正激式開關(guān)電源原理與設(shè)計

1、本文分別從基本概念、拓?fù)浞治?、輸入電路設(shè)計、輸出電路設(shè)計、附加電路、變壓 器設(shè)計、安規(guī)、設(shè)計規(guī)范入手，詳盡的介紹了正激式開關(guān)電源的原理與設(shè)計，重點(diǎn)介紹 了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、變壓器的設(shè)計，在基本概念和拓?fù)浞治鲋兄v述了開關(guān)電源的一些基本常識 并介紹了正激式開關(guān)電源的相關(guān)知識，在輸入輸出電路設(shè)計中，分析了輸入輸出部分的 基本電路，在附加電路介紹了為完善電源的功能而設(shè)計的一系列功能模塊，在變壓器設(shè) 計中詳盡的介紹了變壓器的設(shè)計問題，設(shè)計規(guī)范中從實(shí)踐的角度講解了實(shí)際中應(yīng)該注意 的相關(guān)問題?！娟P(guān)鍵詞】正激式開關(guān)電源變壓器 安規(guī)輸入電路 輸出電路the principle and design of the for

2、ward-switching power supplyabstractthis paper has a detai ied introduction about the theory of the forward-switch power des i gn, which bas i c of the concep ts of the to po i ogy an a i ys i s, the inputand output ci rcuit des i gn, add itional ci rcu its, the transformers des i gn, the regui at i

3、ons, and the theory forward-switch power des i gn. th i s paper focused on topoiogy structure, transformer design, the paper a i so introduce a basic con cep ts of the topology and the an a i ys i s of the power switch, and some basic common knowi edge of the forward-switch power , the i nput and ou

4、tput c i rcu it des i gn, i nput-output ana iys i s of some of the basic ci rcuits the additionalci rcuit introduced a moduie which is of the power . in the design of the transformer des ign process i ng. from spec i f i cations make a introductiondes i gn to thedesigned for the improving of the fun

5、ction transformer we have detai i i ntroduced the the perspective of pract i ce , the about the i ssues which i s re i ated practice that we should pay atterrtion to.i nput【key words forward-switching power suppiy transformer safety ci rcuitsoutput ci rcuits1 .概述1.1基本定義1.1.1開關(guān)電源應(yīng)用半導(dǎo)體器件作為開關(guān)（通常是晶體管或mo

6、sfet）,將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變成另一 種電源形態(tài)，并在轉(zhuǎn)變時利用自動控制穩(wěn)定輸出且有保護(hù)環(huán)節(jié)的電源稱為開關(guān)電源。與其它的電源形式相比，開關(guān)電源的體積小、效率高、重量輕、耗能低。且具有各 種保護(hù)功能，目前在郵電通訊、儀表儀器、工業(yè)設(shè)備。醫(yī)療器械。家用電器等等領(lǐng)域應(yīng) 用效果顯著。1. 1.2正激式開關(guān)電源正激式開關(guān)電源（后文都簡稱為正激式）只是開關(guān)電源的一種，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)開 關(guān)電源可以分成不同的種類：從工作性質(zhì)上分，大體上可分“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”兩種，硬開關(guān)就是指電子脈 沖、外加控制信號強(qiáng)行對電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，那么在開關(guān)接通和關(guān)斷期間的 電流和電壓的同時存在，就會造成損耗，而且這種損

7、耗會隨著開關(guān)頻率的升高而增加, 但是，由于它比其它變換形式簡單易于實(shí)現(xiàn)，所以，在很多機(jī)種上現(xiàn)在還是沿用這種方 式。軟開關(guān)就是電子開關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷。理論上它的開關(guān)損耗為零， 對浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，而且工作頻率可以提高到5mhz以上，實(shí) 現(xiàn)了軟開關(guān)，還可以使電源的質(zhì)量和體積有更大的改變。從工作方式上分，又可以分為正激式、反激式、推挽式，將推挽式加以改進(jìn)又可分 為半橋式和全橋式，他們的區(qū)別的地方還是很多的，最明顯的地方就是變壓器，正激 式的變壓器一次側(cè)與二次側(cè)同名端式一致的，而反激式的則剛好相反，而且在具體的功 能上二者也有區(qū)別，正激式變壓器只是起到一個能量的傳遞

8、作用，而反激式變壓器則還 要暫時的儲存能量起到一個電感的作用，因?yàn)橛捎谳敵鲭娐返牟煌?，反激式變壓器一?側(cè)與二次側(cè)是不會同時導(dǎo)通的，但正激式和及激式變壓器基本上都是一個輸入端與及饋 繞組共同構(gòu)成一次側(cè)，而輸出端則只有一組，推挽式的變壓器則相當(dāng)于兩個及相位工作 的正激式變壓器的組合，其有兩個輸入端兩個輸出端。一般來說正激式的輸出功率要高 一些，成本也相應(yīng)的高一些，而反激式易于實(shí)現(xiàn)，但是功率比較小，成本也低一些，推 挽式的電路比較復(fù)雜，輸出功率范圍比較廣。除此之外還有很多的分類方式。1.2技術(shù)指標(biāo)1.2. 1機(jī)械指標(biāo)雖然國內(nèi)對于開關(guān)電源的機(jī)械指標(biāo)沒有嚴(yán)格的要求，但是在歐美、日本、東南亞各 國都有一

9、定的要求。在外觀上，總的要求是美觀、無油污、小巧光亮、輕便、無松動。 另外要求具有一定的抗沖擊震動能力，即要求產(chǎn)品在一定的機(jī)械沖擊試驗(yàn)甚至是破壞性 的試驗(yàn)種達(dá)到一定的指標(biāo)，不僅電源的外觀無裂痕損傷，而且電源在滿負(fù)荷通電下還可 以正常運(yùn)行。1.2.2環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)主要是要求電源在一定環(huán)境下仍可以正常工作，一般的規(guī)定為：在室內(nèi)，室溫上升 到45度時輸出電壓漂移小于3%,室外小于5%；在濕度為92%、溫度為28度的環(huán)境下放 置48小時，絕緣強(qiáng)度不變，當(dāng)然以上都只是個比較典型的規(guī)定，具體的指標(biāo)要看客戶 或是消費(fèi)者的實(shí)際要求來定。1.2.3電氣標(biāo)準(zhǔn)電氣指標(biāo)的內(nèi)容很豐富，常見的幾個指標(biāo)如下：輸入指標(biāo)：包括輸入電

