畢業(yè)設(shè)計(jì)----tl494的微機(jī)開關(guān)電源設(shè)計(jì)

1、<p>　　基于TL494的微機(jī)開關(guān)電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著開關(guān)電源在計(jì)算機(jī)、通信、航空航天、儀器儀表及家用電器等方面的廣泛應(yīng)用, 人們對(duì)其需求量日益增長(zhǎng),并且對(duì)電源的效率、體積、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。開關(guān)電源以其效率高、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)在很多方面逐步取代了效率低,又笨又重的線性電源。

2、</p><p>　　電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件IGBT[1]和MOSFET的迅速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　微機(jī)的電源通常采用脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源，這種電源具有功耗小、轉(zhuǎn)換效率高、工作可

3、靠、保護(hù)完善和穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多, 常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。本課題介紹了一種基于PWM[2]技術(shù)的半橋式微機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓電源，它是通過用雙端驅(qū)動(dòng)集成電路——TL494輸?shù)腜WM脈沖控制主開關(guān)的導(dǎo)通來控制直流輸出的。本文給出了微機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓電源的交流輸入整流濾波電路、輔助電源電路、PWM控制及驅(qū)動(dòng)電路,多路直流輸出電路、自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)思路，并附有詳細(xì)的電路圖

4、。</p><p>　　關(guān)鍵詞：IGBT，PWM，開關(guān)電源，驅(qū)動(dòng)電路，整流 </p><p>　　DESIGN OF A MICRO-COMPUTER SWITCHING</p><p>　　POWER SUPPLY BASED ON TL494</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p>

5、<p>　　With the development of switching power supply in the field of computer , correspond, aviation and astronautics , instrument appearance and electrical production etc, the demand of the production are increasi

6、ng as people need ,and people have brought forward higher request to aspect such as the power efficiency , bulk factor, and reliability. The switch power not only volume is small but also efficiency is height, weight mak

7、es light, which are substituting the inefficient, both stupid and seriou</p><p>　　With the electric power electronic technology development, especially high efficiency device of IGBT and the MOSFET rapid dev

8、elopment, the switching power’s performance develop various and its cost is becoming cheaper and cheaper, people could accept the new switching power. The information technology development also set a higher request to t

9、he power source technology, thus promoted the switching power technology development.</p><p>　　The microcomputer power usually adopts pulse width modulation switching power supply. This subject introduces a

10、kind of PWM technology based on half bridge type microcomputer switching power supply. It is through the use of drive IC TL494 control of the pulse of PWM switch conduction to control dc output. In this paper the microco

11、mputer switching power supply filter circuits, auxiliary power, PWM control and drive circuit, multi-channel DC voltage output circuit, automatic control circuit of det</p><p>　　KEY WORDS: IGBT，PWM，switchin

12、g power, drive circuit，rectify </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第1章 開關(guān)電源的發(fā)展2</p><p>　　1.1 開關(guān)電源概述2</p><p>　　1.

13、1.1 開關(guān)電源的工作原理2</p><p>　　1.1.2 開關(guān)電源的組成3</p><p>　　1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)4</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的分類4</p><p>　　1.3 開關(guān)器件的分析5</p><p>　　1.3.1 開關(guān)器件的特征5</p><p&g

14、t;　　1.3.2 電力二極管6</p><p>　　1.3.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET6</p><p>　　第2章 主要開關(guān)變換電路8</p><p>　　2.1 推挽開關(guān)變換電路8</p><p>　　2.2 半橋開關(guān)變換電路9</p><p>　　2.2.1 半橋開關(guān)變換電路工作原理9<

15、/p><p>　　2.2.2 半橋變換器的應(yīng)用10</p><p>　　第3章 TL494在微機(jī)開關(guān)電源中的應(yīng)用12</p><p>　　3.1 TL494概述12</p><p>　　3.1.1 TL494主要特性12</p><p>　　3.1.2 TL494工作原理簡(jiǎn)述12</p><p

16、>　　3.1.3 TL494內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)13</p><p>　　3.2 TL494的各腳功能及參數(shù)14</p><p>　　3.3 TL494脈沖控制波形圖15</p><p>　　3.4 TL494構(gòu)成的PWM控制器電路16</p><p>　　第4章 微機(jī)開關(guān)電源的原理與組成19</p><p>

17、　　4.1 微機(jī)開關(guān)電源的原理19</p><p>　　4.2 微機(jī)開關(guān)電源的組成20</p><p>　　4.2.1 交流輸入整流濾波電路20</p><p>　　4.2.2 脈沖半橋功率變換電路22</p><p>　　4.2.3 脈寬調(diào)制控制電路23</p><p>　　4.2.4 多路直流穩(wěn)壓輸出電路

18、23</p><p>　　4.2.5 +5VSB、PS-ON、PW-OK控制信號(hào)24</p><p>　　4.2.6 自動(dòng)穩(wěn)壓與保護(hù)控制電路24</p><p>　　第5章 微機(jī)開關(guān)電源電路圖的分析25</p><p>　　5.1 交流輸入整流濾波電路25</p><p>　　5.2 輔助電源電路26<

19、;/p><p>　　5.3 PS-ON信號(hào)控制電路27</p><p>　　5.4 PW-OK信號(hào)控制電路28</p><p>　　5.5 脈寬調(diào)制控制電路29</p><p>　　5.6 功率變換及直流輸出電路30</p><p>　　5.7 自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路31</p><p><

20、;b>　　結(jié) 論33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　附 錄36</b></p><p><b>　　外文資料譯文41</b&

21、gt;</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 </p><

22、;p>　　1994年我國原郵電部作出重大決策，要求通信領(lǐng)域推廣使用開關(guān)電源以取代相控電源。開關(guān)電源的使用為國家節(jié)省了大量銅材、鋼材和占地面積。目前，國內(nèi)開關(guān)電源自主研發(fā)及生產(chǎn)廠家有300多家，形成規(guī)模的有十多家。國產(chǎn)開關(guān)電源已占據(jù)了相當(dāng)市場(chǎng)，一些大公司如中興通訊自主開發(fā)的電源系列產(chǎn)品已獲得廣泛認(rèn)同，在電源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中頗具優(yōu)勢(shì)，并有少量開始出口。</p><p>　　國外的一些大公司，像美國IR公司對(duì)開關(guān)電源研

