開關(guān)電源設(shè)計與原理范文

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【關(guān)鍵詞】管理學原理；教；學

一、管理學課程的教與學的現(xiàn)狀

1.開設(shè)情況。并不是所有的高校都認為該門課程是基礎(chǔ)課程而進行必要的開設(shè)。其中，比較好的開設(shè)情況是：經(jīng)濟、管理類等相關(guān)專業(yè)的學生一般在大一上學期或下學期就會完成該門課程的學習，而像理工科專業(yè)的學生將在大二下學期或大三上學期完成；較糟糕的情況是除了經(jīng)濟、管理類專業(yè)的學生會學習到該門課程，其他專業(yè)的學生是接觸不到的，所以，很多理工科的學生聽也沒聽過這門課程的名稱。通過上述情形的描述，可以發(fā)現(xiàn)有些院校并不重視該門基礎(chǔ)課程。因此，校方所持的態(tài)度勢必會影響教師的教與學生的學。

2.教。部分教師并沒有有效地結(jié)合學生的專業(yè)而對管理學原理中的知識有側(cè)重點的進行講解，面對不同專業(yè)和不同年級的學生都是同樣授課。實際上，對于管理類專業(yè)的學生，教師們應(yīng)將知識點講解得深入一些，對于課程中涉及日后所學專業(yè)知識的一些基礎(chǔ)知識點和術(shù)語應(yīng)著重強調(diào)；而對于理工科的學生，就應(yīng)結(jié)合大家所接觸的一些日常經(jīng)濟現(xiàn)象的案例給學生講解，這樣可以較好地提高學生學習的興趣。

3.學。由于學生們普遍認為該門課程是基礎(chǔ)課，多數(shù)都是為應(yīng)付考試而在課程考試之前對知識點進行背誦。有的學生認為該門課程學起來十分枯燥，感覺其中的知識與自己的專業(yè)根本不相關(guān)，對自己的專業(yè)基本沒什么幫助，于是不愿花時間在該課程的學習與鉆研上。學生的學基本是盲目的，都是由教師進行無休止的灌輸。因此，教師應(yīng)采取積極的方式進行引導(dǎo)，讓學生帶有目的去渴望學習該課程。

二、建議

1.校方的意識。學校應(yīng)該重視基礎(chǔ)課程的開設(shè)，因為沒有基礎(chǔ)知識的鋪墊和積累，教師和學生在日后的專業(yè)知識的教與學都將十分吃力。因此，校方對于基礎(chǔ)課程開設(shè)的意識和態(tài)度將會影響學生最終的學習效果。

2.教師的教學。教師的教在教與學兩者之間占據(jù)主導(dǎo)作用，因為往往學生學習的興趣與效果，都與教師啟發(fā)和激勵息息相關(guān)。關(guān)于教師的教方面，具體為：

①將管理課程中的一般理論與管理案例相結(jié)合，注重理論教學的實用性。傳統(tǒng)課堂教學要求教師嚴格按照教材、大綱的順序進行講解，強調(diào)理論的邏輯性。因此，這樣做的結(jié)果不僅不能激發(fā)他們的學習興趣，甚至會引起他們的不滿。實際上，當代大學生的特點是思想活躍，樂于接受新鮮事物，喜歡討論當前社會熱點問題。因此，教師們應(yīng)該從學生比較感興趣的一些案例入手，通過對案例的思考，從而引出相關(guān)理論的講解；或者從理論的講解著手，進一步圍繞該理論讓學生對相關(guān)案例進行思考，這樣使得學生不再盲目地學習那些枯燥的理論知識，并且通過這種方式可以加強學生對知識點的印象，使得教學效果事半功倍。

②注重培養(yǎng)學生利用管理理論、方法解釋、分析和解決實際管理中的問題的能力。培養(yǎng)學生的這種能力，必須強調(diào)兩點：首先，是要求學生對材料的閱讀，特別是一些重要的案例，教師們要給出一定的時間進行課堂閱讀，其他的案例可以采取課后閱讀。其次，是學生對案例的思考，這種思考可以是獨立思考也可以是小組集體討論。總之，在培養(yǎng)學生利用理論知識解決實際問題能力的同時，也有利于大學生自學能力的培養(yǎng)，而這一點恰恰是大學培養(yǎng)學生的重要目的。

③讓學生積極參與案例活動。如情景模仿，讓學生擔任其中的角色，親身感受管理相關(guān)環(huán)節(jié)。在這里，筆者要特別強調(diào)教師應(yīng)該在一學期的教學中，盡量保證讓每位同學都能夠有機會上講臺發(fā)言，因為筆者認為作為一名學管理類專業(yè)的學生，具備站在大廳廣眾之下開口講話的勇氣是必須的，其次，是對學生參與活動的能力要求。例如，當講授關(guān)于管理職能——計劃時，可以就如何制定大學生創(chuàng)業(yè)計劃，讓班級同學編成小組討論，每個小組派代表闡述該小組的集體意見，最后再由教師對所發(fā)表的意見進行分析、總結(jié)。這樣做，可以調(diào)動學生學習積極性，并且可以培養(yǎng)小組同學的合作精神。

④要根據(jù)學生的特點有針對性的講授。管理學原理基本上在大學一年級的第一個學期開設(shè)，對于那些管理類專業(yè)的學生而言，應(yīng)比較強調(diào)對理論的掌握，因為他們之后的專業(yè)課程學習是需要這些基礎(chǔ)課程作為鋪墊的，而對于非專業(yè)的學生而言，教師應(yīng)該根據(jù)學生具體的專業(yè)進行有所重點的講授。

3.學生的學。教與學是一個互動的過程，因此，學生自覺、主動學習是達到良好學習效果所不可或缺的。它要求學生必須首先要從內(nèi)心樹立對學習基礎(chǔ)課程的強烈意識，當然，這在很大程度上要依靠教師的引導(dǎo)作用；其次，學生們應(yīng)該學會如何自我培養(yǎng)學習理論知識的興趣與能力，如學生可以適當?shù)貐⒓右恍┥鐣顒樱ㄟ^自己的親身感受或許能增加對該門基礎(chǔ)課程學習的興趣。

參考文獻：

[1]陳永清.關(guān)于高校《管理學原理》課程教學的思考[J].經(jīng)濟師，2009（10）.

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摘 要：在用電子技術(shù)專業(yè)課程體系中，它是一門“行業(yè)概貌”類型的課程，開關(guān)電源應(yīng)用相當廣泛與普遍，學生通過這門課的學習對自己未來所從事的崗位和專業(yè)將會有比較深入的了解，更會對自己未來的行業(yè)有生動細致的體驗。該文針對《開關(guān)電源的應(yīng)用與維護》這門課整體教學設(shè)計進行探討，突出體現(xiàn)了現(xiàn)在職業(yè)教育中以學生為主體的教學理念，通過設(shè)計不同的教學項目，來培養(yǎng)學生的動手能力，以適應(yīng)社會的需求。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源的應(yīng)用與維護 整體設(shè)計 教學項目考核

中圖分類號：G71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0068-02

1 課程基本信息

《開關(guān)電源的應(yīng)用與維護》是一門應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學生的職業(yè)能力必修課，它是學生入學第四學期開設(shè)的課程。它的先修課程是《電路基礎(chǔ)》《模擬電路的分析與應(yīng)用》《數(shù)字電路的分析與應(yīng)用》。后續(xù)課程有《電子整機電路檢修與調(diào)試》《供、配電系統(tǒng)的運行與檢測》。在應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)課程體系中，它是一門“行業(yè)概貌”類型的課程，開關(guān)電源應(yīng)用相當廣泛與普遍，學生通過這門課的學習對自己未來所從事的崗位和專業(yè)將會有比較深入的了解，更會對自己未來的行業(yè)有生動細致的體驗。

2 課程定位

2.1 崗位分析

應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)的學生初次就業(yè)可從事：開關(guān)電源維修工、流水線裝配工、電源設(shè)備維護員等。

晉升的崗位有：開關(guān)電源產(chǎn)品技術(shù)員、設(shè)計員、設(shè)備主管、生產(chǎn)主管等。

未來的發(fā)展崗位有：系統(tǒng)工程師、研發(fā)工程師、新型項目研發(fā)負責人等。

2.2 課程分析

具體情況見表1。

3 課程目標設(shè)計

3.1 總體目標

通過此門課程的學習，使學生了解電子元器件在高頻工作狀態(tài)下的特性，能夠?qū)Ω鞣N不同種類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和工作過程進行分析和調(diào)試，能夠根據(jù)電路圖判斷開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)以及調(diào)制方式；使學生能夠通過常用工具、儀表進行開關(guān)電源的安裝、調(diào)試、檢修；使學生能夠勝任各種開關(guān)電源電路系統(tǒng)的維護、分析、設(shè)計等工作崗位；為學生進一步學習專業(yè)知識和職業(yè)技能打下良好基礎(chǔ)；培養(yǎng)學生的團隊意識、創(chuàng)新能力。

3.2 能力目標

（1）學會使用儀表進行開關(guān)元器件的識別與檢測的方式方法。

（2）能夠具備根據(jù)電路圖進行開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)種類的判斷，分析調(diào)制方式的能力。

（3）能夠具備使用儀器儀表和工具進行開關(guān)電源的日常維護與故障分析處理的能力。

（4）能夠按照行業(yè)標準和工廠實踐要求進行開關(guān)電源的安裝、調(diào)試、檢測。

（5）掌握開關(guān)電源的設(shè)計方法，了解開關(guān)電源的新技術(shù)。

3.3 知識目標

（1）掌握開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識，知道開關(guān)電源的種類。

（2）理解開關(guān)電源的基本原理，掌握開關(guān)電源的工作方式。

（3）了解掌握開關(guān)電源中常用的電子器件及其驅(qū)動方式。

（4）理解掌握各種非隔離型DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式及工作原理。

（5）理解掌握各種隔離型DC-DC變換器的拓撲結(jié)構(gòu)和控制方式以及工作原理。

（6）掌握軟開關(guān)與整流技術(shù)。

（7）理解掌握開關(guān)電源的控制方式以及多種調(diào)制芯片的工作原理。

（8）了解整流器和保護電路的工作原理。

（9）掌握開關(guān)電源的電路分析方法。

3.4 素質(zhì)目標

（1）注意日常操作的職業(yè)素養(yǎng)，養(yǎng)成正確配戴勞動保護用品的良好習慣，具有自我防護意識。

（2）培養(yǎng)學生勇于探索的科學態(tài)度，勇于實踐創(chuàng)新的精神。

（3）培養(yǎng)學生養(yǎng)成遵守工作規(guī)范、工藝規(guī)定及安全操作規(guī)程的意識。

（4）培養(yǎng)嚴肅認真、科學嚴謹?shù)木瘢慌囵B(yǎng)學生的協(xié)調(diào)能力。

（5）培養(yǎng)學生與客戶及應(yīng)用方的溝通能力。

（6）培養(yǎng)學生將理論應(yīng)用于實踐，彼此互相結(jié)合的精神。

4 課程內(nèi)容設(shè)計

《開關(guān)電源的應(yīng)用與維護》這門課程的整體設(shè)計由4個項目組成，個別項目包含子項目。教師通過帶領(lǐng)學生完成這些項目，使學生能了解開關(guān)電源的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，能熟練使用常用儀器設(shè)備和工具進行電腦、充電器和普通用電設(shè)備開關(guān)電源的維護和一般故障排除。初步使用專業(yè)軟件和專業(yè)外語；學生能夠按照行業(yè)標準和要求完成相關(guān)工作任務(wù)；學生能夠根據(jù)具體用電器的要求進行圖紙繪制、進行簡單計算、并進行初步分析和設(shè)計。具體設(shè)計內(nèi)容見表2。