10、壓的相數(shù)、額定的輸入電壓、電壓的變化范圍、電壓頻率及 輸入電流。不同的國家有不同交流電壓及頻率，日本ioov/50. 60hz.韓國220v/60hz、 美國120v/60hz、澳大利亞240v/50hzo如果產(chǎn)品要銷往國外的話就要注意這些問題。輸出指標(biāo)：包括產(chǎn)品可以承受的輸入電壓變動，即在多大的輸入電壓變動下可以保 持輸出的穩(wěn)定不變，還有對于負(fù)載的變動時輸出的穩(wěn)定程度、環(huán)境變化的影響下輸出的 保持程度、在開機(jī)一定時間之后保持輸出的穩(wěn)定、空載損耗、輸出的紋波（一般而言這 個交流紋波都要求mv數(shù)量級，其標(biāo)準(zhǔn)一般都是要求輸出紋波是輸出值的1%-5%）o耐壓指標(biāo)：這個指標(biāo)屬于安規(guī)的內(nèi)容，其要求產(chǎn)品可

11、以承受一定的高壓。絕緣要求：要求輸入交流線與輸出線，輸出線、輸入線與機(jī)殼之間的絕緣電阻要達(dá) 到mq級。效率：不同的機(jī)種要求不同的效率，一般來說開關(guān)電源的效率都要求達(dá)到80%以上。功率因數(shù)：日本60w以上輸出功率，其它國家75w以上輸出功率要求做功率因數(shù)校 正，功率因數(shù)要達(dá)到0.95以上。漏電流：此項(xiàng)指標(biāo)在醫(yī)療類產(chǎn)機(jī)種要求異常嚴(yán)格。emi/rfi：電磁射頻指標(biāo)，要求其不能干擾別的電子設(shè)備的正常工作也要具備一定 的抗干擾能力。mtbf：平均無故障使用時間，其數(shù)值一般都是要求達(dá)到萬小時數(shù)量級。保護(hù)：一般的內(nèi)容式過流保護(hù)、超載保護(hù)、短路保護(hù)、高壓保護(hù)、過溫保護(hù)。1.3目前的研究現(xiàn)狀1.3. 1目前存在

12、的問題：開關(guān)電源技術(shù)起步較晚但發(fā)展很快，材料的不斷翻新、用途的不斷廣泛，是它快速發(fā) 展的動力，但是在體積、重量、效率、電磁兼容性以及安全性能都不能說是完美，目前來 說，存在的主要問題有：1. 器件問題.電源的集成度不高，在一定程度上影響到穩(wěn)定性和可靠性，同時對于電 源體積和效率來說也是一個問題。2. 材料問題.開關(guān)電源使用的磁心，電解電容及整流管體積都較大，比較笨重，在電 路中不僅耗能，降低其工作效率，而且會直接導(dǎo)致電源的體積龐大。3. 能源變換問題.目前的變換都是以頻率為基礎(chǔ)，改變電壓為目的，其結(jié)果就是工藝 復(fù)雜，控制難度大，未來期待更好的能源變換方式的出現(xiàn)。4. 軟件問題.目前，開關(guān)電源的

13、軟件開發(fā)還處于剛剛起步的程度，要真正做到功率轉(zhuǎn) 換、功率因子改善、全程自動檢測實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還有很大差距。5. 生產(chǎn)工藝問題.往往是在實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，在生產(chǎn)中卻達(dá)不到，人為的 因素除外，還有元器件的性能、檢測、環(huán)境、設(shè)備、等等諸多因素。1.3.2目前已經(jīng)得到應(yīng)用的主要開關(guān)電源技術(shù)：1. 功率半導(dǎo)體器件.目前，功率m0sfet和igbt已完全可替代功率晶體管和中小電 流的晶體管，使實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源高頻化有了可能.超快速恢復(fù)二極管和m0sfet同步整流技 術(shù)的開發(fā)，也為研制高效率或低電壓輸出的開關(guān)電源創(chuàng)造了條件.而且，目前已經(jīng)可以將 功率器件與電路控制以及檢測執(zhí)行等組件集成封裝，得到標(biāo)準(zhǔn)

14、的、可制造的模塊，可降 低成本并提高可靠性.2. 軟開關(guān)技術(shù).在硬開關(guān)方式下工作的開關(guān)電源，開關(guān)器件的電壓和電流波形在時間上的迭加，會導(dǎo)致開關(guān)損耗，頻率越高損耗也就越大，為此實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)技術(shù)，對于電源 效率的提高很有幫助。3. 有源功率因子校正技術(shù).由于輸入端有整流組件和濾波電容，許多整流電源供電 的電子設(shè)備的輸入端功率因子僅0. 65.用有源功率因子校正（簡稱apec）之后的電路，其 功率因子可提高到0. 95-0. 99o1.3.3未來開關(guān)電源的技術(shù)發(fā)展方向：總的來說，開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。smt技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布

15、置元器件，以確 保開關(guān)電源的輕、小、薄。國外各大開關(guān)電源制造商都在致力于開發(fā)新型高性能的元器 件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（mn、zn）材料上加大科技創(chuàng)新， 以提高在高頻率和較大磁通密度（bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項(xiàng) 關(guān)鍵技術(shù)。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的pwm開關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)zvs、zcs 的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源的工作效率。對于高 可靠性指標(biāo)，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等施以減少器件的 應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可

16、 以設(shè)計成n + 1冗余電源系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。針對開關(guān)電源運(yùn)行噪聲大 這一缺點(diǎn)，若單獨(dú)追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù), 在理論上即可實(shí)現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用仍存在著技術(shù) 問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項(xiàng)技術(shù)得以實(shí)用化。除此之外，實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源cad也很有必要，其可方便研發(fā)工程師對主電路和控制電路 設(shè)計、器件選擇、參數(shù)優(yōu)化、磁設(shè)計、熱設(shè)計、emi技術(shù)、可靠性評估和pcb設(shè)計等等。 可使所設(shè)計的系統(tǒng)性能最優(yōu)、減少設(shè)計制造費(fèi)用、節(jié)省研發(fā)周期、節(jié)約成本。2. 正激式變換器拓?fù)浞治?. 1基本結(jié)構(gòu)正激式開關(guān)電源的常見結(jié)構(gòu)

17、框圖如下:dc隔離組件圖2. 12.2各部分功能簡介輸入與整流：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)。變壓器：變壓器是能量傳遞的一個樞紐，通過它的作用將高壓直流變成次級的低壓輸出。輸出整流濾波部分：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，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，將后級信息 反饋到前級?？刂撇糠郑河袃煞N控制方式rcc和pwm, rcc是由反饋回來的信號改變電容充放電時間來達(dá)到 控制開關(guān)組件

