充電器開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，他們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效速為發(fā)展方向，深受廣大廠家和商家以及人們的青睞。開關(guān)電源是近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。目前隨著技術(shù)發(fā)展，新型多功能開關(guān)電源集成控制芯片不斷推向市場(chǎng)，大量的超小型、多功能、模塊化開關(guān)電源不斷涌現(xiàn)。2008年中國(guó)開關(guān)電源市場(chǎng)總體銷售額達(dá)到123

2、.8億元，銷售額同比增長(zhǎng)了14.8%。開關(guān)電源市場(chǎng)與我國(guó)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展有著密切的關(guān)系，而重點(diǎn)行業(yè)在我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)下，呈現(xiàn)出平穩(wěn)較快的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此，開關(guān)電源市場(chǎng)近年來(lái)也出現(xiàn)了平穩(wěn)增長(zhǎng)的狀態(tài)。在開關(guān)電源市場(chǎng)中，除了少數(shù)幾家廠商擁有核心技術(shù)外，其他整機(jī)生產(chǎn)廠家大多不具有核心技術(shù)，只是依靠組裝生產(chǎn)，經(jīng)營(yíng)區(qū)域性市場(chǎng)，這大大抑制了開關(guān)電源產(chǎn)品性能的發(fā)展。開關(guān)電源產(chǎn)品由于其行業(yè)的特殊型，用戶對(duì)產(chǎn)品安全性、穩(wěn)定性有很高的要求，而對(duì)于價(jià)格的敏感性卻比較低，因此廠商對(duì)價(jià)格有一定的議價(jià)能力。中國(guó)開關(guān)電源主力廠商大部分擁有較為完備的產(chǎn)品線，集成能力強(qiáng)，各具行業(yè)優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞： 電子技術(shù) 開關(guān)電源 充電器目錄1 緒

3、論41.1 充電器簡(jiǎn)介41.1.1 充電器的概念與分類41.1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析41.2電池充電器研究意義及內(nèi)容51.2.1 研究意義51.2.2 研究目標(biāo)與內(nèi)容52 電池充電器設(shè)計(jì)方案52.1內(nèi)容摘要52.2設(shè)計(jì)要求62.3制作目的62.4總體方案的選擇與論證63 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)63.1 開關(guān)電源的概念和分類63.1.1開關(guān)電源的概念63.1.2開關(guān)電源的分類83.2 開關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展93.2.1開關(guān)電源中存在的問(wèn)題93.2.2開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)103.3 開關(guān)電源的控制方式103.3.1脈寬調(diào)制的基本原理113.3.2脈沖頻率調(diào)制的基本原理123.5 諧振式電源與軟

4、開關(guān)技術(shù)133.5.1諧振式電源的基本原理133.5.2諧振開關(guān)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析144 元器件的選用174.1 開關(guān)晶體管174.1.1功率開關(guān)mosfet184.1.2 絕緣柵雙極型晶體管194.2 軟磁鐵氧體磁芯204.2.1磁性材料的基本特性214.2.2磁芯的結(jié)構(gòu)與選用214.3 二極管224.3.1開關(guān)二極管224.3.2穩(wěn)壓二極管224.4電容器235 充電器設(shè)計(jì)245.1充電器相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)245.1.1 充電要求與指標(biāo)245.1.2 充電方式245.1.3 性能特點(diǎn)255.2 充電器電路設(shè)計(jì)與原理分析255.2.1電路原理圖設(shè)計(jì)255.2.3 原理分析26結(jié) 語(yǔ)271 緒論1

5、.1 充電器簡(jiǎn)介1.1.1 充電器的概念與分類所有充電器其實(shí)都是由一個(gè)穩(wěn)定電源（主要是穩(wěn)壓電源、提供穩(wěn)定工作電壓和足夠的電流）加上必要的恒流、限壓、限時(shí)等控制電路構(gòu)成。原裝充電器（指線充）上所標(biāo)注的輸出參數(shù)：比如1.5v/1a就是指內(nèi)部穩(wěn)壓電源的相關(guān)參數(shù)。明白了這個(gè)道理，電池常用鎳氫電池的充電器采用的是恒流限壓充電制，充電電流一般采用c2左右-即采用兩小時(shí)充電率?，F(xiàn)在的usb充電器，只不利用了電腦usb口所具備的比較穩(wěn)定的來(lái)自電腦電源的5.0v電壓作為充電電壓源，再同樣輔以相關(guān)的電路而構(gòu)成usb電池充電器。1.1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析開關(guān)電源是近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量

6、輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。目前隨著技術(shù)發(fā)展，新型多功能開關(guān)電源集成控制芯片不斷推向市場(chǎng)，大量的超小型、多功能、模塊化開關(guān)電源不斷涌現(xiàn)。2008年中國(guó)開關(guān)電源市場(chǎng)總體銷售額達(dá)到123.8億元，銷售額同比增長(zhǎng)了14.8%。開關(guān)電源市場(chǎng)與我國(guó)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展有著密切的關(guān)系，而重點(diǎn)行業(yè)在我國(guó)宏觀經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)下，呈現(xiàn)出平穩(wěn)較快的發(fā)展態(tài)勢(shì)。因此，開關(guān)電源市場(chǎng)近年來(lái)也出現(xiàn)了平穩(wěn)增長(zhǎng)的狀態(tài)。在開關(guān)電源市場(chǎng)中，除了少數(shù)幾家廠商擁有核心技術(shù)外，其他整機(jī)生產(chǎn)廠家大多不具有核心技術(shù)，只是依靠組裝生產(chǎn)，經(jīng)營(yíng)區(qū)域性市場(chǎng)，這大大抑制了開關(guān)電源產(chǎn)品性能的發(fā)展

7、。開關(guān)電源產(chǎn)品由于其行業(yè)的特殊型，用戶對(duì)產(chǎn)品安全性、穩(wěn)定性有很高的要求，而對(duì)于價(jià)格的敏感性卻比較低，因此廠商對(duì)價(jià)格有一定的議價(jià)能力。中國(guó)開關(guān)電源主力廠商大部分擁有較為完備的產(chǎn)品線，集成能力強(qiáng)，各具行業(yè)優(yōu)勢(shì)。如今，高新科技在不斷更新，國(guó)內(nèi)外新型手機(jī)也層出不窮，電池的更新必然引起充電器的更新?，F(xiàn)實(shí)告訴我們，科技在進(jìn)步，社會(huì)在發(fā)展。1.2電池充電器研究意義及內(nèi)容1.2.1 研究意義隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，他們對(duì)電源的要求也越來(lái)越高。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄

8、、小和高效速為發(fā)展方向。隨著人們生活水平的日益提高和科技的發(fā)展，手機(jī)使人們的通訊更加的方便和快捷，全球用手機(jī)的人數(shù)與日劇增。于是，電池充電器就不言而喻成為了電池的主要配角。根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)和對(duì)電子產(chǎn)品的好奇，結(jié)合自身?xiàng)l件，自做一手機(jī)充電器，一來(lái)可以提高自己動(dòng)手能力，二來(lái)可以自己用，三還可以滿足自己的好奇心，可謂一舉三得。1.2.2 研究目標(biāo)與內(nèi)容中小功率開關(guān)電源以其諸多優(yōu)良的性能，在測(cè)控儀器儀表、通信設(shè)備、學(xué)習(xí)與娛樂(lè)等諸多電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。隨著環(huán)境和能源問(wèn)題日益突出，人們對(duì)電子產(chǎn)品的環(huán)保要求不斷提高，對(duì)電子產(chǎn)品的能源效率更加關(guān)注。設(shè)計(jì)無(wú)污染、低功耗、高效率的綠色模式電源已成為開關(guān)電源技

9、術(shù)研究的熱點(diǎn)，電池充電器就是其中一種。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場(chǎng)合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。它不但設(shè)計(jì)巧妙，還功能強(qiáng)大深受人們的喜愛。本次設(shè)計(jì)主要是將220v的交流電轉(zhuǎn)換為1.5v的適合5號(hào)和7號(hào)電池的電壓，其中要用到半波整流電路，將交流電中的直流成分加大，再用電容器將交流成分慮掉，經(jīng)過(guò)變壓和一系列變換，最終轉(zhuǎn)換成適合手機(jī)電池的電壓，綜合起來(lái)就是由一個(gè)穩(wěn)定電源。2 電池充電器設(shè)計(jì)方案2.1內(nèi)容摘要了解電池充電器的簡(jiǎn)單工作原理以及各原件的特性與作用；通過(guò)動(dòng)腦與動(dòng)手行動(dòng)來(lái)完成充電器的設(shè)計(jì)與制作

10、；接通電源檢測(cè)與調(diào)試電路。2.2設(shè)計(jì)要求輸入電壓為220v交流電，輸出為1.5v直流電。2.3制作目的加強(qiáng)自己的動(dòng)手、動(dòng)腦，以及收集資料的能力，掌握線性電源充電器的工作原理，同時(shí)也對(duì)開關(guān)電源作一定的了解。2.4總體方案的選擇與論證本次的設(shè)計(jì)我做的是電池充電器，之所以選擇這個(gè)題目是因?yàn)槠渲谱髟硐鄬?duì)簡(jiǎn)單之余也需要懂得相關(guān)的知識(shí)才能完成，適合我自己。這次的電池充電器題目中我也有兩個(gè)小的項(xiàng)目可供選擇：線性電源：相對(duì)于開關(guān)電源，線性電源的制作比較簡(jiǎn)單、原理明了，適合我們制作，但它有體積大、消耗高、效率低等缺點(diǎn)。開關(guān)電源：對(duì)于市面上大多充電器的設(shè)計(jì)都為開關(guān)電源的，選擇它主要原因是應(yīng)為其需要的技術(shù)含量相對(duì)

11、較高，原理相對(duì)復(fù)雜，但是它具有高效率、低耗能、體積小且相對(duì)穩(wěn)定的特性。3 開關(guān)電源的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)開關(guān)電源是近年來(lái)應(yīng)用非常廣泛的一種新式電源，它具有體積小、重量輕、耗能低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在郵電通信、航空航天、儀器儀表、工業(yè)設(shè)備、醫(yī)療器械、家用電器等領(lǐng)域應(yīng)用效果顯著。3.1 開關(guān)電源的概念和分類電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動(dòng)力源泉。3.1.1開關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，

12、例如交流轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為直流；ac/ac稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率；dc/ac稱為逆變；dc/dc為直流變交流后再變直流。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源（switching power supply）。開關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開關(guān)變換器（

13、off-line switching cpnwerter），常用的ac/dc變換器就是離線式變換器。開關(guān)電源通常由六大部分組成，如圖3-1所示。 圖3-1 開關(guān)電源工作原理框圖第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220v交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓vi，此電壓送到第二部分進(jìn)行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無(wú)源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正（active power factor correction，apfc），是指電源在校正過(guò)程中常采用三極管和集成電路。開關(guān)電源電

14、路常采用有源功率因數(shù)校正。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開關(guān)和高頻變壓器來(lái)完成的，是把高功率因素的直流電壓變換成受到控制的、符合設(shè)計(jì)要求的高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，達(dá)到脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說(shuō)開關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。高頻電子開關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。在一個(gè)電子開關(guān)周期（t）內(nèi)，電子開關(guān)的接通時(shí)間與一個(gè)電子周期所占時(shí)間之比，叫接通占空比（d），d

15、=。斷開時(shí)間所占t的比例稱為斷開占空比（d），。開關(guān)周期是開關(guān)頻率的倒數(shù)，。例如：一個(gè)開關(guān)電源的工作頻率是50khz，它的周期（微秒）。很明顯，接通占空比（d）越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開關(guān)接通時(shí)間越長(zhǎng)，此時(shí)負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。這對(duì)于開關(guān)電源的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)小型化有幫助，同時(shí)，能量傳遞的速度也快。但是，開關(guān)電源中斷開關(guān)功率管、高頻變壓器、控制集成電路以及輸入整流二極管的發(fā)熱量高、損耗大。對(duì)于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。開關(guān)電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來(lái)具有較多的優(yōu)點(diǎn)：(1) 節(jié)能。綠色電源是開關(guān)電源中用途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達(dá)

16、到85%，質(zhì)量好的可以達(dá)到95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有70%或者更低。最近歐盟和美國(guó)消費(fèi)者協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機(jī)能源消耗指數(shù)大于92%。美國(guó)的“能源之星”對(duì)電子鎮(zhèn)流器、開關(guān)電源以及家用電器的效率都制定有很仔細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。(2) 體積小，重量輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100w的鐵芯變壓器的重量為1200g左右，體積達(dá)350cm3，而100w的開關(guān)電源的重量只有250g，而且敞開式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的1/4。(3) 開關(guān)電源具有各種保護(hù)功能，不易損壞。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。(4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定