5 考核方案

此課程改變以往用試卷方式為終結(jié)性考核的形式，采用項目過程考核，并將每個項目賦予了不同權(quán)重，根據(jù)學生對項目的實際操作完成情況，平時課上就給出了實踐操作成績。同時，結(jié)合同學的課堂表現(xiàn)、出勤及作業(yè)完成情況，最終確定其這門課的成績。教學項目考核成績表見表3。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源；雙閉環(huán)反饋；穩(wěn)壓；穩(wěn)流

1.前言

高頻開關(guān)電源在二十世紀八十年代進入我國后，由于其具有體積小、重量輕、效率高、噪音低等優(yōu)點，大量地進入我國郵電通訊、電力部門及其它領(lǐng)域，其發(fā)展迅速，市場潛力巨大，取代了許多傳統(tǒng)的中小功率可控硅整流電源。而在傳統(tǒng)的工礦企業(yè)，如電解電鍍、電化、電火花、電池充電、水處理、熱處理、焊接、冶煉等諸多領(lǐng)域，目前還在大量使用傳統(tǒng)的可控硅整流電源，不符合國家環(huán)保節(jié)能的政策。目前市場上的單臺高頻開關(guān)電源功率受到器件的約束及其它因素的限制，難以在大功率（50KW以上）場合實用需要。為了把功率做大，簡單的方法就是把許多單臺高頻開關(guān)電源，將其輸出簡單并聯(lián)，形成擴流輸出。但這種方法有一個局限性，那就是并聯(lián)后的系統(tǒng)只能是穩(wěn)流輸出，而不能適應(yīng)穩(wěn)壓輸出的應(yīng)用場合。本文設(shè)計思想就是在上述簡單并聯(lián)后的基礎(chǔ)上，再單獨設(shè)計一個輸出電壓負反饋系統(tǒng)，利用電壓反饋系統(tǒng)的輸出來控制各臺高頻開關(guān)電源，形成雙閉環(huán)反饋，從而達到并聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)壓輸出。由于單臺高頻開關(guān)電源的工作原理眾所周知，故以下著重從自動控制系統(tǒng)原理方面介紹并聯(lián)系統(tǒng)的工作原理。

2.系統(tǒng)控制原理圖

并聯(lián)系統(tǒng)的自動控制原理如圖1所示。

在自動控制電機直流調(diào)速系統(tǒng)中，有一種轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)，又稱串級系統(tǒng)。外環(huán)是轉(zhuǎn)速反饋，內(nèi)環(huán)是電流反饋。任何系統(tǒng)內(nèi)外擾動或電網(wǎng)電流變化造成的轉(zhuǎn)速變化，都能通過外環(huán)或內(nèi)環(huán)的反饋系統(tǒng)調(diào)節(jié)，達到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速輸出。本文正是基于此設(shè)計思想，設(shè)計了如圖1的高頻開關(guān)電源雙閉環(huán)反饋并聯(lián)自動控制系統(tǒng)。圖中各臺高頻開關(guān)電源本身就是可以獨立工作的，且內(nèi)部形成電壓或電流負反饋系統(tǒng)。并聯(lián)系統(tǒng)電壓反饋屬于外環(huán)，內(nèi)環(huán)由高頻開關(guān)電源內(nèi)部形成。這種并聯(lián)系統(tǒng)之所以簡單，就是在單立工作的電源基礎(chǔ)上，把輸出端簡單并聯(lián)在一起。而輸入端的給定由外環(huán)統(tǒng)一加到各立的高頻開關(guān)電源。

圖1中虛線框內(nèi)1#、2#、……、N#為各臺高頻開關(guān)電源，其內(nèi)部自動控制原理圖簡化為一階系統(tǒng)比例積分環(huán)節(jié)，所以各臺高頻開關(guān)電源的穩(wěn)流或穩(wěn)壓精度很高。圖中它們工作在穩(wěn)流狀態(tài)下。

3.系統(tǒng)工作設(shè)計原理

3.1 單臺高頻開關(guān)電源設(shè)計及總體框圖

單臺高頻開關(guān)電源的技術(shù)指標：

輸入電壓：380V，50HZ

輸出電壓：DC 18V

輸出電流：DC 800A

限流值：850A

限壓值：18.5V

保護：過流保護、熱保護、過壓保護、欠壓保護

轉(zhuǎn)換效率：>80%

單臺高頻開關(guān)電源總體框圖如圖2所示。整機電路可分為變換主回路和控制電路兩大部分。交流380V電壓經(jīng)輸入電源濾波器、輸入直流整流濾波得到550V左右的直流電壓，供給脈寬調(diào)制器，它有兩組IGBT模塊、高頻變壓器及輸出整流濾波組成。

由PWM控制電路提供交變脈沖經(jīng)驅(qū)動電路來控制IGBT模塊的通斷，將直流電壓變換成交變的20KHZ脈沖電壓，經(jīng)高頻變壓器隔離變換成所需的電壓，再經(jīng)輸出整流二極管全波整流，得到平均幅值為18V的直流電壓。

控制電路由PWM控制電路、驅(qū)動電路、反饋取樣電路、限流限壓電路及輔助電源組成。PWM控制電路輸出兩路彼此相位差180?，并有一定死區(qū)的脈沖，經(jīng)驅(qū)動電路放大，控制主回路IGBT模塊的通斷。為了得到穩(wěn)定的輸出電壓或電流，對輸出電壓或電流進行采樣、反饋，與基準值比較、放大，控制PWM電路的脈沖寬度，調(diào)整IGBT的占空比來實現(xiàn)穩(wěn)壓或穩(wěn)流。同時通過軟啟動、過流過壓保護、短路保護及限壓限流電路對電源本身實施保護措施。

單臺高頻開關(guān)電源構(gòu)成一個電流負反饋控制系統(tǒng)，簡稱內(nèi)環(huán)。自動控制原理如圖3所示。

圖3中采用了PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)電流負反饋控制系統(tǒng)，既保證了動態(tài)穩(wěn)定性，又能做到無靜差，很好地解決了動、靜態(tài)的矛盾。其調(diào)節(jié)原理：在電流給定值不變的情況下，當負載變動或電源內(nèi)部原因造成了電源輸出電流變動時，自動控制調(diào)節(jié)過程為：

通過以上的調(diào)節(jié)過程，可以保證單臺高頻開關(guān)電源輸出穩(wěn)定的電流。這樣，把各個單獨工作的高頻開關(guān)電源輸出并聯(lián)在一起，且工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，接受同一的電流給定值，就可保證各臺高頻開關(guān)電源輸出同樣大小的電流。從而實現(xiàn)并聯(lián)系統(tǒng)的擴流輸出。為了提高系統(tǒng)的整體可靠性，還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，增加N+1冗于設(shè)計。這種簡單的組合在一起，當某臺高頻開關(guān)電源出現(xiàn)故障，可立即把其關(guān)電退出運行并斷開輸出連接，把備份的高頻開關(guān)電源通電投入運行即可。從而把處理故障的時間減少到最小。

3.2 系統(tǒng)自動控制原理

雙閉環(huán)并聯(lián)系統(tǒng)自動控制原理如圖4所示。

圖4中在高頻開關(guān)電源系統(tǒng)外增加了一個比例積分調(diào)節(jié)器，用來調(diào)節(jié)并聯(lián)系統(tǒng)的電壓。把并聯(lián)系統(tǒng)的輸出電壓反饋和并聯(lián)系統(tǒng)給定值進行比較，其差值經(jīng)信號放大，作為高頻開關(guān)電源系統(tǒng)電流給定值，而高頻開關(guān)電源系統(tǒng)根據(jù)不斷變化的電流給定值來調(diào)節(jié)自身的輸出電壓，以此保證自身的輸出電流根據(jù)給定值變化而變化。從而也保證了并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在高頻開關(guān)電源系統(tǒng)內(nèi)部，是內(nèi)環(huán)；電壓調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)。二者之間實行串級連接，即以電壓調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為并聯(lián)系統(tǒng)輸出電壓的控制，那么兩種調(diào)節(jié)器作用就能互相配合，相輔相成了。這就形成電壓、電流雙閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，兩個調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器。

當由于負載擾動，造成了并聯(lián)系統(tǒng)電壓輸出變動，則系統(tǒng)自動控制調(diào)節(jié)過程為：

上述電壓調(diào)節(jié)過程可以保證并聯(lián)系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作狀態(tài)下，輸出電壓穩(wěn)定。若系統(tǒng)要工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，只需通過系統(tǒng)內(nèi)部的選擇開關(guān)，把外環(huán)電壓反饋單元關(guān)閉，直接把電壓給定信號加到各臺高頻開關(guān)電源，由于各臺高頻開關(guān)電源本身工作在穩(wěn)流狀態(tài)下，從而可以保證并聯(lián)系統(tǒng)的每臺高頻開關(guān)電源輸出同等大小電流。

從動態(tài)穩(wěn)定性上看，在設(shè)計過程中，先把單臺高頻開關(guān)電源設(shè)計調(diào)整好，使之能穩(wěn)定的輸出額定電流。然后把各臺并聯(lián)連接在一起，加上電壓反饋外環(huán)，再按系統(tǒng)設(shè)計要求并調(diào)整外環(huán)，使系統(tǒng)輸出電壓保持穩(wěn)定。需要注意的是：內(nèi)環(huán)根據(jù)其設(shè)計指標要逐一開啟和外環(huán)連調(diào)，等所有的內(nèi)環(huán)調(diào)整好后，再把所有內(nèi)環(huán)開啟，與外環(huán)一同調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出電壓和電流。

