式

　　反激式又稱為 Fly-back 型，它能產(chǎn)生在輸入電壓范圍內(nèi)的輸出電壓，不同于降壓升壓控制器。這是反激式控制器所獨(dú)有的特點(diǎn)。圖 1.8 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.8 反激式典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流過變壓器 T1 的初次線圈 N1 ，變壓器將能量以磁場的形式儲(chǔ)存起來。由于初次級(jí)圈不同相位，所以當(dāng)電流流過初次線圈時(shí)，次級(jí)線圈 N2 中沒有電流流過。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，消失的磁場使初次次線圈中電壓極性反轉(zhuǎn)，整流二極管 VD 導(dǎo)通。電流通過 VD 流向負(fù)載，變壓器的能量釋放，提供負(fù)載電壓電流。

　　輸出電壓：

　　(1)電流連續(xù)狀態(tài)下

　　(2)電流斷續(xù)狀態(tài)下

　　圖 1.9 為反激式電路的在電流斷續(xù)情況下的電壓電流波形如下。

　　圖 1.9 反激式電路的電壓與電流波形

　　2.5 正激式

　　正激式不同于反激式，在原邊導(dǎo)通的同時(shí)，副邊向負(fù)載釋放能量。當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器處于“空載”狀態(tài)，其中儲(chǔ)存的磁能將被積累到下一個(gè)周期。這是它的特點(diǎn)。圖 1.10 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.10 正激式典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流流過變壓器 T1 的初次線圈 N1 。由于初次級(jí)圈同相位，所以當(dāng)電流流過初次線圈時(shí)，整流二極管 VD 導(dǎo)通，次級(jí)線圈 N2 中也有電流流過。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，初次級(jí)線圈均沒有電流流過。

　　輸出電壓:

　　圖 1.11 為正激式電路開關(guān)管電壓和原邊電流波形。

　　圖 1.11 正激式電路開關(guān)管電壓和電流波形

　　2.6 推挽式

　　推挽式又稱為 Push-Pull 控制器，圖 1.12 為其典型電路結(jié)構(gòu)。

　　圖 1.12 推挽式典型電路結(jié)構(gòu)

　　基本工作原理:Q1 和 Q2 交替導(dǎo)通和截止,且導(dǎo)通和截止時(shí)間必須嚴(yán)格錯(cuò)開,當(dāng) Q1 導(dǎo)通 Q2 截止時(shí),由于次級(jí)繞組兩線圈匝數(shù)相等,繞向相反,能量通過變壓器 T1 以磁通方式耦合過來的正電壓使 VD1 正向?qū)?負(fù)電壓使 VD1 導(dǎo)通.次級(jí)電壓整流、濾波后加到輸出端。當(dāng) Q2 導(dǎo)通 Q1 截止時(shí)，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行，T1 的次級(jí)繞組開關(guān)工作頻率為加在 Q1 Q2 上 PWM 頻率的兩倍。

　　輸出電壓：

　　圖 1.13 為推挽式電路開關(guān)管 Q1 的電壓和電流的波形如下。

　　圖1.13 推挽式電路開關(guān)管電壓和電流波形

　　3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定

　　開始設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，主要考慮的是采用何種基本拓?fù)?。開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，拓?fù)涞念愋团c電源各個(gè)組成部分的布置有關(guān)。這種布置與電源可以在何種環(huán)境下安全工作以及可以給負(fù)載提供的最大功率密切相關(guān)。這也是設(shè)計(jì)中性能價(jià)格折中的關(guān)鍵點(diǎn)。每種拓?fù)涠加凶约旱膬?yōu)點(diǎn)，有的拓?fù)淇赡艹杀颈容^低，但輸出的功率受到限制;而有的可以輸出足夠的功率，但成本比較高等。在一種應(yīng)用場合下，有好幾種拓?fù)淇梢怨ぷ?，但只有一種是在要求的成本范圍內(nèi)性能最好的。

　　根據(jù)系統(tǒng)造價(jià)、性能指標(biāo)和輸入、輸出負(fù)載特性，結(jié)合本課題的實(shí)際選用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是正激型變換器電路。

　　2. 基于 UC3842 的開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.1 開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)