23、究從70年代就開始了，現(xiàn)在他們的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒炝?，如在開關(guān)管這方面，IR公司開發(fā)的一種新型IGBT開關(guān)管，其溝槽(Trench)原胞密度已達(dá)每平方英寸1.12億個(gè)的世界最高水平，通態(tài)電阻R可達(dá)3毫歐。我們國內(nèi)的開關(guān)電源和國外還有相當(dāng)?shù)囊欢尾罹唷?lt;/p><p>　　電源是電腦系統(tǒng)的動(dòng)力基礎(chǔ)，是電腦主機(jī)配件的動(dòng)力源泉。電源輸出的電流好壞，直接影響電腦主機(jī)各配件性能的發(fā)揮和使用壽命，隨著近年各種硬件設(shè)備頻率、速度

24、和功耗的提高，電源對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也越來越大。</p><p>　　微機(jī)開關(guān)電源[3]的核心部件是高頻開關(guān)和主變壓器，而高頻變換電路形式很多, 常用的變換電路有推挽,全橋,半橋,單端正激和單端反激等形式。本文介紹了一種基于PWM技術(shù)的半橋式微機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓電源，它是通過用雙端驅(qū)動(dòng)集成電路——TL494輸?shù)腜WM脈沖控制主開關(guān)的導(dǎo)通來控制直流輸出的。本文給出了微機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓電源的詳細(xì)電路圖，并且每部分都附有詳細(xì)的

25、分析，說明了各部分的工作原理。</p><p>　　第1章 開關(guān)電源的發(fā)展</p><p>　　1.1 開關(guān)電源概述</p><p>　　1.1.1 開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖1-1進(jìn)行說明。圖中輸入的直

26、流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。 </p><p>　　圖1-1 開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下：&l

27、t;/p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；TON表示開關(guān)S在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。</p><p>　　開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系：</p><p>　　Uo=Ui*D　 (1-2

28、)</p><p>　　由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間TON，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變TON來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(PWM)。 </p><p>　　由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用得較多。若保持TON不變，利用改變開關(guān)頻率

29、f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變TON，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。</p><p>　　1.1.2 開關(guān)電源的組成</p><p>　　開關(guān)電源的基本組成如圖1-2

30、所示。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)、PFM信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、過流過壓保

31、護(hù)、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。</p><p>　　圖1-2 開關(guān)電源的基本組成</p><p>　　AC/DC變換器也有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍?！　￠_關(guān)電源與線

32、性電源相比，其輸入的瞬態(tài)變換比較多地表現(xiàn)在輸出端，在提高開關(guān)頻率的同時(shí)，由于比較放大器的頻率特性得到改善，開關(guān)電源的瞬態(tài)響應(yīng)指標(biāo)[4]也能得到改善。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。</p><p>　　1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn)</p><p>　　開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：　　(1) 效率高。

33、開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可達(dá)90%以上?！　?2) 重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了?！　?3) 穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270 V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在±2%以下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬，并保證開關(guān)電源的高效率。

34、 </p><p>　　(4) 安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠?！　?5) 功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20 kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件

35、不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的分類</p><p>　　開關(guān)電源的分類方法有很多，下面介紹幾種常見的分類方法。</p><p>　　按電路的輸出穩(wěn)壓控制方式，開關(guān)電源可分為脈沖寬度調(diào)制(PWM)式、 脈沖頻率調(diào)制(PFM)式和脈沖調(diào)頻調(diào)寬式三種。</p><p

36、>　　按開關(guān)電源的觸發(fā)方式分類,可分為自激式開關(guān)電源，自激式開關(guān)電源利用電源電路中的開關(guān)晶體管和高頻脈沖變壓器構(gòu)成正反饋環(huán)路，來完成自激振蕩，使開關(guān)電源輸出直流電壓。在顯示設(shè)備的PWM式開關(guān)電源中，自激振蕩頻率同步于行頻脈沖，即使在行掃描電路發(fā)生故障時(shí)，電源電路仍能維持自激振蕩而有直流輸出電壓。　　它激式開關(guān)電源，它激式開關(guān)電源必須有一個(gè)振蕩器，用以產(chǎn)生開關(guān)脈沖來控制開關(guān)管，使開關(guān)電源工作，輸出直流電壓。 </p>

37、<p>　　按電路的輸出取樣方式分類，可分為直接輸出取樣開關(guān)電源，間接輸出取樣開關(guān)電源；開關(guān)電源按功率開關(guān)管的連接方式，可分為單端正激開關(guān)電源、單端反激開關(guān)電源、半橋開關(guān)電源和全橋開關(guān)電源；按功率開關(guān)管與電源供電、儲(chǔ)能電感、穩(wěn)壓電壓的輸出方式，可分為串聯(lián)開關(guān)電源和并聯(lián)開關(guān)電源。</p><p>　　1.3 開關(guān)器件的分析</p><p>　　1.3.1 開關(guān)器件的特征</

38、p><p>　　同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征：　　(1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。</p><p>　　開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩

39、端電壓由外電路決定?！　?3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)。 </p><p>　　(4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。</p><p>　　(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱

40、量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗[5]時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。</p><p>　　1.3.2 電力二極管</p><

41、p>　　電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。 　普通二極管又稱為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開關(guān)頻率不高的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5s以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。</p><p>　　快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管。

42、快速二極管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用PNP結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。采用外延型PIN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，F(xiàn)RED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐壓多在400V以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100ns以下，有的甚至達(dá)到20~30n

43、s。</p><p>　　以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(10~40ns)，正向恢復(fù)過程中不會(huì)有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于

44、200V以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。</p><p>　　1.3.3 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET</p><p>　　電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的MOS型，簡(jiǎn)稱電力MOSFET。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不

45、超過10kW的電源電子裝置。</p><p>　　電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，如圖1-27所示。其中G為柵極，S為源極，D為漏極?！　‰娏OSFET的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過，但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開

46、，而將P區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。</p><p>　　圖1-3 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)</p><p>　　第2章 主要開關(guān)變換電路</p><p>　　2.1 推挽開關(guān)變換電路</p><p>　　圖2-1為推挽開關(guān)變換電路的示意圖。脈沖變壓器初、 次級(jí)都有兩組對(duì)稱的繞組，其相位關(guān)系如圖所示，開關(guān)管用開關(guān)S表示。如