18、開關(guān)時間的目的，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)而對應(yīng)的改變開關(guān)組件的開關(guān)時間，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。交換組件：常用的是三極管或mos管，通過pwm控制信號來控制變壓器輸入端的電壓，這也是 開關(guān)電源與線性電源區(qū)別的地方所在。2. 3.正激式拓?fù)浞治?. 3. 1.基本工作過程在最大直流輸入電壓60-200v,輸出功率為150-200w的場合，這種變換器可能是應(yīng) 用最廣泛應(yīng)用的拓?fù)洌糇畲筝斎腚妷旱陀?0v,那么對應(yīng)最小輸

19、入電壓所需的初級輸 入電流就太大。若最大輸入電壓超過250v,則開關(guān)管的最大電壓應(yīng)力太大。若超過200w, 對于任何直流輸入電壓，所需的初級輸入電流均太大。下圖即為正激式開關(guān)電源轉(zhuǎn)換部分的原理電路圖。圖2. 2其基本的工作過程是這樣的：在三極管的基極會有一個由控制部分給予的驅(qū)動電壓，這個驅(qū)動電壓來控制三極管 （目前基本上都在采用mosfet做開關(guān)管）的工作狀態(tài)，要么是導(dǎo)通（此時三極管工作 在飽和區(qū)）要么是截止。在三極管導(dǎo)通的時候，n1繞組會有電流為g由于n1和n2的 同名端是一致的，則在n1中有電流的時候，在輸出部分也會有i2的電流產(chǎn)生，這個 電流對電感l(wèi)和電容c充電，這個過程中將初級的能量轉(zhuǎn)

20、移到了次級，此是d2、d3由 于出于反向偏置狀態(tài)，則不會導(dǎo)通，在三極管截止的時候，n1繞組這條路被截止，那么 其中自然也不會有電流了，由于此時繞組中的外來電流產(chǎn)生的磁場消失那么在上面的感 應(yīng)磁場就會顯現(xiàn)出來，其產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是與輸入端加載的電動勢相反的，所以此時 在n2繞組中，d2會被順向偏置，處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出部分還是有電流的，故d2又被稱 為續(xù)流二極管，此時的lc會放電，所以從整個過程來看，lc在三極管開的時候充電在 其關(guān)的時侯放電，另外值得注意的是變壓器初級有兩個繞組n1和n3,其中n1是與n2 配合傳遞能量的作用，而n3則是消磁繞組，其與d3起在三極管關(guān)斷時，將在三極管 導(dǎo)通時沒有傳

21、遞完全的磁量以磁化-消磁電流的方式，再次將能量回傳到輸入級，即下 圖中所示兩條斜線相差地方，從圖上也可以看到磁化電流是剩磁在三極管關(guān)的時候儲存 在n3繞組上，然后，在三極管再次打開時釋放到lq.整個過程的波形如下：onv1所謂的轉(zhuǎn)換組件為三極管或mos管，現(xiàn)在采用比較普遍的開關(guān)管還是mos管，因?yàn)?在相同成本下，mos管的開關(guān)速度要比三極管快而且驅(qū)動電路也比較的簡單。其主要作 用就是把直流的輸入電壓轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制的交流電壓，而后由變壓器的轉(zhuǎn)換在輸出級變 成直流，在上電路中還是以三極管為研究對象，為便于考慮問題把以上的電路中的相關(guān)特性 都理想化，得出了如上的波形，從其中可以看出來，在三極管關(guān)閉的

22、時候，其ce極之 間要承受的電壓是輸入電壓與感應(yīng)電壓的迭加，在此我們假設(shè)感應(yīng)電壓也是v叫那么此 時它所承受的電壓就比較大了，即首先我們在選擇三極管的時候就要考慮到它所能承受 的ce電壓。一般的要求是：vce.max-2v|n(2. 1 )另外一個要考慮的因素就是其要承受的峰值電流，由上的分析可知，其值為三極管 導(dǎo)通時它所承受的電流與消磁電流的迭加。我們定義消磁電流為：imag二(2.2)3為導(dǎo)通占空比，l為輸出電感值。則集極的峰值電流為lc二(l/n) + (t 九mn/l)(2.3)其中：n:初級對次級的圈數(shù)比ii：輸出電感的電流2. 輸岀電壓的大小輸出電壓為：v 0 s maxvin/n可

23、見其輸出是與三極管導(dǎo)通占空比相關(guān)的，這也為是實(shí)現(xiàn)pwm （脈寬調(diào)制）輸出的 控制的理論依據(jù)。3. 輸入回路的設(shè)計 3. 1原理電路輸入部分常見的電路如下：這是一個典型的輸入/濾波電路其由emi濾波器、啟動浪涌電流抑制部分、浪涌電 壓抑制部分、橋式整流、輸入濾波電容組成。圖3. 13.2.各部分設(shè)計中的問題3. 2. 1. emi濾波器整流部分與開關(guān)管的電流電壓的快速變換，電感電壓和電容電流的迅速變化，構(gòu)成 了干擾源。其表現(xiàn)就是在輸出電壓上產(chǎn)生紋波，對于外圍設(shè)備也會產(chǎn)生影響，故有必要 采用濾波器對于輸入及輸出進(jìn)行濾波，emi濾波器設(shè)計的目的是將開關(guān)管產(chǎn)生的噪聲濾 除，防止其進(jìn)入輸入回路，也起到濾

24、除兩條輸入交流線與大地所產(chǎn)生噪聲的目的。出于 emc的要求，這個部分基本上在所有的開關(guān)電源中都可以看到。對于開關(guān)電源的兩根進(jìn)線而言，存在共模干擾（兩根進(jìn)線受干擾的信號相對參考點(diǎn) 大小、方向相同）和差模（也稱常模）干擾（兩根進(jìn)線受干擾的信號相對參考點(diǎn)大小相 等、方向相反）。像雷電時，兩根線受影響基本相同，屬于共模干擾，而如電網(wǎng)電壓瞬 時波動，兩根在線的電位是相反的，屬于差模干擾。實(shí)際干擾多是這兩種干擾的不同比 例的組合。一般都是采用共模電感和差模電感來分別對共模干擾和差模干擾進(jìn)行抑制，共模電 感是使用一個磁心上繞制兩組方向相反的導(dǎo)線，使用高磁導(dǎo)率的磁心，一般匝數(shù)也很少， 這樣在差模干擾信號的作用

