基于UC3842的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)

基于UC3842的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要隨著電力電子技術(shù)的飛速開展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，一般由PWM〔脈沖寬度調(diào)制〕控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電子技術(shù)的開展記憶對提高穩(wěn)壓電源的轉(zhuǎn)換效率、減小其體積和重量等方面的深入研究，一種基于脈寬調(diào)制器UCC3842的開關(guān)電源應(yīng)運而生，并逐步取代傳統(tǒng)的串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源。本文基于控制芯片UC3842設(shè)計制作一款新穎的單端反激式、固定電壓輸出的開關(guān)穩(wěn)壓電源，適用于需要較大電流的直流場合。并分析了該電源的工作原理，包括主電路、控制電路、反應(yīng)電路等。關(guān)鍵詞反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電流型PWM占空比UC3842AbstractWiththerapiddevelopmentofpowerelectronictechnology,thepowerelectronicequipmentandpeople'sworkandlifeisincreasinglycloserelationship,andelectronicequipmentareinseparablefromreliablepowersupply.Switchingpowersupplyistheuseofmodernpowerelectronictechnology,controlswitchtransistoropenedandshutofftimeratio,maintainastableoutputvoltagepowersupply,generallybyPWM(pulsewidthmodulation)controlICandMOSFETconstitutes.Withthedevelopmentofelectronictechnologytoimprovemanostatmemorytheconversionefficiency,reduceitssizeandweight,athoroughstudyonthebasedonpulsewidthomdulatrosUCC3842switchpoweremerged,andgraduallyreplacetraditionalserieslinearmanostat.BasedonthecontrolchipUC3842designanewone-portflybacktype,fixedvoltageoutputtheswitchingvoltagestabilizer,applicabletoneedbiggercurrentdcoccasion.Andanalyzestheworkingprincipleofthepowersupply,includingthemaincircuitandcontrolcircuit,feedbackcircuit,etc.目錄1、緒論31.1開關(guān)電源的背景、現(xiàn)狀和開展趨勢31.2線性電源與開關(guān)電源7直流電源7兩者比照71.3開關(guān)電源的原理8主電路8控制電路8控制電路的分類91.4開關(guān)電源的分類121.4.1DC/DC變換131.4.2AC／DC變換151.5開關(guān)電源的選用16輸出電流的選擇16接地171.5.3保護(hù)電路171.6UC3842171.6.1簡介171.6.2結(jié)構(gòu)介紹20工作原理241.6.4技術(shù)參數(shù)252、基于UC3842的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計302.1開關(guān)電源的電路組成302.2輸入電路各單元的原理及應(yīng)用電路30防雷單元302.2.2電磁干擾濾波器〔EMI〕342.2.3整流濾波電路40、抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾47、功率變換電路52、隔離單端反激式變換器電路55、電壓反應(yīng)電路的選用582.2.8UC3842的供電——啟動電路65、檢測信號的正確采樣電路66占空比大于50%時電路的斜坡補(bǔ)償663開關(guān)電源系統(tǒng)的設(shè)計693.1啟動電路703.2短路過流、過壓、欠壓保護(hù)電路713.3反應(yīng)電路713.4整流濾波電路723.5并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓734開關(guān)電源的市場及其開展展望734.1開關(guān)電源的市場需求734.2開關(guān)電源的開展展望741、緒論1.1開關(guān)電源的背景、現(xiàn)狀和開展趨勢電源是現(xiàn)代通信、航空航天、生物技術(shù)、計算機(jī)等高科技領(lǐng)域內(nèi)電子設(shè)備的動力支撐，它被譽為電子設(shè)備的心臟，沒有平安良好的動力，質(zhì)量和可靠性就無從談起。電源產(chǎn)業(yè)正成為電子制造業(yè)得交點，它應(yīng)用新技術(shù)，立足高起點迅猛向前開展。開關(guān)電源〔全稱是開關(guān)穩(wěn)壓電源〕和線性電源〔全稱為晶體管線性穩(wěn)壓電源〕現(xiàn)代電子電源開展的兩個主要方面，開關(guān)電源以功耗小、效率高、體積小、重量輕的優(yōu)勢幾乎席卷了整個電子界。為順應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)設(shè)備對多種電壓和電流的需求，在滿足體積小、重量輕、效率高、抗干擾能力強(qiáng)的同時，還應(yīng)有更好的可靠性和經(jīng)濟(jì)型。電源的開展經(jīng)歷了從線性電源、相控電源到開關(guān)電源的開展歷程。開關(guān)穩(wěn)壓電源取代晶體管線性穩(wěn)壓電源已有30多年歷史，最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓?fù)渑c線性電源相仿，但功率晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)。后來脈寬調(diào)制〔PWM〕控制技術(shù)uyoule開展。用以控制開關(guān)變換器,得到PWM開關(guān)電源，它的特點是用20KHz脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制。PWM開關(guān)電源效率可達(dá)65—70%。而線性電源的效率只有30—40%。在發(fā)生世界性能源危機(jī)的年代，引起了人們的廣泛關(guān)注。線性電源工作于工頻，因此用工作頻率為20KHz的PWM開關(guān)電源替代，可大幅度節(jié)約能源，在電源技術(shù)開展史上譽為20KHz革命。隨著VLST(Verylagrgescaleintegration)新品尺寸的不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多。航天、潛艇、軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備〔如手提計算機(jī)、移動等〕更需要小型化、輕量化的電源。因此對開關(guān)電源的提出了小型輕量要求，它包括磁性元件和電容的體積重量要小。此為要求開關(guān)電源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。40多年來，開關(guān)電源經(jīng)歷了三個重要開展階段[[]蔡宣三[]蔡宣三(2000)."開關(guān)電源開展軌跡."電子產(chǎn)品世界(04):42-43.;第一個階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極性器件〔BPT、SCR、GTO〕開展為MOS型器件〔功率MOS、FET、IGBT、IGCT等〕，使電力電子系統(tǒng)有可能實現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡單。第二個階段自20世紀(jì)80年代開始，高頻化和軟開關(guān)技術(shù)的研究開發(fā)，使功率變換器性能更好、重量更輕、尺寸更小。高頻化和軟開關(guān)技術(shù)是過去20年國際電力電子界研究的熱點之一。第三個階段從20世紀(jì)90年代中期開始，集成電力系統(tǒng)和集成電力電子模塊〔IPEM〕技術(shù)開始開展，它是當(dāng)今國際電力電子界亟待解決的新問題之一。開關(guān)電源相關(guān)技術(shù)的研究正處于迅速開展階段。以下幾個方面將是開關(guān)電源的開展方向。⑴、小型化、輕量化和高頻化開關(guān)電源的體積、重量主要由儲能元件〔磁性元件和電容〕決定，因此，開關(guān)電源的小型化實質(zhì)上就是盡可能減小儲能元件的體積。在一定范圍內(nèi)，開關(guān)頻率的提高，不僅能有效地減小電容、電感以及變壓器的尺寸，而且還可抑制干擾、改善電源系統(tǒng)的動態(tài)性能。故高頻化是開關(guān)電源的主要開展方向，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，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關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進(jìn)展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。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)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。⑵、高效率和高可靠性開關(guān)電源使用的元件大大少于連續(xù)工作電源，因此提高了可靠性。電容、光電耦合器以及功率MOS等元器件的壽命決定開關(guān)電源的壽命。因此，要盡可能采用較少的元器件，提高集成度。另外，開關(guān)電源的工作效率高，會使自身發(fā)熱減少、散熱容易，從而到達(dá)高功率密度、高可靠性。