47、果在S1、S2基極加入時(shí)序不同的正向驅(qū)動(dòng)脈沖，加到S1基極的驅(qū)動(dòng)脈沖t1使S1導(dǎo)通，待t1過后，驅(qū)動(dòng)電路輸出t2，再使S2導(dǎo)通。兩者交替導(dǎo)通，通過變壓器將能量傳到次級(jí)電路，使V1、V2輪流導(dǎo)通，向負(fù)載提供能量。由于S1、S2導(dǎo)通電流方向不同，形成的磁通方向相反，因此推挽開關(guān)變換電路與前述開關(guān)電源電路相比，提高了磁心的利用率。磁心在四個(gè)象限內(nèi)的磁化曲線都被利用，在一定輸出功率時(shí)，磁心的有效截面積可以小于同功率的單端開關(guān)電路。此外，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈

48、沖頻率恒定時(shí)，紋波率也相對(duì)較小。</p><p>　　圖2-1 推挽開關(guān)變換電路</p><p>　　在推挽開關(guān)變換電路中，能量轉(zhuǎn)換由兩管交替控制，當(dāng)輸出相同功率時(shí)，電流僅是單端開關(guān)電源管的一半，因此開關(guān)損耗隨之減小，效率提高。如果選用同規(guī)格的開關(guān)管組成單端變換電路，輸出最大功率為150 W。若使用2只同規(guī)格開關(guān)管組成推挽電路，輸出功率可以達(dá)到400～500 W。所以輸出功率200 W以上

49、的開關(guān)電源均宜采用推挽開關(guān)變換電路?！　‘?dāng)濾波電感L電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓表達(dá)式為</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　圖2-1所示的對(duì)稱推挽開關(guān)變換電路有不足之處。一是開關(guān)管承受反壓較高。當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電源電壓和脈沖變壓器初級(jí)繞組二分之一的感應(yīng)電壓相串聯(lián)，加到開關(guān)管集電極和發(fā)射極，因而要求開關(guān)管UECO＞2UCC。二是推挽開關(guān)變換電

50、路相當(dāng)于單端開關(guān)電路的對(duì)稱組合，只有當(dāng)開關(guān)管特性以及脈沖變壓器初、 次級(jí)繞組均完全對(duì)稱時(shí)，脈沖變壓器磁心的磁化曲線在直角坐標(biāo)第Ⅰ、Ⅱ象限內(nèi)所包括的面積才和第Ⅲ、 Ⅳ象限曲線內(nèi)面積相等，正負(fù)磁通相抵消。否則，磁感應(yīng)強(qiáng)度+B和-B的差值形成剩余磁通量，使一個(gè)開關(guān)管磁化電流增大，同時(shí)次級(jí)V1、V2加到負(fù)載上的輸出電壓也不相等，從而增大紋波，推挽開關(guān)變換電路的優(yōu)勢(shì)盡失。因此，這種推挽開關(guān)變換電路目前僅用于自激或它激式低壓輸入的穩(wěn)壓變換器中。因?yàn)?/p>

51、該電路采用低壓供電，N1、N2匝數(shù)少，且兩繞組間電壓差也小，所以一般采用雙線并繞的方式來保證其對(duì)稱性。</p><p>　　2.2 半橋開關(guān)變換電路</p><p>　　2.2.1 半橋開關(guān)變換電路工作原理</p><p>　　顧名思義, 半橋開關(guān)變換電路就是取掉全橋開關(guān)變換電路中的兩只開關(guān)管，如圖2-4所示。</p><p>　　圖 2-2

52、 半橋開關(guān)變換電路原理圖</p><p>　　該電路的工作過程如下。VT1與VT2交替導(dǎo)通，使變壓器一次側(cè)形成幅值為Ui/2的交流電壓。改變開關(guān)的占空比，就可以改變二次側(cè)整流電壓的平均值，也就改變了輸出電壓Uo。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管V1處于通態(tài)；當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，二極管V2處于通態(tài)；當(dāng)兩個(gè)開關(guān)都關(guān)斷時(shí)，變壓器繞組N1中的電流為零；當(dāng)V1和V2都處于通態(tài)時(shí)，各分擔(dān)一半的電流。當(dāng)VT1或VT2導(dǎo)通時(shí)，電感L的電流逐漸

53、上升；當(dāng)VT1和VT2都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。VT1和VT2斷態(tài)時(shí)承受的最高電壓為Ui。由于電容的隔離作用，半橋開關(guān)變換電路對(duì)由于兩個(gè)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不對(duì)稱而造成的變壓器一次側(cè)電壓的直流分量有自動(dòng)平衡作用，因此不容易發(fā)生變壓器的偏磁和直流磁飽和。</p><p>　　當(dāng)濾波電感L的電流連續(xù)時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式為</p><p><b>　　(2-2)</b>&l

54、t;/p><p>　　半橋開關(guān)變換電路省去了兩只開關(guān)管，采用連接電容分壓方式，使開關(guān)管C-E極電壓與橋式電路相同，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路也大為簡(jiǎn)化，只需兩組在時(shí)間軸上不重合的驅(qū)動(dòng)脈沖，兩組驅(qū)動(dòng)電路的參考點(diǎn)為各自開關(guān)管的發(fā)射極。根據(jù)上述原理，當(dāng)采用相同規(guī)格的開關(guān)管時(shí)，半橋開關(guān)變換電路負(fù)載端電壓為1/2Ui，輸出功率為全橋開關(guān)變換電路的1/4。半橋開關(guān)變換電路具有全橋開關(guān)變換電路的所有優(yōu)勢(shì)，因此其應(yīng)用比全橋開關(guān)變換電路更普遍。&l

55、t;/p><p>　　2.2.2 半橋變換器的應(yīng)用</p><p>　　實(shí)用的全橋開關(guān)變換[6]電路必須有4組相互獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)脈沖，其中每組開關(guān)管VT1、VT4和VT2、VT3的各自驅(qū)動(dòng)脈沖極性都相同，但是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的參考點(diǎn)不同。如果組成自激振蕩電路，4組開關(guān)要得到相同幅度、不同時(shí)序的正反饋脈沖是相當(dāng)困難的，加上4只開關(guān)管的性能對(duì)稱要求也難以達(dá)到，因此全橋開關(guān)變換電路極少被用于自激變換器中?！　?/p>