25、下，干擾源產(chǎn)生的對電流在磁心中產(chǎn)生方向相反的磁通相互 抵消，線圈電感幾乎為零，故不能抑制差模干擾，但是，對于共模干擾其產(chǎn)生的磁通是 同向的，磁通得到加強(qiáng)，線圈電感很大，其共模阻抗就很大，共模電流大大減弱。而差 模電感則是兩個繞向相反的線圈構(gòu)成的，其對于差模干擾有抑制作用，對于共模干擾則 沒有，其工作原理的分析同上。實(shí)際中采用的差模共模干擾抑制電路，并不是單純的使用這兩個電感，往往是由共 模電感和多組電容構(gòu)成的，在共模電感前的電容和共模電感構(gòu)成共模抑制器，而共模電 感和其后的電容則構(gòu)成差模抑制器。3. 2.2.啟動浪涌電流抑制部分在電路打開的瞬間，由于濾波電容的充電，而此時電路上所呈現(xiàn)的阻抗是很

26、小的， 所以會有很大的浪涌電流，如果沒有保護(hù)組件的話對于電路是存在損壞的隱患的。在實(shí) 際設(shè)計中為了解決這個問題常采用的是圖示中的方法。即加入一個負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電 阻(ntc),當(dāng)然也有采用將一個電阻串在交流在線后與單向晶閘管(scr)并聯(lián)來解決 這個問題的，其基本工作的原理就是：串入的電阻是很大的，可以在開機(jī)的瞬間吸收浪 涌電流，單向晶閘管的門極是接在后級的反饋信號，后級濾波電容充電完畢后，會將晶 閘管導(dǎo)通，電阻被短接，電路恢復(fù)正常的工作狀態(tài)，采用這種電路的話既要有觸發(fā)電路 也要求器件的散熱能力要良好。采用ntc熱敏電阻的話，ntc熱敏電阻起到過溫保護(hù)和 軟啟動的作用，其阻值在它沒有發(fā)熱之前

27、是很大的，一旦有大的峰值電壓的出現(xiàn)，會促 使它發(fā)熱，發(fā)熱之后其阻值就會變的很小，那么就可以吸收電流而達(dá)到保護(hù)電路的目的， 在電容充電的過程中，由于它的發(fā)熱其電阻又會變小對于電路馬上將要進(jìn)入的正常工作 又不會造成影響。在選擇熱敏電阻的時候要多方的權(quán)衡，保證在電路正常發(fā)熱的條件下 它的阻值不會影響到電路的工作。3.2.3. 浪涌電壓抑制部分采用浪涌電壓抑制部分的目的是為了抑制由于電路異常(像雷電.)所造成的輸入 電壓的瞬間高壓，一般采用的是壓敏電阻。壓敏電阻是一種特種電阻，其基本的特性就 是在其兩端所加的電壓一旦超過它的閾值電壓(也叫壓敏電壓)時，它的阻值就會變得 很小，對于與之并聯(lián)的后級電路來說

28、，輸入正常的時候，由于它的阻值很大，不會影響 的后級的工作，輸入異常的時候由于其阻值很小短接了后級，起到到了保護(hù)的作用。在 選用壓敏電阻的時候要重點(diǎn)關(guān)注它的標(biāo)稱壓敏電壓和所能承受的最大峰值電流。3.2.4. 橋式整流橋式整流的基本原理在此就不再詳述，關(guān)鍵來考慮下整流管的選擇。主要要考慮的 參數(shù)：正向平均電流、反向電壓、浪涌電流、預(yù)期的耗散功率。每兩只管子串起來完成 交流電壓的半波整流那么正向平均電流就是是整個電流平均值的一般，所承受的反向電 壓是輸入電壓的半個周期。一般小電流選用in400x系列就行了，如果電流比較大達(dá)到 了 3a以上的話就可以采用in5xxx系列。3. 2. 5.輸入濾波電容

29、輸入濾波電容也就是俗稱的“大電容”，常采用的是電解電容，因?yàn)樗母鞣矫娴?性能更適合在交流輸入部分作為濾波電容。在選用電容的時候首先要考慮它對于紋波電 流的承受能力，由于輸入部分的紋波電流是比較大的，如果選擇的電容不能承受，那么 紋波電流在其內(nèi)部會產(chǎn)生熱量，從而縮短其使用壽命。其次要求其等效串聯(lián)電阻esr要小，esr小對于電源效率的提高是有幫助的，還要考慮電容的工作溫度范圍，一般的電 解電容的最高允許工作溫度為105度，對于其大小有一個經(jīng)驗(yàn)的公式如下：c二it/v(3. 1)其中：i為負(fù)載電流t為電容的放電時間av為電容所允許的電流紋波峰峰值4. 變壓器的設(shè)計4. 1變壓器概述變壓器是開關(guān)電源

30、中的一個核心組件，也是所有組件中需要自己設(shè)計的器件之一, 不同的機(jī)種會有不同的變壓器，所以實(shí)際上變壓器的設(shè)計是個大課題，在此，僅對正激 式變壓器設(shè)計做一個簡短的介紹。變壓器在正激式開關(guān)電源中主要起到一個能量的傳遞的作用，即將能量從一次側(cè)瞬 間傳遞到二次側(cè)，另外，變壓器還提供其它的功能：1 電壓變換，即通過改變初次間的匝比來改變輸出的電壓。2. 多路輸出，即增加多個不同匝數(shù)的次級，可增加多個不同的輸出。3. 絕緣隔離，為了安全，要求離線供電或高壓端和低壓端不能共地，變壓器則提供 了安全的隔離。4. 1. 1與變壓器相關(guān)的一些基本概念：1. |1磁導(dǎo)率一般我們稱|1 <1的磁性材料為反磁性材

31、料像銀、銅、水等?？诼源笥?的磁性材料為順磁性材料。u遠(yuǎn)大于1的磁性材料為鐵磁性材料。|1二1則是真空?；旧纤械拇判井a(chǎn)品 的i1-t圖都連線是這個走向，在隨溫度上升到一定高度后會急劇的下降，定義由0.8 口到0. 2r與口二1的交點(diǎn)多對應(yīng)的溫度為居里溫度，其含義是，一旦磁性材料達(dá)到這個 溫度之后，其磁性將由軟磁性轉(zhuǎn)變成硬磁性。其是磁芯的一個重要參數(shù)。3. 磁芯損耗也稱之為鐵損，是變壓器的損耗來源之一，其由三部分組成磁滯損耗幾、渦流損耗 pe、殘留損耗pg。 磁滯損耗是磁化所消耗的能量，即磁化過程中部分磁疇在外磁場去除之后又會恢 復(fù)原來的方向，那么磁場再次加到其上是，要實(shí)現(xiàn)對它的磁化就要消耗

