基于TOP-Switch-LED開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

基于TOPSwitchLED開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)摘要開(kāi)關(guān)電源以其低功耗、高效率、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)受到人們親睞，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀表儀器等各種電子電氣設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。TOP系列芯片由美國(guó)PI公司（美國(guó)功率公司）生產(chǎn)，是一款專門為開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)支持的集成芯片，TOP系列芯片具有集成度高、性價(jià)比高、外圍電路簡(jiǎn)單、性能指標(biāo)穩(wěn)定以及構(gòu)成高效率無(wú)工頻變壓器隔離式開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)。目前以及被廣泛用作小功率開(kāi)關(guān)電源、精密開(kāi)關(guān)電源和電源模板的優(yōu)選集成電路。LED被稱為第四代光源，具有節(jié)能、安全、環(huán)保壽命長(zhǎng)、低功耗、高亮度、光束集中、維護(hù)簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，廣泛用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領(lǐng)域。TOP253EN芯片專門提供輸出43W以下的電源方案，論文針對(duì)TOP253EN的特性，對(duì)外圍電路進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)電源能穩(wěn)定輸出12V,1.67A為L(zhǎng)ED持續(xù)供電。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源LEDTOPSwitch直流反激式目錄前言第一章：緒論1.1課題研究現(xiàn)狀1.2課題研究意義及發(fā)展前景1.3章節(jié)分配第二章：LED開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介第三章：基于TOPSwitchLED開(kāi)關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求3.2總體設(shè)計(jì)流程圖3.3器件選擇3.4TOP253EN芯片性能特點(diǎn)第四章：LED開(kāi)關(guān)電源各電路設(shè)計(jì)4.1整流濾波電路設(shè)計(jì)4.2變壓器設(shè)計(jì)4.3輸入整流電路設(shè)計(jì)4.4反饋電路設(shè)計(jì)4.5對(duì)阻斷二極管的選擇4.6開(kāi)關(guān)電源原理圖繪制第五章：安全性能分析5.1電源散熱與效率5.2安全分析第六章：總結(jié)6.1開(kāi)關(guān)電源干擾來(lái)源分析6.2開(kāi)關(guān)電源抑制干擾措施分析致謝參考文獻(xiàn)緒論1.1課題研究現(xiàn)狀半導(dǎo)體照明技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究引起了全球研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的重視，國(guó)外共近有約200家機(jī)構(gòu)參與GaN器件，材料和設(shè)備的研發(fā)。近300所大學(xué)和研究所參與GaN的研發(fā)。目前，功率型白光LED光視效能（發(fā)光效率）100lm/W,研究水平達(dá)到160lm/W.經(jīng)過(guò)技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，世界主要LED廠商已經(jīng)形成各種的特色。日本日亞化學(xué)處于全球技術(shù)領(lǐng)先水平，壟斷高端白色、藍(lán)色、綠色LED市場(chǎng)。豐田合成在白光LED及車燈照明技術(shù)據(jù)世界前列。美國(guó)Cree的碳化硅襯底生長(zhǎng)GaN外延片國(guó)際領(lǐng)先。傳統(tǒng)照明巨頭Philips絕對(duì)控股的美國(guó)Lumileds功率型白光LED國(guó)際領(lǐng)先，傳統(tǒng)照明巨頭Osram歐司朗控股的德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體功率型LED封裝和車用LED燈具開(kāi)發(fā)世界領(lǐng)先。國(guó)外的外延片生長(zhǎng)技術(shù)主要源于美國(guó)，基本是進(jìn)口美國(guó)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉淀裝備，這些裝備在美國(guó)就不是一流裝備，在整個(gè)LED外延片的生長(zhǎng)、芯片、芯片封裝三個(gè)環(huán)節(jié)中，外延片生長(zhǎng)的投資中占到70%，外延片成本要占到芯片封裝成品成本的70%，同時(shí)外延片生長(zhǎng)的技術(shù)人才全世界都缺乏，簡(jiǎn)而言之，外延片水平?jīng)Q定了整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)水平，國(guó)內(nèi)近幾年也引進(jìn)了幾十臺(tái)MOCVD設(shè)備，均處于大生產(chǎn)工藝摸索階段，一但工藝成熟，則會(huì)上10倍增大設(shè)備數(shù)量，形成規(guī)模生產(chǎn)，市場(chǎng)需求巨大。國(guó)家“863”計(jì)劃和信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金及時(shí)支持了國(guó)產(chǎn)外延設(shè)備和MOCVD設(shè)備的研發(fā)（中科院半導(dǎo)體所、中電科技集團(tuán)公司第48所），通過(guò)整機(jī)消化吸收，關(guān)鍵技術(shù)再創(chuàng)新等措施，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，使長(zhǎng)期制約了我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的裝備瓶頸得以突破。隨著國(guó)家照明工程進(jìn)步，國(guó)內(nèi)LED芯片的巨大需求再次引起國(guó)外半導(dǎo)體設(shè)備制造商的積極響應(yīng)，他們?nèi)找嬷匾曋袊?guó)這個(gè)巨大市場(chǎng)，但是目前存在一個(gè)問(wèn)題就是國(guó)外芯片設(shè)備高昂的價(jià)格相對(duì)制約了國(guó)內(nèi)企業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化發(fā)展，也消耗國(guó)家大量寶貴外匯，同樣限制了國(guó)內(nèi)設(shè)備生產(chǎn)商的發(fā)展空間。1.2課題研究意義及發(fā)展背景如今全世界對(duì)LED的研究已經(jīng)很成熟，LED相比熱光源有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、高亮度、低熱量環(huán)保、堅(jiān)固耐用、多變幻。在城市工業(yè)中，城市夜景照明追求的不是亮度，而是藝術(shù)的創(chuàng)意設(shè)計(jì)，小功率的LED產(chǎn)品應(yīng)該能夠找到它的用武之地。LED發(fā)光角度小，方向性強(qiáng)，可作局部重點(diǎn)照明，在封裝材料中添加散射劑可以實(shí)現(xiàn)175度發(fā)光角度適合較大范圍照明，目前在城市夜景照明工程中常用的LED光源主要有：線性發(fā)光燈具、裝飾草坪燈、景觀燈、球泡、水下燈。地面燈具：地埋燈、發(fā)光地磚、石燈?？梢钥隙ǖ恼f(shuō)，LED在外來(lái)的照明中將會(huì)引領(lǐng)時(shí)尚和新潮。在農(nóng)業(yè)設(shè)施中，通常采用的人工光源是熒光燈與高壓鈉燈。今年隨著光電技術(shù)的發(fā)展，發(fā)光二極管的亮度與效率大幅提高，是這種光源在農(nóng)業(yè)設(shè)施的應(yīng)用中變得可行，尤其對(duì)封閉可調(diào)控的農(nóng)業(yè)設(shè)施環(huán)境（如植物工廠、組織培養(yǎng)室、植物生長(zhǎng)箱等）是一種非常合適的人工光源。國(guó)際上LED醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究開(kāi)始于20世紀(jì)90年代，1993年美國(guó)太空總署（NASA）首先提出LED生物醫(yī)學(xué)研究。其研究?jī)?nèi)容包括：利用LED照射舒緩宇航員運(yùn)動(dòng)疲勞、處理傷口、用于腫瘤的光動(dòng)力治療和消除皮膚炎癥、潰瘍、促進(jìn)創(chuàng)傷愈合以及面部嫩膚、除皺、除斑、治療痤瘡等。相繼推出LED的醫(yī)療應(yīng)用成果的還有以色列和英國(guó)。通過(guò)大量臨床實(shí)踐，各國(guó)醫(yī)學(xué)界專家一致認(rèn)為L(zhǎng)ED醫(yī)療器械是目前最能代替He-Ne激光器進(jìn)行的醫(yī)療器械，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著極其廣泛的開(kāi)發(fā)前景。綜上所述，LED電路的設(shè)計(jì)顯得格外重要，沒(méi)有驅(qū)動(dòng)LED永遠(yuǎn)發(fā)不了光。每個(gè)廠家所用LED都是一樣，不同之處在于外圍驅(qū)動(dòng)電路的不一樣。好的驅(qū)動(dòng)電路使其工作時(shí)間更長(zhǎng)，發(fā)揮更多作用，節(jié)約更多資源，LED相比普通白熾燈所用電量更少，但能發(fā)出同樣的光芒，使用年限也更長(zhǎng)，因?yàn)橛辛烁鞣N高性能的驅(qū)動(dòng)電路使得LED使用年限變長(zhǎng)，節(jié)約資源，造福國(guó)家，造福人類。1.3章節(jié)分配本論文第一章為緒論，著重介紹了LED開(kāi)關(guān)電源的研究背景以及研究的意義，介紹了LED開(kāi)關(guān)電源的研究現(xiàn)狀和各國(guó)的技術(shù)水平。第二章單獨(dú)對(duì)開(kāi)關(guān)電源作相應(yīng)的簡(jiǎn)介。