56、半橋變換器具有全橋開關(guān)變換電路的所有優(yōu)勢(shì)，在目前的MOSFET開關(guān)管、IGBT等高壓大電流開關(guān)器件中均可采用，其應(yīng)用遠(yuǎn)比全橋開關(guān)變換電路更廣泛。自激式半橋變換器的開關(guān)管耐壓要求較低，目前輸出功率200W以下的變換器廣泛采用半橋開關(guān)變換電路。</p><p>　　圖2-3為無工頻變壓器的半橋開關(guān)降壓電路。圖中TC1、TC2和VT1、VT2組成半橋開關(guān)變換電路，將輸入整流后約310V直流高壓由開關(guān)電路變成雙向矩形波，

57、通過降壓比的方式輸出，經(jīng)整流濾波獲得與輸入隔離的低壓直流電。該電路代替工頻變壓器和整流濾波電路組成的低壓直流電源，故稱其為電子變壓器[7]。</p><p>　　C1、C2串聯(lián)接在輸出電壓兩端，正常情況下，其中點(diǎn)電壓為輸入電壓的1/2。該電壓經(jīng)輸出變壓器T2的初級(jí)繞組N1接于兩只開關(guān)管的串聯(lián)連接點(diǎn)上。當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，+310V電壓經(jīng)VT1的C-E極加到TC2繞組N1上端，N1下端接C1、C2的中點(diǎn)，因此N1初級(jí)電

58、壓為310V-150V=155V。當(dāng)VT2導(dǎo)通時(shí)，C1、C2分壓值+155V經(jīng)VT2的C-E 極到輸入電壓負(fù)極，電壓也為155V。在T2初級(jí)繞組中，兩管導(dǎo)通電流方向相反，T2次級(jí)輸出對(duì)稱的矩形波。</p><p>　　圖2-3 半橋開關(guān)降壓電路</p><p>　　脈沖變壓器TC1為反饋?zhàn)儔浩?，其初?jí)繞組N1通過C5、C6將TC2的次級(jí)輸出脈沖電壓分壓得到反饋脈沖，T1次級(jí)繞組N2、N3形

59、成相位相反的兩組驅(qū)動(dòng)脈沖。根據(jù)圖示的TC1、TC2相位關(guān)系，當(dāng)VT1導(dǎo)通時(shí)，TC1繞組N2輸出與TC2初次級(jí)相同的脈沖，構(gòu)成VT1的正反饋，而TC1繞組N3則輸出與TC2初次級(jí)相位相反的脈沖。因?yàn)閂T2導(dǎo)通時(shí)，TC2初級(jí)電流方向反向，故TC1繞組N3構(gòu)成VT2的正反饋電路。該變換器的反饋脈沖取自TC2次級(jí)繞組，利用TC2的降壓比獲得較低的反饋電壓，以免另設(shè)低阻抗反饋繞組。</p><p>　　半橋式推挽電路輸出的

60、是雙向矩形波，反饋脈沖也應(yīng)是雙向的，才能使VT1、VT2維持正反饋?zhàn)饔?。電路中通過C5、C6分壓取得相對(duì)于TC2次級(jí)中點(diǎn)相位不同的脈沖，無論VT1還是VT2導(dǎo)通，都有正反饋?zhàn)饔谩７答侂娐分写?lián)有電阻，目的是自動(dòng)調(diào)整反饋量，避免反饋量過大而使開關(guān)管的存儲(chǔ)效應(yīng)增大。</p><p>　　第3章 TL494在微機(jī)開關(guān)電源中的應(yīng)用</p><p>　　3.1 TL494概述</p>

61、<p>　　3.1.1 TL494主要特性</p><p>　　TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。其外形圖如圖3-1。</p><p>　　圖3-1 TL494外形圖</p><p>　　TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。TL4

62、94能產(chǎn)生PWM，能調(diào)整頻率和脈寬，還有一路基準(zhǔn)電壓，這些都滿足DC-DC的條件，采用不同拓?fù)?，得到升壓和降壓，如采用推挽（push-pull）方式升壓，可以改變反饋電阻，得到其他電壓；采用BUCK拓?fù)浣祲?，可以改變反饋電阻，得到其他電壓?lt;/p><p>　　3.1.2 TL494工作原理簡(jiǎn)述</p><p>　　TL494內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)

63、行調(diào)節(jié)。 輸出脈沖的寬度是通過電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。當(dāng)控制信號(hào)增大，輸出脈沖的寬度將減小。 控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的

64、4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。</p><p>　　3.1.3 TL494內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　TL494為雙端圖騰柱輸出的PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)器，總體結(jié)構(gòu)比同類集成電

65、路SG3524更完善。TL494內(nèi)部電路框圖見圖3-2，說明如下。　　</p><p>　　圖 3-2 TL494內(nèi)部電路框圖</p><p>　　(1) 內(nèi)置RC定時(shí)電路設(shè)定頻率的獨(dú)立鋸齒波振蕩器[8]，其最高振蕩頻率為300 kHz，能驅(qū)動(dòng)雙極型開關(guān)管或MOSFET管。 (2) 內(nèi)部設(shè)有比較器組成的死區(qū)時(shí)間控制電路，用外加電壓控制比較器的輸出電平，通過其輸出電平使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)換，

66、控制兩路輸出之間的死區(qū)時(shí)間。當(dāng)4腳輸出電平升高時(shí)，死區(qū)時(shí)間增大?！　?3) 觸發(fā)器的兩路輸出設(shè)有控制電路，使VT1、VT2既可輸出雙端時(shí)序不同的驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)推挽開關(guān)電路和半橋開關(guān)電路，也可輸出同相序的單端驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)單端開關(guān)電路。　　(4) 內(nèi)部?jī)山M完全相同的誤差放大器，其同相輸入端和反相輸入端均被引出芯片外，因此可以自由設(shè)定其基準(zhǔn)電壓，以方便用于穩(wěn)壓取樣，或用其中一種作為過壓、過流的超閾值保護(hù)。 (5) 輸出驅(qū)動(dòng)電流單

