开关电源电路图及原理设计 第3页
图2-2 反馈电路的4种基本类型
                        a.基本反馈电路              b.改进型基本反馈电路
                        c.配稳压管的光耦反馈电路    d.配TL431的光耦反馈电路
图a;为基本反馈电路，其优点是电路简单，成本低廉，适于制作小型化，经济型开关电源；其缺点是稳压性能较差，电压调整率Sv=+-1.5%～+-2.5%，负载调整率S1=+-55。
    图b;为改进型基本反馈电路，只需增加一只稳压管VS和电阻R1，即可使负载调整率达到正负2.5%。VS的稳定电压一般为22V，必须相应增加反馈绕组的匝数，以获的较高的反馈电压Ufb，满足电路的需要。
    图c;为配稳压管的光耦反馈电路。由VS提供参考电压Uz，当输出电压U0发生波动时，在光耦内部的二极管上可获得误差电压。因此，该电路相当于给TOPSwitch增加了一个外部误差放大器，再与内部误差放大器配合使用，即可对Uo进行调整。这种反馈电路能使电压调整率达到正负1% 以下。
   图d;为配TL431的光耦反馈电路，其电路较复杂，但稳压性能最佳。这里用TL431型可调式精密并联稳压器来代替普通的稳压管，构成外部误差放大器，进而对Uo做精细调整，可使电压调整率和负载调整率均达到正负0.2%，能与线性稳压电源相媲美。这种反馈电路适于构成精密开关电源。
  在设计单片开关电源时，应根据实际情况来选择合适的反馈电路，才能达到规定的技术指标.
二 集成开关稳压电源保护电路的设计
  为使单片开关电源能够长期稳定、安全可靠的工作，必须设计各种类型的保护电路，避免因电路出现故障、使用不当或环境条件发生变化而损坏开关电源。下面首先介绍单片开关电源保护电路的分类，然后重点阐述输出过电压保护电路，输入嵌电压保护和软启动电路的设计。
   保护电路的分类
单片开关电源的保护电路可分为两大类。第一类是芯片内部的保护电路，例如TOPSwitch系列中的过电流保护电路、过热保护电路、关断/自动重启电路、前沿闭锁电路。第二类是外部保护电路。主要包括过电流保护装置（如熔丝管、自恢复熔丝、熔断电阻等）、电磁干扰(EMI)滤波器、启动限流保护电路、漏级钳位保护电路（或R.C.VD)吸收电路。输出过电压保护电路、输入欠电压保护电路、软启动电路、散热装置。其中，内部保护电路是由芯片厂家设计的，外部保护电路由用户自己设计。下面重点介绍输出过电压保护电路、输入欠电压保护电路和软启动电路的设计。
1.1输出过电压保护电路的设计
  （1.由分立式晶闸管构成的输出过电压保护电路
    电路如图2-3所示。这里是用两只PNP和NPN型晶体管VT1.VT2，来构成分立式晶闸管(SCR)，其中三个电级分别为阳极A，阴极K，门级G。反馈电压Ufb经稳压管VS2和电阻R1分压后提供门级电压Ug。正常情况下Ug较低，SCR关断当二次侧出现过电压时，Uo上升导致Ufb上升Ug也上升，就触发SCR并使之导通，进而使控制端电压Uc变低，将TOPSwitch系列单片开关电源关断，起到保护作用。稳压管VS2的稳定电压与VT2的发射结电压之和等于(Uz2+Ube2)，当Ufb>Uz2+Ube2时，就进行过电压保护。
   2.由双向触发二极管构成的输出过电压保护电路
双向触发二极管也称两端交流器件(DIAC)，其结构及特性如图2-4所示。它属于具有对称性的两端器件，可等效于基极开路、发射极与集电极完全对称的NPN晶体管。由于正、反伏安特性完全对称，当DIAC两端电压U小于正向转折电压Ubo时，器件为高阻状态；当U>Ubo时DIAC就导通。同理，当U超过反向转折电压Ubr时，管子也能导通。正、反向转折电压的对称性可用△Ub表示，一般要求变化的Ub=Ubo-Ubr<2V。因为双向触发二极管的结构简单，价格低廉，所以常用来构成过电压保护电路，并适合于触发双向晶闸管(TRIAC)。     
         图2-3由分立式SCR构成的输出过电压保护电路    图2-4 双向触发二极管的结构,符号及等效电路
                                                             a结构  b符号 c等效 d电路特性曲线
由双向触发二极管构成的输出过电压保护电路如图2-5所示，一旦输出过电压，使Ufb超过了DIAC的转折电压时，DIAC就导通，将光敏晶体管的Uce电压进行钳位，使Uc降低，TOPSwitch被关断。图中使用一只MBS4991型双向触发二极管，其正。反向转折电压均为10V，最大导通电流为2A，功耗为0.5W。R为限流电阻。