第三章對(duì)基于TOPSwitchLED開(kāi)關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)，共分為4節(jié)，第一節(jié)確定了本次設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的具體參數(shù)，第二節(jié)為本次設(shè)計(jì)總體流程圖，第三節(jié)介紹本次設(shè)計(jì)元器件的選擇，第四節(jié)專門介紹了TOP253EN芯片的性能特點(diǎn)。第四章為各部分電路的設(shè)計(jì)，共分6小節(jié)，依次介紹了整流濾波電路設(shè)計(jì)、變壓器設(shè)計(jì)、輸出整流濾波電路設(shè)計(jì)、反饋電路設(shè)計(jì)、阻斷二極管的選擇、整體電路圖的繪制。第五章對(duì)開(kāi)關(guān)電源安全與性能分析，分為兩小節(jié)，安全分析與性能分析各占一小節(jié)。第六章對(duì)開(kāi)關(guān)電源的干擾源進(jìn)行分析并提出對(duì)常見(jiàn)的干擾抑制措施。LED開(kāi)關(guān)電源簡(jiǎn)介L(zhǎng)ED開(kāi)關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開(kāi)關(guān)電源小型化，并使開(kāi)關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。LED開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的電子器件主要為:LED二極管、IGBT和MOSFET。SCR在開(kāi)關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動(dòng)電路中有少量應(yīng)用，GTR驅(qū)動(dòng)困難，開(kāi)關(guān)頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。LED開(kāi)關(guān)電源是有電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)管而進(jìn)行高速的導(dǎo)通和截止。是將直流電轉(zhuǎn)化成高頻交流電來(lái)給變換器進(jìn)行變壓，使其產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓！轉(zhuǎn)化為高頻交流電的道理是高頻交流在變壓器電路中的效率要比市電50Hz或60Hz高。因此開(kāi)關(guān)電源變壓器可以做到體積很小，在開(kāi)關(guān)電源工作的時(shí)候不會(huì)很熱，產(chǎn)品價(jià)格比工頻直流穩(wěn)壓電源低．如果不將50Hz或60Hz變?yōu)楦哳l電，那么開(kāi)關(guān)電源就沒(méi)有任何意義。開(kāi)關(guān)電源大體可以分為隔離和不隔離這兩種，是隔離型的一定有開(kāi)關(guān)電源變換器，而不隔離的未必一定有開(kāi)關(guān)電源變換器。開(kāi)關(guān)電源與傳統(tǒng)直流電源相比具有體積小、重量輕、和效率高等優(yōu)點(diǎn)。提高開(kāi)關(guān)電源的功率密度,使之小型化、輕量化,是人們不斷追求的目標(biāo).這對(duì)便攜式電子設(shè)備(如移動(dòng)電話,數(shù)字相機(jī)等)尤為重要。一是高頻化.為了實(shí)現(xiàn)電源高功率密度,必須提高PWM變換器的工作頻率、從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積重量，二是應(yīng)用壓電變壓器.應(yīng)用壓電變壓器可使高頻功率變換器實(shí)現(xiàn)輕、小、薄和高功率密度.壓電變壓器利用壓電陶瓷材料特有的“電壓-振動(dòng)”變換和“振動(dòng)-電壓”變換的性質(zhì)傳送能量,其等效電路如同一個(gè)串并聯(lián)諧振電路,是功率變換領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，三是采用新型電容器.為了減小電力電子設(shè)備的體積和重量,須設(shè)法改進(jìn)電容器的性能,提高能量密度,并研究開(kāi)發(fā)適合于電力電子及電源系統(tǒng)用的新型電容器,要求電容量大、等效串聯(lián)電阻(ESR)小、體積小等。LED開(kāi)關(guān)電源高頻化以后,為了提高LED開(kāi)關(guān)電源的效率,必須開(kāi)發(fā)和應(yīng)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。它是過(guò)去幾十年國(guó)際電源界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，PWM-LED開(kāi)關(guān)電源按硬開(kāi)關(guān)模式工作(開(kāi)/關(guān)過(guò)程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊),因而開(kāi)關(guān)損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量,但開(kāi)關(guān)損耗卻更大了。為此,必須研究開(kāi)關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù),即所謂零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)/零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)技術(shù),或稱軟開(kāi)關(guān)技術(shù),小功率軟LED開(kāi)關(guān)電源效率可提高到80%~85%.上世紀(jì)70年代諧振開(kāi)關(guān)電源奠定了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ).隨后新的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn),如準(zhǔn)諧振(上世紀(jì)80年代中)全橋移相ZVS-PWM,恒頻ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世紀(jì)80年代末)ZVS-PWM有源嵌位，ZVT-PWM/ZCT-PWM(上世紀(jì)90年代初)全橋移相ZV-ZCS-PWM(上世紀(jì)90年代中)等。我國(guó)已將最新軟開(kāi)關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6kW通信電源中,效率達(dá)93%。LED開(kāi)關(guān)電源的控制已經(jīng)由模擬控制,模數(shù)混合控制,進(jìn)入到全數(shù)字控制階段。全數(shù)字控制是發(fā)展趨勢(shì),已經(jīng)在許多功率變換設(shè)備中得到應(yīng)用。全數(shù)字控制的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)字信號(hào)與混合模數(shù)信號(hào)相比可以標(biāo)定更小的量,芯片價(jià)格也更低廉，對(duì)電流檢測(cè)誤差可以進(jìn)行精確的數(shù)字校正,電壓檢測(cè)也更精確，可以實(shí)現(xiàn)快速,靈活的控制設(shè)計(jì)。LED開(kāi)關(guān)電源電磁兼容性:高頻LED開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容(EMC)問(wèn)題有其特殊性。功率半導(dǎo)體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中所產(chǎn)生的di/dt和dv/dt,將引起強(qiáng)大的傳導(dǎo)電磁干擾和諧波干擾,以及強(qiáng)電磁場(chǎng)(通常是近場(chǎng))輻射。不但嚴(yán)重污染周圍電磁環(huán)境,對(duì)附近的電氣設(shè)備造成電磁干擾,還可能危及附近操作人員的安全。同電力電子電路時(shí),(如開(kāi)關(guān)變換器)內(nèi)部的控制電路也必須能承受開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的EMI及應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)電磁噪聲的干擾。上述特殊性,再加上EMI測(cè)量上的具體困難,在電力電子的電磁兼容領(lǐng)域里,存在著許多交叉學(xué)科的前沿課題有待人們研究。LED開(kāi)關(guān)電源中使用同步整流技術(shù),相對(duì)于低電壓、大電流輸出的軟開(kāi)關(guān)變換器,可進(jìn)一步提高其效率的措施是設(shè)法降低開(kāi)關(guān)的通態(tài)損耗.例如同步整流(SR)技術(shù),即以功率MOS管反接作為整流用開(kāi)關(guān)二極管,代替肖特基二極管(SBD),可降低管壓降,從而提高LED開(kāi)關(guān)電源電路效率。第三章基于TOPSwitchLED開(kāi)關(guān)電源的總體設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)輸入220V交流電，正常輸出穩(wěn)壓12V直流電。具體參數(shù)為：連續(xù)/非連續(xù)工作比率（KP）：0.58估計(jì)效率（%）：74反射輸出電壓（VOR）.V：105.0損耗分配銀子（Z）:0.49漏極到源極電壓（VDS）.V：14.37最大磁通密度（BM）.Gauss：2658主輸出圈數(shù)（NSM）：8初級(jí)圈數(shù)（NP）：65.4初級(jí)電感量（LP）.μH：745容差（LP-Tol）.%：10.0初級(jí)漏電感（L-LKG）.μH：24.8次級(jí)走線電感（LSEC）.nH：153.2設(shè)計(jì)流程圖在該開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)流程中，首先對(duì)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定，通過(guò)對(duì)輸入、輸出參數(shù)的計(jì)算，可以推到出變壓器的相關(guān)參數(shù)，并對(duì)變壓器進(jìn)行選擇，然后依次設(shè)計(jì)濾波整流電路，啟動(dòng)電路、保護(hù)電路以及高層功能設(shè)計(jì)，最后對(duì)整體電路進(jìn)行PCB布局，測(cè)試結(jié)果，作相應(yīng)的修改調(diào)試，整個(gè)設(shè)計(jì)流程如圖3-2所示。在本設(shè)計(jì)中采用了Topswitch智能芯片，其本身集成了保護(hù)電路，關(guān)斷電路，自動(dòng)重啟電路等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)可以省去流程圖中的幾個(gè)環(huán)節(jié)，只需要對(duì)芯片做好選擇。圖3-23.3器件選擇3.4TOP253EN芯片性能特點(diǎn)TOPSwitch-GX采用與TOPSwitch