4.實驗與結(jié)論

應(yīng)用以上原理，制作了一臺組合式并聯(lián)的72KW高頻開關(guān)電源。具體參數(shù)為：AC380V±10%，穩(wěn)壓輸出18VDC；限流電流4100ADC；穩(wěn)流輸出4000ADC；限壓電壓18.5VDC。該并聯(lián)系統(tǒng)由五臺單獨的高頻開關(guān)電源并聯(lián)組合，每臺高頻開關(guān)電源都輸出同等的800A/18V。系統(tǒng)在穩(wěn)壓工作時，即使輸出短路也能限流在4100A穩(wěn)定工作；穩(wěn)流工作時，輸出端開路能實現(xiàn)限壓而穩(wěn)定工作。若為了提高并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性，還可增加一臺備份。該電源在電鍍行業(yè)鍍鉻工藝中現(xiàn)場運行已有近兩年，基本上達到了設(shè)計要求，用戶反應(yīng)良好。

參考文獻

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【關(guān)鍵詞】反激式；變壓器；開關(guān)電源；PI Expert

1.引言

近年來，開關(guān)電源的發(fā)展非常迅速。相對于線性電源，開關(guān)電源有著體積小、重量輕、效率高、抗干擾強、輸出電壓范圍寬和便于模塊化等優(yōu)點。開關(guān)電源分為隔離和非隔離兩種形式，而隔離式又有正激和反激兩種拓撲結(jié)構(gòu)。

一般在中小功率電源場合，反激式開關(guān)電源往往最具性價比，因此被廣泛應(yīng)用于家電、工業(yè)控制、通訊、LED照明等領(lǐng)域。但設(shè)計一款具有高性價比的開關(guān)電源并非易事，需要設(shè)計人員具備豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗。按照傳統(tǒng)的手工設(shè)計方法，開關(guān)電源需要計算的參數(shù)變量非常多，工作量較大。為配合用戶進行開關(guān)電源的設(shè)計，Power Integrations公司推出了PI Expert電源設(shè)計軟件，大大地減輕了設(shè)計人員的工作量。該軟件簡單易用，靈活方便，是一種高效的開關(guān)電源設(shè)計工具。

2.反激式開關(guān)電源的基本原理

所謂反激式開關(guān)電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關(guān)斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關(guān)電源稱為反激式開關(guān)電源。反激式開關(guān)電源中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對互相耦合的電感。在實際應(yīng)用中，反激變換器又經(jīng)常被設(shè)計成不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM模式）和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM模式），以便根據(jù)具體的使用情況實現(xiàn)開關(guān)電源的最佳性能[1]。

反激式開關(guān)電源一般由電源整流濾波電路，開關(guān)芯片，高頻變壓器，漏極箝位電路，反饋電路和輸出濾波電路組成。電源濾波電路一方面消除來自電網(wǎng)的干擾，同時也防止開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴散。輸入整流電路將電網(wǎng)輸入電壓進行整流濾波，為高頻變壓器提供直流電壓。開關(guān)芯片是開關(guān)電源的關(guān)鍵部分，選擇一款好的開關(guān)芯片對開關(guān)電源的性能起著重大的作用。變壓器是整個電源的核心，它把直流高電壓變換成低電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。漏極箝位電路的作用是當功率開關(guān)管（MOSFET）關(guān)斷時，對由高頻變壓器漏感所形成的尖峰電壓進行鉗位和吸收，以防止開關(guān)管因過電壓而損壞。反饋電路和輸出濾波電路也是開關(guān)電源不可缺少的部分，其設(shè)計的好壞直接關(guān)系著輸出電壓的穩(wěn)定性和質(zhì)量。

3.PI Expert的主要功能和特點

PI Expert是一個自動化的圖形用戶界面（GUI）程序，通過接收用戶輸入的電源規(guī)格參數(shù)，自動生成基于PI系列IC設(shè)計的電源方案。PI Expert提供了構(gòu)建和測試工作原型所需的一切信息，其中包括輸入電路、器件選擇、器件特性利用、箝位電路以及反饋電路在內(nèi)的完整示意圖和BOM。PI Expert還提供完整的磁特性設(shè)計，也可生成用于機械裝配的詳細繞制說明。PI Expert的最新版本為V9.0。

運用PI Expert設(shè)計開關(guān)電源有以下幾個步驟：

第一步：用設(shè)計向?qū)陆ㄒ粋€設(shè)計。在向?qū)е形覀冃枰謩e選擇開關(guān)電源的拓撲結(jié)構(gòu)，開關(guān)芯片、開關(guān)頻率、外殼、反饋類型、輸入電壓類型，輸出參數(shù)和優(yōu)化參數(shù)。

第二步：選擇主輸出繞組的匝數(shù)范圍和磁芯選擇范圍，之后點擊完成設(shè)計便可生成一個初步的開關(guān)電源電路圖和設(shè)計參數(shù)列表。

第三步：補充參數(shù)。在PI Expert窗口左側(cè)的“設(shè)計樹試圖”中補充設(shè)置一些未設(shè)置過的參數(shù)，如主輸出電壓，輸出繞組疊加方式，EMI濾波結(jié)構(gòu)等，設(shè)置完畢后點擊“開始優(yōu)化”即可完成。

第四步：手動調(diào)整。由于軟件根據(jù)自身的算法計算元器件的值，所以存在非標或不常用的問題，這會給物料采購帶來麻煩，這時候需要在合理的范圍內(nèi)調(diào)整器件的值。

設(shè)計完成后，PI Expert自動生成電路圖、設(shè)計結(jié)果表單、電路板布局、材料清單和變壓器構(gòu)造示意圖，非常方便。

4.設(shè)計實例

本文基于PI Expert設(shè)計了一款兩路輸出（+5V/250mA，+12V/1A）的反激式開關(guān)電源，其輸入電壓為通用寬電壓85～265V。此電源采用PI公司TinySwitch-III系列產(chǎn)品中的TNY280PN作為開關(guān)芯片，高頻變壓器使用EE19磁芯，具有輸出過載和短路保護功能。

4.1 電路設(shè)計

PI Expert會根據(jù)用戶輸入的規(guī)格參數(shù)自動生成電路原理圖，其中，較為關(guān)鍵的參數(shù)有：

（1）輸出疊加方式：因為交流疊加式可提供較佳的交叉穩(wěn)壓和工作效率，故輸出繞組采用交流疊加的方式進行互連。

（2）反饋類型：為了得到較佳的穩(wěn)壓效果，此處選擇使用TL431作為反饋，并使用偏置繞組進一步減少開關(guān)電源的空載功耗。反饋電路的選擇直接決定著輸出電壓的穩(wěn)壓精度，反饋電路一般有初級反饋和次級反饋，次級反饋又有次級穩(wěn)壓管和次級TL431兩種電路形式。使用齊納二極管作為參考的次級側(cè)反饋電路在溫度變化時通常可提供約±7%的輸出調(diào)整率，而帶TL-431的次級側(cè)反饋通常可為線電壓和負載漂移提供優(yōu)于±5%輸出電壓穩(wěn)壓精度[2]。

（3）漏極箝位電路：PI Expert提供了三類不同的箝位電路。軟件會根據(jù)電源的總輸出功率自動選擇最佳的箝位電路。由于此電源輸出功率在20W以下，故采用簡單的穩(wěn)壓二極管箝位電路。

PI Expert設(shè)計完成再手工調(diào)整后的開關(guān)電源原理圖如圖1所示。

4.2 高頻變壓器設(shè)計

設(shè)計高頻變壓器是設(shè)計開關(guān)電源最關(guān)鍵的一步。PI Expert在生成原理圖的同時自動生成變壓器的構(gòu)造圖。調(diào)整PI Expert左側(cè)“設(shè)計樹視圖”中的“變壓器”和“繞組結(jié)構(gòu)”參數(shù)即可調(diào)整變壓器的參數(shù)和結(jié)構(gòu)。設(shè)計變壓器時需要注意以下兩點：

（1）為了減低漏感，功率最高的次級繞組應(yīng)離變壓器的初級繞組最近。若某個次級繞組的圈數(shù)較少，則該繞組要橫跨繞線區(qū)域的整個寬度，以便改善耦合。

（2）由于此電源采用次級側(cè)的穩(wěn)壓方式，偏置繞組應(yīng)位于初級繞組和次級繞組之間。當偏置繞組位于初級和次級之間時，它相當于一個連接至初級返回端的EMI屏蔽層，降低了電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)EMI。

高頻變壓器的最終設(shè)計參數(shù)[3]如下：

磁芯型號：EE19

初級電感：880uH

初級繞組：漆包線，Φ0.2mm，87匝

偏置繞組：漆包線，Φ0.25mm，10匝

次級繞組1：三層絕緣線，Φ0.4mm，4匝

次級繞組2：三層絕緣線，Φ0.4mm，5匝

繞組順序（由里向外）：初級繞組，次級繞組2，次級繞組1，偏置繞組。

5.試驗結(jié)果及分析

根據(jù)以上的設(shè)計參數(shù)實際制作硬件進行試驗。

在額定負載情況下，當輸入電壓為220V時，實測開關(guān)電源的輸出電壓波形如圖2所示。從圖上可以看出，開關(guān)電源的輸出特性良好，電壓波動非常小。再測輸出的紋波波形如圖3所示，由圖上可以看出，5V的紋波普遍在±100mV左右，12V的紋波在±100mV以下，效果理想。額定負載情況下，當輸入電壓為85V時，測試輸出電壓的波動和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；當輸入電壓為265V時，測試輸出電壓的波動和紋波均在允許范圍內(nèi)，未出現(xiàn)電源復(fù)位重啟現(xiàn)象；再對電源作保護功能的測試。使開關(guān)電源的輸出過載或短路時，開關(guān)電源進入2.5s間隔的自動復(fù)位重啟保護；輸出負載正常時開關(guān)電源恢復(fù)正常工作。

6.結(jié)語

試驗證明本文基于PI Expert設(shè)計的反激式開關(guān)電源具有良好的工作性能和高可靠性。該電源結(jié)構(gòu)簡單，具有輸出過載和短路等保護功能。PI Expert是一款高效的設(shè)計工具，借助PI Expert軟件可以大大縮短開關(guān)電源的開發(fā)周期。

參考文獻

[1]周志敏，周紀海，紀愛華.開關(guān)電源實用電路[M].北京：中國電力出版社，2006.