⑶、模塊化模塊化是開關(guān)電源開展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N＋1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴(kuò)展。⑷、低噪聲和良好的動態(tài)響應(yīng)開關(guān)電源的缺點之一是噪聲大。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，假設(shè)單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用局部諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲，但局部諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(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，以使得該項技術(shù)得以實用化。開關(guān)電源被譽為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的開展方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。采用了控制集成電路的開關(guān)電源更具有效率高、輸出穩(wěn)定、可靠性高，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等功能，是世界電源的開展趨勢。隨著電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的開展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的開展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開展之路，為我國國民經(jīng)濟(jì)的高速開展做出奉獻(xiàn)1.2線性電源與開關(guān)電源直流電源線性電源〔Linearpowersupply〕是先將交流電經(jīng)過變壓器降低電壓幅值，再經(jīng)過整流電路整流后，得到脈沖直流電，后經(jīng)濾波得到帶有微小波紋電壓的直流電壓。要到達(dá)高精度的直流電壓，必須經(jīng)過穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制〔PWM〕控制IC和MOSFET構(gòu)成。兩者比照[[]張乃國主編電源技術(shù)[M].北京，中國電力出版社.1998;24-67;[]張乃國主編電源技術(shù)[M].北京，中國電力出版社.1998;24-67;線性電源的電壓反應(yīng)電路是工作在現(xiàn)行狀態(tài)，開關(guān)電源是指用于電壓調(diào)整的管子工作在飽和和截止區(qū)即開關(guān)狀態(tài)的。線性電源一般是將輸出電壓取樣然后與參考電壓送入比擬放大器，此電壓放大器的輸出作為電壓調(diào)整管的輸入，用以控制調(diào)整管使其結(jié)電壓隨著輸入電壓的變化而變化，從而調(diào)整其輸出電壓，但開關(guān)電源是通過改變調(diào)整管的開和關(guān)的時間即占空比來改變輸出電壓的。從其主要特點上看：線性電源功率器件工作在線性狀態(tài)，也就是說他一用起來功率器件就是一直在工作，所以也就導(dǎo)致他的工作效率低，一般在50%~60%，而且他必須先將輸入高壓變低壓，一般都是用變壓器，也有別的像KX電源，在京整流輸出直流電壓，從而導(dǎo)致其體積很大，笨重，發(fā)熱量也很大，但其電源技術(shù)很成熟，制作本錢較低，可以到達(dá)很高的穩(wěn)定度，波紋也很小，而且沒有開關(guān)電源具有的干擾與噪音，而開關(guān)電源與之相反。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的本錢都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源本錢在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為本錢反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的開展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一本錢反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的開展空間。1.3開關(guān)電源的原理開關(guān)電源的電路原理框圖[[]周志敏，周紀(jì)海著.開關(guān)電源實用技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社.2003;15-180;[]周志敏，周紀(jì)海著.開關(guān)電源實用技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社.2003;15-180;圖1.1開關(guān)電源電路原理框圖主電路：交流電壓經(jīng)整流電路濾波電路整流濾波后，變?yōu)楹卸}動成分的直流電壓，該電壓通過功率轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入高頻變換器被轉(zhuǎn)換為所需電壓值的方波，最后再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸?.3.2控制電路：[[4]DeischCW[4]DeischCW.SimpleSwitchingControlMethodChangesPowerConverterintoaCurrentSource［C］.Proc.ofthe9thIEEEPowerElectronSpecialists'Conf.,1978:300-306;其主要功能是在輸入電壓、內(nèi)部參數(shù)、外接負(fù)載變化時，調(diào)節(jié)功率級開關(guān)器件的導(dǎo)通時間，使開關(guān)電源的輸出電壓或者電流保持恒定。因此，在開關(guān)電源的設(shè)計中，控制方法的選擇和設(shè)計對于開關(guān)電源的性能來說是十分重要的。采用不同的檢查信號和不同的控制電路會有不同的控制效果。控制電路的分類控制電路是通過調(diào)節(jié)功率級開關(guān)器件的占空比來控制功率輸出級輸出的。⑴、按照占空比的實現(xiàn)方式，開關(guān)電源的控制方式可以分為定頻控制和變頻控制。①、定頻控制即開關(guān)周期恒定不變，通過調(diào)整一個周期內(nèi)開關(guān)開通的寬度來調(diào)節(jié)輸出電壓，即通常所說的脈寬調(diào)制〔PulseWidthModulation，PWM〕技術(shù)；②、變頻控制有定開通時間、定關(guān)斷時間、遲滯比擬等幾種控制方式。定開通時間控制即開關(guān)額導(dǎo)通時間不變，通過改變開關(guān)的關(guān)斷時間按來調(diào)節(jié)占空比；定關(guān)斷時間控制那么相反，開關(guān)的關(guān)斷時間不變，通過改變開關(guān)的開通時間來調(diào)節(jié)占空比；遲滯比擬的控制方式是對受控量〔輸出電壓或電流〕設(shè)定一個上限和一個下限，當(dāng)受控量低于下限時開通開關(guān)，而當(dāng)受控量超過上限時關(guān)斷開關(guān)，因此在這種控制方式下開通時間和關(guān)斷時間都是變化的。⑵、按照檢查信號的不同，開關(guān)電源可以分為單環(huán)控制和雙環(huán)控制。恒壓源單環(huán)控制主要是電壓型控制；雙環(huán)控制那么有電流型、V2型等幾種控制方式。隨著控制理論的開展，一些現(xiàn)代的控制方法，如模糊控制、滑模變結(jié)構(gòu)控制等非線性控制方法也被嘗試應(yīng)用于開關(guān)電源的控制電路中。雖然這些控制方法到目前沒有得到廣泛應(yīng)用，但是由于其獨特的控制性能，應(yīng)用前景可觀。在此，以電感連續(xù)導(dǎo)電Buck變換器為例，介紹電壓型和電流型控制。電壓型控制[[5][5]DanielMMitchell.AnAnalyticalInvestigationofCurrent-InjectedControlforConstant-FrequencySwitchingRegulators［J］.IEEETransactionsonPowerElectronics,1986(7):167-174;圖1.2電壓型控制電路上圖所示為電壓型控制Buck變換器，從上圖可以看出，電壓型控制方法是利用輸出電壓采樣作為控制環(huán)的輸入信號，將該信號與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比擬，并將比擬的結(jié)果放大生成誤差電壓Ve。誤差電壓Ve與振蕩器生成的鋸齒波Vsaw進(jìn)行比擬生成一脈寬與Ve大小成正比的方波，該方波經(jīng)過鎖存器和驅(qū)動電路〔圖中未畫出驅(qū)動電路〕驅(qū)動開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷，以實現(xiàn)開關(guān)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。下列圖為其對應(yīng)的主要波形。圖1.3電壓型控制主要波形圖電壓型控制方法只檢測輸出電壓一個變量，因而只有一個控制環(huán)，所以設(shè)計和分析相比照擬簡單。由于鋸齒波的幅值比擬大，抗干擾能力比擬強(qiáng)。其主要缺點是輸入或輸出的變化只能在輸出改變時才能檢測到并反應(yīng)回來進(jìn)行糾正，因此響應(yīng)速度比擬慢。由于電壓型控制對負(fù)載電流沒有限制，因而需要額外的電路來限制輸出電流。②、電流型控制[[][]LamHK,LeeTH,LeungFHF,TamPKS.FuzzycontrolofDC-DCswitchingconverters:stabilityandrobustnessanalysis［C］.The27thAnnualConferenceoftheIEEEIndustrialElectronicsSociety,2001,2:899-902;電流型控制〔CurrentModeControl〕又稱為CurrentInjection(或Injected)Control或者CurrentProgrammedControl或峰值電流型控制，1978年首次提出。電流型控制同時引入電容電壓和電感電流2個狀態(tài)變量作為控制變量，提高了開關(guān)電源PWM控制策略的性能。圖1.4電流型設(shè)計電路圖1.5電流型控制主要波形圖由上圖可以看出，電流型控制方法和電壓型控制方法的主要區(qū)別在于：電流型控制方法用開關(guān)電流波形代替電壓型控制方法的鋸齒波作為PWM比擬器的一個輸入信號。