相同的拓?fù)潆娐?，以高性價(jià)比將MOSFETPWM控制器、故障自動(dòng)保護(hù)功能及其它控制電路集成到一個(gè)硅片上TOPSwitch-GX還集成了多項(xiàng)新功能，可以降低系統(tǒng)成本，提高了設(shè)計(jì)靈活性及效率。除標(biāo)準(zhǔn)的漏極、源極和控制極外，不同封裝的TOPSwitch

還另有1至3個(gè)引腳，這些引腳根據(jù)不同封裝形式，可以實(shí)現(xiàn)如下功能：線電壓檢測(cè)（過(guò)壓／欠壓，電壓前饋降低DCMAX)、外部精確設(shè)定流限、遠(yuǎn)程開(kāi)／關(guān)控制、與外部較低頻率的信號(hào)同步及頻率選擇(132kHz/66kHz)。所有封裝形式的器件均具備如下相同特性軟啟動(dòng)、132kH開(kāi)關(guān)頻率（輕載時(shí)自動(dòng)降低)、可降低EMI的頻率調(diào)制、更寬的DCMAX、遲滯熱關(guān)斷及更大的爬電距離封裝。另外，所有重要參數(shù)（例如流限、頻率、PWM增益等）的溫度容差及絕對(duì)容差更小、設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)化，系統(tǒng)成本更低。TOP253EN性能特點(diǎn)：1、輸出功率更大以適應(yīng)更高功率的應(yīng)用。2、使用P/G封裝時(shí)輸出功率在34W以下都無(wú)需散熱器。3、節(jié)約外圍元件成本。4、完全集成的緩啟動(dòng)電路降低了器件的應(yīng)力及輸出電壓過(guò)沖。5、外部電路實(shí)現(xiàn)精確的流限編程。6、更寬的占空比實(shí)現(xiàn)更高的輸出功率，同時(shí)可以使用更小尺寸的輸入濾波電容。7、在Y/R/F封裝具有獨(dú)立的輸入線電壓檢測(cè)及流限編程引腳。8、輸入欠壓(UV)檢測(cè)可以防止關(guān)機(jī)時(shí)輸出的不良波動(dòng)。9、輸入過(guò)壓(OV)關(guān)斷電路提高了對(duì)輸入浪涌的耐受力。10、具有最大占空比(DCMAX)降低特點(diǎn)的線電壓前饋抑制了工頻紋波并在高輸入電壓時(shí)限制了最大占空比。11、頻率調(diào)制降低EMI及EMI濾波器成本。12、在零負(fù)載時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)壓而無(wú)需假負(fù)載。13、132kHz頻率調(diào)制降低變壓器及電源的尺寸。14、Y/R/F封裝在視頻應(yīng)用時(shí)可以選擇半頻工作。15、遲滯熱關(guān)斷提供自動(dòng)故障恢復(fù)功能。16、熱遲滯值較大，防止電路板過(guò)熱。圖3-3TOP253EN芯片功能結(jié)構(gòu)圖如圖3-3為TOP253EN內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。芯片引腳功能結(jié)構(gòu)描述：漏極(D)引腳：高壓功率MOSFET的漏極輸出。通過(guò)內(nèi)部的開(kāi)關(guān)高壓電流源提供啟動(dòng)偏置電流。漏極電流的內(nèi)部流限檢測(cè)點(diǎn)?？刂?C)引腳：誤差放大器及反饋電流的輸入腳，用于占空比控制。與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時(shí)的內(nèi)部偏置電流。也用作電源旁路和自動(dòng)重啟動(dòng)／補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。線電壓檢測(cè)(L)引腳：(僅限Y、R或F封裝)過(guò)壓(OV)、欠壓(UV)、降低DCMAX的線電壓前饋、遠(yuǎn)程開(kāi)／關(guān)和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。外部流限(X)引腳：(僅限Y、R或F封裝)外部流限調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開(kāi)／關(guān)控制和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。多功能(M)引腳：(僅限P或G封裝)此引腳集Y封裝的線電壓檢測(cè)(L)及外部流限(X)引腳功能于一體。是過(guò)壓(OV)、欠壓(UV)、降低DCMAX的線電壓前饋、遠(yuǎn)程開(kāi)／關(guān)和同步的輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能并使TOPSwitch-GX以簡(jiǎn)單的三端模式工作（如TOPSwitch-II）頻率(F)引腳：(僅限Y、R或F封裝)選擇開(kāi)關(guān)頻率的輸入引腳：如果連接到源極引腳則開(kāi)關(guān)頻率為132kHz，連接到控制引腳則開(kāi)關(guān)頻率為66kHz。P和G封裝只能以132kHz開(kāi)關(guān)頻率工作。源極(S)引腳：這個(gè)引腳是功率MOSFET的源極連接點(diǎn)，用于高壓功率的回路。它也是初級(jí)控制電路的公共點(diǎn)及參考點(diǎn)。如圖3-4為TOP253EN芯片引腳布局圖圖3-4TOP253EN芯片引腳布局TOPSwitch-GX產(chǎn)品系列功能描述：與TOPSwitch類似，TOPSwitch-GX也是一款集成式開(kāi)關(guān)電源芯片，能將控制引腳輸入電流轉(zhuǎn)化為高壓功率MOSFET開(kāi)關(guān)輸出的占空比。在正常工作情況下，功率MOSFET的占空比隨控制引腳電流的增加而線性減少，TOPSwitch-GX除了象三端TOPSwitch一樣，具有高壓?jiǎn)?dòng)、逐周期電流限制、環(huán)路補(bǔ)償電路、自動(dòng)重啟動(dòng)、熱關(guān)斷等特性，還綜合了多項(xiàng)能降低系統(tǒng)成本、提高電源性能和設(shè)計(jì)靈活性的附加功能。此外，TOPSwitch-GX

采用了專利高壓CMOS技術(shù)，能以高性價(jià)比將高壓功率MOSFET和所有低壓控制電路集成到一片集成電路中。TOPSwitch-GX增加了頻率、線電壓檢測(cè)和外部電流限制（僅限Y、R或F封裝）引腳或一個(gè)多功能引腳（P或G封裝），以實(shí)現(xiàn)一些新的功能。將如上引腳與源極引腳連接時(shí)，TOPSwitch-GX以類似TOPSwitch的三端模式工作，在此種模式下，TOPSwitch-GX仍能實(shí)現(xiàn)如下多項(xiàng)功能而無(wú)需其他外圍元件：1.完全集成的10