17、、可控。(5) 根據(jù)人們的要求，可設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。3.1.2開關(guān)電源的分類目前開關(guān)電源的種類很多，從工作性質(zhì)來(lái)分，大體上可分為“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”兩種。所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過(guò)的電流以及兩端施加的電壓無(wú)關(guān)。顯然，開關(guān)在接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式是有損耗的。但是它比其他變換電源的形式簡(jiǎn)單的多，所以，硬開關(guān)在很多地方仍然在應(yīng)用，如脈寬調(diào)制（pulse width modulation，pwm）器就屬于硬開關(guān)。目前，很多開關(guān)電源都用pwm來(lái)控制。另一類叫做軟開關(guān)，電子開關(guān)

18、在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷?？梢姡娮娱_關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上它的損耗為零，對(duì)浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5mhz以上，開關(guān)電源的重量和體積則可進(jìn)行更大的改變。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“開”和零電流“關(guān)”，我們常采用諧振的方法。從電子理論可知道，諧振就是容抗等于感抗，總的電抗為零，電路中的電流無(wú)窮大。如果正弦波電壓加到并聯(lián)的電感回路上，這時(shí)電感上的電壓就無(wú)窮大。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩倒零時(shí)，電子開關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（zero voltage switching）。同樣，流過(guò)電子開關(guān)的電流振蕩到零時(shí)，電子開關(guān)關(guān)斷，稱之為零電流關(guān)斷（ze

19、ro current switching）?？傊娮娱_關(guān)具有零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的外部條件，這種變換器稱為準(zhǔn)諧振變換器。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，通過(guò)調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。準(zhǔn)諧振變換器開關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開關(guān)電源的主變換器依靠開關(guān)頻率來(lái)穩(wěn)定輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開關(guān)電源。調(diào)頻開關(guān)電源沒有脈沖調(diào)制開關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開關(guān)所受到的應(yīng)力大，目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。dc/dc變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過(guò)控制開關(guān)通

20、、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對(duì)開關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無(wú)變壓器隔離來(lái)說(shuō)，dc/dc變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。每一類有6種拓?fù)?，即降壓式（buck）、升壓式（boost）、升壓降壓式（buck-boost）、串聯(lián)式（cuk）、并聯(lián)式（sepic）以及賽達(dá)式（zata）。按激勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。自激式包括單管式和推挽式，他激式包括調(diào)頻式（pwf）、調(diào)寬式（pwm）、調(diào)幅式（pam）和諧振式（rsm）4種，我們用得最多的是調(diào)寬式變換器。調(diào)寬式變換器有以下幾種：正激式（forward converter）、反

21、激式（feedback converter mode）、半橋式（half bridge converter）、全橋式（overall bridge mode）、推挽式（push draw mode）和阻塞式（ringing choke converter，rcc）等6種。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。凡是以脈沖寬度來(lái)調(diào)制的電子開關(guān)變換器都叫pwm變換器。3.2 開關(guān)電源設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展3.2.1開關(guān)電源中存在的問(wèn)題客觀上講，開關(guān)電源的發(fā)展是非?？斓?，這時(shí)因?yàn)樗哂衅渌娫此鶡o(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。材料之新、用途之廣，是它快

22、速發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α５牵x人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說(shuō)是十分完美。目前要解決的問(wèn)題有：(1) 器件問(wèn)題。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對(duì)電源的體積和效率來(lái)說(shuō)也是一個(gè)大問(wèn)題。(2) 材料問(wèn)題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。(3) 能源變換問(wèn)題。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式：ac/dc變換、dc/ac變換以及dc/dc變換等。實(shí)現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。(4) 軟件問(wèn)題。開關(guān)電源的軟件開發(fā)目前只

23、是剛剛起步，例如軟開關(guān)，雖然它的損耗低，但難以實(shí)現(xiàn)高頻化和小型化。要做到“軟開關(guān)”并實(shí)行程序化，更是有一定的困難。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測(cè)控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。(5) 生產(chǎn)工藝問(wèn)題。往往在試驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)上會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。這些問(wèn)題大多是焊接問(wèn)題和元器件技術(shù)性能問(wèn)題，還有生產(chǎn)工藝上的檢測(cè)、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。3.2.2開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)的開關(guān)電源像一只茶杯的蓋子：它的工作頻高達(dá)210mhz，效率達(dá)到95%，功率密度為36w/cm2，功率因數(shù)高達(dá)0.99，長(zhǎng)期使用完好，壽命在80000h以上。這就是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢(shì)。所謂

24、高標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)未來(lái)開關(guān)電源的挑戰(zhàn)：第一，能不能全面通容電磁兼容性的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；第二，在企業(yè)里能不能大規(guī)模地、穩(wěn)定地生產(chǎn)，或快捷地進(jìn)行單項(xiàng)生產(chǎn)；第三，按照人們的需要，能不能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；第四，能否使新的開關(guān)電源具有比運(yùn)行中的電氣額定值更高的功率因數(shù)、更低的輸出電壓（13v）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；第五，能不能實(shí)現(xiàn)更小的電源模塊。3.3 開關(guān)電源的控制方式目前生產(chǎn)的開關(guān)電源多數(shù)采用脈寬調(diào)制方式，少數(shù)采用脈沖頻率調(diào)制方式，很少見到混合調(diào)制方式。脈沖頻率調(diào)制（pulse frequency modulation，pfm）是將脈沖寬度固定，通過(guò)調(diào)節(jié)工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。在電路設(shè)計(jì)

25、上要用固定頻率發(fā)生器來(lái)代替脈寬調(diào)制器的鋸齒波發(fā)生器，并利用電壓、頻率轉(zhuǎn)換器（例如壓控振蕩器vco）改變頻率。穩(wěn)壓原理是：當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，控制器輸出信號(hào)的脈沖寬度不變，而工作周期變長(zhǎng)，使占空比減小，輸出電壓降低。調(diào)頻式開關(guān)電源的輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍很寬，調(diào)節(jié)方便，輸出可以不接假負(fù)載，詳見圖3-2所示的波形圖?；旌险{(diào)制方式是指脈沖寬度與頻率都不固定，都可以改變。目前這種調(diào)節(jié)方式應(yīng)用得不是很多，產(chǎn)品類型也不多，只是在個(gè)別實(shí)驗(yàn)室中使用，其原因是兩種調(diào)制方式共存，相互影響較大，穩(wěn)定性差。再者，這種開關(guān)電源電路比較復(fù)雜，集成控制電路也不是很多。但是它的占空比調(diào)節(jié)范圍很寬，輸出電壓能做到很低。(a) pwm