由上圖可以看出反應(yīng)電路由兩局部組成：輸出電壓u。經(jīng)采樣電路得到反應(yīng)電壓U，反應(yīng)到誤差放大器的反向端，基準(zhǔn)電壓u。加至誤差放大器同向端，構(gòu)成常規(guī)的電壓反應(yīng)，即電壓外環(huán)：由電阻R。上檢測得到的電流反應(yīng)信號U。和誤差放大器的輸出us分別加至P州比擬器同向端和反向端，構(gòu)成了電流內(nèi)環(huán)。PWM比擬器輸出加至觸發(fā)器的R端，時鐘振蕩器從S端向鎖存器輸出一系列恒定頻率的時鐘信號。當(dāng)功率管導(dǎo)通時，隨著電流的增大電流檢測信號us也同時增大，直到同U。電壓相等時 PWM比擬器輸出高電平，使鎖存器輸出轉(zhuǎn)為低電平，功率管關(guān)斷。時鐘振蕩器輸出的穩(wěn)定時鐘信號通過鎖存器控制著三極管的通斷。由此可以看出，由于引入了電流反應(yīng)，對輸出電壓有前饋調(diào)節(jié)作用，提高了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)。由于電感電流直接跟隨誤差電壓的變化，輸出電壓就可以很容易的得到控制。電流內(nèi)環(huán)還使開關(guān)電源變換器易于實現(xiàn)并聯(lián)運行，有利于實現(xiàn)變換器的模塊設(shè)計。電流控制PwM技術(shù)有很多優(yōu)點，如電壓調(diào)整率好：回路穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快：功耗?。河休^好的并聯(lián)能力等等。1.4開關(guān)電源的分類人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向開展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，也有AC/ACDC/AC如逆變器DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。DC/DC變換[[]侯振義.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[]侯振義.直流開關(guān)電源技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007;46-135;Dc/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體電路分以下幾類：(1)Buck電路——降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。(2)Boost電路——升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。(3)Buck—Boost電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。(4)Cuk電路——降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓uI，極性相反，電容傳輸。上述為非隔離型電路〔指輸入和刪除共地〕。隔離式開關(guān)電源的變換器具有多種形式。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。在設(shè)計電源時，設(shè)計者采取哪種變換器電路形式，主要根據(jù)本錢、要到達(dá)的性能指標(biāo)等因素來決定。各種形式的電源電路的根本功能塊是相同的，只是完成這些功能的技術(shù)手段有所不同。隔離式高頻開關(guān)電源電路的共同特點就是具有高頻變壓器，直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組約脈沖電壓整流濾波而來?，F(xiàn)簡介隔離型電路〔都是用變壓器實現(xiàn)電氣隔離〕中的正激電路、反激電路。正激電路圖1.6正激電路的原理圖正激DC/DC變換器具有電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)簡單，輸入輸出電氣隔離，電壓升、降范圍寬，易于多路輸出等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于中小功率電源變換場合，尤其在供電電源要求低電壓大電流的通訊和計算機(jī)系統(tǒng)中，正激電路更能顯示其優(yōu)勢。電路的簡單工作過程為：開關(guān)管S開通后，變壓器原邊電壓上正下負(fù)，根據(jù)同名端，負(fù)邊電壓也為上正下負(fù)，因此二極管D1導(dǎo)通，D2截止，電感電流逐漸增長;S關(guān)斷后，二極管D2導(dǎo)通，D1截止，電感電流通過D2續(xù)流。變壓器的勵磁電流通過磁復(fù)位電路降為零，防止磁芯飽和。由于這種電路在開關(guān)管S導(dǎo)通時，通過變壓器向負(fù)載傳送能量，所以輸出功率范圍大，可輸出50－200Ｗ的功率。電路使用的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也較大，正因為這個原因，這種電路的實際應(yīng)用較少。反激電路[[][]張?zhí)m紅.基于電流控制技術(shù)反激DC/DC變換器研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2001;164-190;圖1.7單端反激式開關(guān)電源所謂的反激，是指當(dāng)開關(guān)管VT1導(dǎo)通時，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管VD1處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級繞組中儲存能量。當(dāng)開關(guān)管VT1截止時，變壓器Ｔ初級繞組中存儲的能量，通過次級繞組及VD1整流和電容Ｃ濾波后向負(fù)載輸出。

單端反激式開關(guān)電源是一種本錢最低的電源電路，輸出功率為20－100Ｗ，可以同時輸出不同的電壓，且有較好的電壓調(diào)整率。唯一的缺點是輸出的紋波電壓較大，外特性差，適用于相對固定的負(fù)載。

單端反激式開關(guān)電源使用的開關(guān)管VT1承受的最大反向電壓是電路工作電壓值的兩倍，工作頻率在20－200kHz之間。當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC／DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC／DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6、2、10、17)W／cm3，效率為(80～90)％。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為(200—300)kHz，功率密度已到達(dá)27W／cm，，采用同步整流器(MOS—FET代替肖特基二極管)，使整個電路效率提高到90％。1.4.2AC／DC變換[[[]丁道宏.電力電子技術(shù)[M].北京:航空工業(yè)出版社,1995;125-197;AC／DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流〞，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變〞。AC／DC變換器輸入為50／60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到平安標(biāo)準(zhǔn)(如uL、CCEE等)及EMC指令〔電池兼容性——其包括產(chǎn)品的電磁干擾性〔EMI〕，另一方面是產(chǎn)品的電磁干擾免疫性〔EMS〕〕的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加EMC濾涉及使用符合平安標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC／DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了Ac／DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率到達(dá)一定的滿意程度。AC／DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。1.5開關(guān)電源的選用[[]周志敏，周紀(jì)海.開關(guān)電源實用技術(shù)一實際與應(yīng)用(M].北京:人民郵電出版社，2003;[]周志敏，周紀(jì)海.開關(guān)電源實用技術(shù)一實際與應(yīng)用(M].北京:人民郵電出版社，2003;46-76;輸出電流的選擇因開關(guān)電源工作效率高，一般可到達(dá)80％以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為：Ls=K*If式中：Is——開關(guān)電源的額定輸出電流：If——用電設(shè)備的最大吸收電流；K一裕量系數(shù)，一般取1．5～1．8。接地開關(guān)電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICEl000．EN61000．FCC等EMC限制，形狀開關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機(jī)殼，方能滿足上述電磁兼容的要求。保護(hù)電路開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護(hù)功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護(hù)功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護(hù)電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以防止損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。1.6UC3842[[]胡君臣.用UC3842芯片設(shè)計開關(guān)電源[]胡君臣.用UC3842芯片設(shè)計開關(guān)電源[J].儀表技術(shù),2005,(03);簡介：塑料封裝外殼：圖1.8塑料封裝外殼圖1.9俯視圖UC3842〔電流型脈寬調(diào)制器〕是一種高性能的固定頻率電流型單端輸出脈寬調(diào)制器〔PWM〕控制,具有管教數(shù)量少，外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，能通過高頻變壓器與電網(wǎng)隔離,適于構(gòu)成無工頻變壓器的20-50W小功率開關(guān)電源.