ms軟啟動(dòng)，限制啟動(dòng)時(shí)的峰值電流和電壓，顯著降低或消除大多數(shù)應(yīng)用中的輸出過(guò)沖。2.DCMAX可達(dá)78%，允許使用更小的輸入存儲(chǔ)電容，所需輸入電壓更低或具備更大輸出功率能力。3.輕載時(shí)頻率降低，降低開(kāi)關(guān)損耗，保持多路輸出電源中良好的交叉穩(wěn)壓精度。4.采用較高的132kHz開(kāi)關(guān)頻率，可減少變壓器尺寸，并對(duì)EMI沒(méi)有顯著影響。5.頻率調(diào)制功能可降低EMI。6.遲滯過(guò)熱關(guān)斷功能確保器件在發(fā)生熱故障時(shí)自動(dòng)恢復(fù)。滯后時(shí)間較長(zhǎng)可防止電路板過(guò)熱。7.采用缺省引腳及引線的封裝，可提供更大的漏極爬電距離。8.絕對(duì)容差更小，降低溫度變化對(duì)開(kāi)關(guān)頻率、電流限制及PWM增益的影響。線電壓檢測(cè)(L)引腳通常用于線電壓檢測(cè)，通過(guò)一個(gè)電阻與經(jīng)整流的高壓直流總線連接，能設(shè)定過(guò)壓(OV)／欠壓(UV)和降低DCMAX的線電壓前饋。在此模式之下，電阻值偏小。LED開(kāi)關(guān)電源各電路的設(shè)計(jì)4.1濾波整流電路設(shè)計(jì)整流電路的任務(wù)是將交流電變?yōu)橹绷麟?。完成這一任務(wù)主要靠二極管的單向?qū)щ娮饔茫虼硕O管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元器件。在小功率整流電路中常見(jiàn)的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和被壓整流電路。本文主要研究單相橋式整流電路。以下分析整流電路時(shí)，二極管用理想模型來(lái)處理，即正向?qū)娮铻榱?，反向電阻無(wú)限大。（1）、工作原理如電路圖４－１所示，圖中R1是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管D1-D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。（2）、負(fù)載上的直流電壓VL和直流電流I用傅里葉級(jí)數(shù)對(duì)VL的預(yù)期波形進(jìn)行分解后可得VL=2V式中恒定分量即為負(fù)載電壓的平均值，因此有VL=22πV2=0.9V直流電流為I由公式看出，最低次諧波分量幅值為42V23π，角頻率為電源頻率的兩倍，即2W。其他交流分量的較頻率為4W、Kr=（３）、整流元件參數(shù)的計(jì)算在橋式整流電路中，二極管是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為ID=圖４－１一般電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍±１０％橋式整流電路的特點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了頗為廣泛的應(yīng)用。濾波電路用于濾去整流輸出電壓的紋波，一般有電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器Ｃ，或在整流電路輸出與負(fù)載間串聯(lián)電感器Ｌ，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲(chǔ)能作用，并聯(lián)的電容器Ｃ在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，就把電場(chǎng)能量釋放出來(lái)，使負(fù)載電壓比較平滑，即電容Ｃ具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感Ｌ，當(dāng)電源供給的電流增加時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，而當(dāng)時(shí)電流減小時(shí)，又把磁場(chǎng)能量放出來(lái)，使負(fù)載電流比較平滑，即電感Ｌ也有平波作用。濾波電路的形式很多，為了掌握分析規(guī)律，把它分為電容輸入式和電感輸入式。前一種濾波電路多用于小功率電源中，后一種濾波電路用于較大功率電源中。電容濾波電路，一般為單相橋式整流、電容濾波電路。在分析電容濾波時(shí)，要特別注意電容器兩端電壓ｖｃ總之，電容濾波電路簡(jiǎn)單，負(fù)載直流電壓ＶＬ較高，紋波也較小，它的缺點(diǎn)是輸出特性較差，故適用于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。濾波后的波形可以看出波動(dòng)大小由ＲＣ４．2變壓器設(shè)計(jì)1、為滿足芯片的工作頻率，選用錳鋅鐵氧體材料，磁芯的形狀應(yīng)盡可能選擇圓形磁芯以減小漏感。2、最大占空比Dmax=VORVOR+（Vmin其中VOR為初級(jí)反射電壓，取105V；V3、變壓器初級(jí)自感Lp=λVACmin其中，Po為系統(tǒng)總輸出功率；Fs為芯片開(kāi)關(guān)頻率；Fs=66KHZ4、導(dǎo)線面積由個(gè)經(jīng)過(guò)個(gè)繞組的平均電流，峰值電流，均方根電流，紋波電流確定；輸入電流的平均值IAVG=P初級(jí)峰值電流IP=IAVG其中KRP根據(jù)計(jì)算變壓器所在部分外圍連接電路如圖4-2所示圖4-25、變壓器初、次級(jí)匝數(shù)，變壓器匝數(shù)可以從選擇次級(jí)繞組匝數(shù)開(kāi)始：當(dāng)輸入20V時(shí)，NS1=1*(20+0.7)=21匝，取整。同理，當(dāng)輸入為15V時(shí)，NS1=16匝；反饋繞組匝數(shù)NP=VFB+0.7VO+0.74.3輸出整流電路設(shè)計(jì)輸出整流濾波電路有整流二極管和濾波電容構(gòu)成。由于肖特基二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降較低，因此具有更低的正向?qū)〒p耗，此外，肖特基二極管具有反向恢復(fù)時(shí)間短，在降低反向恢復(fù)損耗及消耗輸出電壓的紋波方面有顯著的性能優(yōu)勢(shì)，所以選擇肖特基二極管作為整流二極管，對(duì)于輸出濾波電容，ESR（等效串聯(lián)阻抗）和紋波電流是兩個(gè)總要參數(shù)。當(dāng)電容兩端電壓小于3.5V時(shí)，ESR只與電容的體積有關(guān)，在保證控制環(huán)路帶寬足夠的前提下，應(yīng)選擇耐壓值高和容值低的電容。若濾波效果不理想，可以在下一級(jí)串聯(lián)一個(gè)LC濾波環(huán)節(jié)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)L取2.2μH-10μH。圖4-34.4反饋電路設(shè)計(jì)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓管與限流電阻串聯(lián)所構(gòu)成的簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路獲得，電阻組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來(lái)反映輸出電壓表華的取樣環(huán)節(jié)。這種穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的BJT與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)比較放大電路放大后去控制調(diào)整電壓降，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓目的。從反饋放大電路的角度來(lái)看，這種電路屬于電壓串聯(lián)反饋電路調(diào)整管T連接成電壓跟隨器。調(diào)整管T的調(diào)整作用時(shí)依靠?jī)蓸O之間的偏差來(lái)實(shí)現(xiàn)的，必須有偏差才能調(diào)整。所以V0不可能達(dá)到絕對(duì)穩(wěn)定，只能是基本穩(wěn)定，所以如圖4-4所示圖4-44.5對(duì)阻斷二極管的選擇正向壓降低是肖特基二極管最突出的優(yōu)點(diǎn),正向壓降一般在0.55-0.8V之間與PN結(jié)二極管相比平均可低30%-50%。所以它的導(dǎo)通損耗就小,極適宜在大電流輸出的電路中使用,肖特基二極管具有優(yōu)良的開(kāi)關(guān)性能,這不僅表現(xiàn)在它小的TRR(只有幾個(gè)ns)上,而且由于關(guān)斷時(shí)IRM極小,恢復(fù)特性非常理想。在高頻工作狀態(tài)下,不僅開(kāi)關(guān)損耗小,而且不會(huì)對(duì)電路中的電壓、電流應(yīng)力情況及外電路的工作產(chǎn)生不良影響。所以非常適合在頻率較高的場(chǎng)合下使用。反向特性差是肖特基二極管比較致命的弱點(diǎn),VRRM很低，一般只有幾十伏,大于100V不多,且正向壓降VF會(huì)增大。反向漏電流較大,小的幾百微安,大的可達(dá)到幾毫安,而且隨溫度變化很大,所以反向損耗就較大?？惯^(guò)壓、抗靜電等干擾能力差也是肖特基二極管的一大弱點(diǎn),使用不當(dāng),常常會(huì)影響可靠性。使用注意點(diǎn)。了解了肖特基二極管的特點(diǎn),我們?cè)谶x用使用時(shí)就要揚(yáng)長(zhǎng)而避短,權(quán)衡利弊,適合使用時(shí)能充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)時(shí)使用,不適合使用時(shí)或優(yōu)勢(shì)不名明顯就不要勉強(qiáng)使用。高頻低壓大電流整流電路,顯然是非常適合選用肖特基二極管,它能明顯地降低損耗、提高效率,但在使用前一定要弄清楚電壓應(yīng)力,通過(guò)測(cè)量分析準(zhǔn)確了解肖特基二極管在工作中承受的最大反向電壓VR(包括電壓尖峰)的值,選擇肖特基二極管的反向電壓時(shí),必須使VRRM＞1.5VR。在使用肖特基二極管時(shí),還需注意它的溫升,因?yàn)樾ぬ鼗O管溫升一高會(huì)使反向電流急劇增加,反向損耗也就增加很快,一突破熱穩(wěn)定點(diǎn),就會(huì)形成惡性循環(huán)而損壞管子。所以發(fā)現(xiàn)肖特基二極管溫升較高(具體數(shù)值與最高工作環(huán)境溫度有關(guān)),一定要采取有效措施（增加散熱條件或重選管子），盡量降低它的溫升。有些電路設(shè)計(jì)師,常常根據(jù)輸出電壓的高低來(lái)確定能否選用肖特基二極管,選用何種反向電壓的肖特基二極管,少數(shù)專業(yè)書(shū)籍也有這樣的介紹,這是非常片面和不正確的,通過(guò)第二章的分析,我們知道在隔離型的開(kāi)關(guān)電源等功率變換器中，輸出整流二極管工作時(shí)承受的反向電壓,并不主要由輸出電壓大小決定,而與功率變壓器的匝數(shù)比有很大關(guān)系。有人在輸出電壓3V,5V等電路中選用60V、80V的肖特基二極管進(jìn)行整流,時(shí)有擊穿現(xiàn)象,覺(jué)得很奇怪,斷定肖特基二極管的VRRM未達(dá)標(biāo),這是沒(méi)有根據(jù)的,功率變壓器的設(shè)計(jì)制造對(duì)肖特基二極管能否可靠工作影響是很大的。在輸出電流很小,頻率又不是很高的情況下,若沒(méi)有什么特殊要求,實(shí)際上,我們并不推薦使用肖特基二極管,因這種情況下肖特基二極管優(yōu)勢(shì)不明顯,降低的損耗很小,而與PN結(jié)二極管相比,它的抗燒能力畢竟要差一些,使用中稍有不慎就會(huì)影響可靠性,如果為了降低極有限的損耗,而影響了可靠性,是非常不合算的。4.6開(kāi)關(guān)電源原理圖繪制第五章安全性能分析5.1電源散熱與效率散熱散熱處理是許多變換器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的部分，如果元件太熱將燒毀。溫度對(duì)元件壽命影響，從而影響到電源的壽命下面將予以說(shuō)明。此外，用戶不希望電源太熱到手指不能碰！即使不必?zé)嵩O(shè)計(jì)，你的效率也需要知道元件的溫度，為保證希望的效率是否達(dá)到計(jì)算溫度也是重要的。元件壽命與溫度電源中每個(gè)元件預(yù)期壽命取決于它的溫度：如果溫度上升，預(yù)期壽命減少。這個(gè)關(guān)系直接影響你的電源外場(chǎng)失效率，特別是如果任一個(gè)元件運(yùn)行在接近它的最大額定溫度，更是如此。作為一個(gè)規(guī)律，元件的壽命近似每下降10℃增加一倍，也就是說(shuō)一個(gè)定額2000小時(shí)的105℃電容，在65℃下壽命近似20002(105-65)/10=32000h≈4年。