26、控制方式 (b) pfm控制方式圖3-2 pwm、pfm控制方式和波形圖3.3.1脈寬調(diào)制的基本原理開關(guān)電源采用脈寬調(diào)制方式的占很大比例，所以有必要對(duì)脈寬調(diào)制的基本原理加以了解。220v交流輸入電壓經(jīng)過(guò)整流（br）濾波后變?yōu)槊}動(dòng)直流電壓，供給功率開關(guān)管作為動(dòng)力電源。開關(guān)管的基極或場(chǎng)效應(yīng)管的柵極有脈寬調(diào)制器的脈沖驅(qū)動(dòng)。脈寬調(diào)制器由基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、pwm比較器和鋸齒波發(fā)生器組成，如圖3-3所示。開關(guān)電源的輸出電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大，然后將其差值送到脈寬調(diào)制器。脈寬調(diào)制的頻率是不變的，當(dāng)輸出電壓v0下降時(shí)，與基準(zhǔn)電壓比較的差值增加，經(jīng)發(fā)達(dá)后輸入到pwm比較器，加寬了脈沖寬度。寬脈沖經(jīng)開

27、關(guān)晶體管功率放大后，驅(qū)動(dòng)高頻變壓器，使變壓器初級(jí)電壓升高，然后耦合到次級(jí)，經(jīng)過(guò)二極管vd整流和電容c2濾波后，輸出電壓上升，反之亦然。圖3-3 脈寬調(diào)制的原理圖3.3.2脈沖頻率調(diào)制的基本原理脈沖頻率調(diào)制的過(guò)程是這樣的：如圖3-4所示，從輸出電壓中取出一信號(hào)電壓并由誤差放大器放大，放大后的電壓與5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差電壓vr，并以此電壓作為控制電壓來(lái)調(diào)制vco的震蕩頻率f。再經(jīng)過(guò)瞬間定時(shí)器、控制邏輯和輸出級(jí)，輸出一方波信號(hào)，驅(qū)動(dòng)mos開關(guān)管，最后經(jīng)高頻變壓器tr和整流濾波獲得穩(wěn)定的輸出電壓v0。假設(shè)由于某種原因而使v0上升或負(fù)載阻抗下降，控制電路立即進(jìn)行下述閉環(huán)調(diào)整：v0vrfv0。該

28、循環(huán)的結(jié)果是輸出電壓v0趨于穩(wěn)定，反之亦然。這就是pfm的工作原理。假設(shè)電源效率為，脈沖寬度為m，脈沖頻率為f，則有v0=。當(dāng)確定后，通過(guò)調(diào)制vco的震蕩頻率就可以調(diào)節(jié)輸出電壓v0，并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。需要指出的是：a、b、c是壓控振蕩器外圍元件連接端，它們將決定振蕩的工作頻率和頻率調(diào)制靈敏度。d端為鋸齒波電壓輸入端，由它改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間。圖3-4 脈沖頻率調(diào)制的基本原理3.5 諧振式電源與軟開關(guān)技術(shù)3.5.1諧振式電源的基本原理諧振式電源是新型開關(guān)電源的發(fā)展方向。它利用諧振電路產(chǎn)生正弦波，在正弦波過(guò)零時(shí)切換開關(guān)管，從而大大提高了開關(guān)管的控制能力，并減小了電源體積。同時(shí)，也使得電源諧波成分大為

29、降低。另外，電源頻率得到大幅度提高。pwm一般只能達(dá)到幾百k，但諧振開關(guān)電源可以達(dá)到1m以上。普通傳統(tǒng)的開關(guān)電源功率因數(shù)在0.4-0.7，諧振式電源結(jié)合功率因數(shù)校正技術(shù)，功率因數(shù)可以達(dá)到0.95以上，甚至接近于1。從而大大抑制了對(duì)電網(wǎng)的污染。這種開關(guān)電源又分為： zcs零電流開關(guān)。開關(guān)管在零電流時(shí)關(guān)斷。 zvs零電壓開關(guān)。開關(guān)管在零電壓時(shí)關(guān)斷。在脈沖調(diào)制電路中，加入l、c諧振電路，使得流過(guò)開關(guān)的電流及管子兩端的壓降為準(zhǔn)正弦波。下面是這兩種開關(guān)的簡(jiǎn)單原理圖。onoffsiststontoffsustsicuislrcrvdicuislrcrvd圖3-16 電流諧振式開關(guān)電路和電壓諧振式開關(guān)電路z

30、cs電流諧振開關(guān)中，lr、cr構(gòu)成的諧振電路通過(guò)lr的諧振電流通過(guò)s，我們可以控制開關(guān)在電流過(guò)零時(shí)進(jìn)行切換。這個(gè)諧振電路的電流是正弦波，而us為矩形波電壓。zvs電壓諧振開關(guān)中，lr、cr構(gòu)成的諧振電路的cr端諧振電壓并聯(lián)到s，我們可以控制開關(guān)在電壓過(guò)零時(shí)進(jìn)行切換。這個(gè)諧振電路的電壓是正弦波，而is接近矩形波。以上兩種電路，由于開關(guān)切換時(shí)，電流、電壓重疊區(qū)很小，所以切換功率也很小。以上開關(guān)電源是半波的，當(dāng)然也可以設(shè)計(jì)成全波的。所以又有半波諧振開關(guān)和全波諧振開關(guān)的區(qū)分。3.5.2諧振開關(guān)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分析實(shí)際上，諧振開關(guān)中的所謂“諧振”并不是真正理論上的諧振，而是l、c電路在送電瞬間產(chǎn)生的一個(gè)阻尼振