穩(wěn)壓性能好,其電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%/V,除具有輸入端過壓保護(hù)與輸出端過流保護(hù)電路之外,還設(shè)有欠壓鎖定電路〔當(dāng)電源電壓超過16V或低于10V時,集成電路停止工作.〕,使工作穩(wěn)定可靠.是專為脫線式直流變換電路設(shè)計的,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示,它集成了振蕩器、有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比擬器、圖騰柱式輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路及PWM鎖存器電路。該芯片主要有以下性能:(1)可調(diào)整振蕩器的放電電流以產(chǎn)生精確的占空比;(2)最高開關(guān)頻率可達(dá)500kHz;(3)帶鎖定的PWM(PulseWidthModulation),可以實現(xiàn)逐個脈沖的電流限制;(4)具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源,可以進(jìn)行欠壓鎖定;(5)圖騰柱輸出電路能夠提供大電流輸出,輸出電流可達(dá)1A,可直接對MOSFET進(jìn)行驅(qū)動;(6)帶滯環(huán)的欠壓鎖定電路可有效地防止電路在閾值電壓附近工作時的振蕩;(7)起動電流和工作電流低,啟動電流小于1mA,正常工作電流為15mA;(8)可直接與MOTOROLA的SENSEFET產(chǎn)品接口；自動反應(yīng)補(bǔ)償電路，雙脈沖抑制，從而使其有較強(qiáng)的負(fù)載響應(yīng)特性。圖1.10UC3842的內(nèi)部框圖電流型脈寬調(diào)制器UC3842的主要優(yōu)點：單端輸出，可直接驅(qū)動雙極型功率管或場效應(yīng)管；管腳數(shù)量少，外圍電路簡單；電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%；工作頻率更可高達(dá)500kHz；啟動電流小于1mA，正常工作電流為12mA；欠壓鎖定，帶滯后；鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流；并可利用高頻變壓器實現(xiàn)與電網(wǎng)隔離。它適用于無工頻變壓器的低于250w的小功率開關(guān)電源，其工作溫度為0～+70℃，最高輸入電壓為36V，具有最大電流為1A的拉、灌輸出電流。其內(nèi)部參考圖：圖1.11UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)介紹下列圖出示了其內(nèi)部電路圖和引腳圖

圖1.12UC3842內(nèi)部電路圖及引腳圖UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個引腳，各腳功能如下：腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性②腳是反應(yīng)電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比擬，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns驅(qū)動能力為±1A；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。表1.1UC3842引腳功能引腳號12345678功能補(bǔ)償反應(yīng)電流檢測RT/CT地輸出VO輸入VIVref(2)、其應(yīng)用電路圖如下所示：圖1.13UC3842應(yīng)用電路圖UC3842各結(jié)構(gòu)的作用及原理介紹：①、由恒頻時鐘脈沖置位鎖存器,輸出脈沖,以驅(qū)動功率管導(dǎo)通,使電源回路的電流增大。當(dāng)電流在采樣電阻Rs上的電壓降幅值到達(dá)Ue時,電流測定比擬器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn),鎖存器復(fù)位,驅(qū)動撤除,功率管截止。這樣逐個檢測和調(diào)節(jié)電流脈沖就可到達(dá)控制電源輸出的目的。②、UC3842內(nèi)部具有完備的輸入過壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。當(dāng)工作電壓Ucc大于34V時,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓,使內(nèi)部電路在小于34V下可靠工作;欠壓時,依靠滯環(huán)比擬器UVLO實現(xiàn)鎖定。當(dāng)Vcc小于開啟電壓閥值時,整個電路耗電僅1mA,高壓可直接由輸入電阻Rin降壓后為芯片供電,由輸入電容推動建立電壓。由于啟動和關(guān)閉閥值之間有6V的差值,可以有效地防止電路在閥值電壓附近工作時的振蕩。一般設(shè)置自饋電的感應(yīng)繞組,當(dāng)開關(guān)電源正常工作后,轉(zhuǎn)由自饋電供應(yīng)UC3842,電流將升至15mA。假設(shè)將1腳電壓降到低于1.4V或?qū)?腳電壓升到高于1V,電流測定比擬器輸出高電平,PWM鎖存器復(fù)位,關(guān)閉輸出,利用這一點,那么還可方便地設(shè)UC3842的輸出過壓保護(hù)。③、振蕩器振蕩器頻率由定時元件RT和CT選擇值決定。電容CT由5.0V的參考電壓通過電阻RT充電，充至約2.8V，再由一個內(nèi)部的電流宿放電至1.2V。在CT放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個內(nèi)部消隱脈沖保持“或非〞沒的中間輸入為高電平，這導(dǎo)致輸出為底狀態(tài)，從而產(chǎn)生了一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。振蕩器門限是溫度補(bǔ)償?shù)?，放電電流在T=25時被微調(diào)并確保在正負(fù)10%之內(nèi)，這些內(nèi)部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率及最大輸出占空比的變化最小。④、誤差放大器其提供了一個有可訪問反向輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。此放大器具有90dB的典型直流電壓增益和具有57度相位余量的1.0MHz的增益為1帶寬。同相輸入在內(nèi)部偏置于2.5V而不經(jīng)管腳引出。典型情況下變換器輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。最大輸入偏置電流為2.0微安，它將引起輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓起源電阻的乘積。⑤、電流檢測電路,如下列圖所示。UC3842作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出〔管腳1〕建立的門限電平時中止。這樣在逐周根底上誤差信號控制峰值電感電流。所用的電流取樣比擬器—脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個與輸出開關(guān)Q1源級串聯(lián)的以地位參考的取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入〔管腳3〕監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平相比擬。正常運行時,檢測電阻RS的峰值電流由誤差放大器EPA控制,為Is=(Ve-1.4V)P(3RS)。當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣喪失時，一樣的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流測定比擬器反向輸入箝位電壓為1V,故最大電流限制在IS=1VPRS,過流及短路保護(hù)十分簡單。電流檢測和限定:圖1.14電流檢測電路1.6.3工作原理圖1.15UC3842原理圖〔1〕、電路上電時，外接的啟動電路通過引腳7提供UC3842芯片所需的啟動電壓。在啟動電壓的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調(diào)制電路產(chǎn)生脈沖信號經(jīng)6腳輸出驅(qū)動外界的開關(guān)功率管工作。開關(guān)功率管工作產(chǎn)生的交變信號經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)化為低壓直流信號反應(yīng)到7引腳，維護(hù)系統(tǒng)的正常工作〔2〕、電路正常工作后，取樣電路反應(yīng)的低壓直流信號經(jīng)第2引腳送到芯片內(nèi)部的誤差比擬器，與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比擬，產(chǎn)生的誤差信號送往脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而到達(dá)穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓變高，那么由第2引腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，那么開關(guān)功率管的導(dǎo)通時間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定；反正，如果輸出電壓遍地，那么芯片的輸出脈沖的寬度變寬，開關(guān)功率管的導(dǎo)通時間變長，輸出電壓變高，以抵消輸出電壓的降低使之穩(wěn)定下來；〔3〕、方波震蕩電路產(chǎn)生周期固定的方波，周期大小取決于第4引腳的外界充電網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)生的方波送往脈沖寬度調(diào)制器。作為其工作周期，脈沖寬度調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖的寬度是隨著反應(yīng)電壓的大小而變化的。