在電源設(shè)計(jì)中溫度與壽命關(guān)系明顯得例子是鋁電解電容。如第三章提到的，鋁電解電容在它額定溫度壽命很短，通常額定105℃或85℃-記住壽命2000小時(shí)，即小于3個(gè)月。大多數(shù)電源應(yīng)用鋁電解電容，因此使用時(shí)，盡量減少使用溫度。一般定額是105℃，額定2000小時(shí)，較好的有5000小時(shí)。某些惡劣環(huán)境采用鉭電容代替。

為了減輕溫度影響，你應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到電源電源不應(yīng)當(dāng)24小時(shí)工作在最大溫度。如果你能夠估計(jì)在不同溫度的時(shí)間，你將得到很好的電容壽命估計(jì)。

如何表明鋁電解達(dá)到它的壽命？作者將一個(gè)用鋁電解電容的電源曾在高溫下運(yùn)行一年。在一年里，電容的ESR增加，開(kāi)始較慢，以后加快。在這年末尾，ESR增高到電源的輸出紋波大大超出規(guī)范。于是，運(yùn)行一個(gè)電容超過(guò)它的額定壽命可能導(dǎo)致電源不符合規(guī)范，并可能引起相關(guān)元件損壞。

另一各重要的是IC的溫度定額。IC有三個(gè)溫度等級(jí)：商用，額定溫度0℃～70℃;工業(yè)級(jí)，額定溫度－40℃～85℃和軍級(jí)，額定溫度為－55℃～125℃。當(dāng)然現(xiàn)在零件生產(chǎn)商對(duì)于不同溫度等級(jí)的差別在于封裝（商用和工業(yè)級(jí)為塑封，軍級(jí)為金屬封裝），并在規(guī)定的整個(gè)溫度范圍內(nèi)測(cè)試，即在整個(gè)溫度下工作性能是保證的。所以一個(gè)商用元件在90℃不可能引起任何工作問(wèn)題。但是你的最壞情況分析將產(chǎn)生疑問(wèn)，MTBF將是很壞的（如上所說(shuō)），同時(shí)如果這個(gè)零件壞了生產(chǎn)商不負(fù)責(zé)的。

應(yīng)當(dāng)提及的最后一個(gè)題目是MOSFET的溫度。在本章計(jì)算效率時(shí)假定MOSFET達(dá)到穩(wěn)定工作溫度60℃，而且損耗也是根據(jù)這個(gè)溫度來(lái)計(jì)算，所以損耗與溫度有關(guān)。但是，應(yīng)當(dāng)注意到，MOSFET的Ron取決于溫度，所以，損耗也取決于溫度，并且溫度與損耗有關(guān)。因?yàn)镸OSFET產(chǎn)生足夠熱量使其溫度增加，從而引起電阻增加，電阻又引起損耗增加，立即引起MOSFET超過(guò)它的額定溫度。當(dāng)然這個(gè)熱惡性循環(huán)最終結(jié)果導(dǎo)致失效。說(shuō)明這一切溫度關(guān)系是希望使用零件溫度定額高于它們運(yùn)行值。換句話說(shuō)，在溫度等級(jí)之間有價(jià)格差別－從商用到工業(yè)級(jí)溫度差別不大，而工業(yè)級(jí)到軍級(jí)差別非常大。因此變換器內(nèi)保持整個(gè)溫度下降是至關(guān)重要的，不僅對(duì)于維持變換器壽命，而且對(duì)于成本也是重要的。模塊。談到元件溫度，我們?cè)俅蜗氲阶儞Q器模塊。同樣的理由是推動(dòng)生產(chǎn)商論證不切實(shí)際的效率導(dǎo)致給67出不切實(shí)際的模塊可能產(chǎn)生輸出功率的估計(jì)。輸出功率限制因素是模塊內(nèi)產(chǎn)生的熱量，當(dāng)然兩者是正比的。問(wèn)題是如果你將模塊焊在PCB上，并試圖輸出額定功率，模塊將燒毀。仔細(xì)檢查模塊手冊(cè)發(fā)現(xiàn)可使用的額定功率僅當(dāng)模塊安裝到一個(gè)比模塊大的散熱器上才行。所以，如此扁平的模塊電源一下子兩倍以上的高，或者你就買一個(gè)遠(yuǎn)超過(guò)你的額定應(yīng)用的模塊，而且得花費(fèi)更多的錢。

MIL-HDBK-217

在這些許多溫度對(duì)變換器壽命影響的擔(dān)憂以后，怎樣計(jì)算MTBF，看一看你的設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)范的壽命。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的方法是應(yīng)用MIL-HDBK-217。美國(guó)軍方提供一個(gè)正在進(jìn)行的關(guān)于許多通用元件失效率的程序，并收集的信息放到本書(shū)的有用的表格中，并且定期進(jìn)行升級(jí)。（在MIL-HDBK-217F中F表示第六版）我們首先做一個(gè)快速取樣計(jì)算，然后討論與用217有關(guān)的問(wèn)題。

MIL-HDBK-217:舉例給一個(gè)應(yīng)用217的例子。讓我們?cè)噲D建立三個(gè)鋁電解電容并聯(lián)系統(tǒng)的MTBF。217F表內(nèi)容指出包含兩部分鋁電解電容：一個(gè)覆蓋“非建立可靠性”零件（即商用零件），所以用這個(gè)表。檢查表8.7顯示λp(每百萬(wàn)小時(shí)失效數(shù))，是一個(gè)鋁電解電容四個(gè)系數(shù)的乘積。第一個(gè)系數(shù)是λb，是基本失效率，它與電容的溫度定額有關(guān)。假定是105℃，所以我們用表中λb（T=105℃最大定額）。假定在電容壽命期內(nèi)電容的平均溫度為60℃。（再一次提醒，是平均溫度而不是最大溫度），我們參考217F，還需要電容的應(yīng)力，工作電壓與額定電壓比，假定電容定額是5V，工作電壓穩(wěn)態(tài)是3.5V，所以應(yīng)力系數(shù)S=0.7。(還是應(yīng)用均電壓不是最大電壓)，于是得到λb＝0.14。下一個(gè)系數(shù)是πCV,容量系數(shù)。假定每個(gè)電容容量為1000μF，現(xiàn)在，沒(méi)有1000μF列在表中，我們用公式代替，因?yàn)楸碇兴笑蠧V取成兩位數(shù)，還是公式精確。第三個(gè)系數(shù)是πQ很容易:這是商用電容，所以它最低質(zhì)量系數(shù)為10.