31、蕩過(guò)程。下面，我們對(duì)這個(gè)過(guò)程做一些分析，以了解諧振開關(guān)的工作原理。(1) 零電流開關(guān)實(shí)際的零電流開關(guān)諧振部分拓補(bǔ)又分l型和m型。如下面兩組圖形所示sl1c1vd1sl1c1vd1sl1c1圖3-17 l型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）sl1c1sl1c1vd1sl1c1vd1圖3-18 m型零電流諧振開關(guān)（中半波，右全波）這里的l1用于限制di/dt，c1用于傳輸能量，在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，構(gòu)成串聯(lián)諧振。用零電流開關(guān)替代pwm電路的半導(dǎo)體開關(guān)，可以組成諧振式變換器電路。按照buck電路的拓?fù)浣Y(jié)果，可以得到如下電路：vivd2vd1l1l2c2rlsc1v0i1 圖3-19 buck型準(zhǔn)諧振zcs變換

32、器（l型）vivd2vd1l1l2c2rlsc1v0圖3-20 buck型準(zhǔn)諧振zcs變換器（m型）這里，我們分析一下l型電路的工作過(guò)程。假定這是一個(gè)理想器件組成的電源。l2遠(yuǎn)大于l1，從l2左側(cè)看，可以認(rèn)為流過(guò)l2、c2、rl的輸出電流是一個(gè)恒流源，電流i0。諧振角頻率： (3-9)特性阻抗： (3-10)動(dòng)態(tài)過(guò)程如下： 線性階段（）：在s導(dǎo)通前，vd2處于續(xù)流階段。此時(shí)。s導(dǎo)通時(shí)，l1電流由0開始上升，由于續(xù)流沒有結(jié)束，此時(shí)初始。由，且l1初始電流為0，有： (3-11)到t1時(shí)刻，達(dá)到負(fù)載電流i0，因此：此階段持續(xù)時(shí)間： (3-12)可以看出，此階段是時(shí)間的線性函數(shù)。 諧振階段（）：在電

33、流i1上升期間，當(dāng)時(shí)，由于無(wú)法供應(yīng)恒流，續(xù)流過(guò)程將維持。當(dāng)時(shí)，將以對(duì)c1充電，vd2開始承受正壓，vd2電流下降并截止。l1、c1開始串聯(lián)諧振，因諧振繼續(xù)上升。 (3-13) (3-14)因而： (3-15)其中，為諧振電流。 (3-16)諧振到時(shí)刻，諧振電流歸零。如為半波開關(guān)，則開關(guān)自行關(guān)斷；如果是全波開關(guān)，開關(guān)關(guān)斷后，將通過(guò)vd1進(jìn)行阻尼振蕩，將電容能量饋送回電源，到時(shí)刻電流第二次為0。本階段結(jié)束，這時(shí)的時(shí)刻為t2。vc1在i1諧振半個(gè)周期，時(shí)，達(dá)最大值。第一次過(guò)零（）時(shí)，s斷開。如為半波開關(guān)，則諧振階段結(jié)束。如為全波開關(guān)，c1經(jīng)半個(gè)周期的阻尼振蕩到電流為0（）時(shí)，將放電到一個(gè)較小值。可以

34、看出諧振階段前，、是時(shí)間的正弦函數(shù)；如為全波開關(guān)，還有一段時(shí)間的阻尼振蕩波。 恢復(fù)階段（）：由于vc1滯后1/4個(gè)諧振周期，因而在t2后，因l2的作用還將繼續(xù)向負(fù)載放電，直至=0。這階段，如考慮電流方向性： (3-17)故： (3-18)因此，這個(gè)階段的是時(shí)間的線性函數(shù)，電壓從逐步下降到零。如為半波開關(guān)，則開關(guān)分壓也將線性上升到輸入電源值。 續(xù)流階段（）：當(dāng)電容放電到零后，vd2因反壓消失而導(dǎo)通，對(duì)l2及負(fù)載進(jìn)行續(xù)流，以保持電流i0連續(xù)。此時(shí)，我們根據(jù)電路的要求，選擇在適當(dāng)時(shí)間再次開通s，重新開始線性階段。根據(jù)以上導(dǎo)出的各公式，可以得到如下的波形圖：ttttttttsilvsvc1ononsi

35、lvsvc1t0t1t3t4t0t1t3t4t2t2i0圖3-21 半波zcs開關(guān)波形與全波zcs開關(guān)波形從以上分析可以看出，zcs諧振開關(guān)變換器的開關(guān)管總是在電流為0時(shí)進(jìn)行切換。實(shí)際情況與理想分析有所不同，將有所超前。m型電路分析方法類似，不再贅述。(2) 零電壓開關(guān)zcs在s導(dǎo)通時(shí)諧振，而zvs則在s截止時(shí)諧振，二者形成對(duì)偶關(guān)系。分析過(guò)程大體類似，此處從略。綜合以上分析過(guò)程，我們可以看出，該拓?fù)渲C振結(jié)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)pfm調(diào)節(jié)，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)pwm。原因是脈沖寬度僅受諧振參數(shù)控制。要實(shí)現(xiàn)pwm，還需要增加輔助開關(guān)管。4 元器件的選用4.1 開關(guān)晶體管無(wú)論那一種變換器，用的是那一種結(jié)構(gòu)形式的開關(guān)電源，

36、所使用的元器件都是開關(guān)晶體管、電阻、電容、電感及磁性材料等。選用好元器件，是決定開關(guān)電源質(zhì)量的關(guān)鍵。往往設(shè)計(jì)的開關(guān)電源在試驗(yàn)室中式成功的，一到生產(chǎn)線上進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。當(dāng)然，有設(shè)計(jì)方面的，有工藝方面的，還有焊接方面的，但多數(shù)是元器件選用問(wèn)題。元器件本身質(zhì)量的差異是影響開關(guān)電源質(zhì)量的一個(gè)重要原因。4.1.1功率開關(guān)mosfetmosfet分p溝道耗盡型、p溝道增強(qiáng)型、n溝道耗盡型和n溝道增強(qiáng)型4種類型。增強(qiáng)型mosfet具有應(yīng)用方便的“常閉”特性（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí)，輸出電流等于零）。在開關(guān)電源中，用作開關(guān)功率管的mosfet幾乎全部都是n溝道增強(qiáng)型器件。這時(shí)因?yàn)閙osfet是一種