32、一部分的能量以用于校正這些磁疇，其一個粗略的計算公式是:=7（ hdb -x （厶 _ 冬）圖4.2 磁滯曲線則可以看出其與磁滯曲線的面積是正比的。在設(shè)計磁芯的時候可以參考待選磁芯的 磁滯曲線來考慮將來使用中可能達(dá)到的磁滯損耗。 渦流損耗則是由于交變電流在磁芯中產(chǎn)生環(huán)流而引起的歐姆損耗，其公式表示 為：pe= ( n 2bwd2f) /6 p ,(4.2)其中d為磁芯的物理密度，p為電阻率，b”為工作磁感應(yīng)強(qiáng)度，千為頻率。 殘留損耗由磁化延遲與磁矩共振引起的，在整個損耗中所在的比重不大。一般在 設(shè)計中都不考慮。4. 漏感簡而言之，漏感就是初次級不能耦合的磁力線部分，設(shè)計變壓器的時候要盡量的減

33、少漏感，因漏感在釋放能量的時候會產(chǎn)生尖峰電壓，而且對變壓器的效率也是一大影響。5. 爬電距離這屬于安規(guī)中對變壓器的空間要求內(nèi)容，即沿絕緣表面測得兩個導(dǎo)電組件之間或?qū)?電組件與物體接口之間的最短距離。在安規(guī)中對于爬電距離都有明確的規(guī)定。6溫升變壓器的磁心損耗和線圈損耗(即銅損)是造成變壓器溫升的一個因素，另外一個 造成溫升的因素就是輻射表面的面積，氣流流過變壓器，變壓器溫度會降低，降低的程 度與氣流速度有關(guān)。要像精確、系統(tǒng)的計算出變壓器的溫升是不可能的，但是可以通過 一些經(jīng)驗(yàn)曲線來得到一個大概的值，得到的這個值誤差一般在10度以內(nèi)。7銅損銅損一般是由三部分構(gòu)成：導(dǎo)線的歐姆損耗、集膚效應(yīng)和臨近效應(yīng)

34、。實(shí)際中集膚效 應(yīng)和臨近效應(yīng)所帶來的損耗往往要比導(dǎo)線的歐姆損耗大得多。線圈中的可變磁場感應(yīng)產(chǎn) 生了渦流，集膚效應(yīng)是由繞線的自感產(chǎn)生的渦流引起的，其使得電流只流經(jīng)繞線外層極 薄的部分，這部分的厚度或環(huán)形導(dǎo)電面積與頻率的平方根成正比。因此，頻率越高，繞 線損失的固態(tài)面積就越多，增加了交流阻抗從而增加了銅損。臨近效應(yīng)是由繞線的互感 產(chǎn)生的渦流引起的，其引起的銅損比集膚效應(yīng)大得多，而且，多層繞組的臨近效應(yīng)損耗 更是相當(dāng)?shù)拇螅袘?yīng)的渦流迫使凈電流只流經(jīng)銅線截面的一小部分，增加了銅損，最嚴(yán) 重的還是臨近效應(yīng)感應(yīng)的渦流使原來流經(jīng)繞組或繞組層的凈電流幅值增加了很多倍。4. 2開關(guān)電源變壓器用料介紹1. 線架(

35、bobbin)bobb in (線架)也叫做骨架，在變壓器中起支撐作用。開關(guān)電源常用到是電木(pm), 其屬于熱固性材料，穩(wěn)定性高，不易變形，耐溫150°c,可承受370°c之高溫.表面光滑， 易碎，不能回收。適用于耐溫較高之變壓器2. 鐵心core開關(guān)電源中用到的鐵芯為金屬軟磁材料的一種，金屬軟磁材料的基本構(gòu)成都是氧化 鐵和其它二價的金屬化合物。目前常使用的金屬有猛(mn)、鋅(zn)、擦(ni)、鎂(ng)、 銅(cu)o其常用組合如猛鋅(mn zn)系列、操鋅(ni zn)系列及鎂鋅(mg zn)系列。其使 用頻率范圍由1khz到超過200khz不等。其具體來講按照鐵

36、心中含有的金屬不同又可分 為金屬鐵心、鐵氧體鐵心和鐵粉心。在開關(guān)電源中使用的是鐵氧體鐵心，因?yàn)檫@種鐵心 的磁導(dǎo)率和電阻率都比較高，這樣可以降低磁芯損耗，而且價格低，磁感應(yīng)強(qiáng)度也比較 大。其結(jié)構(gòu)目前用的最多的磁心結(jié)構(gòu)是pot (罐型)，它是磁心在外，銅線在里面，可以 減少emi,為了改善它的散熱情況，衍生出了很多中的形狀，像ee型、ei型、pm型、 rm型等等，其中使用比較頻繁的主要是e類的鐵心。3. 鐵弗龍?zhí)坠荑F弗龍為塑料中耐溫最高(280°c-300°c)最耐強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、最抗粘、最滑溜耐磨之 工程塑料材料，而廣泛用于機(jī)械，汽車，電子，化工閥門等零件。鐵弗龍為信號、儀控 綱

37、路及耐熱電線電纜的最佳絕緣材料，成功用于各類家電用品、通訊設(shè)備/計算機(jī)、各 類化學(xué)、機(jī)械及電氣/電子工業(yè)領(lǐng)域，在變壓器中是一種最常用的套管材質(zhì)。4. 馬拉膠帶馬拉膠帶是一種聚酯薄膜(polyeseter taye),這種膠帶適應(yīng)于需要薄質(zhì)、耐用和 高介電/耐電壓強(qiáng)度材料時的絕緣用途，聚脂薄膜膠有極佳的抗化學(xué)品、抗氧化和防潮 能力，并可抵受切割及磨損，耐溫130°c , hi-pot： 5kvo其作用是控制層間的絕緣、 防止繞組與繞組間的高壓及繞組也外部的高壓。一般情況下，初級對次級和次級對初級 磁心包一圈，初級對次級和初、次級對磁心包三圈，膠帶寬度應(yīng)大于幅寬0-1mm,起始 和結(jié)尾搭