1.6.4技術(shù)參數(shù)圖1.16封裝外形圖表1.2UC3842引出端功能表1.3UC3842最大額定值〔除非特別說明外，Tamb=25oC〕測試電路圖如下：圖1.18UC3842電特性參數(shù)測試電路圖表1.4UC3842電特性參數(shù)UC3842是開關(guān)電源的核心,它能產(chǎn)生頻率固定而占空比可調(diào)的控制電壓,通過改變開關(guān)功率管的通斷狀態(tài),來調(diào)節(jié)輸出電壓的上下,實現(xiàn)穩(wěn)壓目的。如由于某種原因使VO升高時,PWM就改變控制電壓的占空比,使斬波后的電壓均值下降,導(dǎo)致VO下降,最后使VO趨于穩(wěn)定;反之亦然。2、基于UC3842的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計2.1開關(guān)電源的電路組成開關(guān)電源的主要電路是由防雷單元、輸入電磁干擾濾波器〔EMI〕、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。開關(guān)電源的電路組成方框圖如下[[][]趙同賀，劉軍,開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用實例子[M).北京人民郵電出版社，2007;113-176;圖2.1開關(guān)電源電路組成方框圖2.2輸入電路各單元的原理及應(yīng)用電路防雷單元：為了防止有雷擊時產(chǎn)生的高壓對整個系統(tǒng)的電路產(chǎn)生影響，應(yīng)在系統(tǒng)的輸入端設(shè)置防雷單元，從而保護(hù)整個系統(tǒng)。防雷單元的電路圖如下：圖2.2防雷單元電路圖其中MOV1、MOV2、MOV3均為壓敏電阻;F1、F2、F3均為保險絲圖2.3壓敏電阻壓敏電阻[[][]何希才.毛德柱.新型半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用實例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002;46-109;=1\*GB3①“壓敏電阻〞意思是在一定電流電壓范圍內(nèi)電阻值隨著電壓而發(fā)生變化，或者說“電阻值隨電壓敏感〞的阻器。英文名稱叫做“VoltageDependentResistor〞簡寫為“VDR〞，或者叫做“Varistor〞。壓敏電阻器的電阻材料是半導(dǎo)體，所以它是半導(dǎo)體電阻器的一個品種?，F(xiàn)在大量使用的“氧化鋅〞〔ZnO〕壓敏電阻器，它的主體材料有二價元素〔Zn〕和六價元素氧〔O〕所構(gòu)成。所以從材料的角度老看，氧化鋅壓敏電阻器是一種“=2\*ROMANII-Ⅵ族氧化物半導(dǎo)體〞。壓敏電阻電路的“平安閥〞作用：壓敏電阻的最大特點是當(dāng)加在它上面的閾值“UN〞時，流過它的電流極小，相當(dāng)于一只關(guān)死的閥門，當(dāng)電壓超過UN時，流過它的電流激增，相當(dāng)于閥門翻開。利用這一功能，可以抑制電路中經(jīng)常出現(xiàn)的異常過電壓，保護(hù)電路免收過電壓的損害。壓敏電阻的分類：根據(jù)使用目的不同，可將其分為兩大類：保護(hù)用的壓敏電阻、電路功能用壓敏電阻?？紤]到本設(shè)計的目的，在此，只講一下保護(hù)用的壓敏電阻。根據(jù)壓敏電阻承受的異常過電壓特性的不同，可將壓敏電阻區(qū)分為浪涌抑制型，高功率型和高能型這三種類型。浪涌抑制型：是指用于抑制雷電過電壓和操作過電壓等瞬態(tài)過電壓的壓敏電阻器，這種瞬態(tài)過電壓的出現(xiàn)是隨機(jī)的，非周期的，電流電壓的峰值可能很大。絕大多數(shù)壓敏電阻器都屬于這一類。高功率型：是指用于吸收周期出現(xiàn)的連續(xù)脈沖群的壓敏電阻器，例如并接在開關(guān)電源變換器上的壓敏電阻，這里沖擊電壓周期出現(xiàn)，且周期可知，能量值一般可以計算出來，電壓的峰值并不大，但因出現(xiàn)頻率高，其平均功率相當(dāng)大。高能型：指用于吸收發(fā)電機(jī)勵磁線圈，起重電磁鐵線圈等大型電感線圈中的磁能的壓敏電壓器，對這類應(yīng)用，主要技術(shù)指標(biāo)是能量吸收能力。故在設(shè)計防雷單元中應(yīng)中選用浪涌抑制型的壓敏電阻。=4\*GB3④壓敏電阻的選用參數(shù)要求：我國規(guī)定壓敏電阻用字母“MY〞表示,如加J為家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分別用于穩(wěn)壓、過壓保護(hù)、高頻電路、防雷、滅弧、消噪、補(bǔ)償、消磁、高能或高可靠等方面.壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電能量,但不能承受毫安級以上的持續(xù)電流,在用作過壓保護(hù)時必須考慮到這一點.壓敏電阻的選用,一般選擇標(biāo)稱壓敏電壓V1mA和通流容量兩個參數(shù)。=1\*ROMANI、所謂壓敏電壓，即擊穿電壓或閾值電壓。指在規(guī)定電流下的電壓值,大多數(shù)情況下用1mA直流電流通入壓敏電阻器時測得的電壓值,其產(chǎn)品的壓敏電壓范圍可以從10-9000V不等.可根據(jù)具體需要正確選用.一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp為電路額定電壓的峰值.VAC為額定交流電壓的有效值.ZnO壓敏電阻的電壓值選擇是至關(guān)重要的，關(guān)系到保護(hù)效果與使用壽命，如一臺用電器的額定電源電壓為220V，那么壓敏電阻電值：V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V因此壓敏電阻的擊穿電壓可選在470~480V之間。Ⅱ、所謂通流容量,即最大脈沖電流的峰值。是環(huán)境溫度為25℃情況下,對于規(guī)定的沖擊電流波形和規(guī)定的沖擊電流次數(shù)而言,壓敏電壓的變化不超過±10%時的最大脈沖電流值.為了延長器件的使用壽命,ZnO壓敏電阻所吸收的浪涌電流幅值應(yīng)小于手冊中給出的產(chǎn)品最大通流量.然而從保護(hù)效果出發(fā),要求所選用的通流量大一些好.在許多情況下,實際發(fā)生的通流量是很難精確計算的,那么選用2-20KA的產(chǎn)品.如手頭產(chǎn)品的通流量不能滿足使用要求時,可將幾只單個的壓敏電阻并聯(lián)使用,并聯(lián)后的壓敏電不變,其通流量為各單只壓敏電阻數(shù)值之和.要求并聯(lián)的壓敏電阻伏安特性盡量相同,否那么易引起分流不均勻而損壞壓敏電阻值。防雷單元的工作過程：圖2.4防雷電路工作電路當(dāng)有雷擊，產(chǎn)生高壓經(jīng)電網(wǎng)導(dǎo)入電源時，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1組成的電路進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)加在壓敏電阻兩端的電壓超過其工作電壓時，其阻值降低，使高壓能量消耗在壓敏電阻上，假設(shè)電流過大，F(xiàn)1、F2、F3會燒毀保護(hù)后級電路。電磁干擾濾波器〔EMI〕(1)、電源噪聲【[]沙占友[]沙占友(1991)."電源噪聲濾波器."自動化儀表(09):36-38;〔2〕、根本電路【[][]林先放.開關(guān)電源的抗干擾問題.電源技術(shù)應(yīng)用,2000;(8);圖2.5電磁干擾濾波器的根本電路該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈〔亦稱共模電感〕"L、濾波電容C1～C4"。L對串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流有關(guān)，參見下表：表2.1電感量范圍與額定電流的關(guān)系額定電流I(A)136101215電感量范圍L(mH)8～232～40.4～0.80.2～0.30.1～0.150.0～0.08需要指出，當(dāng)額定電流較大時，共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01uF～0.47uF，主要用來濾除串模干擾。C3、C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾,C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1uF。為減小漏電流，電容量不得超過0.1F，并且電容器中點應(yīng)與大地接通。C1～C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。下列圖為一種兩基復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級〔亦稱兩節(jié)〕濾波，因此濾除噪聲的效果更佳：圖2.6兩級復(fù)合式EMI濾波器為減小體積、降低本錢，開關(guān)電源一般采用簡易式單級EMI濾波器，典型電路圖如下所示：圖2.7單片開關(guān)電源常用的四種EMI濾波器圖(a)與圖〔b〕中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖〔a〕將C接在輸入端，圖〔b〕那么接C到輸出端。圖〔c〕、〔d〕所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖〔c〕中的L、C1和C2用來濾除共模干擾，C3和C4濾除串模干擾。R3為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，防止因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證使用的平安性。圖〔d〕那么是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端.為了保證所設(shè)計的開關(guān)電源有較好的穩(wěn)定性，在本設(shè)計中EMI濾波器采用的電路圖如(d)圖所示。圖2.8設(shè)計中所采用的電路圖工作過程：C1、L1、C2、C3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進(jìn)行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。當(dāng)電源開啟瞬間由于瞬間電流大，加RT1〔熱敏電阻〕就能有效的防止浪涌電流。因瞬時能量全消耗在RT1電阻上，一定時間后溫度升高后RT1阻值減小〔RT1是負(fù)溫系數(shù)元件〕，這時它消耗的能量非常小，后級電路可正常工作。〔3〕、EMI濾波器的技術(shù)參數(shù)【[][]王金霞,楊慶江,張慧.