37、依靠多數(shù)載流子工作的單極型器件，不存在二次擊穿和少數(shù)載流子的儲(chǔ)存時(shí)間問(wèn)題，所以具有較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非?？斓拈_關(guān)速度。mosfet在大功率開關(guān)電源中用作開關(guān)，比雙極型功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢(shì)。所有類型的有源功率因數(shù)校正器都是為驅(qū)動(dòng)功率mosfet而設(shè)計(jì)的，所以說(shuō)，用作開關(guān)的mosfet是任何雙極型功率晶體管所不能替代的。 (1) mosfet的主要特點(diǎn)mosfet是一種依靠多數(shù)載流子工作的典型場(chǎng)控制器件。由于它沒有少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)，所以它適用于100200mhz的高頻場(chǎng)合，從而可以采用小型化和超小型化的磁性元件和電容器。mosfet具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，可以避免熱不穩(wěn)定性

38、和二次擊穿，適合在大功率和大電流條件下應(yīng)用。mosfet從驅(qū)動(dòng)模式上來(lái)分，屬于電壓控制器件，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)功率甚微，在啟動(dòng)或穩(wěn)定工作條件下的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。mosfet中大多數(shù)集成有阻尼二極管，而雙極型功率晶體管中大多沒有內(nèi)裝阻尼二極管。mosfet對(duì)系數(shù)的可靠性與安全性的影響并不像雙極型晶體管那樣重要。mosfet的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻（rds(on)）較大，而且具有正溫度系數(shù)，用在大電流開關(guān)狀態(tài)時(shí)，導(dǎo)通損耗較大，開啟門限電壓vgs(th)較高（一般為24v），要求驅(qū)動(dòng)變壓器繞組的匝數(shù)比采用雙極型晶體管多1倍以上。 (2) mosfet的驅(qū)動(dòng)電路mosfet

39、的驅(qū)動(dòng)電路如圖4-1和圖4-2所示。 圖4-1 加速tr關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電路在圖4-1中，ns為脈沖變壓器次級(jí)驅(qū)動(dòng)繞組，r是mosfet的柵極限流電阻。齊納二極管dw1，dw2反向串接在一起，用于對(duì)vt的柵漏極進(jìn)行鉗位，放置驅(qū)動(dòng)電壓vgs過(guò)高而使vt幾串。r的阻值一般為60200。盡管mosfet的輸入阻抗很高，但仍會(huì)產(chǎn)生充電電流。r值小，則開關(guān)速度高，只要柵極的驅(qū)動(dòng)電壓一撤銷，就會(huì)立刻截止。圖4-2 功率驅(qū)動(dòng)電路圖4-2所示是加速漏極電流跌落時(shí)間、有利于零功率控制的電路。當(dāng)mosfet的柵極驅(qū)動(dòng)電壓突然降到門限電壓時(shí)，mosfet由導(dǎo)通突變?yōu)榻刂?，三極管bc557加速了id的跌落，為mosfet起到

40、加速作用。4.1.2 絕緣柵雙極型晶體管絕緣柵雙極型晶體管（igbt）是一種大電流密度、高電壓激勵(lì)的場(chǎng)控制器件，是高壓、高速新型大功率器件。它的耐壓能力為6001800v，電流容量為100400a，關(guān)斷時(shí)間低至0.2s，在開關(guān)電源中作功率開關(guān)用，具有mosfet與之不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。igbt的主要特點(diǎn)是： 電流密度大，是mosfet的10倍以上。 輸入阻抗高，柵極驅(qū)動(dòng)功率小，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。 低導(dǎo)通電阻。igbt的導(dǎo)通電阻只有mosfet的10%。 擊穿電壓高，安全工作區(qū)大，在受到較大瞬態(tài)功率沖擊時(shí)不會(huì)損壞。 開關(guān)速度快，關(guān)斷時(shí)間短。耐壓為1kv的igbt的關(guān)斷時(shí)間為1.2s，600v的產(chǎn)品的關(guān)斷

41、時(shí)間僅為0.2s。上述這些特征克服了mosfet的一些缺陷，即在大功率、高電壓、大電流條件下工作時(shí)導(dǎo)通電阻大、器件發(fā)熱嚴(yán)重、輸出功率下降、電源效率低下的弊病。有關(guān)mosfet和igbt的圖形符號(hào)見圖4-3和圖4-4。圖4-3 mosfet的圖形符號(hào)圖4-4 igbt的圖形符號(hào) 4.2 軟磁鐵氧體磁芯軟磁鐵氧體材料常用在高頻變壓器、電感整流器、脈沖變壓器以及pfc中的升壓電感等電路中，在開關(guān)電源中時(shí)一種非常重要的元件。但是，我們不能十分有把握地掌握磁性材料的特性，以及這種特性與溫度、頻率、氣隙等的依賴性和不易測(cè)量性。在選擇鐵氧體時(shí)，它不像電子元件那樣可以測(cè)量，它的具體的參數(shù)、特性曲線在顯示測(cè)量?jī)x

42、器上也不時(shí)一目了然。由于高頻變壓器、電感器所涉及的參數(shù)太多，例如電壓、電流、溫度、頻率、電感量、變比、漏感、磁性材料參數(shù)、銅損、鐵損、交流磁場(chǎng)強(qiáng)度、交流磁感應(yīng)強(qiáng)度、真空導(dǎo)磁率等十幾種參量。設(shè)計(jì)開發(fā)人員對(duì)高頻變壓器的設(shè)計(jì)制作，時(shí)開關(guān)電源設(shè)計(jì)制作的頭等重要任務(wù)。鐵氧體受到的影響因素多、元器件選用以及電路板上元器件的布置和走線的方式等對(duì)此都有影響。對(duì)于一個(gè)產(chǎn)品，我們不看它的電路布置如何漂亮，而是要看各元器件布局是否合理，鐵氧體磁芯的顏色、線圈的屏蔽是否合適，散熱處理是否得當(dāng)?shù)鹊取?.2.1磁性材料的基本特性(1) 磁場(chǎng)強(qiáng)度（h）與磁感應(yīng)強(qiáng)度（b）。磁場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)表示磁場(chǎng)強(qiáng)弱與方向的一個(gè)物理量，用安/米（

43、a/m）表示。磁感應(yīng)強(qiáng)度是指磁場(chǎng)作用于磁性物質(zhì)上的作用力的大小，用（gs）表示。溫度越高，磁感應(yīng)強(qiáng)度越低。(2) 居里溫度tc。磁芯的磁狀態(tài)由鐵磁性轉(zhuǎn)變成順磁性時(shí)，在t曲線上，80%max與20%max的連線跟導(dǎo)磁率等于1的直線的交點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的溫度稱為居里溫度。溫度越高，出事導(dǎo)磁率也越高，當(dāng)超過(guò)130時(shí)，初始導(dǎo)磁率為零。(3) 初始導(dǎo)磁率i。磁性材料的磁化曲線始端磁導(dǎo)率的極限值稱為初始導(dǎo)磁率。 (4) 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度br。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。(5) 矯頑力hc。磁芯從飽和狀態(tài)除去磁場(chǎng)后繼續(xù)反向磁化，直到磁感應(yīng)強(qiáng)度減小到零，此時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度稱為矯頑力（保磁力）