38、頭5-10mm o5. 三層絕緣線三層絕緣線是一種四氟乙烯共聚物，其耐溫可達(dá)150°c,高壓可承受5kv 分鐘， 其在變壓器繞制中多用于繞制次級，出于安規(guī)的考慮這樣可以增加絕緣距離和絕緣等級, 并提高初次級的耐壓能力。6. 漆包線漆包線一般用來繞制初級繞組，漆包線有很多種，其中耐溫多在120度以上，常用 的有uew線，其耐溫有130度。7.凡立水是一種含浸材料，一般在變壓器制作的最后都有一道含浸的工序，即把變壓器放在 含浸材料中浸一段的時間，其目的是能增加變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長使 用壽命、還能散熱、防潮、固定，還能使外觀更加的漂亮。4.3變壓器設(shè)計 4. 3. 1.公式

39、計算下面列述了實(shí)際生產(chǎn)中常用的一些變壓器設(shè)計的基本公式，很多公式都是來源了經(jīng) 驗(yàn)總結(jié)，只能作為參考。1. 計算次級繞組峰值電流ip2變壓器次級繞組的峰值電流ip2等于高頻開關(guān)電源的直流輸出電流io,即ip2二io(4.3)2. 計算次級電流有效值i212二4dxi2(4.4)其中d為正激變壓器最大占空比3計算初級繞組電壓幅值up1up1=uinau1(4.5)其中：uin是變壓器輸入直流電壓(v);au1是變壓器初級繞組電阻壓降和開關(guān)管導(dǎo)通壓降之和(v)o4.計算次級繞組電壓幅值up2up2 二(u0+au2)/d(4.6)其中：uo是變壓器次級負(fù)載直流電壓(v)； u2是變壓器次級繞組電阻壓

40、降和整流管壓降之和(v)o5. 計算初級電流有效值11忽略勵磁電流等影響因素，初級電流有效值11按單向脈沖方波的波形來計算11=i2x(4.7)6. 計算去磁繞組電流有效值ih 去磁繞組電流約與磁化電流相同，約為初級電流有效值的5%10%,ih二(0. 05-0. 10)(4.8)7. 計算變壓器輸入功率p1與輸出功率p2p1 二11(4.9)p2 二(4. 10)8. 確定磁芯尺寸首先確定銅耗因子z, z的表達(dá)式為zj. 96 x (234.5+ t + a t)up2/up1)11up1ip2up2(234.5+(4. 11)式中：t是環(huán)境溫度(°c)； t是變壓器溫升(

41、6;c)。 然后計算脈沖磁感應(yīng)增量bm, bm二kb - bm (10)式中：kb是磁感應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)；bm是磁芯材料最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度(t)o 對于自己選擇的某一類鐵氧體磁芯，最犬工作磁感應(yīng)強(qiáng)度是式由廠商提供 的。磁感應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)kb可以從廠商所給出的磁感應(yīng)強(qiáng)度系數(shù)曲線圖得出。變壓器所需磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)y由下式確定y二(p/xd2xz/0.45x abmxf2xq)0714(4. 12)式中：y是變壓器所需磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)(cm5)：q是單位散熱表面功耗(w/cm2), q可以從溫升和q值關(guān)系曲線中得出，如 果環(huán)境溫度為25°c,變壓器溫升為50°c,對應(yīng)的q值為0. 06o計算岀y之

42、后，選擇磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù)ycmy的磁芯，然后從磁芯生產(chǎn)廠商提供的 數(shù)據(jù)中查岀變壓器散熱表面積st (cm2),等效截面積ae (cm2)等磁芯參數(shù)，或者自行設(shè) 計滿足結(jié)構(gòu)常數(shù)的磁芯。9.計算初級繞組匝數(shù)(n1)n1 二(up2xd)/(fxa bmxaw)(4.13)10.計算次級繞組匝數(shù)(n2)(4. 14)n2 二(up1/upi)n1(4. 15)式中：up：是次級各繞組輸出電壓幅值(v)o門計算去磁繞組匝數(shù)對于采用第三繞組復(fù)位的正激變換器，復(fù)位繞組的匝數(shù)越多，最大占空比越 小，開關(guān)管的電壓應(yīng)力越低，但是最大占空比越小，變壓器的利用率越低。故需綜合考 慮最大占空比和開關(guān)管的電壓應(yīng)力，一般選擇

43、去磁繞組匝數(shù)(nh)和初級繞組匝數(shù)相同， 即nm(4. 16)需要注意的是，應(yīng)該確保初級繞組和去磁繞組緊密耦合。4. 3. 2.繞制方法參數(shù)計算出來只是標(biāo)志著變壓器的設(shè)計第一步的完成，要完成設(shè)計則必須繞制成功, 變壓器的繞制有很多的講究和技巧。繞制方式的差異會直接影響到變壓器的電氣性能， 在繞制時要注意以下幾個因素：1. 是否符合安全規(guī)范。2. 繞組之間是否耦合良好。3. 是否可保證漏感盡可能地小。以上因素是相互影響的，在繞制時要采取折中的方式。首先考慮符合安全規(guī)范。如果開關(guān)電源的輸入電壓峰值高于40v,就要受到一個或多個國際安全規(guī)程組織所 制定的規(guī)范約束。在不同的國家不同的市場會有不同的規(guī)范

44、，在產(chǎn)品設(shè)計之前就應(yīng)該首先了解這些規(guī)定，安全規(guī)程對于變壓器的要求一般不都是爬電距離、絕緣強(qiáng)度和溫升， 一般的方法式在一次側(cè)的繞組之間要用一層的膠帶絕緣，一次側(cè)與二次側(cè)之間要用三層 膠帶絕緣，有時候?yàn)榱嗽黾优离娋嚯x則有必要使用擋墻，這樣做一方面增加了絕緣強(qiáng)度 也增加了爬電距離，但是在一定程度上影響到了散熱，對于溫升由有影響了，所以，繞 法的制定，需要一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，而且，還需要多次的嘗試。其次考慮這么使繞組之間耦合良好。一次與二次，二次與二次繞組的緊密耦合，是變壓器設(shè)計的最理想的目標(biāo)，如果耦 合很差，功率信號在到達(dá)輸出整流器之前就已經(jīng)被延遲了，這會使得存儲在磁心上的磁 能在繞組上產(chǎn)生很大的尖峰，

