時(shí)間：2023-02-28 15:52:52
序論：在您撰寫電源設(shè)計(jì)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
1）實(shí)際導(dǎo)通時(shí)柵極偏壓一般選12～15V為宜；而柵極負(fù)偏置電壓可使IGBT可靠關(guān)斷，一般負(fù)偏置電壓選－5V為宜。在實(shí)際應(yīng)用中為防止柵極驅(qū)動(dòng)電路出現(xiàn)高壓尖峰，最好在柵射之間并接兩只反向串聯(lián)的穩(wěn)壓二極管。
2）考慮到開通期間內(nèi)部MOSFET產(chǎn)生Mill－er效應(yīng)，要用大電流驅(qū)動(dòng)源對柵極的輸入電容進(jìn)行快速充放電，以保證驅(qū)動(dòng)信號有足夠陡峭的上升、下降沿，加快開關(guān)速度，從而使IGBT的開關(guān)損耗盡量小。
3）選擇合適的柵極串聯(lián)電阻（一般為10Ω左右）和合適的柵射并聯(lián)電阻（一般為數(shù)百歐姆），以保證動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)效果和防靜電效果。根據(jù)以上要求，可設(shè)計(jì)出如圖1所示的半橋LC串聯(lián)諧振充電電源的IGBT驅(qū)動(dòng)電路原理圖?？紤]到多數(shù)芯片難以承受20V及以上的電源電壓，所以驅(qū)動(dòng)電源Vo采用18V。二極管V79將其拆分為＋12．9V和－5．1V，前者是維持IGBT導(dǎo)通的電壓，后者用于IGBT關(guān)斷的負(fù)電壓保護(hù)。光耦TLP350將PWM弱電信號傳輸給驅(qū)動(dòng)電路且實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，而驅(qū)動(dòng)器TC4422A可為IGBT模塊提供較高開關(guān)頻率下的動(dòng)態(tài)大電流開關(guān)信號，其輸出端口串聯(lián)的電容C65可以進(jìn)一步加快開關(guān)速度。應(yīng)注意一個(gè)IGBT模塊有兩個(gè)相同單管，所以實(shí)際需要兩路不共地的18V穩(wěn)壓電源；另外IGBT柵射極之間的510Ω并聯(lián)電阻應(yīng)該直接焊裝在其管腳上（未在圖中畫出），而且最好在管腳上并聯(lián)焊裝一個(gè)1N4733和1N4744（反向串聯(lián)）穩(wěn)壓二極管，以保護(hù)IGBT的柵極。
2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
在變換器的LC輸出端接入兩個(gè)2W／200Ω的電阻進(jìn)行靜態(tài)測試。實(shí)驗(yàn)中使用的儀器為：Agi－lent54833A型示波器，10073D低壓探頭。示波器置于AC檔對輸出電壓紋波進(jìn)行觀測，波形如圖5所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，輸出紋波可以基本保持在±10mV以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。此后對反激變換器電路板與IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路板進(jìn)行對接聯(lián)調(diào)。觀察了IGBT柵極的驅(qū)動(dòng)信號波形。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，IGBT在開通時(shí)驅(qū)動(dòng)電壓接近13V，而在其關(guān)斷時(shí)間內(nèi)電壓接近5V。這主要是電路中的光耦和大電流驅(qū)動(dòng)器本身內(nèi)部的晶體管對驅(qū)動(dòng)電壓有所消耗（即管壓降）造成的，故不可能完全達(dá)到18V供電電源的水平。
3結(jié)論
關(guān)鍵詞：三端離線PWM開關(guān)；正激變換器；高頻變壓器設(shè)計(jì)
引言
TOPSwitch是美國功率集成公司（PI）于20世紀(jì)90年代中期推出的新型高頻開關(guān)電源芯片，是三端離線PWM開關(guān)（ThreeterminalofflinePWMSwitch）的縮寫。它將開關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分——PWM控制集成電路和功率開關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓85～265V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90％。對200W以下的開關(guān)電源，采用TOPSwitch作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕，自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，是一種簡捷的SMPS（SwitchModePowerSupply）設(shè)計(jì)方案。