　　2.1.1 開關(guān)電源電路的總體簡介

　　輸入整流濾波器將交流輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變壓器器提供直流電壓。變壓器把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。輸出整流濾波器將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時(shí)還防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾?？刂齐娐窓z測輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。保護(hù)電路在開關(guān)電源發(fā)生過電壓或者過電流時(shí)，使開關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。

　　2.1.2 基于 UC3842 的基本結(jié)構(gòu)

　　基于 UC3842 正激式開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1。

　　圖 2.1 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖

　　2.1.3 各部分功能簡介

　　輸入整流與濾波電路：

　　其一般都采用橋式整流，將輸入的交流整成高壓直流，經(jīng)過濾波輸入變壓器的一次側(cè)。

　　變換器：

　　變換器是用來變換電能的，是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的核心。

　　輸出整流濾波濾波：

　　變壓器輸出側(cè)的電壓還不夠理想，需要整流濾波來達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)。

　　反饋回路：

　　將輸出部分的電壓或電流信息反饋回到前級(jí)，進(jìn)入控制部分，由控制部分來控制交換組件的運(yùn)作狀態(tài)。

　　隔離組件：

　　隔離組件的設(shè)立主要是出于安全的考慮，一般常用的隔離組件是光耦，將后級(jí)信息反饋到前級(jí)。

　　控制部分：

　　有兩種控制方式 RCC 和 PWM，RCC 是由反饋回來的信號(hào)改變電容充放電時(shí)間來達(dá)到控制開關(guān)組件開關(guān)時(shí)間的目的，這種模式實(shí)現(xiàn)的電路電路簡單，不固定頻率，也不容易控制。本文所研究的正激式采用的是 PWM 控制模式，其是通過反饋信號(hào)和相應(yīng)的 IC 芯片上的標(biāo)準(zhǔn)波形進(jìn)行比較，進(jìn)而對(duì)應(yīng)的改變開關(guān)組件的開關(guān)時(shí)間，這種方式的控制穩(wěn)定度高，可固定頻率，目前流行的開關(guān)電源都是采用這種方式。

　　2.2 UC3842 芯片簡介

　　2.2.1 UC3842 的特點(diǎn)

　　UC3842 是美國 Unitorde 公司生產(chǎn)的一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型的功率管或場效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是管腳數(shù)量少，外圍電路簡單，電壓調(diào)整率可達(dá) 0.01%，工作頻率高達(dá) 500kHz，啟動(dòng)電流小于 1mA，正常工作電流為 5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及 PWM 鎖存器電路。

　　2.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳圖

　　芯片的內(nèi)部電路如圖 2.2，引腳圖如圖 2.3 所示。

　　圖 2.2 UC3842 內(nèi)部電路

　　圖 2.3 引腳圖

　　2.2.3 引腳功能

　　UC3842 采用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)整導(dǎo)通寬度，共 8 個(gè)腳，各引腳功能如下：

　　第 1 腳為補(bǔ)償腳，內(nèi)部誤差放大器的輸出端，外接阻容元件以確定誤差放大器的增益和頻響。

　　第 2 腳是反饋腳，將采樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，控制脈沖的寬度。

　　第 3 腳為電流傳感端，在功率管的源極串接一個(gè)小阻值的采樣電阻，構(gòu)成過流保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率管的電流增大，當(dāng)采樣電阻上的電壓超過1V 時(shí)，UC3842 就停止輸出，有效地保護(hù)了功率管。

　　第 4 腳為鋸齒振蕩器外部定時(shí)電阻 R 與定時(shí)電容 C 的公共端。

　　第 5 腳為地。

　　第 6 腳為圖騰柱式輸出電壓，當(dāng)上面的三極管截止的時(shí)候下面的三極管導(dǎo)通，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速了功率管的關(guān)斷。

　　第 7 腳為輸入電壓，開關(guān)電源啟動(dòng)的時(shí)候需要在該引腳加一個(gè)不低于 16V 的電壓，芯片工作后，輸入電壓可以在 10～30V 之間波動(dòng)，低于 10V 時(shí)停止工作。