開關(guān)電源EMI濾波器的設(shè)計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2023,(10);EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定電壓、額定電流、漏電流、測試電壓、絕緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺寸、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗〔亦稱稱插入衰減〕，它是評價電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。插入衰減〕，它是評價電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo).①、插入損耗〔AdB〕是頻率的函數(shù)，用dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上的噪聲功率分P1、P2，有公式：AdB=10㏒〔P1/P2〕(1)假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變，那么P1=V12/Z，P2=V22/Z。式中V1是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓，V2是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓，且V2﹤﹤V1。帶入〔1〕式中得到：AdB=20㏒〔V1/V2〕(2)插入損耗用分貝〔dB〕表示，分貝值愈大，說明抑制噪聲干擾的能力愈強(qiáng)。鑒于理論計算比擬繁瑣且誤差較大，通常是由生產(chǎn)廠家進(jìn)行實際測量，根據(jù)噪聲頻譜逐點測出所對應(yīng)的插入損耗，然后會出典型的插入損耗曲線，提供應(yīng)用戶。②、漏電流：計算EMI濾波器對地漏電流的公式為：ILD=2πfCVC(3)式中，ILD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率。以圖d為例，f=50Hz,C=C3+C4=4400Pf,VC是C3、C4上的壓降，亦即輸出端得對地電壓，可取VC≈220V/2=110V。由〔3〕式不難算出，此時漏電流ILD=0.15mA.C3和C4假設(shè)選4700pF,那么C=4700Pf*2=9400pF，ILD=0.32mA。顯然，漏電流與C成正比。對漏電流的要求是愈小愈好，這樣平安性高，一般應(yīng)為幾百毫安至幾毫安。③、額定電流：額定電流還與環(huán)境溫度TA有關(guān)：例如，國外有的生產(chǎn)廠家給出了下述經(jīng)驗公式：I=I1(85-TA)/45(4)式中，I1是40°C時的額定電流。舉例說明，當(dāng)TA=50時，I=0.88I1；而當(dāng)TA=25時，I=1.15I1。這說明，額定電流值隨溫度的降低而增大，這是由于散熱條件改善的緣故。整流濾波電路【[]王兆安.黃俊.電力電子技術(shù)[M](第4版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000;】[]王兆安.黃俊.電力電子技術(shù)[M](第4版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000;〔1〕、整流電路①、工作原理：圖2.9整流電路圖2.10整流電路的波形圖當(dāng)正半周時二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓②、負(fù)載上的直流電壓和直流電流輸出電壓是脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效圖2.11負(fù)載電壓波形輸出的平均電壓為：流過負(fù)載的平均電流為：流過二極管的平均電流為：二極管所承受的最大反向電壓：濾波電路圖2.12濾波電路①、根本概念及原理濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端，起穩(wěn)定電壓的作用；電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)，起穩(wěn)定電流的作用。經(jīng)過濾波電路后，既可保存直流分量、又可濾掉一局部交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。②、單相橋式電容濾波整流電路及原理Ⅰ、單相橋式電容濾波整流電路——在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。Ⅱ、濾波原理假設(shè)電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。2.13濾波原理當(dāng)v2到達(dá)當(dāng)v2到達(dá)90°時，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。在剛過90°時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，二極管關(guān)斷。圖2.14RLC對濾波的影響Ⅲ、電容濾波的計算電容濾波的計算比擬麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即：另一種是在RLC=(35)T/2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2?！不蛘?，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足RLC≥6~10?！场?〕整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線。圖2.15輸出電壓隨負(fù)載的變化由此可見，其輸出電壓值隨著負(fù)載電流的變化而不斷變化，因此為使其到達(dá)真正意義上的恒壓值，應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)壓處理。因為電容濾波是保持電壓不恒定不變，故在本設(shè)計中選用電容濾波，而不是電感濾波。故整流濾波電路如下所示：圖2.16應(yīng)用的整流濾波電路2.2.4、抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾〔1〕、產(chǎn)生干擾的原因：圖2.17干擾源及電流電壓波形開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心也是主要的干擾源之一，它主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。開關(guān)管產(chǎn)生的dV/dt具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：①、在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間，變壓器初級線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在開關(guān)管斷開瞬間，由于初級線圈的漏磁通，致使一局部能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲藏在漏感中的這局部能量將和開關(guān)管本身的極間電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在開關(guān)管的關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷尖峰電壓。這個噪聲會傳導(dǎo)到輸人輸出端，形成傳導(dǎo)干擾。②、輸出二極管在正向?qū)〞r，PN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中V在開關(guān)轉(zhuǎn)換時頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短，在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生反向電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩。③、高頻變壓器初級線圈，開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。如圖b所示，I1是變壓器初級線圈電流，I2是二次線圈電流，VDS是開關(guān)管漏源極間電壓，VD是二次側(cè)輸出二極管上兩端電壓。開關(guān)管關(guān)斷時產(chǎn)生頻率為f1的干擾，而輸出二極管反向電流引起頻率為f2的干擾。④、干擾的耦合通道：由于變壓器的初次級線圈間存在雜散電容，開關(guān)電路產(chǎn)生的共模干擾通過變壓器在原副邊相互傳播。相比擬而言，差模干擾路徑比擬簡單也易于處理。在此主要介紹共模干擾的產(chǎn)生和抑制?！?〕、開關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路圖2.18緩沖電路由于開關(guān)管和輸出二極管的高速開關(guān)引起的干擾，可以通過增加緩沖電路來減小。如上圖所示：由于變壓器的繞制工藝引起的漏電感以及負(fù)載的電感性引起的開關(guān)應(yīng)力過高，可導(dǎo)致開關(guān)管的損壞，因此與電感線圈并聯(lián)RCD緩沖網(wǎng)絡(luò)可有效抑制開關(guān)應(yīng)力，從而可以選取耐壓值較小的開關(guān)管，減小了損耗和本錢。上圖中C1，R1，D1組成snubber電路，吸收殘存在變壓器漏感中的能量，能夠減小開關(guān)管關(guān)斷時的浪涌電壓。電容CZ的取值如下:C2=IPtf/2(0.7*Vceo)式中，IP為原邊電流最大值，tf為集電極電流下降時間，Vceo為所用開關(guān)管耐壓額定值。R1的取值必須保證在最大輸人電壓和最小負(fù)載電流時C2的充分放電，取值如下:R1=0.5toff/C2在本電路中，D1采用肖特基二極管FR107，c1取103/IkV，R1取47k/2W。②、上圖中C2，R2，D2組成開關(guān)緩沖電路，減小開關(guān)管的dV/dt，即減小由此產(chǎn)生的干擾。③、上圖中C3，R3組成輸出二極管的緩沖電路，減小di/dt，另外輸出二極管應(yīng)采用肖特基或者超快速恢復(fù)二極管?！?〕、高頻變壓器的設(shè)計和選擇變壓器是開關(guān)電源的最關(guān)鍵器件之一。變壓器不僅要設(shè)計合理，在制作上也很有講究。一個好的變壓器既要滿足帶負(fù)載能力，還要能起到減小和抑制干擾的作用。①、首先應(yīng)根據(jù)輸出負(fù)載的大小選擇變壓器的類型和磁芯的型號【[][]毛照中,李連玉,楊琛.