67、端達(dá)到400mA，能直接驅(qū)動(dòng)峰值開關(guān)電流達(dá)5A的開關(guān)電路。雙端輸出為2×200mA，加入驅(qū)動(dòng)級(jí)即能驅(qū)動(dòng)近千瓦的推挽和半橋電路。若用于驅(qū)動(dòng)MOSFET 管，則需另加入灌流驅(qū)動(dòng)電路[9]。</p><p>　　3.2 TL494的各腳功能及參數(shù)</p><p>　　1、16腳為誤差放大器A1、A2的同相輸入端, 最高輸入電壓不超過VCC+0.3 V；2、15 腳為誤差放大器 A1、A

68、2 的反相輸入端, 可接入誤差檢出的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　3腳為誤差放大器A1、A2的輸出端，在集成電路內(nèi)部用于控制PWM比較器的同相輸入，當(dāng)A1、A2任一輸出電壓升高時(shí)，控制PWM比較器的輸出脈寬減小。同時(shí)，該輸出端還引出端外，以便與2、15腳間接入RC頻率校正電路和直流負(fù)反饋電路，穩(wěn)定誤差放大器的增益以及防止其高頻自激。3腳電壓反比于輸出脈寬，也可利用該端功能實(shí)現(xiàn)高電平保護(hù)?！　?腳為死區(qū)時(shí)間控制

69、端。當(dāng)外加1V以下的電壓時(shí)，死區(qū)時(shí)間與外加電壓成正比。如果電壓超過1V，內(nèi)部比較器將關(guān)斷觸發(fā)器的輸出脈沖。 5腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容端，6腳為鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電阻端，一般用于驅(qū)動(dòng)雙極型三極管時(shí)需限制振蕩頻率小于40kHz。7腳為共地端。　　8、11腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器NPN管的集電極開路輸出端。當(dāng)通過外接負(fù)載電阻引出輸出脈沖時(shí)，為兩路時(shí)序不同的倒相輸出，脈沖極性為負(fù)極性，適合驅(qū)動(dòng)P型雙極型開關(guān)管或P溝道MOSFET管。

70、此時(shí)兩管發(fā)射極接共地。 9、10腳為兩路驅(qū)動(dòng)放大器的發(fā)射極開路輸出端。當(dāng)8、11腳接VCC，在9、10腳接入發(fā)射極負(fù)載電阻到地時(shí)，驅(qū)動(dòng)放大器的輸出為兩路正極性圖騰柱輸出脈沖，適合于驅(qū)動(dòng)N型雙極型開關(guān)管或N</p><p>　　3.3 TL494脈沖控制波形圖</p><p>　　控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時(shí)間比較器具有120

71、mV的輸入補(bǔ)償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時(shí)間約等于鋸齒波周期的4%，當(dāng)輸出端接地，最大輸出占空比為96%，而輸出端接參考電平時(shí)，占空比為48%。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在0-3.3V之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個(gè)手段：當(dāng)反饋電壓從0.5V變化到3.5時(shí)，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大導(dǎo)通百分比時(shí)間中下降到零。兩個(gè)誤差放大器具有從-0.3V到（V

72、cc-2.0）的共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進(jìn)行“或”運(yùn)算，正是這種電路結(jié)構(gòu)，放大器只需最小的輸出即可支配控制回路。 當(dāng)比較器CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管Q1和Q2的工作。若輸出控制端連接到參考電壓源，那么調(diào)制脈沖交替輸出至兩個(gè)輸出晶體管，輸出頻率等于脈沖振蕩器的一半。如果工作于單

73、端狀態(tài)，且最大占</p><p>　　圖3-3 TL494工作波形</p><p>　　3.4 TL494構(gòu)成的PWM控制器電路</p><p>　　PWM控制是指在開關(guān)工作頻率(即開關(guān)周期Tn)固定的情況下，直接通過改變導(dǎo)通時(shí)間(T0N)來控制輸出電壓U。的一種方式。也就是通過改變開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間T0N來改變開關(guān)控制電壓的脈沖寬度。</p><p&

74、gt;　　PWM控制器一般由基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器、振蕩器、誤差放大器和脈沖控制電路組成。其中基準(zhǔn)電壓穩(wěn)壓器[10]的作用是為電路提供穩(wěn)定的電源。振蕩器的作用是為PWM 比較器提供一個(gè)鋸齒波信號(hào)和與之同步的驅(qū)動(dòng)脈沖控制電路的輸出同步信號(hào)。其振蕩頻率可由外部電容Cext和電阻Rext來設(shè)定。誤差放大器用于將電源輸出電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。脈沖控制電路的作用是以正確的時(shí)序使輸出晶體管導(dǎo)通,其結(jié)構(gòu)如圖3-4。 </p><p>

75、;　　圖 3-4 PWM電路的結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐?，不但可以產(chǎn)生PWM信號(hào)輸出，而且還有多種保護(hù)功能。TL494含有振蕩器、誤差放大器、PWM比較器及輸出級(jí)電路等部分。振蕩器(OSC)振蕩頻率由外接元件R、C決定，表達(dá)式為 (3-1)fOSC可選定1～200kHz之間，本電路選用fOS

76、C=40kHz。TL494內(nèi)部的穩(wěn)壓電源將外部供給的+12V電壓變換成+5V電壓，除提供芯片內(nèi)部電路作電源外，還通過14腳對(duì)外輸出+5 V基準(zhǔn)電壓。13腳為輸出脈沖控制端，當(dāng)1、3腳接地時(shí)，輸出脈沖最大占空比為96%；當(dāng)接高電位時(shí)，最大占空比為48%。TL494輸出脈沖的寬度調(diào)節(jié)由振蕩器電容CT兩端的正向鋸齒波和兩個(gè)控制信號(hào)相比較來實(shí)現(xiàn)。只有當(dāng)鋸齒波電壓高于控制信號(hào)時(shí)，才會(huì)有脈沖輸出，內(nèi)部?jī)蓚€(gè)誤差放大器及外接電阻，電容構(gòu)成電壓和電流反饋

77、調(diào)節(jié)器[11]，都采用PI調(diào)節(jié)。誤差放大器的給定信號(hào)均取自+5V基準(zhǔn)電源的分壓并加于2腳和5腳。反饋電壓信號(hào)UF由微機(jī)處理后引入1腳，與2腳的給定值UG比較后，產(chǎn)生調(diào)制脈寬的控制信號(hào)，使輸出直流電壓保持穩(wěn)定</p><p>　　圖 3-5 PWM控制器電路原理圖</p><p>　　IGBT是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，本電路選用了具有降柵壓邏輯式[12]和軟關(guān)斷兩種保護(hù)功能的厚膜混合集成驅(qū)動(dòng)模塊E