　　第 8 腳為內(nèi)部 5.0V 的基準(zhǔn)電壓輸出，電流可達(dá) 50mA。

　　2.2.4 芯片工作原理

　　電路上電時(shí)，外接的啟動(dòng)電路通過引腳 7 提供芯片需要的啟動(dòng)電壓。在啟動(dòng)電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng) 6 腳輸出驅(qū)動(dòng)外接的開關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號(hào)反饋到 3 腳，維護(hù)系統(tǒng)的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號(hào)經(jīng) 2 腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號(hào)送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則 2 腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會(huì)使輸出脈沖的寬度變窄，則開關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于 4 腳外接的 RC 網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調(diào)制器，作為其工作周期，脈寬調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化。其內(nèi)部基準(zhǔn)電路產(chǎn)生+5V 基準(zhǔn)電壓作為 UC3842 內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得 2.5 V 電壓作為誤差放大器基準(zhǔn)。振蕩器產(chǎn)生方波震蕩，震蕩頻率取決于外接定時(shí)元件，在④腳和⑧腳外接的電阻 RT 和電容 CT 共同 決定了振蕩器的震蕩頻率，f=1.8/(RT*CT)。電路啟動(dòng)后變壓器的付繞整流濾波電壓一方面為 UC3842 提供正常工作電壓，另一方面加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為 UC3842 提供負(fù)反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)定輸出電壓。⑥腳輸出的方波信號(hào)驅(qū)動(dòng) MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組的能量傳遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。③腳為電流檢測端，用于檢測開關(guān)管的電流，當(dāng)③腳電壓大于或等于 1V 時(shí)，UC3842 就關(guān)閉輸出脈沖，保護(hù)開關(guān)管不致于過流損壞。

　　2.3 各部分回路設(shè)計(jì)

　　2.3.1 主回路的設(shè)計(jì)

　　主回路包括：低通濾波回路，輸入整流濾波回路，開關(guān)電源吸收回路，輸出整流濾波回路。其電路如圖 2.4 所示。

　　圖 2.4 主回路

　　(1) 低通濾波回路的設(shè)計(jì)

　　低通濾波回路是開關(guān)電源輸入的“大門”，電網(wǎng)電力就是經(jīng)低通濾波進(jìn)入的。它有兩個(gè)作用：第一，防止輸入電源竄入噪聲干擾，同時(shí)還要抑制浪涌電壓、尖峰電壓的進(jìn)入;第二，阻止、限制開關(guān)電源所產(chǎn)生的噪聲，高頻電磁干擾信號(hào)通過輸入電線饋進(jìn)入電網(wǎng)。

　　圖 2.5 低通濾波回路

　　(2)整流濾波回路的設(shè)計(jì)

　　開關(guān)電源的輸入整流部分采用的是一個(gè)全橋整流芯片。濾波部分采用的是電容濾波，濾除輸出電壓中的交流分量，使得整流出的直流電壓盡量平滑

　　圖 2.6 整流濾波回路

　　(3)開關(guān)電源吸收回路的設(shè)計(jì)

　　其是利用電阻、電容和阻塞二極管組成的鉗位電路，可有效的保護(hù)開關(guān)功率管不受損壞。VT1 導(dǎo)通時(shí)變壓器 TR1 的磁通量增大，這時(shí)便將電能積蓄起來。VT1截止時(shí)，便將積蓄的電能釋放，變壓器一次繞組中便有剩磁產(chǎn)生，并通過 VD5 反饋到二次側(cè)。

　　(4) 輸出濾波電路

　　濾波電路由兩塊組成：輸出的高頻電壓首先經(jīng)過一個(gè)二極管將負(fù)半邊的電壓濾除，使它變?yōu)閱蜗虻碾妷?，然后再?jīng)過一個(gè) LC 濾波單元濾除高頻電壓，這樣就可以得到所要的直流電壓量。

　　圖 2.8 輸出濾波電路

　　2.3.2 控制保護(hù)回路的設(shè)計(jì)

　　電路啟動(dòng)后變壓器的副繞組③④的整流濾波電壓一方面為 UC3842 提供正常工作電壓，另一方面經(jīng) R3、R4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端②腳，為 UC3842 提供負(fù)反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)定輸出電壓。④腳和⑧腳外接的 R6、C8 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達(dá)500KHz。R5、C6用于改善增益和頻率特性。⑥腳輸出的方波信號(hào)經(jīng) R7、R8 分壓后驅(qū)動(dòng) MOSFEF 功率管，變壓器原邊繞組①②的能量傳遞到副邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負(fù)載使用。電阻 R10 用于電流檢測，經(jīng) R9、 C9 濾濾后送入 UC3842 的③腳形成電流反饋環(huán). 所以由 UC3842 構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng) UC3842 的③腳電壓高于 1V 時(shí)振蕩器停振，保護(hù)功率管不至于過流而損壞。