44、。選用磁性材料時(shí)，要選用可飽和的磁性材料。這種材料具有良好的開關(guān)特性，可產(chǎn)生優(yōu)良的振蕩波形，并要求磁芯具有祭祀舉行的磁滯回線。這樣的磁性材料的磁滯回線可使線圈中的電流波形前后沿陡峭，能很好地傳遞各種波形電信號(hào)。如果磁芯的s矩形曲線在b方向上被壓扁，將會(huì)嚴(yán)重影響變壓器的振蕩波形，導(dǎo)致開關(guān)晶體管溫升加劇。4.2.2磁芯的結(jié)構(gòu)與選用磁芯的使用一定要在一定的居里溫度以內(nèi)，這時(shí)選擇磁芯材料首先要考慮的問(wèn)題。其次還要注意磁芯的結(jié)構(gòu)、脆度、硬度、穩(wěn)定性、導(dǎo)磁率及磁感應(yīng)強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)時(shí)，工作頻率和噪聲干擾應(yīng)十分注意。在強(qiáng)磁場(chǎng)力作用下，磁性材料會(huì)收縮或膨脹，很可能出現(xiàn)磁共振，所以把磁芯變壓器裝在印制電路板上時(shí)要注

45、意切實(shí)粘結(jié)牢固，防止出現(xiàn)機(jī)械噪聲和電磁噪聲。一下是一些主要磁芯結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。(1) pot 是罐形磁芯，銅線繞在磁芯內(nèi)面，此貼包圍線圈。它的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)磁感應(yīng)好，傳遞電能佳，可大量減少emi；它的缺點(diǎn)是散熱效果極差，溫升很高，只能用在小功率開關(guān)電源上。(2) pm 時(shí)r形磁芯，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，但電能耦合不是很好，散熱性能也不是很好。(3) rm、x 形磁芯的磁耦合能力和散熱效果都很好，適合用在100w以上的大中功率電源上。其缺點(diǎn)是所占空間大，放置困難。(4) ec 磁芯是在開關(guān)電源上常用的一種磁芯，磁芯截面積大，散熱效果好，常用在100150w的開關(guān)電源上。其缺點(diǎn)是窗口面積比較小，對(duì)變壓器的匝數(shù)要

46、有限制。(5) ee 磁芯是一種常用磁芯，對(duì)于中小功率的變壓器來(lái)說(shuō)很適合。磁芯面積的大小將決定開關(guān)電源的功率。一般來(lái)說(shuō)，磁芯面積越大，輸出功率也越大。4.3 二極管二極管在電子電路中用得較多，功能各異。從結(jié)構(gòu)上來(lái)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。面接觸型二極管的工作電流比較大，發(fā)熱比較厲害，它的最高工作溫度不允許超過(guò)100。按照功能來(lái)分，有快速恢復(fù)及超快速恢復(fù)二極管，有整流二極管、穩(wěn)壓二極管及開關(guān)二極管等。以下介紹幾種二極管的特點(diǎn)及檢測(cè)方法。4.3.1開關(guān)二極管開關(guān)管用在高速運(yùn)行的電子電路中，起信號(hào)傳輸作用，在模擬電路中起作鉗位抑制作用。高速開關(guān)硅二極管是高頻開關(guān)電源中的一個(gè)主要器件，這種二極管

47、具有良好的高頻開關(guān)特性。它的反向恢復(fù)時(shí)間trr只有幾納秒，而且體積小，價(jià)格低。在開關(guān)電源的過(guò)壓保護(hù)、反饋控制系統(tǒng)中常用到硅二極管，如1n4148、1n4448。硅二極管的主要技術(shù)指標(biāo)是：(1) 最高反向工作電壓vrm和反向擊穿電壓vbr：這兩個(gè)參數(shù)越大越好。(2) 最大管壓降vfm：小于0.8v。(3) 最大工作電流id：大于150ma。(4) 反向恢復(fù)時(shí)間trr：小于10ns。4.3.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管（zener diod），具有單向?qū)щ娦裕ぷ髟陔妷悍聪驌舸顟B(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到并超過(guò)穩(wěn)定電壓時(shí)，反向電流突然增大，而二極管兩端的電壓恒定，這就叫做穩(wěn)壓。它在電子電路中用作

48、過(guò)壓保護(hù)、電平轉(zhuǎn)換，也可用來(lái)提供基準(zhǔn)電壓。 (1) 穩(wěn)壓二極管的分類穩(wěn)壓二極管分低壓和高壓兩種。穩(wěn)壓值低于40v的叫做低壓穩(wěn)壓二極管；高于200v的叫做高壓穩(wěn)壓二極管?，F(xiàn)在市面上從2.4v到200v，各種型號(hào)規(guī)格齊全。穩(wěn)壓管的直徑一般只有2mm，長(zhǎng)度為4mm。它的穩(wěn)壓性能好，體積小，價(jià)格便宜。穩(wěn)壓二極管從材料上分為n型和p型兩種。選用穩(wěn)壓二極管的原則是：第一，注意穩(wěn)定電壓的標(biāo)稱值；第二，注意電壓的溫度系數(shù)。 (2) 穩(wěn)壓二極管的用途穩(wěn)壓二極管具有以下幾個(gè)作用：第一，對(duì)漏極和源極經(jīng)行鉗位保護(hù)；第二，起到加速開關(guān)管導(dǎo)通的作用；第三，在開關(guān)電源中常用高壓穩(wěn)壓二極管代替瞬態(tài)電壓抑制器tvs對(duì)初級(jí)回路產(chǎn)