最后第四個(gè)系數(shù)是πE,環(huán)境系數(shù)。全部商用工作在“地面的，良好的”條件，所以πCV＝GB=1.0。

現(xiàn)在我們求得單個(gè)電容在此條件下的失效率是百萬(wàn)小時(shí)的失效率（或1680FIT，1FIT＝每十億小時(shí)一次失效）。象這樣進(jìn)行下去，這是很高的失效率，表示電容不是好元件，許多元件僅數(shù)十個(gè)FIT，此電容的MTBF為在我們的例子中有三個(gè)電容并聯(lián)，總失效率是每個(gè)失效率（在一個(gè)簡(jiǎn)單模型中）之和，且總失效率為5040FIT，對(duì)應(yīng)MTBF＝200000小時(shí)。怎樣改善電容的MTBF除了采用其它類型的電容以外）？這種情況下的最大因素是電壓定額。根據(jù)以上法則，將溫度從60℃降低到40℃，減少λb2倍，由0.14降低到0.69。但是更實(shí)際的方法是提高電壓定額到10更容易些減少，應(yīng)力系數(shù)由0.7減少到0.35，而λb由0.14減少到0.051,幾乎減少3倍。

MIL-HDBK-217討論你應(yīng)當(dāng)知道應(yīng)用MIL-HDBK-217時(shí)有一個(gè)潛在問(wèn)題。因?yàn)槭謨?cè)用于軍品設(shè)備設(shè)計(jì)，并不包含商業(yè)零件。實(shí)際上，你有時(shí)必須推測(cè)與你可能選擇最接近你實(shí)際應(yīng)用的零件，如上面的例子。

你有時(shí)聽(tīng)到人們爭(zhēng)論由217得來(lái)的MTBF是太保守。這些人有時(shí)引用Bellcore可靠性手冊(cè)給出長(zhǎng)得多的壽命。作者的經(jīng)驗(yàn)是217給出十分現(xiàn)實(shí)的估計(jì)。當(dāng)制造廠做廣告說(shuō)他的變換器MTBF如何如何，正是要校驗(yàn)制造商是否應(yīng)用217，沒(méi)有別的(不憑想象的),并且要按實(shí)際應(yīng)力計(jì)算，不是“零件數(shù)”方法,68它是基于某一類型或許可能用于設(shè)計(jì)的元件數(shù)。假定零件數(shù)僅用于預(yù)估可靠性，不是為計(jì)算最終設(shè)計(jì)的MTBF的。在本書(shū)其它地方你得小心，你應(yīng)用217計(jì)算MTBF的程序也得小心。這類軟件可能節(jié)省某些精力，但如何確定程序中公式是否正確？在應(yīng)用這些軟件之前,請(qǐng)你對(duì)于每個(gè)類型元件手算進(jìn)行檢查。

溫度計(jì)算。在所有討論溫度之后，這時(shí)要計(jì)算實(shí)際元件溫度。給一個(gè)元件功率損耗和它的傳熱通路，就可以畫(huà)出熱傳輸電效電路。在熱和電特性之間精確相似，如表所示（機(jī)械工程師常常應(yīng)用其它單位，電氣工程師最好變換成這里的單位）。這種模擬意味著如果兩個(gè)熱傳輸串聯(lián)，它們的熱阻相加。

例1中用IRF620計(jì)算效率60℃時(shí)，損耗為450mW。有表查得結(jié)－殼的熱阻為Rjc=2.5℃/W（管芯到TO-220外殼），殼－散熱器的(TO-220經(jīng)過(guò)墊片到散熱器熱阻Rcs=0.5℃/W。假定散熱器到環(huán)境的熱阻Rsa=40℃/W。環(huán)境溫度為45℃。溫升為ΔT=P(Rjc

+

Rcs

+

Rsa)=0.45(2.5+0.5+40)=19.35℃，結(jié)溫為19.35+45=64℃。在此例中芯片僅比管殼告1度，但并不總是工作在這種方式。若路中還存在熱容，由此得到熱時(shí)間常數(shù)。例：假定IFR620損耗10W，溫度升高將損壞器件，因?yàn)棣=10×47.5=470℃!但是施加損耗的時(shí)間僅100μs，然后回到450mW。熱響應(yīng)曲線指出100μs單脈沖具有熱抗是穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的1/10；我們假定系統(tǒng)靜態(tài)等效熱時(shí)間常數(shù)相同，在脈沖終結(jié)時(shí)溫升為64+[10(2.5+0.5+40)×0.1]=107℃。這對(duì)器件說(shuō)來(lái)是允許的。根據(jù)熱阻我們也可以求得熱容：熱阻Rjc=2.5℃/W，熱容必須為C=t/R=100μs/(2.5℃/W)=40μJ/℃。與熱容同樣的道理，導(dǎo)線電阻脈沖功率也比穩(wěn)態(tài)高。

散熱器。傳統(tǒng)散熱方法（對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)）是采用散熱器（即傳導(dǎo)）。散熱器給熱提供傳輸?shù)綄?duì)流通路，相似電路中再加一個(gè)電阻并聯(lián)，減少了總阻值，使得溫升降低。

最便宜的散熱器是一塊金屬板，通常經(jīng)過(guò)陽(yáng)極化處理，把器件用夾子或螺釘固定到散熱器上（螺釘固定比夾子好，因?yàn)閵A子壓力不好控制；但螺紋固定需要附加零件和工序）。由于器件與散熱器之間接觸不很平整，通常在將器件安裝到散熱器上之前應(yīng)當(dāng)在接觸面涂敷硅脂，排除空隙，降低總熱阻。但是導(dǎo)熱硅脂十分臟，會(huì)帶來(lái)其它問(wèn)題，建議在生產(chǎn)線不要用。

如果你用螺釘將器件固定到散熱器上，應(yīng)當(dāng)注意螺紋安裝力矩。因?yàn)榻佑|面總是不平整，安裝力矩過(guò)大，造成器件彎曲變形，反而造成器件與散熱器之間氣隙加大，而造成散熱效果變差，甚至損壞器件內(nèi)部芯片。用螺釘固定最好采用經(jīng)過(guò)校驗(yàn)的力矩扳手，當(dāng)超過(guò)給定力矩時(shí)，扳手打滑，不能繼續(xù)加大力矩。金屬散熱器需要與電路絕緣，因?yàn)樯崞魍ǔＪ墙拥氐?，例如接到外殼?？稍谄骷蜕崞髦g房一個(gè)導(dǎo)熱絕緣墊片。通常采用的材料硅橡膠布，還可以采用云母或氧化鈹，高溫還可采用聚亞酰胺片。通常避免采用氧化鈹.

用于TO-220封裝的散熱器還是比較好的。但是，把表面貼裝元件直接接觸散熱器似乎不是好方法。當(dāng)你采用表面貼裝MOSFET

,這些晶體管熱傳輸?shù)闹饕问绞峭ㄟ^(guò)它的引線，引線傳熱嚴(yán)重限制了器件在高功率應(yīng)用。如果在器件封裝安裝處PCB很大的銅皮，這大大改善散熱，遺憾的是生產(chǎn)商通常忽略了規(guī)定結(jié)到外殼的熱阻。