TOPSwitch系列可在降壓型，升壓型，正激式和反激式等變換電路中使用。但是，在現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)以及PI公司提供的設(shè)計(jì)手冊中，所介紹的都是用TOPSwitch制作單端反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方法。反激式變換器一般有兩種工作方式：完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流不連續(xù)）和不完全能量轉(zhuǎn)換（電感電流連續(xù)）。這兩種工作方式的小信號傳遞函數(shù)是截然不同的，動(dòng)態(tài)分析時(shí)要做不同的處理。實(shí)際上當(dāng)變換器輸入電壓在一個(gè)較大范圍發(fā)生變化，和（或者）負(fù)載電流在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，必然跨越兩種工作方式，因此，常要求反激式變換器在完全能量和不完全能量轉(zhuǎn)換方式下都能穩(wěn)定工作。但是，要求同一個(gè)電路能實(shí)現(xiàn)從一種工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N工作方式，在設(shè)計(jì)上是較為困難的。而且，作為單片開關(guān)電源的核心部件高頻變壓器的設(shè)計(jì)，由于反激式變換器中的變壓器兼有儲能、限流、隔離的作用，在設(shè)計(jì)上要比正激式變換器中的高頻變壓器困難，對于初學(xué)者來說很難掌握。筆者采用TOP225Y設(shè)計(jì)了一種單端正激式開關(guān)電源電路，實(shí)驗(yàn)證明該電路是切實(shí)可行的。下面介紹其工作原理與設(shè)計(jì)方法，以供探討。
1TOPSwitch系列應(yīng)用于單端正激變換器中存在的問題
TOPSwitch的交流輸入電壓范圍為85～265V，最大電壓應(yīng)力≤700V，這個(gè)耐壓值對于輸入最大直流電壓Vmax=265×1.4=371V是足夠的,但應(yīng)用在一般的單端正激變換器中卻存在問題。
圖1是典型的單端正激變換器電路，設(shè)計(jì)時(shí)通常取NS=NP，Dmax<0.5（一般取0.4）,按正激變換器工作過程,TOPSwitch關(guān)斷期間，變壓器初級的勵(lì)磁能量通過NS，D1，E續(xù)流（泄放）。此時(shí)，TOPSwitch承受的最大電壓為
VDSmax≥2E=2Vmax=742V（1）
大于TOPSwitch所能承受的最大電壓應(yīng)力700V，所以，TOPSwitch不能在一般通用的正激變換器中使用。
2TOPSwitch在單端正激變換器中的應(yīng)用
由式（1）可知，TOPSwitch不能在典型單端正激變換器中應(yīng)用的關(guān)鍵問題，是其在關(guān)斷期間所承受的電壓應(yīng)力超過了允許值，如果能降低關(guān)斷期間的電壓應(yīng)力，使它小于700V，則TOPSwitch仍可在單端正激變換器中應(yīng)用。
2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理
本文提出的TOPSwitch的單端正激變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。它與典型的單端正激變換器電路結(jié)構(gòu)完全相同,只是變壓器的去磁繞組的匝數(shù)為初級繞組匝數(shù)的2倍,即NS=2NP。
TOPSwitch關(guān)斷時(shí)的等效電路如圖2所示。
若NS與NP是緊耦合，則，即
VNP=1/2VNS=1/2E（2）
VDSmax=VNP＋E=E=1.5×371
=556.5V<700V（3）
2.2最大工作占空比分析
按NP繞組每個(gè)開關(guān)周期正負(fù)V·s平衡原理，有
VNPon(Dmax/T)=VNPoff[(1-Dmax)/T]（4）
式中：VNPon為TOPSwitch開通時(shí)變壓器初級電壓，VNPon=E；
VNPoff為TOPSwitch關(guān)斷時(shí)變壓器初級電壓，VNPoff=（1/2）E。
解式（4）得
Dmax=1/3（5）
為保險(xiǎn)，取Dmax≤30％
2.3去磁繞組電流分析
改變了去磁繞組與初級繞組的匝比后，變壓器初級繞組仍應(yīng)該滿足A·s平衡，初級繞組最大勵(lì)磁電流為
im(t)|t=DmaxT=Ism=DmaxT=(E/Lm)DmaxT（6）
式中：Lm為初級繞組勵(lì)磁電感。
當(dāng)im(t)=Ism時(shí)，B=Bmax，H=Hmax，則去磁電流最大值為
Ism==(Hmaxlc/Ns)=1/2Ipm(7)
式中：lc為磁路長度；
Ipm為初級電流的峰值。
根據(jù)圖2（b）去磁電流的波形可以得到去磁電流的平均值和去磁電流的有效值Is分別為
下面討論當(dāng)NP=NS，Dmax=0.5與NP=NS，Dmax=0.3時(shí)的去磁電流的平均值和有效值。設(shè)上述兩種情況下的Hmax或Bmax相等，即兩種情況下勵(lì)磁繞組的安匝數(shù)相等，則有
Im1NP1=Im2NP2（10）
式中：NP1為Dmax=0.5時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；
NP2為Dmax=0.3時(shí)的勵(lì)磁繞組匝數(shù)；
設(shè)Lm1及Lm2分別為Dmax=0.5和Dmax=0.3時(shí)的初級繞組勵(lì)磁電感，則有
Im1=E/Lm1×0.5T為Dmax=0.5時(shí)的初級勵(lì)磁電流；
Im2=E/Lm2×0.3T為Dmax=0.3時(shí)的初級勵(lì)磁電流。