49、生的尖峰電壓進(jìn)行鉗位；第四，在晶體管反饋回路中，常常在晶體管的發(fā)射極串聯(lián)一只穩(wěn)壓管作電壓負(fù)反饋，提高放大電路的穩(wěn)定性。 (3) 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下： 穩(wěn)定電壓vz。設(shè)計(jì)人員根據(jù)需要選用。 穩(wěn)定電流ie。 溫度系數(shù)。溫度越高，穩(wěn)壓誤差越大。4.4電容器開關(guān)電源的壽命百分之六十是由電容器的質(zhì)量決定的，所以開關(guān)電源使用的電容應(yīng)壽命長(zhǎng)，體積小，頻率高，耐高溫。主要有如下幾種類型：陶瓷電容器：絕緣性能強(qiáng)，絕緣電阻很高，耐熱性能好，溫度系數(shù)寬損耗角正切值tg與頻率的關(guān)系小，電容量小等特點(diǎn)。薄膜電容器：分兩種類型-有極性有機(jī)薄膜和非極性有機(jī)薄膜。有極性有機(jī)薄膜電容具有電容量與體積的

50、比值大、耐高溫、耐壓強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。非極性有機(jī)薄膜具有損耗角正切值tg小、絕緣電阻大、介質(zhì)吸收系數(shù)小、負(fù)溫度系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。鋁電解電容：在電子開關(guān)電源所用的電容器中，比較關(guān)鍵的是濾波用的鋁電解電容器和lc、rc諧振電路中的振蕩電容器，其次是emi濾波用的電容器。它是開關(guān)電源中的重要元件，其主要性能要求如下：額定工作電壓：直流工作電壓必須高于最高交流峰值電壓。對(duì)于220v的a.交流輸電壓，電解電容的耐壓值不低于400v。標(biāo)稱靜電容量及其允許偏差：濾波用電容器的容量應(yīng)大一些，有利于減小直流電壓的紋波。在耐壓一定時(shí)，電容器的標(biāo)稱容量越大，價(jià)格就會(huì)越高。其靜電容量的最大偏差可以為10左右，最好為5。使用溫度

51、范圍：開關(guān)電源的溫升一般為60，使用溫度每升高10，鋁電解電容的壽命降低30%，一般我們選用使用溫度范圍為-25+105的高溫型鋁電解電容。漏電流：電解電容的漏電流偏大，會(huì)發(fā)生早期失效。耐高頻脈沖電流能力：要求能承受400v以上高電壓以及25-200hz的脈沖電流 。損耗角正切值tg：在25、100hz下，tg20%（u=300400v）。高溫負(fù)荷特性：在105環(huán)境中，施加額定工作電壓和最大允許紋波電流1000h后，鋁電解電容的特性能在25下應(yīng)符合以下要求：額定電流不大于初期規(guī)定值，tg不大于初期規(guī)定值的200%，靜電容量的變化率在初始值的5以內(nèi)。高溫儲(chǔ)存特性：在105環(huán)境中，無(wú)負(fù)荷放置500

52、h后，在25溫度下電容器的性能應(yīng)符合高溫特性。5 充電器設(shè)計(jì)5.1充電器相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)5.1.1 充電要求與指標(biāo)充電器性能的好壞，主要看其指標(biāo)，其壽命也隨使用的合理性而定，良好的使用習(xí)慣用助于提高充電器的壽命。手機(jī)電池和手機(jī)充電器上有一些參數(shù)，許多使用者不是非常明白。簡(jiǎn)要介紹如下：手機(jī)電池：bl-5ca使用的是技術(shù)成熟的廉價(jià)電芯，電容量較小，目前一般電容量在700mah左右；bl-5c 采用技術(shù)較穩(wěn)定的新型高容量電芯，電容量較大，目前一般電容量在1000mah左右。3.7v 700mah中前者是手機(jī)電池的標(biāo)稱電壓，即當(dāng)電池放電低于該值是，手機(jī)會(huì)提示“電量不足，請(qǐng)充電”；后者是手機(jī)電池儲(chǔ)存電

53、的容量。以下為本次設(shè)計(jì)充電器的充電要求及技術(shù)指標(biāo)：供電方式：交流220v，50hz充電方式：限流恒壓式充電充電器連續(xù)工作時(shí)間：不小于16小時(shí)最大輸出（充電）電流： 500ma空載輸出電壓： 1.5v電池充電飽和度：按上述時(shí)間充電時(shí)，電池充電飽和度應(yīng)90%。飽和綠色燈亮?xí)r電池端電壓：5.00v工作狀態(tài)顯示：極性紅色燈亮:表示電池極性與觸片極性不正確， 充電綠色燈閃閃發(fā)亮:表示充電器對(duì)電池充電，飽和綠色燈亮:表示電池充電容量達(dá)90%左右,同進(jìn)轉(zhuǎn)入涓流充電。充電器外殼溫度：不大于655.1.2 充電方式充電的方式最為關(guān)鍵，對(duì)鋰電池充電需要專門支持鋰電池充電模式的充電器，一般在充電器的包裝上有標(biāo)注。很

54、多充電器兼容兩種充電模式，選購(gòu)時(shí)要注意是自動(dòng)識(shí)別還是手動(dòng)靠開關(guān)設(shè)定，如果是人工設(shè)定，則必須根據(jù)所充電池的類型正確設(shè)定。對(duì)于鎳鎘/鎳氫電池，優(yōu)秀的充電器采用帶下拉負(fù)脈充的充電方式，可以在充電過(guò)程中減小極化效應(yīng)。而普通廉價(jià)充電器則使用恒流充電。電池充電波形要靠示波器才能準(zhǔn)確觀察。5.1.3 性能特點(diǎn)在使用過(guò)程中我們也可以檢驗(yàn)充電器的性能。在充電的后期電池有略微的溫升是正?，F(xiàn)象，但如果電池明顯發(fā)燙，則說(shuō)明充電器未能及時(shí)檢測(cè)到電池充電已飽和，造成過(guò)充，這對(duì)電池的壽命不利。 很多充電器雖然沒有過(guò)充現(xiàn)象，但存在充電不足的問(wèn)題，直接表現(xiàn)為電池放電時(shí)間短，即手機(jī)待機(jī)通話時(shí)間短。在使用原裝隨機(jī)新電池的用戶，可以比較說(shuō)明書上提供的大致參照時(shí)間，加以對(duì)比，如果參考數(shù)值與實(shí)際使用明顯存在差距，則有理由懷疑充電器的問(wèn)題，當(dāng)然也不排除電池質(zhì)量、手機(jī)使用環(huán)境等其他因素。5.2 充電器電路設(shè)計(jì)與原理分析5.2.1電路原理圖設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)電路，往往要先分析起電路特點(diǎn)、用途