45、從而影響到后續(xù)電路的工作。二次繞組間的耦合情況會影 響到輸出交叉調(diào)整性能，所謂交叉調(diào)整就是一個輸出端負(fù)載變化時，使其它輸出端電壓 波動的大小。為達(dá)到繞組的緊密耦合，可以采用將兩根或更多的導(dǎo)線絞合在一起，然后把他們同 時繞在骨架上，一般的經(jīng)驗(yàn)是對于24-28號線，大概是每厘米絞一圈，絞的太緊，容易損 壞絕緣層。也有把多根導(dǎo)線放在一起同時繞，而不是把他們絞合在一起，大部分的時候 他們是緊挨著的。在實(shí)際生產(chǎn)出于操作的難度和成本的考慮，常用的還是后一種方式， 即把多股導(dǎo)線放在一起繞制。最后考慮減少漏感的繞制：漏感的影響就像是在繞組上串上了一個獨(dú)立的電感，它式導(dǎo)致功率開關(guān)管漏極或集 電極和輸出二極管陽極

46、上尖峰的原因。對于已經(jīng)選定的磁心和計算好的繞組，可以由下式據(jù)算漏感：lleak= （bw/3+九）xk丄xsoowi（4. 17）式中k,對于簡單的一次和二次繞組，取3,如果二次繞組是交錯在一次繞組兩層之 間，取0. 85；lmt整根繞線繞在骨架上平均每匝的長度；nx要分析的這個繞組所包含的匝數(shù)w1繞組的寬度bw制作好的變壓器所有繞組的厚度tie繞組的絕緣厚度上述公式已經(jīng)給出了影響繞組漏感的主要因素。在設(shè)計中可以控制的主要因素式選 擇磁心的長短，繞組的寬度，以及匝數(shù)的多少。另外，一次與二次耦合大的好壞對于一 次漏感也有很大的影響。所以在實(shí)際繞制中通常采用的是初、次級夾層繞制的方式（即 通常所說

47、的“三明治繞法”），即把一次側(cè)分成兩個部分來繞制，先在第一層上繞制一次 側(cè)的1/2,然后在其上面繞制二次側(cè)，最后完成一次側(cè)的另一半，要盡量的增加繞線的 高度、減少繞組的厚度減少繞組的匝數(shù)，選材上要選用高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗的磁 芯材料。在繞制時通?？紤]的就是以上的幾個問題，實(shí)踐中的很多東西會與書本上的介紹有 很大的差距，所以以上只能作為一個參考，在設(shè)計中還是要以實(shí)踐為準(zhǔn)。5. 輸出回路的設(shè)計d1d2如在拓?fù)浞治鲋兴尸F(xiàn)的波形，可以看 到它是個脈動的直流，與要求的輸出狀態(tài)還 是有差距的，所以有必要在后級加入整流濾 波部分。而且電源的主要損耗是在輸出級上, 所以它的設(shè)計對于電源效率的提高也會有n

48、2大的的影響。基本的原理圖如下所示:5. 1濾波電感l(wèi)的設(shè)計濾波電感l(wèi)的作用是在開關(guān)管關(guān)斷時，為負(fù)載存儲能量。電氣上的作用就是把開關(guān) 方波脈沖積分成直流電壓。對于其設(shè)計比較簡單，過程如下：1 .選好磁心通常選擇鈿鐵合金磁環(huán)，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部有氣隙，當(dāng)然選用有氣隙的鐵氧體磁心也 可以。2. 確定輸出所需的最小電感公式為：圖5. 1lrnin-ton (est) (vin (max) _v°ut) /1 4 i out (min)(5. 1)其中vin(max)對應(yīng)輸出整流器的最高峰值電壓 vout輸出電壓ton(est)估計的最大輸入電壓下，開關(guān)管導(dǎo)通時間i。皿in)預(yù)先知道的輸出端上的

49、負(fù)載最小電流在設(shè)計中要把握的一個關(guān)鍵要素就是要把電感設(shè)計在連續(xù)模式工作，這個計算所得 的值就是電感的最小值，如果實(shí)際中所采用的電感低于這個值，在輸出端上流過的最小 額定負(fù)載電流時，電感電流就會發(fā)生斷續(xù)。電感電流峰值的典型值是額定輸出電流的 150%,最小電流的典型值是額定輸出電流的50%。3. 估計需要的磁心的尺寸先計算存儲在磁心中的能量：el二 l i' out (av)然后查閱你所選擇磁心生產(chǎn)廠家給你提供的資料手冊，就基本上可以確定要用哪種 磁心了 o4. 計算繞組匝數(shù)n1000 vl/al(5.2)其中佻是可以通過上述的查表過程得到的一個廠家給予的常數(shù)。5 .檢查磁環(huán)的窗口面積是

50、否能繞下這些匝數(shù)繞組占用磁環(huán)窗口面積的百分比由下式?jīng)Q定：100%window 二(nawire/awindow)(5.3)其中awire繞組導(dǎo)線的橫截面積(可在導(dǎo)線規(guī)格表中查得)artindow磁環(huán)可以提供的繞線面積n-繞組匝數(shù)如果這個值超過40%-50%,那么繞組的窗口面積就太大了。這是因?yàn)槔@線要從余下 的空間穿過，若余下的空間小于50%那么繞線就無法穿過。遇到這種情況時可以選用尺 寸大一點(diǎn)的磁心或者導(dǎo)線線徑減小一點(diǎn)，但后一種方法會導(dǎo)致銅損的增加而使電感發(fā)熱 量的增加。最后，如果電源在高頻下工作，并且流過濾波器的電流較大，則可以考慮選用編織 線，因?yàn)檫@種線是由很多的細(xì)線絞合在一起而構(gòu)成的，其

51、集膚效應(yīng)小。對于相同的導(dǎo)電 面積，編織線的直徑要比單股線大。5. 2濾波電容的c設(shè)計它可以簡單地由所需要的輸出紋波電壓峰峰值決定，這個輸出紋波電壓就是迭加在 輸出直流電壓上的交流三角波，對于正激式變換器，輸出紋波的典型值是30mv（峰峰值）， 如果電流對于紋波比較敏感，那么可以在輸出濾波電容的后面再加入一級直流濾波。由 于輸出的電壓具有高頻的紋波，所以選擇電容時其阻抗-頻率特性也是要納入考慮的范 疇。由下式可以大概的計算輸出電容值：c°ut (min)out (max)(1-5min)/fvripple (pk-pk)(5.4)式中out (max)輸出端的額定電流值5min在高輸入