78、XB840，這種型號(hào)的電路較好地解決了低飽和壓降IGBT的短路保護(hù)問題，能滿足IGBT對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的特殊要求，保證IGBT能可靠開通和關(guān)斷，且電路簡(jiǎn)單，工作頻率高，輸入控制信號(hào)電流為10 mA。以EXB840為核心構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路中，驅(qū)動(dòng)模塊EXB840的電源為+20 V，在模塊內(nèi)部將20 V電壓變換為+15V和-5V兩種電壓，供IGBT柵-射極導(dǎo)通時(shí)所需正偏電壓和關(guān)斷時(shí)所需的負(fù)偏壓。TL494輸出的PWM脈沖從9腳或10腳送至EXB840

79、的15腳。EXB840驅(qū)動(dòng)模塊[13]從3腳和1腳輸出正、負(fù)驅(qū)動(dòng)脈沖至IGBT 的柵、射極之間，開通或關(guān)斷IGBT。</p><p>　　第4章 微機(jī)開關(guān)電源的原理與組成</p><p>　　4.1 微機(jī)開關(guān)電源的原理</p><p>　　電源是電腦系統(tǒng)的動(dòng)力基礎(chǔ)，是電腦主機(jī)配件的動(dòng)力源泉。電源輸出的電流好壞，直接影響電腦主機(jī)各配件性能的發(fā)揮和使用壽命，隨著近年各

80、種硬件設(shè)備頻率、速度和功耗的提高，電源對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響也越來越大。 微機(jī)的電源通常采用脈寬調(diào)制式開關(guān)穩(wěn)壓電源，這種電源具有功耗小、轉(zhuǎn)換效率高、工作可靠、保護(hù)完善和穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，其原理框圖如圖4-1。 圖4-1 微機(jī)開關(guān)電源的原理框圖 220V交流電經(jīng)過第一、二級(jí)EMI濾波后變成較純凈的50Hz交流電，經(jīng)全橋整流和濾波后輸出300V的直流電壓。該直流電壓作為電壓源

81、供給由開關(guān)三極管和高頻變壓器組成的開關(guān)功率變換電路，開關(guān)管由PWM（脈沖寬度調(diào)制）控制電路發(fā)出的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)觸發(fā)，通過開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，將直流電壓變換成較高頻率的矩形波電壓，經(jīng)高頻變壓器將此電壓降低到各檔需要的電壓值，然后經(jīng)高頻二極管整流以及L、C平滑濾波后送至負(fù)載。300V直流電壓同時(shí)加到主開關(guān)管、主開關(guān)變壓器、待機(jī)電源開關(guān)管、待機(jī)電源開關(guān)變壓器。由于此時(shí)主開關(guān)管沒有開關(guān)信號(hào)，處于截止?fàn)顟B(tài)，因此主電源開關(guān)變壓器上沒有電壓輸出，<

82、;/p><p>　　4.2 微機(jī)開關(guān)電源的組成</p><p>　　4.2.1 交流輸入整流濾波電路</p><p>　　輸入濾波電路包括輸入濾波器、整流器和平滑濾波電路。輸入濾波器位于電源電路輸入端，由濾波電容、電感組成π型濾波電路，用于濾去交流輸入電壓中的高頻雜波成分，防止電網(wǎng)中的高頻干擾竄入電源，同時(shí)抑制開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)的影響。整流器采用橋式整流二極管，用于將輸入的

83、交流電壓整流成直流電壓，供逆變器進(jìn)行DC/DC變換。平滑濾波電路將整流出來的脈動(dòng)直流電壓變成平滑的直流電壓，并抑制高頻干擾。</p><p>　　EMI濾波器主要作用是濾除外界電網(wǎng)的高頻脈沖對(duì)電源的干擾，同時(shí)也起到減少開關(guān)電源本身對(duì)外界的電磁干擾。在優(yōu)質(zhì)電源中一般都有兩極EMI濾波電路。</p><p>　　一級(jí)EMI電路：交流電源插座上焊接的是一級(jí)EMI電源濾波器電路，這是一塊獨(dú)立的電路

84、板，是交流電輸入后所經(jīng)過的第一組電路，這個(gè)由扼流圈和電容組成的低通網(wǎng)絡(luò)能濾除電源線上的高頻雜波和同相干擾信號(hào)。</p><p>　　二級(jí)EMI電路：市電進(jìn)入電源板后先通過電源保險(xiǎn)絲，然后再次經(jīng)過由電感和電容組成的第二道EMI電路以充分濾除高頻雜波，然后再經(jīng)過限流電阻進(jìn)入高壓整流濾波電路。保險(xiǎn)絲能在電源功率太大或元件出現(xiàn)短路時(shí)熔斷以保護(hù)電源內(nèi)部的元件，而限流電阻含有金屬氧化物成分，能限制瞬間的大電流，減少電源對(duì)內(nèi)部

85、元件的電流沖擊。 下面是EMI濾波電路的線路圖：</p><p>　　圖 4-2 EMI濾波電路的線路圖</p><p>　　經(jīng)過EMI濾波后的市電，再經(jīng)過全橋整流和電容濾波后就變成了高壓的直流電。將輸入端的交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖直流電，目前有兩種形式，一種是全橋就是把四個(gè)二極管封裝在一起，一種是用4個(gè)分立的二極管組成橋式整流。 一般說來，在全橋附近應(yīng)該有兩個(gè)或更多的高大桶狀元件，

86、即高壓電解電容，其作用是將脈動(dòng)的直流電濾除交流成分而輸出比較平穩(wěn)的直流電。高壓電解電容的使用與開關(guān)電路的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系，其容量是以往電源評(píng)測(cè)時(shí)的焦點(diǎn)，但實(shí)際上它的容量和電源的功率毫無關(guān)系，不過增大它的容量會(huì)減小電源的紋波干擾。高壓部分的濾波主要由電容組成，一般有二個(gè)電容，如圖4-3所示。L1和C3組成無源PFC電路，C1、C2為濾波電容。劣質(zhì)電源使用小容量的濾波電容，以降低成本，如200W只用220uF，300W只用470uF，甚至使用