如果變換器的熱不能由散熱器解決，那就要采取強(qiáng)迫通風(fēng)或熱管冷卻。但是這樣的放散很花錢，而且很難較準(zhǔn)確計(jì)算。例如，根據(jù)元件損耗功率、進(jìn)出口溫度計(jì)算需要的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣流量。但是發(fā)熱器件在空氣流的路徑上不同位置，散熱情況嚴(yán)重不同。這只好由這方面專門指示的工程師去解決。效率效率定義為變換器的總輸出功率除以總輸入功率，即ioPP=η式中Po－輸出功率；PI－輸入功率。輸入功率必須包括假負(fù)載、輔助電源、EMI濾波、保險(xiǎn)絲等一切損耗。偶爾你會(huì)聽(tīng)到“功率級(jí)效率”，是不包含輔助電路只是功率通路象功率器件和磁元件的變換器效率。效率為什么重要？除了滿足規(guī)范外，對(duì)效率的興趣在于：輸出一定的功率時(shí)，變換器要損耗相應(yīng)的功率，變換器消耗功率就意味著發(fā)熱。變換器溫度高低對(duì)MTBF影響很大，高效率，溫升低使產(chǎn)品長(zhǎng)壽命。效率可能對(duì)用電池供電的設(shè)備更重要，電池的容量是有限的，再次充電前甚至節(jié)約1W就可以延長(zhǎng)供電時(shí)間。家用電器所用的開(kāi)關(guān)電源的效率也很重要。因?yàn)榈湫偷募彝ビ秒娒绹?guó)限制在20A以下，如果變換器效率低，就不可能提供正常的輸出：很大功率消耗在變換器中，不可能足夠的電能傳輸?shù)截?fù)載而不跳閘。模塊效率模塊電源是很小的變換器，固化在一個(gè)扁平的外殼中，典型的裝在PCB板上。電源工業(yè)界所說(shuō)的模塊效率不是額定負(fù)載的最大效率（即說(shuō)明書(shū)中所說(shuō)的“效率高達(dá)…”）.而模塊工業(yè)界的效率則是單個(gè)模塊效率。這就是說(shuō)，如果要應(yīng)用模塊需要附加一些部件，組成一定功能的變換系統(tǒng)。例如實(shí)際上還要加上EMC濾波或輸入PFC、輸出濾波等，這是不足為奇。但這樣，系統(tǒng)效率當(dāng)然變差。銷售商并未對(duì)此說(shuō)明。大于90％效率？一般有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以決定將要設(shè)計(jì)的變換器效率?？梢愿鶕?jù)一般規(guī)律，幫你解決如何滿足特殊效率規(guī)范要求。1．當(dāng)輸出電壓低于5V，在輸出二極管上的損耗隨輸出總功率增加而增加（因?yàn)槎O管壓降總是相同的電壓）；如果在5V輸出總要大于80％效率，你可能需要同步整流。2．在低功率（<1～2W）,IC源電流和柵極驅(qū)動(dòng)電流影響效率，在此功率水平，能達(dá)到70%已經(jīng)是相當(dāng)不錯(cuò)的了。為了達(dá)到最大效率，你必須應(yīng)用CMOSPWM，而二極管采用同步整流。3．高效率幾乎總需要較大的磁芯。4．如果輸出輸入都是高壓，可以獲得高效率，因?yàn)閷?duì)于給定功率水平電流小，變換器損耗正比于I或I2.5．在低到中等功率變換器效率幾乎沒(méi)有超過(guò)95％。從概念來(lái)說(shuō)，假定你要構(gòu)建一個(gè)輸入功率100W的變換器。如果這個(gè)變換器效率是80％，因此它的輸出是80W，內(nèi)損耗為20W。增加2％的效率，即82％，換句話說(shuō)輸出82W，節(jié)約2W，減少損耗10％.也就是說(shuō)，假定變換器效率已經(jīng)是90％，所以輸出功率是90W，內(nèi)損耗為10W，如果增加效率2％,得到92W輸出，節(jié)約10W損耗中的2W，即20％。很清楚，節(jié)約損耗10％要比節(jié)約20％損耗容易，效率超過(guò)90％再增加效率2％變得十分困難。計(jì)算舉例1在你設(shè)計(jì)變換器之前，可很好地估計(jì)你的變換器效率。的確，如果需要高效率，你肯定需要這樣的估算作為選擇拓?fù)溥^(guò)程的一部分；選擇錯(cuò)誤的拓?fù)鋵?dǎo)致此后試圖提高效率要花很大代價(jià)。作為一個(gè)例子，我們來(lái)分析10W輸出、斷續(xù)導(dǎo)通模式、隔離反激變換器的效率。事實(shí)上，我們可以應(yīng)用第五章磁元件的變壓器，因?yàn)槲覀冇?jì)算了變壓器的損耗為150mW。外殼：開(kāi)放式；估計(jì)環(huán)境溫度75.0℃；所需安全距離：6.40mm；安全標(biāo)準(zhǔn)：IEC60950/UL19505.2安全分析電流流過(guò)人體會(huì)引起人體的生理反應(yīng)，反應(yīng)的強(qiáng)烈程度取決于電流的大小、持續(xù)時(shí)間、通過(guò)人體的路徑等。一般只需要0.5mA的電流，就能對(duì)健康的人體產(chǎn)生影響，并且可能造成間接性危害。更大的電流可能會(huì)對(duì)人體造成直接傷害，如燒傷或心室的纖維性顫動(dòng)。人的感覺(jué)直流I/mA交流I/mA男女50HZ10KHZ男女男女不太痛苦5.23.5110.6128有痛苦感6241965537痛苦難忍，肌肉不自由74501610.57550呼吸困難，肌肉收縮906023159463表5-2人體對(duì)電流的反應(yīng)一般而言，在干燥的情況下，小于40V峰值或60V直流的電壓，通?？梢暈闆](méi)有危險(xiǎn)性的電壓。但是，對(duì)使用時(shí)必須觸碰的或者是需要用手操作的裸露零件等都應(yīng)該接到保護(hù)地或者是將其妥善地處理。為了防止人體(操作人員或者維修人員)受到電擊，需要在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，遵守相關(guān)行業(yè)安規(guī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC60950，國(guó)標(biāo)G4943等;在這些標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)開(kāi)關(guān)電源的不同位置的做了絕緣要求，來(lái)保證操作人員的安全。電路電流是電壓驅(qū)動(dòng)的，根據(jù)公認(rèn)的人體電阻值，UL60950將安全電路分為阻流電路、安全超低電壓電路、超低電壓電路和電信網(wǎng)絡(luò)電壓。安全電路分為：限流電路LCC（LimitedCurrentCircuit）對(duì)于頻率不超過(guò)1KHZ，在正常工作和設(shè)備內(nèi)單獨(dú)出現(xiàn)的故障，電路中任何兩個(gè)零件間，或零件與地之間接2KHZ無(wú)感電阻，穩(wěn)態(tài)流過(guò)這個(gè)電阻的最大可能電流不超過(guò)2mA，或交流峰值0.7mA，或有限值0.5mA。如果頻率在1KHZ以上，0.7mA乘以KHZ為單位的頻率值，但不超過(guò)70mA。安全超低電壓電路SELV(SafetyExtra-LowVoltageCircuit)在安全工作和單獨(dú)故障時(shí)，SELV電路的任何兩導(dǎo)體間或電路間，以及導(dǎo)體與地之間的電壓不應(yīng)超過(guò)交流峰值42.4V，直流60V，一般是二次側(cè)路超低壓電路ELV（Extra-LowVoltageCircuit）屬于二次側(cè)路，使用基本絕緣隔離危險(xiǎn)電壓，在正常工作情況，電路中兩導(dǎo)體之間的電壓，以及任何一個(gè)導(dǎo)體與地之間電壓不超過(guò)交流峰值42.2V且直流不超過(guò)60V，該電路要么滿足SELV電路全部要求，要么限流電路全部要求。電信網(wǎng)絡(luò)電壓TNV電信網(wǎng)絡(luò)電壓可能超過(guò)SELV限值（TNV-2和TNV-3）。正常工作電壓可能高到交流峰值71V或直流120V，可接觸的面積為一個(gè)接插件的插腳。在單獨(dú)故障時(shí)，在很短的時(shí)間間隔，電壓可能提得較高（TNV-3），但必須在200ms內(nèi)返回到正常值。較高的瞬態(tài)電平（高達(dá)1500V，但間隔很短）可能來(lái)自公用開(kāi)關(guān)電信網(wǎng)路。請(qǐng)注意，雖然有以上考慮安全的四種名稱，但僅SELV和LCC電路允許操作者自由地接近裸露的零件和電路元件。本文設(shè)計(jì)的LED開(kāi)關(guān)電源，在采用OpenFrame封裝時(shí)，外部環(huán)境溫度為75℃時(shí)，安全距離為6.40mm，采用IEC60950/UL1950安全規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估。第六章總結(jié)6.1開(kāi)關(guān)電源干擾來(lái)源分析開(kāi)關(guān)電源首先將工頻交流整流為直流，再逆變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓，因此自身含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰，都形成了潛在的電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上，突出表現(xiàn)在開(kāi)關(guān)管、二極管、高頻變壓器等上。（1）、開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這種瞬變是一種傳導(dǎo)型電磁干擾，既影響變壓器初級(jí)，還會(huì)使傳導(dǎo)干擾返回配電系統(tǒng)，造成電網(wǎng)諧波電磁干擾，從而影響其他設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（2）、外部產(chǎn)生的干擾開(kāi)關(guān)電源的外部干擾可以以“共模”和“差?！毙问酱嬖凇８蓴_類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中可以包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲和雜波以及瞬變等。在下表幾種干擾中，能夠通過(guò)電源線進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波。而靜電放電等干擾，只有電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。序號(hào)干擾類型典型起因1跌落雷擊、過(guò)載、接通電網(wǎng)電壓低的情況下2失電變壓器故障、其他器械故障3頻率偏移發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定、區(qū)域性電網(wǎng)故障4電器噪聲雷達(dá)無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)換器和逆變器5浪涌突然減輕負(fù)載變壓器的抽頭不恰當(dāng)6諧波失真整流開(kāi)關(guān)負(fù)載開(kāi)關(guān)型電源7瞬變雷擊電源線、負(fù)載設(shè)備切換空載、電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)表6-16.2開(kāi)關(guān)電源抑制干擾措施分析(1)、開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生EMI的原因較多,其中由基本整流器產(chǎn)生的電流高次諧波干擾和功率轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾是主要原因.