52、電壓和輕載下估計的最小占空比（典型值是0.3）v r i ppie（pk-pk） 期望的輸出電壓紋波峰峰值在輸出端可以將多個電容并聯(lián)在一起使用，這樣達(dá)到的濾波效果會更好，而且， 每個電容所要承受的電流紋波也會更小。若是有多個濾波電容，那么輸出部分的物理布置也是應(yīng)該要考慮的因素之一，電 容要均勻的分布在輸出濾波整流電路上，pcb上的整流后的電壓輸出的兩根導(dǎo)線的走線 寬度和長度要相同。若是布線不一樣，距離較遠(yuǎn)的電容上的串聯(lián)電阻和串聯(lián)電感比較大， 從而使得距離近的電容上流過的紋波電流比較大，發(fā)熱就比較嚴(yán)重。也就是說pcb布線 也會對電容的esr （等效串聯(lián)電阻）和esl （等效串聯(lián)電感）產(chǎn)生影響。若

53、采用大容量的電容要并上高頻電容，這是因?yàn)槲覀兂Ｓ玫匿X電解電容是無法吸 收其兩端的高頻電流分量的，并上0.01或0. 1 uf的陶洗電容就可以達(dá)到這個目的。在 實(shí)際生產(chǎn)中最常用的電容就是鋁電解電容和陶瓷電容，也用到像積層電容和貼片電容的。6. 附加電路。附加電路的內(nèi)容很龐雜，之所以叫附加電路，并不是因?yàn)樗恢匾?，相反這些電路 對于電源功能的實(shí)現(xiàn)起到至關(guān)重要的作用，只是由于不同的機(jī)種將這些電路置于不同的 位置，所以嚴(yán)格來說他們不既不屬于輸入電路也不屬于輸出電路，而且這里面的很多電 路現(xiàn)在都已經(jīng)集成到了芯片，像控制電路、功率因數(shù)校正電路等等。要完成電源的各種 保護(hù)作用、完成輸出的自動控制、完成功率因

54、數(shù)的校正等等功能都離不開這些電路。6. 1軟啟動電路所謂軟啟動就是指在開關(guān)電源接上電源后，驅(qū)動脈沖逐漸加寬到設(shè)計值，使輸出 電壓慢慢建立的過程。如果記錄輸入電流的波形會發(fā)現(xiàn)，其在輸入的瞬間會有很大的尖 峰岀現(xiàn)，具有軟啟動功能的電源就可以防止其對于開關(guān)管的沖擊以保護(hù)開關(guān)電源。實(shí)現(xiàn)軟啟動的電路很多，多數(shù)采用rc延時電路，而且現(xiàn)在也已經(jīng)集成到了芯片上 面，其基本的原理就是在電路啟動的瞬間，先對電容進(jìn)行充電，只有電容充電完畢，后 級的電路才會工作，也就是說軟啟動電路實(shí)際上是整個電路中最先開始工作的電路部分, 這樣就把尖峰波形的時間消耗在電容上面，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)作用。6. 2反饋控制電路這個部分的電路對于開

55、關(guān)電源輸出的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，前面已經(jīng)分析到了 電路的輸出是可以通過控制開關(guān)管的開關(guān)時間來控制的，這也就是就是脈寬調(diào)制（pwm） 的理論依據(jù)了，現(xiàn)在脈寬調(diào)制電路現(xiàn)在已經(jīng)集成到了芯片上，具體的電路我們只知道其 中的工作模塊，也只需要了解下其中的工作模塊。開關(guān)電源的控制ic有很多種，有電壓型控制、電流型控制、電壓滯環(huán)控制、變頻 控制等等。在正激式中常用的是電壓型控制，所謂電壓型控制就是將從輸出反饋來的電 壓信號（這個電壓信號一般都來自與tl431取樣腳）與ic內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓信號進(jìn)行比 較，得到的誤差信號被放大再經(jīng)過處理后來改變輸出的pwm波形，從而對于開關(guān)管的開 關(guān)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，從而可以實(shí)現(xiàn)

56、穩(wěn)定的輸出。由于初次級之間的電壓懸殊，所以要實(shí)現(xiàn)反饋則需要能實(shí)現(xiàn)反饋隔離的組件，用的 最多的反饋隔離組件就是光電耦合器，簡稱光耦，光耦主要由兩部分組成：一是發(fā)光體， 實(shí)際上就是發(fā)光二極管，其受到輸入電流的控制而發(fā)出不同程度的紅外光，而另一部分 就是受光器，其接受到光照以后，產(chǎn)生與發(fā)光強(qiáng)度對應(yīng)的電流，這就實(shí)現(xiàn)了反饋隔離， 其信號單向傳遞具有很強(qiáng)的抗干擾能力且傳輸效率高。6. 3保護(hù)電路保護(hù)電路現(xiàn)在也集成在控制ic里面了，一般來說開關(guān)電源都有過流保護(hù)、過壓保 護(hù)、過功率保護(hù)。當(dāng)然這些電路也是可以用分立組件構(gòu)成的，但是出于成本和電路體積 的考慮，實(shí)際中采用的基本上都是采用具有相關(guān)功能的ic來完成的這

57、些保護(hù)的功能， 像電壓型控制的芯片本身就具備過壓保護(hù)（也就是輸出電壓超過額定輸出電壓的上限值） 的功能，對于過流保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，在芯片內(nèi)部采用的方式因不同的芯片而不同，其中一種 保護(hù)方式就是在通過檢測串聯(lián)在輸出端上的一個電阻的電壓來檢測輸出電流，同電壓反 饋控制一樣，電流信號放大后輸入電流誤差放大器中，到檢測到輸出電流接近設(shè)定值時， 就阻礙電壓誤差放大器的作用，從而把電流加以限制，以免其繼續(xù)的增大。這種過電流 保護(hù)有個固有的缺點(diǎn)，就是響應(yīng)速度很慢，但輸出突然短路，會來不及保護(hù)功率開關(guān)， 而且在磁性組件進(jìn)入飽和狀態(tài)時也無法檢測。這些會導(dǎo)致在幾個微妙內(nèi)電流成指數(shù)上升 而損壞功率開關(guān)。一種更好的保護(hù)方式是在功率開關(guān)管上串聯(lián)一個電流檢測器（電阻或 者電流互感器），其目的是檢測流過開關(guān)管的瞬時電流，當(dāng)其超過瞬時電流限制值時就 關(guān)斷開關(guān)管，其響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)對于像磁心飽和在內(nèi)的引起的各種瞬時過電流情況 下對于開關(guān)管的保護(hù)。6. 4功率因數(shù)校正像在輸入部分，只有在輸入端的交流電壓的瞬時值超過濾波電容上的電壓時，整流 二極管才會因?yàn)檎蚱?/p>