87、舊電容來降低成本。</p><p>　　圖 4-3 橋式整流器和高壓濾波電路</p><p>　　4.2.2 脈沖半橋功率變換電路</p><p>　　脈沖半橋功率變換電路是一個(gè)由開關(guān)晶體管、變壓器及電阻、電容等組成的自激反饋式振蕩電路，其作用是將不穩(wěn)定的直流電壓變換成高頻脈沖電壓。在該電路中，當(dāng)直流電壓加到開關(guān)晶體管上時(shí)，開關(guān)晶體管在PWM控制器的控制下不斷地導(dǎo)通

88、和截止，在變壓器初級(jí)繞組中產(chǎn)生出高頻脈沖，經(jīng)變壓器耦合送到輸出回路。 開關(guān)電源顧名思義其核心就是開關(guān)二字。開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是開關(guān)電源的核心部件，通過自激式或他激式使開關(guān)管工作在飽和、截止（即開、關(guān)）狀態(tài)，從而在開關(guān)變壓器的副繞組上感應(yīng)出高頻電壓，再經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后輸出各種直流電壓。開關(guān)三極管和開關(guān)變壓器是微機(jī)電源的核心部件，其質(zhì)量直接影響電源的好壞和使用壽命，尤其是開關(guān)三極管，工作在高反壓狀態(tài)下，沒有足夠的保護(hù)電路，

89、很容易擊穿燒毀。開關(guān)管的品質(zhì)直接決定了電源的穩(wěn)定性，它也是電源中主要的發(fā)熱元件，拆開電源后看到的主散熱片上的兩個(gè)晶體管就是開關(guān)管。 影響高頻開關(guān)變壓器性能的因素包括鐵氧體的效率、磁芯截面積的大小和磁隙的寬度，截面積過小的變壓器容易產(chǎn)生磁飽和而無法輸出較大的功率，各個(gè)繞組的匝數(shù)直接影響輸出的電壓，通常我們無法具體的掌握這些參數(shù)，所以無法</p><p>　　4.2.3 脈寬調(diào)制控制電路</p>

90、<p>　　脈寬調(diào)制電路是一個(gè)利用誤差電壓控制輸出脈沖寬度的反饋電路。該電路通過檢測(cè)輸出電壓的變化產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓，并將該誤差電壓反饋到逆變器去控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間，以改變輸出脈沖的寬度，從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。脈寬調(diào)制電路通常由光耦合器和PWM控制器組成。光耦合器將輸出電路中取出的誤差電壓反饋到PWM控制器，再由PWM控制器控制開關(guān)晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，反饋到PWM控制器的電流增大，PWM控制器使開關(guān)晶

91、體管的導(dǎo)通時(shí)間縮短，也就是使輸出脈沖的寬度變窄，從而導(dǎo)致輸出電壓下降，維持了輸出電壓的穩(wěn)定。</p><p>　　4.2.4 多路直流穩(wěn)壓輸出電路</p><p>　　經(jīng)過高頻開頭變壓器降壓后的脈動(dòng)電壓同樣要使用二極管和電容進(jìn)行整流和濾波，只是此時(shí)整流時(shí)的工作頻率很高，必須使用具有快速恢復(fù)功能的肖特基整流二極管，普通的整流二極管難當(dāng)此任，而整流部分使用的電容也不能有太大的交流阻抗，否則就無

92、法濾除其中的高頻交流成分，因此選擇的電容不但容量要大，還要有較低的交流電阻才行，此外還能見到1、2個(gè)體積碩大的帶磁心的電感線圈，與濾波電容一起濾除高頻的交流成分，保證輸出純凈的直流電。 由于低壓整流端需要輸出很大的電流，所以整流二極管同樣會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，這些二極管與前面的開關(guān)管都需要單獨(dú)的散熱片進(jìn)行散熱，電源中另一個(gè)散熱片上所固定的就是這些元件。從這些元件輸出的就是各種不同電壓的輸出電流了。 輸出電路主要由高頻整流器、

93、平滑濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。在輸出電路中，高頻整流器將逆變器輸出的高頻脈沖電壓整流成直流電壓，再經(jīng)平滑濾波和穩(wěn)壓后，分別輸出數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)所需要的各路電壓。</p><p>　　4.2.5 +5VSB、PS-ON、PW-OK控制信號(hào)</p><p>　　微機(jī)開關(guān)電源與AT電源最顯著的區(qū)別是，前者取消了傳統(tǒng)的市電開關(guān)，依靠+5VSB、PS-ON控制信號(hào)的組合來實(shí)現(xiàn)電源的開啟和關(guān)閉。+5VSB

94、是供主機(jī)系統(tǒng)在微機(jī)待機(jī)狀態(tài)時(shí)的電源，以及開閉自動(dòng)管理和遠(yuǎn)程喚醒通訊聯(lián)絡(luò)相關(guān)電路的工作電源，在待機(jī)及受控啟動(dòng)狀態(tài)下，其輸出電壓均為5V高電平，使用紫色線由微機(jī)插頭引出。PS-ON為主機(jī)啟閉電源或網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程喚醒電源的控制信號(hào)，不同型號(hào)的微機(jī)開關(guān)電源，待機(jī)時(shí)電壓值為3V、3.6V、4.6V各不相同。當(dāng)按下主機(jī)面板的POWER開關(guān)或?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)喚醒遠(yuǎn)程開機(jī)，受控啟動(dòng)后PS-ON由主板的電子開關(guān)接地，使用綠色線從微機(jī)插頭14腳輸入。PW-OK是供

95、主板檢測(cè)電源好壞的輸出信號(hào)，使用灰色線由微機(jī)插頭引出，待機(jī)狀態(tài)為零電平，受控啟動(dòng)電壓輸出穩(wěn)定后為5V高電平。</p><p>　　脫機(jī)帶電檢測(cè)微機(jī)電源，首先測(cè)量在待機(jī)狀態(tài)下的PS-ON和PW-OK信號(hào)，前者為高電平，后者為低電平，插頭除輸出+5VSB外，不輸出其它電壓。其次是將微機(jī)開關(guān)電源人為喚醒，用一根導(dǎo)線把微機(jī)插頭與任一地端3.5、7、13、15、16、17中的一腳短接，這一步是檢測(cè)的關(guān)鍵，將微機(jī)電源由待機(jī)狀