基本整流器：基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見(jiàn)的原因.這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流,而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量,諧波(特別是高次諧波)會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,使前端電流發(fā)生畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變,另一方面通過(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾.

功率轉(zhuǎn)換電路：功率轉(zhuǎn)換電路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心,它產(chǎn)生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖,其頻帶較寬且諧波比較豐富.

產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要原因是:

①開(kāi)關(guān)管：開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容.當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流時(shí),大體上形成了矩形波,該波形含有許多高頻成份.由于開(kāi)關(guān)電源使用的元件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間,輸出級(jí)的大電流,開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間,會(huì)造成回路瞬間短路,產(chǎn)生很大短路電流.開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感,在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間,變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流,造成尖峰噪聲.

②高頻變壓器：開(kāi)關(guān)電源中的變壓器,用作隔離和變壓.但由于漏感地原因,會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時(shí),在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí),變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路,而使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲.

③整流二極管：二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí),要考慮反向恢復(fù)時(shí)間的因數(shù).往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除(因載流子的存在,還有電流流過(guò)).一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大,流過(guò)線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾,其頻率可達(dá)幾十兆赫.

④電容、電感器和導(dǎo)線：開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率,會(huì)使低頻的元器件特性發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲.

開(kāi)關(guān)電源外部干擾：開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化.其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，在電源干擾的幾種干擾類型中,能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象,就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響.

開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑：開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式:一種是傳導(dǎo)耦合方式,另一種是輻射耦合方式.

1.傳導(dǎo)耦合：傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一.傳導(dǎo)耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接,電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備,產(chǎn)生電磁干擾.按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合.在開(kāi)關(guān)電源中,這三種耦合方式同時(shí)存在,互相聯(lián)系⑴電路性耦合：電路性耦合是最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)耦合方式.其又有以下幾種:

接傳導(dǎo)耦合：導(dǎo)線經(jīng)過(guò)存在騷擾的環(huán)境時(shí)，即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線傳導(dǎo)至電路而造成對(duì)電路的干擾。

②共阻抗耦合：由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗,當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí),一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路,這就是共阻抗耦合.形成共阻抗耦合騷擾的有:電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。

⑵電容性耦合：電容性耦合也稱為電耦合,由于兩個(gè)電路之間存在寄生電容,使一個(gè)電路的電荷通過(guò)寄生電容影響到另一條支路.

⑶電感性耦合：電感性耦合也稱為磁耦合,兩個(gè)電路之間存在互感時(shí),當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時(shí),此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾.

2.輻射耦合：通過(guò)輻射途徑造成的騷擾耦合稱為輻射耦合.輻射耦合是以電磁場(chǎng)的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸?shù)浇邮芷?通常存在四種主要耦合途徑:天線耦合、導(dǎo)線感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合.

⑴天線與天線間的輻射耦合：在實(shí)際工程中,存在大量的無(wú)意電磁耦合.例如,開(kāi)關(guān)電源中長(zhǎng)的信號(hào)線、控制線、輸入和輸出引線等具有天線效應(yīng),能夠接收電磁騷擾,形成無(wú)意耦合.

⑵電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線的感應(yīng)耦合：開(kāi)關(guān)電源的電纜線一般是由信號(hào)回路的連接線、功率級(jí)回路的供電線以及地線一起構(gòu)成,其中每一根導(dǎo)線都由輸入端阻抗、輸出端阻抗和返回導(dǎo)線構(gòu)成一個(gè)回路.因此,電纜線是內(nèi)部電路暴露在機(jī)箱外面的部分,最易受到騷擾源輻射場(chǎng)的耦合而感應(yīng)出騷擾電壓或騷擾電流,沿導(dǎo)線進(jìn)入設(shè)備形成輻射騷擾⑶電磁場(chǎng)對(duì)閉合回路的耦合：電磁場(chǎng)對(duì)閉合回路的耦合是指回路受感應(yīng)最大部分的長(zhǎng)度小于四分之一波長(zhǎng).在輻射騷擾電磁場(chǎng)的頻率比較低的情況下,輻射騷擾電磁場(chǎng)與閉合回路的電磁耦合.

⑷電磁場(chǎng)通過(guò)孔縫的耦合：電磁場(chǎng)通過(guò)孔縫的耦合是指輻射騷擾電磁場(chǎng)通過(guò)非金屬設(shè)備外殼、金屬設(shè)備外殼上的孔縫、電纜的編織金屬屏蔽體等對(duì)其內(nèi)部的電磁騷擾。抑制干擾的一些措施：形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備，因而,抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手,采取適當(dāng)措施.首先應(yīng)該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)噪聲的敏感度.目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道.常用的方法是屏蔽、接地和濾波.

⑴采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾,即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽,用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽.屏蔽有兩個(gè)目的,一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出該內(nèi)部區(qū)域,二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域.為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽.

⑵所謂接地,就是在兩點(diǎn)間建立傳導(dǎo)通路,以便將電子設(shè)備或元件連接到某些叫作"地"的參考點(diǎn)上.接地是開(kāi)關(guān)電源設(shè)備抑制電磁干擾的重要方法,電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用.在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循"一點(diǎn)接地"的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)"一點(diǎn)接地".因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地,利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上.為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值.在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上.

⑶濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法.EMI濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元,可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的干擾對(duì)電源本身的侵害,也可以抑制由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾.在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用.在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán),它們能夠改善電路的濾波特性.恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器,并正確地安裝和用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分.

選擇濾波器時(shí)要注意:

①明確工作頻率和所要抑制的干擾頻率,如兩者非常接近,則需要應(yīng)用頻率特性非常陡峭的濾波器,才能把兩種頻率分開(kāi);

②保證濾波器在高壓情況下能夠可靠地工作;

③濾波器連續(xù)通以最大額定電流時(shí),其溫升要低,以保證在該額定電流連續(xù)工作時(shí),不破壞濾波器中器件的工作性能;

④為使工作時(shí)的濾波器頻率特性與設(shè)計(jì)值相符合,要求與它連接的信號(hào)源阻抗和負(fù)載阻抗的數(shù)值等于設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)定值;

⑤濾波器必須具有屏蔽結(jié)構(gòu),屏蔽箱蓋和本體要有良好的電接觸,濾波器的電容引線應(yīng)盡量短,最好選用低引線短電感的穿心電容;

⑥要有較高的工作可靠性,因?yàn)樽鞣雷o(hù)電磁干擾用的濾波器,其故障往往比其他元件的故障更難找.

安裝濾波器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

①電源線路濾波器應(yīng)安裝在離設(shè)備電源入口盡量靠近的地方,不要讓未經(jīng)過(guò)濾波器的電源線在設(shè)備框內(nèi)迂回;

②濾波器中的電容器引線應(yīng)盡可能短,以免因引線感抗和容抗在較低頻率上諧振;

③濾波器的接地導(dǎo)線上有很大的短路電流通過(guò),會(huì)引起附加的電磁輻射,故應(yīng)對(duì)濾波器元件本身進(jìn)行良好的屏蔽和接地處理;

④濾波器的輸入和輸出線不能交叉,否則會(huì)因?yàn)V波器的輸入―輸出電容耦合通路引起串?dāng)_,從而降低濾波特性,通常的辦法是輸入和輸出端之間加隔板或屏蔽層.致謝本論文是在雷婷老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的，她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。雷老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向雷老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過(guò)畢業(yè)論文小組的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們！再次對(duì)關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫(xiě)論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！參考文獻(xiàn)[1]周志敏.開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)LED電路設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：電子工業(yè)出版社，2012：154[2]楊興洲.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995[3]童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).第4版.北京：高等教育出版社，2006:343[4]楊旭.開(kāi)關(guān)電源技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[5]李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ).第4版.北京：高等教育出版社，2006[6]侯振義.直流開(kāi)關(guān)電源及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006[7]周潔敏.開(kāi)關(guān)電源理論及設(shè)計(jì).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2012：1.365[8]趙同賀.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例.北京：人民郵電出版社，2006[9]黃俊.電子電力技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[10]姜培剛.Protel99SE原理圖與PCB及仿真.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[11]李希茜.高頻變壓器的設(shè)計(jì).北京：現(xiàn)代電子技術(shù)出版社，2001基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測(cè)漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無(wú)功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究HYPERLINK