　　圖 2.9 控制保護(hù)回路

　　電路是怎樣進(jìn)行保護(hù)的呢?如果由于某種原因，輸出短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R10 兩端的電壓上升，IC1 的 3 腳上的電壓也上升。當(dāng)該腳電壓超過正常值 0.3V 達(dá)到 1V 時(shí)，UC3842 的 PWM 比較器輸出高電平，使PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時(shí)，UC3842 的 6 腳無輸出，MOS 管截止，從而保護(hù)了電路。如果供電電壓發(fā)生過壓(在 265V 以上)，IC1 無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級(jí)繞組電壓大大提高，IC1 的 7 腳供電電壓也急劇上升，其 2 腳電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)電壓低于 85V，IC1 的 1 腳電壓也下降，當(dāng)下降 1V(正常值是 3.4V)以下時(shí)，PWM 比較器輸出高電平，使 PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。如果人為意外的將輸出端短路，這時(shí)輸出電流將成倍增加，使得自動(dòng)恢復(fù)開關(guān)RF 內(nèi)部的熱量激增，它立即斷開電路，起到過壓保護(hù)作用。

　　2.3.3 反饋電路的設(shè)計(jì)

　　關(guān)電耦合反饋控制是這樣的：IC2 是關(guān)電耦合器，型號(hào)是 NEC2501。IC3 是精密穩(wěn)壓源，型號(hào)是 TL431。由 IC3、R11、R12 組成外部誤差放大器。誤差放大 器的頻率響應(yīng)由 C12、R10、R11 決定。當(dāng)輸出負(fù)載變小時(shí)，R9 用于提高輸出電壓的穩(wěn)定性。當(dāng) 12V 輸出電壓由于負(fù)載減輕而升高時(shí)，經(jīng)電阻 R11、R12 分壓后所得到的取樣電壓與精密穩(wěn)壓源的 2.5V 標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，其差值必然增大，使 IC3 的陰極 K 的電位降低，發(fā)射二極管的工作電流 IF 上升，發(fā)光強(qiáng)度增大，通過光電耦合使光電接收三極管的電流 IC 升高。這樣使得開光電源控制集成電路 IC1 的①腳的補(bǔ)充輸入電流增大，促使片內(nèi)對(duì) PWM 比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使占空比減小，輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

　　圖 2.10 反饋電路的設(shè)計(jì)

　　2.4 外圍主要器件的選取

　　開關(guān)電源設(shè)計(jì)中要選用的元器件很多，下面介紹一下主要元器件的選取。

　　(1)光電耦合器

　　光電耦合器(Optical Coupler,OC)也叫光電隔離器(Optical Isolation,OI) ,簡稱光耦。它是一種以紅外光進(jìn)行信號(hào)傳遞的器件，由兩部分組成：一是發(fā)光體，實(shí)際上是一只發(fā)光二極管，受輸入電流控制，發(fā)出不同強(qiáng)度的紅外光;另一部分是受光器，受光器接收光照以后，產(chǎn)生光電流并從輸出端輸出。它的光——電反應(yīng)也是隨著光的強(qiáng)弱改變而變化的。這就實(shí)現(xiàn)了“電——光——電”功能轉(zhuǎn)換，也就是隔離信號(hào)傳遞。光電耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向信號(hào)傳輸，輸入端和輸出端完全實(shí)現(xiàn)了隔離。不受其他任何電氣干擾和電磁干擾，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。因?yàn)樗且环N發(fā)光體，而且用低電平的電源供電，所以它的使用壽命長，傳輸效率高，而且體積小。可廣泛用于級(jí)間耦合、信號(hào)傳輸、電氣隔離、電路開關(guān)以及電平轉(zhuǎn)換等。在開關(guān)電源電路中利用光電耦合器構(gòu)成反饋回路，通過光電耦合器來調(diào)整、控制輸出電壓。達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的;通過光電耦合器進(jìn)行脈沖轉(zhuǎn)換。在設(shè)計(jì)本次開關(guān)電源時(shí)，對(duì)光耦的選取原則是：