篇5

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源 重啟 反激式電源

中圖分類號：TM46 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）11-0073-01

開關(guān)電源具有高效率、低功耗、體積小、重量輕等顯著優(yōu)點，其電源效率可達到80%以上，遠遠高于傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源從而使得開關(guān)電源應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。根據(jù)負載功率的不同，往往采用自激振蕩式，即反激式和正激式不同的方法。隨著開關(guān)電源的使用的不斷發(fā)展，反激式開關(guān)電源也在更多的領(lǐng)域使用，但該開關(guān)經(jīng)常存在著不斷重啟的缺點，導(dǎo)致設(shè)備工作不夠穩(wěn)定，所以，探索和研究有效的技術(shù)策略，就有著非常重要的意義。

1 反激式電源的基本原理

本文以其中一種反激式開關(guān)電源為例進行說明。該電源通過220V電壓供電，通過整流橋整流和電容濾波將交流電變成直流電，通過兩個1M歐的電阻限流給LD7535啟動電流，LD7535啟動，控制MOSFET，不斷開關(guān)，形成高頻開關(guān)電壓來使變壓器工作，變壓器通過芯片供電繞組給芯片供電，通過副繞組轉(zhuǎn)換成為想要得到的高頻電壓，再通過高頻二極管整流，形成需要得到的電壓，同時通過TL431中的內(nèi)部設(shè)定基準電壓（2.5V）和電阻的串聯(lián)分壓來設(shè)定輸出電壓，并通過光電耦合器來進行反饋調(diào)節(jié)。

其中NTC為防止啟動時電流過大，電阻R5和電阻R8負責啟動時對LD7535供電，啟動后改為變壓器通過R9和D5給予供電，C8和C8A負責儲能。R6的10歐姆電阻防止MOS管的電壓斜率過于陡峭，R1大功率小電阻負責電流檢測，從而改變保護電流；R19和C9串聯(lián)防止TL431自激，R20和R21為了確定輸出電壓。

2 LD7535特點及其在反激式電源中的應(yīng)用

但是，在反激電源制作過程中會遇到開關(guān)電源空載時不斷重啟的過程，并且伴隨著這種現(xiàn)象，往往能夠聽到變壓器的響聲。其空載不斷重啟，需要通過LD7535控制器加以技術(shù)改進。

LD7535是一種低成本，低啟動電流，電流模式，PWM控制的省電模式控制器，具有包括電流檢測的前沿消隱、內(nèi)部斜率補償，采用SOT-26封裝。常用于高效率，較少元器件的AC/DC電源設(shè)備。其特點是高壓CMOS工藝，具有優(yōu)良的ESD保護，僅需要極低的啟動電流（

各個引腳定義為：第1引腳GND，接地端，第2引腳COMP，電壓反饋引腳，通過連接光電耦合器，以使控制環(huán)路閉合，實現(xiàn)調(diào)節(jié)，第3引腳RT，設(shè)置開關(guān)頻率，通過連接一個電阻對地設(shè)置開關(guān)頻率，第4引腳CS，位電流檢測引腳，連接到感應(yīng)電流MOSFET，第5引腳VCC，為電源電壓引腳，第6引腳OUT，柵極驅(qū)動輸出，以驅(qū)動外部MOSFET。

3 重啟的解決方法

在反激電源制作過程中開關(guān)電源空載時不斷重啟的原因是由于IC供電不足或者光耦供電不足引起。對于此種不斷重啟的現(xiàn)象，有以下幾點方法進行克服。

3.1 設(shè)立假負載

設(shè)立假負載是最有效的解決開關(guān)電源不斷重啟的方法，只需要在輸出端增加一個大電阻，使得開關(guān)電源一直處于工作狀態(tài)，這種方法簡單易行，對產(chǎn)品的價格也沒有太大影響，但是這種方法會對開關(guān)電源真正的使用轉(zhuǎn)換效率有一定的影響，造成轉(zhuǎn)換效率有所降低，對于轉(zhuǎn)換效率要求不是很高的或者需要大電流輸出的開關(guān)電源來說最為合適。

3.2 采用較好的二極管對芯片供電

出現(xiàn)不斷重啟的原因往往是供電芯片的供電電壓介于滿足啟動和不滿足啟動的臨界狀態(tài)，當采用較好的供電二極管（D7）時，如FR107二極管，可以提高了二極管的開關(guān)速度，并且也降低供電二極管的管壓降，從而能夠滿足控制芯片的供電電壓，從而解決二極管不斷重啟的現(xiàn)象。

3.3 采用增加芯片供電繞組的匝數(shù)

采用增加對芯片供電繞組的匝數(shù)對產(chǎn)品價格沒有太大影響，也不會增加產(chǎn)品工序，但是由于繞組匝數(shù)的增加會增加變壓器的電感量，造成變壓器性能有一定的改變，致使很多參數(shù)需要重新計算或修訂，更嚴重的會造成變壓器不適合本產(chǎn)品而需要重新設(shè)計變壓器。

4 結(jié)語

本文通過一個具體的電路設(shè)計為例，簡要的說明針對開關(guān)電源不斷重啟現(xiàn)象的一些改進的方法。本文并通過實際使用，證明了其有效性。

參考文獻

[1]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，1998.

篇6

開關(guān)K 以一定的頻率重復(fù)的接通或斷開。在開關(guān)K 接通時，輸入電源通過開關(guān)K 和濾波電路向負載提供能量；當開關(guān)K斷開時，輸入電源便中斷了能量的供給。開關(guān)電源的示意圖如圖2-1所示。

為了使負載能夠得到連續(xù)的能量，開關(guān)電源就必須有一套儲能裝置，以便在開關(guān)K 接通時將一部分能量儲存起來，當開關(guān)K 斷開后再將儲存的能量提供給負載。圖2-1中的電感L、電容C和二級管D 組成的電路就具有這樣的功能。當開關(guān)K 接通時，電感L 用以儲存能量，開關(guān)K 斷開時，儲存在電感L中的能量通過二級管D 釋放給負載，從而使負載得到連續(xù)而又穩(wěn)定的能量。

當電子開關(guān)K按一定的頻率開關(guān)時，導(dǎo)通時間越長，輸出電壓越高；導(dǎo)通時間越短，輸出電壓越低。通常，開關(guān)電源就是這樣在開關(guān)頻率一定的情況下，通過調(diào)整開關(guān)時間的長短。控制輸出電壓的高低。目前，也有的開關(guān)電源采用開關(guān)時間長短恒定，通過改變開關(guān)頻率來改變輸出電壓的高低。

圖2-1 開關(guān)電源示意圖

開關(guān)電源的形式有很多種，其中尤其以脈沖寬度調(diào)制型（PWM）最為盛行，現(xiàn)在就以此種形式的開關(guān)電源介紹以下開關(guān)電源的工作原理。

采用PWM技術(shù)的開關(guān)電源原理機構(gòu)如圖2-2所示，從電網(wǎng)將能量傳遞給負載的回路稱為主回路，其余稱為控制回路。

工頻電網(wǎng)交流電壓經(jīng)過輸入整流濾波電路，得到高波紋未調(diào)直流電壓，在經(jīng)功率轉(zhuǎn)換電路，變換成符合要求的矩形波脈動電壓，最后經(jīng)過整流濾波電路將其平滑成連續(xù)的低波紋直流電壓。

圖2-2 PWM方式開關(guān)電源框圖

控制回路在提供高壓開關(guān)T管基極驅(qū)動脈沖的同時，需要完成輸出電壓穩(wěn)壓的控制，而且還必須能對電源或負載提供保護。它通常由檢測比較放大電路、電壓-脈沖寬度轉(zhuǎn)換電路（V/W電路）、時鐘震蕩電路，以及自用電壓源等基本電路構(gòu)成。

對于PWM方式而言，將頻率固定的震蕩源稱為時鐘震蕩器，這種電源利用檢測電路反映輸出電壓值，通過和給定參考電壓比較并產(chǎn)生誤差信號，在經(jīng)過V/W電路調(diào)制脈沖寬度——調(diào)節(jié)輸出電壓。例如，由于某種原因（負載電流減小或電網(wǎng)電壓上升）使高頻變壓器副邊輸出電壓的平均值增大，電源輸出電壓也將隨之提高，反饋檢測電路將提高了輸出電壓和基準電壓進行比較，并產(chǎn)生負積極性的誤差電壓，V/W電路根據(jù)該誤差電壓及時減小輸出脈寬，這樣使輸出電壓平均值減小，接近原來的數(shù)值，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓的作用。

開關(guān)電源的分類

在電子技術(shù)和應(yīng)用飛速發(fā)展的今天, 對電子儀器和設(shè)備的要求是, 在性能上更加安全可靠, 在功能上不斷增加, 在使用上自動化程度要越來越高, 在體積上日趨小型化。這使采用具有眾多優(yōu)點的開關(guān)電源就顯得更加重要。所以, 開關(guān)電源在計算機、通信、航天、彩電等方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用, 發(fā)揮了巨大的作用, 這大大促進了開關(guān)電源的發(fā)展, 從事這方面研究和生產(chǎn)的人員也在不斷地增加, 開關(guān)電源的品種和類型也越來越多。常見的開關(guān)電源的分類方法有下列幾種:

1.按激勵方式劃分 分為他激式和自激式。他激式開關(guān)電源電路中專設(shè)激勵信號振蕩器；自激式開關(guān)功率管兼作振蕩管。該形式的開關(guān)電源電路結(jié)構(gòu)簡單, 元器件少, 可以做成低成本的開關(guān)電源。

2.按調(diào)制方式劃分 分為脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)整型和混合調(diào)整型。脈寬調(diào)制型保持振蕩頻率保持不變, 通過調(diào)節(jié)脈沖寬度來改變輸出電壓的大小；頻率調(diào)整型保持占空比保持不變(脈沖寬度保持不變) , 通過改變振蕩頻率來改變輸出電壓大小；混合調(diào)整型是脈沖寬度和振蕩頻率均可進行調(diào)節(jié)的開關(guān)電源。

3．按開關(guān)管電流的工作方式劃分 分開關(guān)型和諧振型。開關(guān)型用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標準方波, 其電路形式類似于他激式；諧振型用開關(guān)晶體管與LC諧振回路將直流變成標準正弦波, 其電路形式類似于自激式開關(guān)電源。