96、態(tài)喚醒為啟動(dòng)受控狀態(tài)，此時(shí)PS-ON信號(hào)為低電平，PW-OK、+5VSB信號(hào)為高電平，微機(jī)插頭＋3.3V、±5V、±12V有輸出，開關(guān)電源風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)。上述操作亦可作為選購微機(jī)開關(guān)電源脫機(jī)通電驗(yàn)證的方法。</p><p>　　4.2.6 自動(dòng)穩(wěn)壓與保護(hù)控制電路 </p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源的保護(hù)電路由過電流保護(hù)電路、過電壓保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和浪涌吸收電路

97、等組成。串聯(lián)在開關(guān)晶體管發(fā)射極上的電阻組成過電流保護(hù)電路，用于防止開關(guān)電源啟動(dòng)時(shí)開關(guān)管出現(xiàn)過電流。并聯(lián)在變壓器初級(jí)繞組上的電阻、電容組成浪涌吸收電路，用于泄放積蓄在變壓器漏感上的能量，保護(hù)開關(guān)管不被擊穿。 </p><p>　　穩(wěn)壓電路通常是從電源輸出端的輸出電壓取樣出部分電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓作比較，比較出的差值經(jīng)過放大后去調(diào)節(jié)開關(guān)管的所占空比。從而達(dá)到電壓的穩(wěn)定。保護(hù)電路作用是通過檢測(cè)各端輸出電壓或電流的變化，

98、當(dāng)輸出端發(fā)生短路、過壓、過流、過載、欠壓等現(xiàn)象時(shí)，保護(hù)電路動(dòng)作，切斷開關(guān)管的激勵(lì)信號(hào)，使開關(guān)管停振，輸出電壓和電流為零。</p><p>　　第5章 微機(jī)開關(guān)電源電路圖的分析</p><p>　　5.1 交流輸入整流濾波電路 </p><p>　　圖5-1中，交流電AC220V經(jīng)過限流電阻NTC 5D-9或保險(xiǎn)管FUSE、和L1、R1、C3、C4高壓濾波，經(jīng)BD1—

99、BD4整流、C5和C6濾波，輸出300V左右直流脈動(dòng)電壓。保險(xiǎn)絲能在電源功率太大或元件出現(xiàn)短路時(shí)熔斷以保護(hù)電源內(nèi)部的元件，而限流電阻含有金屬氧化物成分，能限制瞬間的大電流，減少電源對(duì)內(nèi)部元件的電流沖擊。C1為尖峰吸收電容，防止交流電突變瞬間對(duì)電路造成不良影響。THR為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，起過流保護(hù)和防雷擊的作用。L1、R1和組成濾波器，濾除市電電網(wǎng)中的高頻干擾。C3和C4為高頻輻射吸收電容，以充分濾除高頻雜波，防止交流電竄入后級(jí)直流電路

100、造成高頻輻射干擾。同時(shí)抑制開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)的影響。從C3和C4中間引出C8至T1初級(jí)線圈，為直流輸出做準(zhǔn)備。高壓部分的濾波主要由電容組成，一般有二個(gè)電容：200W電源，電容≥330uF；250W電源，電容≥470uF。</p><p>　　圖5-1 整流濾波電路</p><p>　　整流器采用橋式整流二極管BD1～BD4，用于將輸入的交流電壓整流成直流電壓，供逆變器進(jìn)行DC/DC變換。C5和

101、C6組成平滑濾波電路，平滑濾波電路將整流出來的脈動(dòng)直流電壓變成平滑的直流電壓，并抑制高頻干擾。 在交流電的的正負(fù)半周兩對(duì)二極管分別導(dǎo)通和截止，在負(fù)載上得到一個(gè)單方向的脈動(dòng)電壓，電路圖如圖5-1。　 一般說來，在全橋附近應(yīng)該有兩個(gè)或更多的高大桶狀元件，即高壓電解電容，其作用是將脈動(dòng)的直流電濾除交流成分而輸出比較平穩(wěn)的直流電。高壓電解電容的使用與開關(guān)電路的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系，其容量往往是以往電源評(píng)測(cè)時(shí)的焦點(diǎn)，但實(shí)際上它的容量和

102、電源的功率毫無關(guān)系，不過增大它的容量會(huì)減小電源的紋波干擾，提高電源的電流輸出質(zhì)量。</p><p>　　5.2 輔助電源電路</p><p>　　只要有交流市電輸入，微機(jī)開關(guān)電源無論是否開啟，其輔助電源一直在工作，為開關(guān)電源控制電路提供工作電壓。市電經(jīng)高壓整流、濾波，輸出約300V直流脈動(dòng)電壓，一路經(jīng)R72、R76至輔助電源開關(guān)管Q15基極，另一路經(jīng)T3開關(guān)變壓器的初級(jí)繞組加至Q15集電

103、極，使Q15導(dǎo)通。T3反饋繞組的感應(yīng)電勢(shì)（上正下負(fù)）通過正反饋支路C44、R74加至Q15基極，使Q15飽和導(dǎo)通。反饋電流通過R74、R78、Q15的b、e極等效電阻對(duì)電容C44充電，隨著C44充電電壓增加，流經(jīng)Q15基極電流逐漸減小，T3反饋繞組感應(yīng)電勢(shì)反相（上負(fù)下正），與C44電壓疊加至Q15基極，Q15基極電位變負(fù)，開關(guān)管迅速截止。</p><p>　　Q15截止時(shí)，ZD6、D30、C41、R70組成Q15

104、基極負(fù)偏壓截止電路。反饋繞組感應(yīng)電勢(shì)的正端經(jīng)C41、R70、D41至感應(yīng)電勢(shì)負(fù)端形成充電回路，C41負(fù)極負(fù)電壓，Q15基極電位由于D30、ZD6的導(dǎo)通，被箝位在比C41負(fù)電壓高約6.8V（二極管壓降和穩(wěn)壓值）的負(fù)電位上。同時(shí)正反饋支路C44的充電電壓經(jīng)T3反饋繞組，R78，Q15的b、e極等效電阻，R74形成放電回路。隨著C41充電電流逐漸減小，Ub電位上升，當(dāng)Ub電位增加到Q15的b、e極的開啟電壓時(shí)，Q15再次導(dǎo)通，又進(jìn)入下一個(gè)周期