　?、匐娏鱾鬏敱?CTR 的允許選取范圍是 80%～250%。當(dāng) CTR 為 80%時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管需要較大的工作工作電流(>5.0MA)才能控制電路的占空比。這樣做的結(jié)果是增加了光電耦合器的功耗。當(dāng) CTR>250%時(shí)，若啟動(dòng)電流或輸出負(fù)載發(fā)生突變，有可能發(fā)生誤觸發(fā)，即誤關(guān)斷，影響正常工作。

　?、谝捎镁€性良好的光電耦合器。因?yàn)楣怆婑詈掀骶哂辛己玫木€性時(shí)，電源控制調(diào)整十分有序，輸出穩(wěn)定可靠。

　　因此，本設(shè)計(jì)中對(duì)光電耦合器的采用為：光耦 NEC2501。

　　光耦 NEC2501 參數(shù)如下：

　　型號(hào)：NEC2501;電流傳輸比 CTR：80%～160%;反向擊穿電壓 V(BR)CEO：40V;生產(chǎn)廠商：NEC;封裝形式：DIP4

　　(2)肖特基二極管 SBD

　　肖特基二極管 SBD(Schottky Bsrrier Diode)是一種 N 型半導(dǎo)體器件，工作在低電壓、大電流狀態(tài)下，反向恢復(fù)時(shí)間短，只有納秒，正向?qū)▔航禐? 0.4V，而整流電流達(dá)數(shù)百安。它是最近在開關(guān)電源中應(yīng)用得最多的一種器件。區(qū)分肖特基二極管和超快速恢復(fù)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，超快速恢復(fù)二極管的正向壓降是 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(guān)電源中。因此，在本設(shè)計(jì)中肖特基二極管的采用為MBR1045。肖特基二極管MBR1045 參數(shù)如下：型號(hào)：MBR1045;反向峰值電壓 Vrm：45;平均整流電流 Id：

　　10A;反向恢復(fù)時(shí)間 Trr：<10ns;生產(chǎn)廠商：Motorola

　　(3)芯片 TL431

　　德州儀器公司(TI)生產(chǎn)的 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref(2.5V)到 36V范圍內(nèi)的任何值，典型動(dòng)態(tài)阻抗為 0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。

　　圖 2.11 該器件的電路符號(hào)。3 個(gè)引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。

　　圖 2.11 TL431 電路符號(hào)和等效電路

　　由圖 2.11 可以看到，VI 是一個(gè)內(nèi)部的 2.5V 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng) REF 端(同相端)的電壓非常接近 VI(2.5V)時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)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 2.12 的電流將從 1mA 到 100mA 變化。當(dāng)然，該圖絕不是 TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計(jì)、分析應(yīng)用 TL431 的電路時(shí)，這個(gè)模塊圖對(duì)開啟思路，理解電路都是很有幫助的。

　　圖 2.12 TL431 內(nèi)部等效電路圖

　　(4)輸入端的濾波電容

　　濾波穩(wěn)壓電容 C5 可按照輸出功率 2uF/W 來選擇，交流輸入電壓的范圍為85V~265V，設(shè)整流橋?qū)〞r(shí)間 Tc=3ms，由式(3-6)可得電容耐壓值

　　式中， η為系統(tǒng)效率，選擇為 80%，fL 為交流電網(wǎng)頻率;Po 為系統(tǒng)輸出總頻率。

　　考慮到一定的裕量，最終取 C5=100uF/450V。

　　(5)輸入整流二極管

　　開關(guān)電源的整流橋是由 4 只二極管組成的，每兩只二極管串聯(lián)起來完成交流電壓半周整流。因此，每只二極管中流過的電流只有整個(gè)電流平均值的一半;每只二極管所承受的電壓是最大反向電壓的一半。

　　輸入有效電流

　　輸入回路平均電流

　　電容的負(fù)載電阻 RLC為

　　由于是全波整流，故比例系數(shù) K 取 2，Rs/(KRLC)=3(2×463)=0.0032。由 交流輸入電流峰值與輸出平均電流之間的關(guān)系Iacp/Idc=6，則交流輸入電流峰值Iacp=6Idc=1.3A。輸入回路的最大峰值電壓Vmax=2√2V1(max)=2√2×265=750V。選用二極管 IN5398，它的最高反向工作電壓為 800V，額定整流電流為 1.5A