一種反激式開關(guān)電源高頻變壓器的設(shè)計方法[J].科技致富向?qū)?2023,(02);在單端反激式變換器電路中，變壓器初級繞組只在B—H待佐曲線[磁滯回線)的一個方向上被驅(qū)動，因此，在設(shè)計時注意不要使其飽和所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴(kuò)大其有效體積傳輸變壓器有效體積v的計算公式如下：ILamx最大負(fù)載電流‘L：變壓器次級繞組的電感量；：空氣的導(dǎo)磁率。其值為15：所選磁芯的磁性材料的相對導(dǎo)磁率Bmax：磁芯的最大磁通密度。相對導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以防止由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。②、確定變壓器的線徑及線數(shù)。依據(jù)Bobbin的槽寬并以電流密度6A/mm2為參考，綜合考慮電流的趨膚效應(yīng)，決定變壓器的線徑及線數(shù)。③、根據(jù)電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計要求，計算初次級繞組的電感量和匝數(shù)，反激式電源還應(yīng)計算變壓器氣隙的大小，氣隙的大小決定了變壓器的帶負(fù)載能力，同時也會影響變壓器漏感的大小。而漏感是產(chǎn)生干擾的一個重要原因，在滿足帶負(fù)載能力的情況下，漏感以小些為好。、④、變壓器的屏蔽層。在EMI干擾較強(qiáng)的情況下，常在變壓器的初次級之間參加一層屏蔽層，如圖6，通過參加屏蔽層切斷了初次級間雜散電容的路徑，讓其都對地形成電容，其屏蔽效果非常好，可以大為減小EMI，同時對于電網(wǎng)串入的瞬態(tài)干擾也有一定的抑制作用。但變壓器的制作工藝和本錢都上升。屏蔽層有銅層和繞線層兩種，銅層的效果最正確。圖2.19參加屏蔽層得變壓器2.2.5、功率變換電路【[][]潘騰,林明耀(PanTeng,LinMingyao).基于TOP224Y芯片的單端反激式開關(guān)電源(AFlybackswitchingpowersupplybasedonTOP224Y)[J].電力電子技術(shù)(PowerElectronics),2003,37(2):20-22.〔1〕、MOS管的工作原理：目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場效應(yīng)管是MOSFET〔MOS管〕，是利用半導(dǎo)體外表的電聲效應(yīng)進(jìn)行工作的。也稱為外表場效應(yīng)器件。由于它的柵極處于不導(dǎo)電狀態(tài)，所以輸入電阻可以大大提高，最高可達(dá)105歐姆，MOS管是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體外表感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。〔2〕、常見的原理圖：圖2.20功率變換電路的原理圖(3)、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2組成緩沖器，和開關(guān)MOS管并接，使開關(guān)管電壓應(yīng)力減少，EMI減少，不發(fā)生二次擊穿。在開關(guān)管Q1關(guān)斷時，變壓器的原邊線圈易產(chǎn)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(dāng)前工作周波的占空比控制，因此是當(dāng)前工作周波的電流限制。當(dāng)R5上的電壓到達(dá)1V時，UC3842停止工作，開關(guān)管Q1立即關(guān)斷。R1和Q1中的結(jié)電容CGS、CGD一起組成RC網(wǎng)絡(luò)，電容的充放電直接影響著開關(guān)管的開關(guān)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(guān)管的開關(guān)速度。Z1通常將MOS管的GS電壓限制在18V以下，從而保護(hù)了MOS管。Q1的柵極受控電壓為鋸形波，當(dāng)其占空比越大時，Q1導(dǎo)通時間越長，變壓器所儲存的能量也就越多；當(dāng)Q1截止時，變壓器通過D1、D2、R5、R4、C3釋放能量，同時也到達(dá)了磁場復(fù)位的目的，為變壓器的下一次存儲、傳遞能量做好了準(zhǔn)備。IC根據(jù)輸出電壓和電流時刻調(diào)整著⑥腳鋸形波占空比的大小，從而穩(wěn)定了整機(jī)的輸出電流和電壓。C4和R6為尖峰電壓吸收回路?！?〕、其他常見的功率變換電路【[][]葛黃徐,楊仁剛,唐云峰.一種單端反激式多路輸出IGBT驅(qū)動電源設(shè)計[A].中國高等學(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)第二十四屆學(xué)術(shù)年會論文集〔中冊〕[C],2023;①、推挽式功率變換電路：圖2.21推挽式功率變換電路Q1和Q2將輪流導(dǎo)通。②、有驅(qū)動變壓器的功率變換電路：圖2.22有啟動變壓器的功率變換電路T2為驅(qū)動變壓器，T1為開關(guān)變壓器，TR1為電流環(huán)為減小開關(guān)電源的體積及本錢，本設(shè)計中選用：圖2.23設(shè)計中使用的功率放大電路2.2.6、隔離單端反激式變換器電路圖2.24隔離單端反激式變換器電路單端反激式變換器工作原理示意圖上圖所示。當(dāng)加到原邊主功率開關(guān)管的鼓勵脈沖為高電平使功率開關(guān)管導(dǎo)通時，直流輸人電壓加在原邊繞組兩端，由于此時副邊繞組相位是上負(fù)下正，整流管Dl反向偏置截止，原邊電感儲存能量;當(dāng)鼓勵脈沖為低電平使功率開關(guān)管截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組相位變?yōu)樯险仑?fù)，整流管正向偏置導(dǎo)通，變壓器儲存的能量向副邊釋放。在此開關(guān)過程中，高頻變壓器既起變壓隔離作用，又起電感儲能作用。〔1〕、單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管在單端反激式變換器電路中。所使用的開關(guān)晶體管必須符合兩個條件，即在晶體管截止時，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進(jìn)行計算：公式中，Vin是輸入電路整流濾波后的直流電壓，δmax是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時間與晶體管的一個工作周期(導(dǎo)通時間十截止時間)之比。為了限制晶體管的集電極平安電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對地低一些，一般要低于50％，即δmax＜0.5。在實際設(shè)計時，一般取o．4左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓，Vc《mn＜2．2vm。因此，在單端反激式變換器電路設(shè)計中，晶體管的工作電壓一般在800V以上，通常按900v計算可平安可靠地工作。按如下粗算考慮：交流輸入電壓180一260V，取260V，260v乘以1．4(有效值)，即是整流后的直流電壓*260×L4＝354V，360V再乘以2．2露800V，實際取礦Mmf；900V即可。第二個設(shè)計準(zhǔn)那么是必須滿足晶體管在導(dǎo)遏時的集電極電流的需求。公式中IL是變壓器初級繞組的峰值電流而n是變壓器初級與次級間的匝數(shù)比。為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達(dá)集電懾峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量Pm可用下式表示：公式中，是變換器的效率。略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表達(dá)的晶體管工作電流的公式為：假定變換器的效率V是0.8，最大工作占空比入f＝0.4〔2〕、單端反激式變換器電路中的變壓器繞組由于在單端反激式變換器電路中，變壓器初級繞組只在B—H待佐曲線[磁滯回線)的一個方向上被驅(qū)動，因此，在設(shè)計時注意不要使其飽和，更為詳盡的分析和設(shè)計將在第五章給出。在這里，我們只是強(qiáng)調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴(kuò)大其有效體積傳輸變壓器有效體積v的計算公式如下：Ilamx最大負(fù)載電流‘L：變壓器次級繞組的電感量；：空氣的導(dǎo)磁率。其值為15：所選磁芯的磁性材料的相對導(dǎo)磁率Bmax：磁芯的最大磁通密度。相對導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以防止由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。2.2.7、電壓反應(yīng)電路的選用對于電流型脈寬控制器UC3842，有三種常用的穩(wěn)定輸出電壓電路，現(xiàn)先逐一介紹：〔1〕、輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入【[][]劉武祥,金星,劉群.基于UC3842的反激式開關(guān)電源的控制環(huán)路設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2007,(12);圖2.25輸出電壓直接分壓采樣如上圖所示，輸出電壓Vo經(jīng)R2及R4分壓后作為采樣信號，輸人UC3842腳2(誤差放大器的反向輸人端)。誤差放大器的正向輸入端接UC3842內(nèi)部的2.5V的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)采樣電壓小于2.5V時，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3842的輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值。R3與CI并聯(lián)構(gòu)成電流型反應(yīng)。這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，缺點是輸人電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計的困難，所以這種方法很少使用。〔2〕、輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入【[][]楊永清.