   3.由稳压管构成的输出过电压保护电路
    电路如图2-6所示。这里使用一只1N5231B型5.1V、20mA的 稳压管来限制输出电压值。当光敏晶体管损坏或二次绕组开路时，也能起到保护作用。1N5231B可用国产稳压管2CW340代替。     
      图2-5由DIAC构成的输出过电压保护电路                  图2-6由稳压管构成的输出过电压保护电路
1.2接地技术
“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。
a.设备的信号接地
    设备的信号接地可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点。它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。在这里介绍浮地和混合接地，另外还有单点接地和多点接地。
（1）浮地
采用浮地的目的是将电路或设备与公共接地系统，或可能引起环流的公共导线隔离开来，浮地还可以使不同电位间的电路配合变得容易。实现电路或设备浮地的方法有变压器隔离和光电隔离。浮地的最大优点是抗骚扰性能好。
    浮地的缺点是由于设备不与公共地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备地与公共地之间的电位差可能引起剧烈的静电放电，而成为破坏性很强的骚扰源。
    一个折中方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的释放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻值，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。
   （2）混合接地
    混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10-100uF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点由低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度(di/dt)信号存在的点。
b.设备接大地
    在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是：
   （1）保证设备操作人员的安全。
   （2）释放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。
   （3）避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。
 由此可见，设备接大地除了有对人员安全、设备安全的考虑之外，也是抑制骚扰发生的重要手段。
1.3屏蔽技术
    抑制开关电源产生的骚扰辐射的有效方法是屏蔽，既用电导率良好的材料对电场屏蔽，用磁导率高的材料对磁场屏蔽。为了防止脉冲变压器的磁场泄漏，可利用闭合环形成磁屏蔽，另外，还要对整个开关电源进行电场屏蔽。屏蔽应考虑通风和散热的问题，屏蔽外壳上的通风孔应为圆形多孔接缝处要焊接。以保证电磁的连续性，如果采用螺钉固定，则要注意螺钉间距要短。屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施；否则，这些将成为骚扰发射天线，严重降低屏蔽的效果。若用电场屏蔽，则屏蔽外壳一定要接地；否则，将起不到屏蔽效果；若用磁场屏蔽，屏蔽外壳则不需要接地。对非嵌入的外置式开关电源的外壳一定要进行电场屏蔽，否则，将很难通过辐射骚扰测试。
⑴.开关管的屏蔽
    开关管及输出整流二极管常加上散热板或通过框架进行散热，从而上晶体管集电极、二极管的负极与散热板间产生较大的电容量，进而引起电压变化，发生共模噪声。所以在开关管的集电极、二极管的负极与散热板间放置绝缘金属板，能取得防止噪声的效果。
⑵.变压器的屏蔽
    对于变压器，为了达到传送电力的目的，除了符合线路规定的指标外，还要求泄漏的磁通小，线圈间的层间电容量小。因此，可减少空隙，选用理想衬垫

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