4．按開關(guān)晶體管的類型劃分 分為晶體管型和可控硅型。晶體管型采用晶體管(包括場效應(yīng)管)作為開關(guān)功率管；可控硅型采用可控硅作為開關(guān)功率管。這種電路的特點是直接輸入交流電壓, 不需要一次整流部分。

5．按儲能電感與負載的連接方式劃分 分串聯(lián)型和并聯(lián)型。串聯(lián)型儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間；并聯(lián)型儲能電感并聯(lián)在輸入與輸出電壓之間。

6．按晶體管的連接方法劃分 分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式。單端式僅使用一個晶體管作為電路中的開關(guān)管。這種電路的特點是價格低、電路結(jié)構(gòu)簡單, 但輸出功率不能提高；推挽式使用兩個功率開關(guān)管, 將其連接成推挽功率放大器的形式。這種電路的特點是可以工作在電源電壓較低的場合, 一般逆變器多采用這種形式的電路, 但它的缺點是開關(guān)變壓器的初級必須具有中心抽頭；半橋式使用兩個功率開關(guān)管, 將其連接成半橋形式。它的特點是適應(yīng)于輸入電壓較高的場合；全橋式使用四個功率開關(guān)管,將其連接成全橋的形式。它的特點是輸出功率較大。

7．按電路結(jié)構(gòu)劃分 分為散件式和集成電路式。散件式整個開關(guān)電源電路都是采用分立式元器件組成的。這種電路的缺點是電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；集成電路式整個開關(guān)電源電路或電路的一部分是由集成電路組成的。這種集成電路通常被稱為厚膜電路,有的厚膜集成電路中包括功率開關(guān)管, 有的則不包括。這種形式的電源的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高。這種電路被廣泛地應(yīng)用于彩色電視中。

以上五花八門的開關(guān)電源品種都是站在不同的角度, 以開關(guān)電源不同的特點命名和劃分的。不論是激勵方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)手段、儲能電感的連接方法、功率開關(guān)管的器件種類以及串并聯(lián)結(jié)構(gòu), 還是其他的電路形式,它們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型和并聯(lián)型開關(guān)電源這兩大類[4]。

開關(guān)電源優(yōu)缺點

開關(guān)電源的優(yōu)點

1．功耗小、效率高 開關(guān)電源結(jié)構(gòu)原理方框圖中的晶體管在激勵信號的驅(qū)動下,其工作狀態(tài)處于導(dǎo)通—截止和截止—導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài),轉(zhuǎn)換速度很快, 頻率一般為50kHz左右。在一些技術(shù)先進的國家, 可以做到幾百或者上千kHz。晶體管V飽和導(dǎo)通時,雖然電流較大,但管壓降很小;截止斷開時, 雖然管壓降很大,但通過的電流幾乎為零。這就使得開關(guān)晶體管V 在其整個工作過程中的功耗很小,電源的效率可以大幅度地提高。

2．體積小、重量輕 沒有了笨重的工頻降壓變壓器。由于調(diào)整管上的耗散功率大幅度地降低, 因而省去了體積和重量都較大的散熱片。由于這兩方面的原因, 故開關(guān)電源的體積小、重量輕。

3．穩(wěn)壓范圍寬 開關(guān)電源的輸出電壓是通過激勵信號的占空比來調(diào)節(jié)的, 輸入電壓的波動變化, 可以通過改變占空比的方式來進行補償, 這樣在輸入電壓變化或波動較大時, 它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓。所以, 開關(guān)電源的穩(wěn)壓范圍很寬, 穩(wěn)壓效果較好。此外,改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型、頻率調(diào)制型和混合調(diào)制型三種。這樣開關(guān)電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點, 而且實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多較靈活,設(shè)計人員可以根據(jù)實際應(yīng)用的需要和要求, 靈活選用各種形式的穩(wěn)壓方法。

4．濾波效率高,不需要較大容量的濾波電容 開關(guān)電源的工作頻率目前基本上是工作在50kHz 左右, 是線性電源的1000倍, 這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。就是采 用半波整流后加電容濾波, 效率也提高了500倍。在相同波紋輸出電壓的要求下,采用開關(guān)電源時, 濾波電容的容量只是線性電源中濾波電容容量的1/500～1/1000。濾波電容容量

減小以后, 整個電源的體積和重量也相應(yīng)地有所減小。

5．電路形式靈活多樣 例如：有自激式和他激式；有調(diào)寬型和調(diào)頻型; 有單端式和雙端式; 有開關(guān)元件為晶體管式和開關(guān)元件為可控硅式等等。設(shè)計者可以發(fā)揮各種類型電路的特長, 設(shè)計出能滿足各種不同應(yīng)用場合的開關(guān)電源。

開關(guān)電源的缺點

開關(guān)電源最為突出的缺點就是開關(guān)干擾較為嚴重。開關(guān)電源中的開關(guān)功率管是工作在開關(guān)狀態(tài)下, 它產(chǎn)生的交流電壓和電流會通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾, 這些干擾如果不采取一定的措施進行抑制、消除、屏蔽和隔離,就會嚴重地影響整機的正常工作。此外, 由于開關(guān)電源中沒有了工頻降壓變壓器的隔離, 振蕩器所產(chǎn)生的高頻干擾如果不加以消除, 就會串入工頻電網(wǎng), 使附近的其他電子儀器、設(shè)備和家用電器受到嚴重的干擾。

目前,由于國內(nèi)微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)以及磁性材料技術(shù)與

一些技術(shù)先進的國家還有一定的差距, 因此開關(guān)電源的造價不能進一步降低, 也影響到可靠性的進一步提高。所以, 在我國的電子儀器以及機電一體化儀器中, 開關(guān)電源還不能得到普及使用。特別是無工頻變壓器開關(guān)電源中的高壓電容、高反壓大功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器的磁性材料等元件,我國還處于研究和開發(fā)階段。一些先進的國家,雖然有了一定的發(fā)展,但是在實際應(yīng)用中還存在一些問題, 不能令人十分滿意。這就暴露出了開關(guān)電源的又一個缺點, 那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障率高、維修麻煩、成本高。對此, 如果設(shè)計者和制造者不予以充分重視,則會直接影響開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。

軟開關(guān)技術(shù)簡介

硬開關(guān)與軟開關(guān)

現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化，同時對裝置的效率和電磁兼容性也提出了更高的要求。通常，濾波電感、電容和變壓器在裝置的體積和重量中占很大比例。因此必須設(shè)法降低他們的體積和重量，才能達到裝置的小型化、輕量化。從“電路”的有關(guān)知識中可以知道，提高工作頻率可以減少變壓器各繞組間的匝數(shù)，并減小鐵心的體積，從而使變壓器小型化。因此裝置小型化、輕量化的直接途徑就是電路的高頻化。但在提高開關(guān)頻率的同時，開關(guān)損耗也會隨之增加，電路效率嚴重下降，電磁干擾也增大了，所以簡單的提高開關(guān)頻率是不行的。

（a）硬開關(guān)的開通過程（b）硬開關(guān)的關(guān)斷過程

圖 2-3 硬開關(guān)的開關(guān)過程

針對這些問題出現(xiàn)了軟開關(guān)技術(shù)，他利用以諧振為住的輔助換流手段，解決了電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題，使開關(guān)頻率可以大幅度提高。

在很多電路中，開關(guān)元件在電壓很高或電流很大的條件下，在門極的控制下開通或關(guān)斷，起典型的開關(guān)過程如圖2-3所示。開關(guān)過程中電壓、

電流均不為零，出現(xiàn)了重疊，因此導(dǎo)致了開關(guān)損耗。而且電壓和電流的變化很快，波形出現(xiàn)了明顯的過沖，這導(dǎo)致了開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。具有這樣的開關(guān)過程的開關(guān)稱為硬開關(guān)。

在硬開關(guān)過程中會產(chǎn)生較大的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲。開關(guān)損耗隨著頻率的增加，使電路效率下降，阻礙了開關(guān)頻率的提高；開關(guān)噪聲給電路帶來嚴重的電磁干擾問題，影響周邊電子設(shè)備的工作。

通過在原來的開關(guān)電路中增加很小的電感，電容等諧振元件，構(gòu)成輔助換流網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程中引入諧振過程，開關(guān)開通前電壓降為零，或關(guān)斷前電流降為零，就可以消除開關(guān)過程中電壓、電流的重疊，降低他們的變化率，從而大大減小甚至消除損耗和開關(guān)噪聲，這樣的電路稱為軟開關(guān)電路。軟開關(guān)電路中典型的開關(guān)過程如圖2-4所示。具有這樣開關(guān)過程的開關(guān)稱為軟開關(guān)。開關(guān)損耗理論上為零[5]。

（a）軟開關(guān)的開通過程 （b）軟開關(guān)的關(guān)斷過程

圖2-4軟開關(guān)的開關(guān)過程

軟開關(guān)的分類

根據(jù)電路中主要開關(guān)元件是零電壓開通還是零電流關(guān)斷，可以將軟開關(guān)電路零電壓電路和零電流電路兩大類。通常，一種開關(guān)電路要么屬于零電壓電路，要么屬于零電流電路。但在有些情況下，電路中有多個開關(guān)，有些開關(guān)工作在零電壓的條件下，而另一些開關(guān)工作在零電流的條件下。

根據(jù)軟開關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷程可以將軟開關(guān)電路分成準諧振電路、零開關(guān)PWM電路和零轉(zhuǎn)換PWM電路。下面分別介紹上述三類軟開關(guān)電路。

1.準諧振電路

這是最早出現(xiàn)的軟開關(guān)電路，其中有些現(xiàn)在還在大量使用。準諧振電路可分為

(1)零電壓開關(guān)準諧振電路；

(2)零電流開關(guān)準諧振電路；

(3)零電壓開關(guān)多諧振電路；

(4)用于逆變器的諧振直流環(huán)電路。

2.零開關(guān)PWM電路

這類電路中引入了輔助開關(guān)來控制諧振的開始時刻，使諧振僅發(fā)生與開關(guān)過程前后。零開關(guān)PWM電路可以分為

1）零電壓開關(guān)PWM電路；

2) 零電流開關(guān)PWM電路和準諧振電路相比，這類電路有很多明顯的優(yōu)勢：電壓和電流基本上是方波，只是上升沿和下降沿較緩，開關(guān)承受的電壓明顯降低，電路可以采用開關(guān)頻率固定的PWM控制方式。[5]這兩種電路的基本開關(guān)單元如圖2-5。

(a) 零電壓開關(guān)PWM基本開關(guān)單元 (b) 零電流開關(guān)PWM基本單元

圖2-5 零開關(guān)PWM電路的基本開關(guān)單元

3.零轉(zhuǎn)換PWM電路

這類軟開關(guān)電路還是采用輔助開關(guān)控制諧振時刻的開始時刻，所不同的是，諧振電路是與主開關(guān)并聯(lián)的，因此輸入電壓和負載電流對電路諧振過程的影響很小，電路在很寬的輸入電壓輸入范圍內(nèi)并從零負載到滿載都能工作在軟開關(guān)狀態(tài)。而且電路中無功功率的交換被削減到最小，使這種電路的效率進一步提高。

零轉(zhuǎn)換電路可分為：

(1)零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路；

(2)零電流轉(zhuǎn)換PWM電路。

基本開關(guān)單元如圖2-6。

(a) ZVT PWM開關(guān)單元 (b)ZCT PWM 開關(guān)單元

圖2-6 零轉(zhuǎn)換PWM電路的基本開關(guān)單元

篇7

Abstract： With the development of power electronic technology， higher requirements have been put forward for the design of LED switching power supply： safety performance， complete function， automation， small size. In LED switching power supply， the switch tube is working in on-off state， which will produce strong peaks and harmonic interference through its components. Electromagnetic interference will seriously affect the performance of the circuit， and at the same time can cause noise pollution. Aiming at this problem， EMI filter is proposed， which has greatly improved the performance of the circuit. And the effectiveness of the scheme is verified by experiment.