基于UC3844的單端反激開關(guān)電源設(shè)計[J],移動電源與車輛,2023,(04);如下列圖所示，當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激式變壓器T的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也升高，該電壓經(jīng)過D2，D3，C5，Cl4、C13和R15組成的整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給UC3842供電。同時該電壓經(jīng)R2及R4分壓后作為采樣電壓，送人UC3842的腳2，在與基準(zhǔn)電壓比擬后，經(jīng)誤差放大器放大，使腳6輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，到達(dá)穩(wěn)壓的目的。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。圖2.26輔助電壓輸出電壓分壓采樣這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線:缺點是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時，根本上不能實現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對某種固定負(fù)載的情況?！?〕、采用線性光藕改變誤差放大器的輸入誤差電壓【[][]陳懿,童朝南,韓建軍.采用UC3844的反激式開關(guān)電源反應(yīng)回路的改進(jìn)與設(shè)計[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2023,(06);如下列圖所示，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路:一是輔助繞組的電壓經(jīng)D1，D2，C1，C2，C3，R9組成的整流、濾波和穩(wěn)壓后得到16V的直流電壓給UC3842供電，另外，該電壓經(jīng)R2及R4分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電藕合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管Z和R4，R5，R6，R7，R8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化;當(dāng)輸出電壓升高時，經(jīng)電阻R7及R8分壓后輸入Z的參考電壓也升高穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光藕中發(fā)光二極管的電流減小，流過光電三極管的電流也相應(yīng)的減小，誤差放大器的輸人反應(yīng)電壓降低，導(dǎo)致uC3842腳6輸出驅(qū)動信號的占空比變小，于是輸出電壓下降，到達(dá)到穩(wěn)壓的目的。圖2.27采用輔助電源采樣和光耦采樣綜合該電路因為采用了光電耦合器，實現(xiàn)了輸出和輸人的隔離，弱電和強(qiáng)電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾能力較強(qiáng)，而且是對輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。缺點是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的本錢?！?〕、采用線性光耦改變誤差放大器的增益如圖5所示，該電壓采樣及反應(yīng)電路由R2，R5，R6，R7，R8，C1，光電藕合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管Z組成。當(dāng)輸出電壓升高時，輸出電壓經(jīng)R7及R8分壓得到的采樣電壓(即Z的參考電壓)也升高，Z的穩(wěn)壓值也升高，流過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小，導(dǎo)致流過光電三極管中的電流減小，相當(dāng)于C1并聯(lián)的可變電阻的阻值變大(該等效電阻的阻值受流過發(fā)光二極管電流的控制)，誤差放大器的增益變大，導(dǎo)致UC3842腳6輸出驅(qū)動信號的占空比變小，輸出電壓下降，到達(dá)穩(wěn)壓的目的。當(dāng)輸出電壓降低時，誤差放大器的增益變小，輸出的開關(guān)信號占空比變大，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。圖2.28采用光耦改變誤差放大器的增益因為，UC3842的電壓反應(yīng)輸人端腳2接地，所以，誤差放大器的輸人誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益(可將線性光禍中的光電三極管視為一可變電阻)，其等效電路圖如下列圖所示：圖2.29改變誤差放大器增益的等效電路該電路通過調(diào)節(jié)誤差放大器的增益而不是調(diào)節(jié)節(jié)誤差放大器的輸人誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關(guān)信號的占空比。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負(fù)載發(fā)生較大的變化時，輸出電壓根本上沒有變化。實驗證明與上述三種反應(yīng)電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。在本設(shè)計中采用利用TL431線性穩(wěn)壓器(三端可調(diào)穩(wěn)壓管)和PC817線性光耦構(gòu)成反應(yīng)環(huán)圖2.30設(shè)計中采用的控制電路利用TL431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如上圖所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外界控制電阻，它們決定輸出電壓的上下，和TL431一并組成外部放大器。當(dāng)輸出電壓升高時，取樣電壓VR7也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓〔TL431的基準(zhǔn)電壓為2.5V〕，使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使UC3842內(nèi)驅(qū)動三極管輸出電壓降低，也使輸出電壓V0下降，最后V0趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時，誤差放大器的輸出電壓下降，UC3842內(nèi)的驅(qū)動三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促使UC3842內(nèi)對PWM比擬氣進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，到達(dá)穩(wěn)定的目的。R4、R5的阻值是這樣計算的：先固定R5的阻值，再計算R4的阻值，即：R4=〔V0-VBEF〕/IbIb=VBEF/R52.2.8UC3842的供電——啟動電路：電路圖如下所示【[][]何艷麗,陳鳴,王克城,侯建國.基于UC3844的反激穩(wěn)壓電源的設(shè)計及分析[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2023,(04);圖2.31啟動電路剛開機(jī)時,220V交流電壓首先經(jīng)過EMI濾除射頻干擾,再經(jīng)過橋式整流和濾波,產(chǎn)生約直流電壓。然后經(jīng)R2降壓后向UC3842提供+16V啟動電壓。R1是限流電阻,C1為濾波電容。進(jìn)入正常狀態(tài)后,自饋線圈N2上的高頻電壓經(jīng)過VD1、C3整流濾波,就作為UC3842的正常工作電壓。電容C2儲存的能量要能滿足電源開始正常

工作的需要，使得UC3842第7腳有穩(wěn)定、充足的輸入供應(yīng)。即電容C2的放電時間要大于UC3

842輸出脈沖的高電平持續(xù)時間。否那么，電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象。因此，電容C2的容量和

質(zhì)量的選取非常重要。在參考文獻(xiàn)中曾經(jīng)看到，有的作者C2曾用100μF鋁電解電容，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)

電源打嗝；測量反應(yīng)端電壓，總是太低，以至于反應(yīng)端的整流二極管都沒有工作，說明反應(yīng)端電壓幅度不夠。原因在于C2容量不夠，不能提供足夠的能量來使UC3842充分工作，因此

，容量最好在100μF以上。2.2.9、檢測信號的正確采樣電路【[]朱小龍,滕國仁.脈寬集成控制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用.華北礦業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報.[]朱小龍,滕國仁.脈寬集成控制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用.華北礦業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報.2001.06;圖2.32電流檢測和限制上圖中功率管開通時檢測電流Is會產(chǎn)生電流尖峰該尖峰將影響電路的穩(wěn)定性,所以必須在RS和3腳之間加一小的RC濾波器來濾去電流尖峰,RC濾波器的時間常數(shù)近似等于電流尖峰持續(xù)時間,通常為幾百納秒。2.2.10占空比大于50%時電路的斜坡補(bǔ)償【[][]韋楓,吳金.基于斜波補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ絇WMDC-DC系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J].電子器件,2003,26(4):461-462;UC3842是電流控制型器件,它的最大缺點是當(dāng)占空比D大于50%時,電路不能穩(wěn)定工作,此時必須進(jìn)行斜坡補(bǔ)償?！?〕誤差電壓Ue處的斜坡補(bǔ)償其原理下列圖a所示?！鱅n為第n次開通前電流擾動信號,m1和m2分別為電流上升和下降率,實線為穩(wěn)定情況,虛線為參加擾動后的情況,可以推出:第