關(guān)鍵詞：EMI濾波器；電磁干擾；LED的開關(guān)電源

Key words： EMI filter；electromagnetic interference；LED switching power supply

中圖分類號：TN713 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0133-02

0 引言

LED的開關(guān)電源已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于家用電器、自動控制電路、計算機等領(lǐng)域，由于其具有效率高、體積小、重量輕、智能化、穩(wěn)壓范圍較寬等優(yōu)勢。LED的開關(guān)電源具有與生俱來的比較強的電磁干擾現(xiàn)象，這些干擾會隨著頻率的升高而顯著的增強，電磁干擾會嚴重影響電源的正常工作，會造成電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使電源性能下降，同時產(chǎn)生的噪聲會造成噪聲污染。為了抑制LED電源的噪聲干擾，此處提出了電磁兼容性設(shè)計，很好的解決了噪聲污染的問題。

1 電磁干擾分析

電磁兼容性是用來衡量電磁干擾的能力，指的是在電磁環(huán)境中，能正常工作，不受外界環(huán)境的干擾，也不會影響中衛(wèi)環(huán)境的能力。其包括兩個方面的含義，即系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁干擾，不影響本身和其他系統(tǒng)的性能；本系統(tǒng)的抗干擾能力要使其不受其他系統(tǒng)干擾和影響。電磁兼容性不足就會引起電磁干擾，為了使LED電源發(fā)揮更大的優(yōu)勢，就必須改善電源的電磁兼容的性能。差模、共模干擾是電磁干擾的兩種不同類型。兩條電源線之間的電磁干擾，通常被稱之為差模干擾，差模干擾受干擾的信號兩根進線上的參考點方向相反，大小相同。電源線對大地之間的電磁干擾，通常被稱之為共模干擾，共模干擾受干擾的信號電源線對大地的參考點方向相同，大小也相同。高頻開關(guān)電源中電磁干擾主要是由于外部的高次諧波和內(nèi)部的噪聲干擾所引起的。只有解決好這兩方面的電磁干擾，才能使得開關(guān)電源正常的工作。文章當中采用EMI濾波器來解決此問題。

6 結(jié)語

對LED開關(guān)電源中電磁干擾進行了分析，介紹了EMI濾波器的原理，在此基礎(chǔ)上，給出了電磁兼容的設(shè)計和相應(yīng)的實驗結(jié)果。證明了EMI濾波器對于設(shè)計LED開關(guān)電源的重要性，很好的解決了噪聲污染的問題。

參考文獻：

[1]張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的原理與設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005：109-180.

[2]Rxu，J.Wei，and F.C.Lee.The Active-Clamp Couple-Buck Converter-A Novel High Efficiency Voltage Regulator Modules[J].IEEE APEC， 2001： 252-257.

[3]何宏，魏克新，王紅君，李麗.開關(guān)電源電磁兼容性[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008：116.

篇8

關(guān)鍵詞： 開關(guān)電源； 單端反激； 高頻變壓器； 雙反饋

中圖分類號： TN702?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0162?04

Design of multi?channel switching power supply with single?ended flyback

HU Zhi?qiang 1， WANG Gai?yun1， WANG Yuan 2

（1. Guilin University of Electronic Technology， Guilin 541004， China；2. Shandong Huayu Vocational College， Dezhou 253034， China）

Abstract： A TOP223Y?based switching power supply with multi?channel output single?end flyback AC/DC module was designed. Peripheral circuits are analyzed by TOP Switch series single?chip switching power supply chip and the feedback system composed of TL431 and PC817A. The AC/DC switching power supply whose voltage stabilization adjusting weight is 0.6 and 0.4 with the outputs of +5V/3A and +12V/1A was designed. The experimental results show that the switching power supply has high efficiency， small ripple， high output accuracy and high stability.

Keywords： switching power supply； single?ended flyback； high?frequency transformer； double feedback

單片開關(guān)電源自問世以來，以其效率高，體積小，集成度高，功能穩(wěn)定等特點迅速在中小功率精密穩(wěn)壓電源領(lǐng)域占據(jù)重要地位。美國PI公司的TOPSwitch系列器件即是一種新型三端離線式單片高頻開關(guān)電源芯片，開關(guān)頻率fs高達100 kHz，此芯片將PWM控制器、高耐壓功率MOSFET、保護電路等高度集成，連接少許器件即可使用[1?2]。本文介紹了一種基于TOP223Y輸出為+5 V/3 A，+12 V/1 A的單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計原理和方法。

1 設(shè)計原理

開關(guān)電源是涉及眾多學科的一門應(yīng)用領(lǐng)域，通過控制功率開關(guān)器件的開通與關(guān)閉調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制占空比達到穩(wěn)定輸出的目的，能夠?qū)崿F(xiàn)AC/DC或者DC/DC轉(zhuǎn)換。

TOP223Y共三個端：控制極C、源極S、漏極D。因只有漏極D用作脈寬調(diào)制功率控制輸出，故稱單端；高頻變壓器在功率開關(guān)導(dǎo)通時只是將能量存儲在初級繞組中，起到電感的作用，在功率開關(guān)關(guān)閉時才將能量傳遞給次級繞組，起變壓作用，故稱反激式[1]。

圖1 開關(guān)電源控制原理框圖

電路功能部分主要由輸入/輸出整流濾波、功率變換、反饋電路組成。工作原理簡述為：220 V市電交流經(jīng)過整流濾波得到直流電壓，再經(jīng)TOP223Y脈寬調(diào)制和高頻變壓器DC?AC變換得到高頻矩形波電壓，最后經(jīng)輸出整流濾波得到品質(zhì)優(yōu)良的直流電壓，同時反饋回路通過對輸出電壓的采樣、比較和放大處理，將得到的電流信號輸入到TOP223Y的控制端C，控制占空比調(diào)節(jié)輸出，使輸出電壓穩(wěn)定。

2 設(shè)計要求

設(shè)計作為某智能儀器的供電電源，具體的參數(shù)要求如下：交流輸入電壓最小值：VACMIN=85 V；交流輸入電壓最大值：VACMAX=265 V；輸出：U1：+5 V/3 A；U2：+12 V/1 A；輸出功率：Po=27 W；偏置電壓：VB=12 V；電網(wǎng)頻率fL=50 Hz；開關(guān)頻率fs=100 kHz；紋波電壓：小于100 mV；電源效率：η大于80%；損耗分配因數(shù)Z為0.5；功率因數(shù)為0.5。

3 設(shè)計實例

本設(shè)計是基于TOP223Y的多路單端反激式開關(guān)電源，性能優(yōu)越，便于集成。電路原理如圖2所示，可分為輸入保護電路、輸入整流濾波電路、鉗位保護電路、高頻變壓器、輸出整流濾波電路、反饋回路、控制電路7個部分。

圖2 開關(guān)電源電路原理圖

3.1 輸入保護電路

由保險絲F1、熱敏電阻RT和壓敏電阻RV組成，對輸入端進行過電壓、過電流保護。

保險絲F1用于當線路出現(xiàn)故障產(chǎn)生過電流時切斷電路，保護電路元器件不被損壞，其額定電流IF1按照IF1>2IACRMS選擇3 A/250 VAC保險絲，其中IACRMS為原邊有效電流值。熱敏電阻RT用以吸收開機浪涌電流，避免瞬間電流過大，對整流二極管和保險絲帶來沖擊，造成損壞，加入熱敏電阻可以有效提高電源設(shè)計的安全系數(shù)，其阻值按照RRT1>0.014VACMAX/IACRMS選擇10D?11（10 Ω/2.4 A）。壓敏電阻RV能在斷開交流輸入時提供放電通路，以防止大電流沖擊，同時對沖擊電壓也有較好鉗位作用。RV選取MY31?270/3，標稱值為220 V。

3.2 輸入整流濾波電路

由EMI濾波電路、整流電路、穩(wěn)壓電路組成。

EMI濾波電路針對來自電網(wǎng)噪聲干擾。采用由L1，CX1，CX2，CY1，CY2構(gòu)成典型的Π型濾波器。

CX1和CX2用來濾除來自電網(wǎng)的差模干擾，稱為X電容，通常取值100～220 nF，這里取100 μF；CY1和CY2用來濾除來自電網(wǎng)的共模干擾，稱為Y電容，通常取值為1～4.7 nF，這里取2.2 nF；同樣用來消除共模干擾的共模電感L1的取值8～33 mH，這里取8 mH，采取雙線并繞。

輸入整流電路選擇不可控全波整流橋。整流橋的反向耐壓值應(yīng)大于1.25倍的最大直流輸入電壓，整流橋的額定電流應(yīng)大于兩倍的交流輸入的有效值，計算后選擇反向擊穿電壓為560 V，額定電流為3 A的KBP306整流橋。

在當前的供電條件下，輸入儲能電容器CIN的值根據(jù)輸出功率按照2～3 μF/W來取值，考慮余量，取CIN=100 μF/400 V的電解電容。假設(shè)整流橋中二極管導(dǎo)通時間為tc=3 ms，可由：

（1）

（2）

得到輸入直流電壓的最小值和最大值。

3.3 鉗位保護電路

當功率開關(guān)關(guān)斷時，由于漏感的影響，高頻變壓器的初級繞組上會產(chǎn)生反射電壓和尖峰電壓，這些電壓會直接施加在TOPSwitch芯片的漏極上，不加保護極容易使功率開關(guān)MOSFET燒壞。加入由R1、C2和VD1組成經(jīng)典的RCD鉗位保護電路，則可以有效地吸收尖峰沖擊將漏極電壓鉗位在200 V左右，保護芯片不受損壞。推薦鉗位電阻R1取27 kΩ/2 W，VD1鉗位阻斷二極管快恢復(fù)二極管耐壓800 V的FR106，鉗位電容選取22 nF/600 V的CBB電容。

3.4 高頻變壓器

3.4.1 磁芯的選擇

磁芯是制造高頻變壓器的重要組成，設(shè)計時合理、正確地選擇磁芯材料、參數(shù)、結(jié)構(gòu)，對變壓器的使用性能和可靠性，將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。高頻變壓器磁芯只工作在磁滯回線的第一象限。在開關(guān)管導(dǎo)通時只儲存能量，而在截止時向負載傳遞能量。因為開關(guān)頻率為100 kHz，屬于比較高的類型，所以選擇材料時選擇在此頻率下效率較高的鐵氧體，由：

（3）

估算磁芯有效截面積為0.71 cm2，根據(jù)計算出的考慮到閾量，查閱磁芯手冊，選取EE2825，其磁芯長度A=28 mm，有效截面積SJ=0.869 cm2，有效磁路長度L=5.77 cm，磁芯的等效電感AL=3.3 μH/匝2，骨架寬度Bw=9.60 mm。

3.4.2 初級線圈的參數(shù)[3]

（1）最大占空比。根據(jù)式（1），代入數(shù)據(jù)：寬范圍輸入時，次級反射到初級的反射電壓VoR取135 V，查閱TOP223Y數(shù)據(jù)手冊知MOSFET導(dǎo)通時的漏極至源極的電壓VDS=10 V，則：

（4）

（2）設(shè)置。KRP=，其中IR為初級紋波電流；IP為初級峰值電流；KRP用以表征開關(guān)電源的工作模式（連續(xù)、非連續(xù)）。連續(xù)模式時KRP小于1，非連續(xù)模式KRP大于1。對于KRP的選取，一般由最小值選起，即當電網(wǎng)入電壓為100 VAC/115 VAC或者通用輸入時，KRP=0.4；當電網(wǎng)輸入電壓為230 VAC時，取KRP=0.6。當選取的KRP較小時，可以選用小功率的功率開關(guān)，但高頻變壓器體積相對要大，反之，當選取的KRP較大時，高頻變壓器體積相對較小，但需要較大功率的功率開關(guān)。對于KRP的選取需要根據(jù)實際不斷調(diào)整取最佳。

（3）初級線圈的電流

初級平均輸入電流值（單位：A）：

（5）

初級峰值電流值（單位：A）：

（6）

初級脈動（紋波）電流值（單位：A）：

初級有效電流值（均方根值RMS（單位：A））：

（7）

查閱手冊，由：

（8）

可知，選取合適。TOPSwitch器件的選擇遵循的原則是選擇功率容量足夠的最小的型號。

（4）變壓器初級電感

（9）

（5）氣隙長度

（10）

Lg>0.051 mm，參數(shù)合適，μy為常數(shù)4π×10?7 H/m。

3.4.3 初級次級繞組匝數(shù)[4]

當電網(wǎng)電壓為230 V和通用輸入220 V時：每伏特取0.6匝，即KNS=0.6。由于輸出側(cè)采用較大功率的肖特基二極管用作輸出整流二極管，因此VD取0.7 V，磁芯的最大工作磁通密度在BM在2 000～3 000 GS范圍內(nèi)。偏置二極管VDB的壓降取0.7 V，偏置電壓VB取12 V。

初級繞組匝數(shù)：

（10）

次級繞組匝數(shù)：

（11）

（12）

偏置繞組匝數(shù)：

（13）

3.5 輸出整流濾波電路

由整流二極管、濾波電容和平波電感組成。將次級繞組的高頻方波電壓轉(zhuǎn)變成脈動的直流電壓，再通過輸出濾波電路濾除高頻紋波，使輸出端獲得穩(wěn)定的直流電壓。肖特基二極管正向?qū)〒p耗小、反向恢復(fù)時問短，在降低反向恢復(fù)損耗以及消除輸出電壓中的紋波方面有明顯的性能優(yōu)勢，所以選用肖特基二極管作為整流二極管，參數(shù)根據(jù)最大反向峰值電壓VR選擇，同時二極管的額定電流應(yīng)該至少為最大輸出電流的3～5倍。次級繞組的反向峰值電壓VSM為：

（14）

（15）

式中：VS為次級繞組的輸出電壓；VACMAX為輸入交流電壓最大值，則：

（16）

（17）

則VR1=22 V，VR2=57.1 V，VD2，VD3，VD4均選擇MBR1060CT，最大反向電壓60 V，最大整流電流10 A。RC串聯(lián)諧振可以消除尖峰脈沖，防止二極管擊穿。

第一級濾波電容的選擇由式（18）確定：

（18）

式中：Iout是輸出端的額定電流，單位為A；Dmin是在高輸入電壓和輕載下所估計的最小占空比（估計值為0.3）；V（PK?PK）是最大的輸出電壓紋波峰峰值，單位為mV。計算得出后考慮閾值C6取100 μF/10 V，C8取220 μF/35 V。

第二級經(jīng)LC濾波使不滿足紋波要求的電壓再次濾波。輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負載電流的變化，在這里可以選擇C7取22 μF/10 V，C9取10 μF/35 V。C5取經(jīng)驗值0.1 μF/25 V。輸出濾波電感根據(jù)經(jīng)驗取2.2～4.7 μH，采用3.3 μH的穿心電感，能主動抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生。為減少共模干擾，在輸出的地與高壓側(cè)的地之間接共模抑制電容C15。

3.6 反饋回路設(shè)計

開關(guān)電源的反饋電路有四種類型：基本反饋電路、改進型基本反饋電路、配穩(wěn)壓管的光耦反饋電路、配TL431的光耦反饋電路。本設(shè)計采用電壓調(diào)整率精度高的可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431加線形光耦PC817A構(gòu)成反饋回路。

TL431通過電路取樣電阻來檢測輸出電壓的變化量ΔU，然后將采樣電壓送入TL431的輸入控制端，與TL431的2.5 V參考電壓進行比較，輸出電壓UK也發(fā)生相應(yīng)變化，從而使線性光電耦合器中的發(fā)光二極管工作電流發(fā)生線性變化，光電耦合器輸出電流。

經(jīng)過光電耦合器和TL431組成的外部誤差放大器，調(diào)節(jié)TOP223Y控制端C的電流IC，調(diào)整占空比D（IC與D成反比），從而使輸出電壓變化，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

對于電路中的反饋部分，開關(guān)電源反饋電路僅從一路輸出回路引出反饋信號，其余未加反饋電路。這樣，當5 V輸出的負載電流發(fā)生變化時，定會影響12 V輸出的穩(wěn)定性。

解決方法是給12 V輸出也增加反饋電路。另外，電路中C10為TL431的頻率補償電容，可以提高TL431的瞬態(tài)頻率響應(yīng)。R5為光電耦合器的限流電阻，R5的大小決定控制環(huán)路的增益。電容器C13為軟啟動電容器，可以消除剛啟動電源時芯片產(chǎn)生的電壓過沖。

下面主要是確定R4～R8的值：

按照應(yīng)用要求，對5 V電源要求較高，但也要兼顧12 V電源，權(quán)衡反饋量，將R7，R8的反饋權(quán)值均設(shè)置為0.6，0.4，各個輸出的穩(wěn)定性均得到保障和提高。

只有5 V輸出有反饋時，如R4，R7取值均為10 kΩ，此時電流=250 μA，分權(quán)后，R7分得150 μA、R8分得150 μA。根據(jù)TL431的特性知，Vo，VREF，R7，R8，R4之間存在以下關(guān)系：

（19）

（20）

式中：VREF為TL431參考端電壓，為2.5 V；Vo為TL431輸出電壓。根據(jù)電流分配關(guān)系得（單位：kΩ）：

（21）

（22）

又由電路可知 ：

（23）

式中：VF 為光耦二極管的正向壓降，由PC817技術(shù)手冊知，典型值為1.2 V。先取R5=390 Ω，可得R6=139 Ω，取標稱值150 Ω。

3.7 控制回路

由電容C7和電阻R12串聯(lián)組成。C9用來濾除控制端的尖峰電壓并決定自動重啟動時序，并和R12一起設(shè)定控制環(huán)路的主極點為反饋控制回路進行環(huán)路補償。由數(shù)據(jù)手冊知，C9選擇47 μF/25 V的電解電容，當C9 =47 μF時，自動重啟頻率為1.2 Hz，即每隔0.83 s檢測一次調(diào)節(jié)失控故障是否已經(jīng)被排除，若確認已被排除，就自動重啟開關(guān)電源恢復(fù)正常工作[1]。R12取6.2 Ω。

4 實驗結(jié)果及分析

根據(jù)以上的設(shè)計方法和規(guī)范，設(shè)計出的一種基于TOP223Y雙路+5 V/3 A，+12 V/1 A輸出的反激式開關(guān)電源。在寬范圍85～265 VAC的輸入范圍下對其性能進行了測試，如表1所示。

表1 開關(guān)電源輸入性能測試數(shù)據(jù)（部分）

由以上選取的實驗數(shù)據(jù)得出，+5 V/3 A（反饋權(quán)重0.6，負載500 Ω）輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0.18%，輸出的紋波電壓為39 mV，輸出的最大電流為3.2 A；

+12 V/1 A（反饋權(quán)重0.4，負載750 Ω）輸出的電壓調(diào)整率為SV = ±0. 3%，輸出的紋波電壓為68 mV，輸出的最大電流為1.10 A。

該電源在滿載狀態(tài)時，功率可達27.6 W，最大占空比為0.60， 電源效率為83.1%，開關(guān)電源具有良好的性能，滿足應(yīng)用要求。

6 結(jié) 語

本開關(guān)電源的設(shè)計，芯片的高度集成化，電路設(shè)計簡單。電源的性能通過參數(shù)的調(diào)節(jié)仍有提升的空間。雙輸出雙反饋異權(quán)重的設(shè)計使開關(guān)電源的更加實用靈活，不同的保護電路的設(shè)計，使電源的實用更加安全可靠，該電源在實際應(yīng)用中表現(xiàn)良好。

參考文獻

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篇9

關(guān)鍵詞：電源開關(guān) 并聯(lián) 供電

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）09-0099-01

在諸如計算機服務(wù)器、通信基塔、空間站等要求大功率、高效安全可靠、不間斷供電的電源系統(tǒng)場合，假如使用單個開關(guān)電源模塊供電，那么開關(guān)電源模塊主電路需要處理非常大的功率，所承受的電應(yīng)力大，這給主電路功率器件的選擇、開關(guān)頻率和功率密度的提供造成了不便，并且一旦開關(guān)電源模塊發(fā)生故障，則將可能造成整個電源系統(tǒng)崩潰。采用多個開關(guān)電源模塊并聯(lián)運行，來提高輸出功率，以減輕單個電源模塊的負擔，是目前開關(guān)電源系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。

多個開關(guān)電源模塊并聯(lián)運行雖然提高了可靠性，并能實現(xiàn)電路模塊標準化等優(yōu)點，但是并聯(lián)工作的各個電源模塊特性不可能完全一樣，若不采取處理可能會影響其中的模塊承受較大的輸出電流，引起分配電流不均，導(dǎo)致該模塊甚至整個電源系統(tǒng)的故障。因此，在多模塊并聯(lián)運行系統(tǒng)中必須引入有效的均流控制策略，從而使各模塊均勻地承擔負載功率，提高系統(tǒng)的可靠性。

1 DC-DC模塊設(shè)計方法及實現(xiàn)方案

本系統(tǒng)實驗電路采用TI公司的開關(guān)降壓轉(zhuǎn)換集成芯片TPS5430構(gòu)成DC-DC主電路，TPS5430內(nèi)部集成PWM產(chǎn)生電路、高位場效應(yīng)管驅(qū)動電路以及110m歐低導(dǎo)通電阻的NMOS開關(guān)管，效率高達95%，輸出電流最高可達到3A，有較寬的輸出電壓范圍。TPS5430固定500KHz開關(guān)頻率，因此可采用較小的濾波電容、電感消除紋波。同時，TPS5430集成度高，只需要配合少量元器件（自舉電容、起儲能與濾波作用的電感與電容、反饋電阻），構(gòu)成BUCK電路，即可高效、精確、穩(wěn)定地得到輸出電壓，單電源模塊應(yīng)用原理圖如圖1所示。

（1）二極管的選取。為了達到高效率，要使用壓降小并且恢復(fù)速度快的續(xù)流二極管D1。普通的二極管，正向壓降比較大，同時，由于開關(guān)管高速地在導(dǎo)通與截止狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，普通二極管反應(yīng)速度不夠快，二極管會大量發(fā)熱并且使TPS5430的輸出波形也會受到影響，整個系統(tǒng)的效率很低。

（2）輸出濾波器的選擇。電感L1和電容C1是DC-DC輸出濾波器的關(guān)鍵，它們共同擔負著儲能與濾波的作用。在設(shè)計輸出濾波器時，可以選擇一階LC濾波器或二階甚至更高階LC濾波器，但兼顧到對效率及紋波的要求，可選擇低階濾波，以降低濾波器的消耗。由于TPS5430開關(guān)管的工作頻率為500KHz，頻率較高，故對電容電感的選擇已經(jīng)較為苛刻。

2 均流控制方法及實現(xiàn)方案

主從均流法、輸出阻抗法、最大電流自動均流法、平均電流自動均流法和外加均流控制器法等是目前開關(guān)電源并聯(lián)供電系統(tǒng)常用的均流方法，其中最大電流自動均流法具有均流精度高、負載調(diào)整率高、動態(tài)響應(yīng)好、易于實現(xiàn)冗余的特點而得到廣泛應(yīng)用。負載共享控制器UCC39002設(shè)計原理是根據(jù)最大電流自動均流法設(shè)計，它控制多個獨立電源或者DC/DC模塊并聯(lián)供電自動均流的理想選擇。

在本系統(tǒng)實驗電路中，使用兩片UCC39002實現(xiàn)均流控制。在DC-DC模塊正常工作時，將兩路UCC39002的均流母線LS連接，根據(jù)UCC39002均流原理，UCC39002將會自動選出電流最大的一路，并將最大的一路電源作為主電源，此路UCC29002內(nèi)部的三極管截止，即沒有電流流入其ADJ腳，故該路中只是反饋線上比無UCC39002時多了一個小電阻R4。而電流較小的另一路電源成為從電源，均流母線上的電壓將由主電源的輸出電流決定，從電源的UCC39002接收到母線上的信號后，會控制從電源DC-DC模塊稍稍提高輸出電壓，具體工作原理是，從電源UCC29002內(nèi)部三極管導(dǎo)通，此三極管發(fā)射極有一個500Ω電阻到地，此時通過該三極管的電流即為/500，有此附加電流流過R4后，A點電壓下降，從而B點基準電壓也下降，而不再是1.22V，此時為了使恢復(fù)到1.22V，TPS5430將增加PWM脈沖寬度，增加V從而提高該路電流輸出，減小與主電源的電壓差，通過減小從電源與主電源的電壓差來提高該路輸出電流，從而達到均流。

3 過流保護故障與自動恢復(fù)方法及實現(xiàn)方案

在本系統(tǒng)實驗電路中，采用硬件電路實現(xiàn)。當開關(guān)電源的輸出電流超過規(guī)定值時，利用電阻采樣轉(zhuǎn)換為電壓與可預(yù)置的基準電壓比較后，控制TPS5430的開關(guān)頻率輸出使能端ENA，也可設(shè)計為控制繼電器斷開負載，起到保護作用。為了實現(xiàn)自動恢復(fù)功能，本系統(tǒng)設(shè)計了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)延時電路，每次觸發(fā)后系統(tǒng)停止工作可預(yù)值時間后，繼續(xù)檢測過流故障是否已經(jīng)被排除。如果過流故障排除，系統(tǒng)自動恢復(fù)。

4 結(jié)論

根據(jù)所設(shè)計的實驗電路，我們試制了實驗樣機，通過實驗數(shù)據(jù)測試與分析，調(diào)整實驗負載電阻至額定輸出功率為32W工作狀態(tài)下，供電系統(tǒng)的直流輸出電壓V維持在8.0±0.28V之間，紋波電壓峰峰值在30mV左右，供電系統(tǒng)的效率高達93.6%，調(diào)整負載電阻至額定電流值范圍內(nèi)的任意輸出電流值，兩個電源模塊的輸出電流的相對誤差絕對值小于3.2%，均流效果非常好，同時該系統(tǒng)集成性高，電路結(jié)構(gòu)簡單，所用器件少，還不易發(fā)熱，保證了整個系統(tǒng)高效、穩(wěn)定、可靠的運行。

參考文獻：

篇10

工作原理

高斯貝爾GSR-VD33數(shù)字衛(wèi)星接收機電源為典型的自激式開關(guān)電源，220V交流市電經(jīng)保險管和由L1、C1組成的抗干擾抑制電路，濾除電網(wǎng)中干擾信號后通過VD1-VD4整流、E1濾波得到約300V直流電壓。300V直流電壓一路經(jīng)開關(guān)變壓器B1初級繞組①-②加至開關(guān)管VQ5（BUT11A）的集電極，另一路通過啟動電阻R1加到VQ5基極，使VQ5導(dǎo)通。VQ5導(dǎo)通后，VQ5集電極電流在B1初級繞組①-②上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，由于繞組間的電磁耦合，B1反饋繞組③-④產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓經(jīng)VD6、R5加到VQ5基極，使VQ5迅速進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，在此期間，C4被充電，隨著C4兩端充電電壓的不斷升高，反饋電流逐漸減小，直至VQ5基極電位降至關(guān)斷值，使VQ5關(guān)斷截止。在VQ5截止期間，C4經(jīng)R5放電，當C4放電達一定程度，C4兩端電壓不足以使VQ5保持截止狀態(tài)，啟動電壓經(jīng)R1加至VQ5基極，VQ5又進入導(dǎo)通狀態(tài)，如此循環(huán)，形成開關(guān)電源的振蕩過程。在開關(guān)電源循環(huán)振蕩過程中，開關(guān)變壓器次級各繞組輸出交流電壓，分別經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓等電路處理后，得到不同的穩(wěn)定電壓為主板各功能電路提供電源。

該開關(guān)電源穩(wěn)壓調(diào)節(jié)電路主要由IC1（4N35）、IC2（TL431）和VQ3（9013）等組成，當由于某種原因引起輸出電壓升高時，3.3V輸出電壓隨之升高，取樣電路將這一升高的變化量送到電流比較放大器IC2的控制端R，經(jīng)內(nèi)部電路比較放大，輸出端K電壓下降，IC1內(nèi)部發(fā)光二極管電流增大，發(fā)光管亮度增強，使VQ3導(dǎo)通程度加深，加快C4充放電速度，縮短VQ5導(dǎo)通時間，使開關(guān)電源輸出電壓下降。當某種原因引起輸出電壓下降時，穩(wěn)壓過程和上述相反。

C9、R2、VD5組成尖峰吸收電路，用于限制高頻變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，保護開關(guān)管。VQ2、R3組成過流保護電路，當VQ5電流增大時，R3兩端壓降也增大，最終使VQ2導(dǎo)通，分流VQ5基極正反饋電流，使VQ5集電極電流減小，對VQ5起到過流保護作用。

常見故障分析

1、通電后，立即燒保險。

此類故障應(yīng)從市電輸入端檢查入手，用測電阻的方法很容易發(fā)現(xiàn)故障點。重點檢查抗干擾電路中C1、濾波電路中的E1有無漏電，橋式整流電路中整流二極管VD1-VD4有無短路，VQ3、VQ5是否已擊穿。

2、通電后，不燒保險，但無任何顯示。

此故障一是由于300V電壓未加入主變換電路，另一原因是主變換電路未工作。檢修時先測量E1兩端有無300V直流電壓，若E1兩端無300V電壓，應(yīng)檢查L1、NTC是否斷路。若E1兩端有300V電壓，而VQ5集電極無電壓，則是開關(guān)變壓器初級繞組①-②斷路；若主變換電路未工作，則應(yīng)檢查相關(guān)振蕩電路元件，重點檢查啟動電阻R1和C4是否已損壞等。