由式（10）及Lm1，Lm2分別與NP12，NP22成正比，可得兩種情況下的勵(lì)磁繞組匝數(shù)之比為
(NP1)/(NP2)=0.5/0.3
及(Im1)/(Im2)=(Np2)/(Np1)=0.3/0.5(12)
當(dāng)NS1=NP1時(shí)和NS2=2NP2時(shí)去磁電流最大值分別為
Ism1=Im1=Im（13）
Ism2=Im2=(0.5/0.6)Im（14）
將式（10）～（14）有關(guān)參數(shù)代入式（8）～（9）可得到，當(dāng)Dmax=0.5時(shí)和Dmax=0.3時(shí)的去磁電流平均值及與有效值Is1及Is2分別為
Is1=1/4ImImIs1=0.408Im（Dmax=0.5）
Is2≈0.29ImIs2=0.483Im（Dmax=0.3）
從計(jì)算結(jié)果可知，采用NS=2NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流平均值或有效值要大于NS=NP設(shè)計(jì)的去磁繞組的電流值。因此，在選擇去磁繞組的線徑時(shí)要注意。
3高頻變壓器設(shè)計(jì)
由于電路元件少,該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是高頻變壓器,下面給出其設(shè)計(jì)方法。
3.1磁芯的選擇
按照輸出Vo=15V，Io=1.5A的要求，以及高頻變壓器考慮6％的余量，則輸出功率Po=1.06×15×1.5=23.85W。根據(jù)輸出功率選擇磁芯，實(shí)際選取能輸出25W功率的磁芯，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊選用EI25，查表可得該磁芯的有效截面積Ae=0.42cm2。
3.2工作磁感應(yīng)強(qiáng)度ΔB的選擇
ΔB=0.5BS，BS為磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，由于鐵氧體的BS為0.2～0.3T，取ΔB=0.15T。
3.3初級繞組匝數(shù)NP的選取
選開關(guān)頻率f=100kHz（T=10μs），按交流輸入電壓為最低值85V，Emin≈1.4×85V，Dmax=0.3計(jì)算則
取NP=53匝。
3.4去磁繞組匝數(shù)NS的選取
取NS=2NP=106匝。
3.5次級匝數(shù)NT的選取
輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設(shè)輸出電流為2A時(shí)的線路壓降為7％，則空載輸出電壓VO0≈16V。
取NT=24匝。
3.6偏置繞組匝數(shù)NB的選取
取偏置電壓為9V，根據(jù)變壓器次級伏匝數(shù)相等的原則，由16/24=9/NB，得NB=13.5,取NB=14匝。
3.7TOPSwitch電流額定值ICN的選取
平均輸入功率Pi==28.12W（假定η=0.8），在Dmax時(shí)的輸入功率應(yīng)為平均輸入功率，因此Pi=DmaxEminIC=0.3×85×1.4×IC=28.12，則IC=0.85A，為了可靠并考慮調(diào)整電感量時(shí)電流不可避免的失控，實(shí)際選擇的TOPSwitch電流額定值至少是兩倍于此值，即ICN>1.7A。所以，我們選擇ILIMIT=2A的TOP225Y。
4實(shí)驗(yàn)指標(biāo)及主要波形
輸入AC220V，頻率50Hz，輸出DCVo=15(1±1％)V，IO=1.5A，工作頻率100kHz，圖3及圖4是實(shí)驗(yàn)中的主要波形。
圖3中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是輸入直流電壓E波形，由圖可知VDS=1.5E；圖4中的1是開關(guān)管漏源電壓VDS波形，2是去磁繞組電流is波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析是完全吻合的。
但我的朋友又披露了另一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)字：他設(shè)計(jì)的典型電路板上有約30個(gè)獨(dú)立的電源網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)都有不同的標(biāo)稱電源電壓、精度以及調(diào)整率；在有些情況下，這些標(biāo)稱電壓只相差十分之幾伏。再則，每個(gè)電源網(wǎng)需要有自己的穩(wěn)壓器以及一系列去耦電容器，以便控制從近乎直流直至幾百千赫帶寬內(nèi)的旁路阻抗。設(shè)計(jì)師必須分析并實(shí)現(xiàn)每個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的供電與返回路徑，以及大量的PCB板走線。在最終設(shè)計(jì)中，直流電源子系統(tǒng)的走線與電容器要占去電路板面積的一大部分。設(shè)計(jì)師必須精心建立所有這些因素的模型，以確保電流路徑得當(dāng)，以及IR壓降很小。在達(dá)到這些電流電平時(shí)，這可不是件簡單的工作。
然而，高質(zhì)量電源子系統(tǒng)與其配電系統(tǒng)之間卻存在一個(gè)難題。盡管供電在任何系統(tǒng)中都是一種不可或缺的功能，但它卻無法獲得用戶的直接贊賞或認(rèn)同。用戶需要的是額外的特性、功能和性能；供電被看作設(shè)計(jì)中固有的部分。增加特性有利于營銷宣傳，并獲得更多的利潤，而電源網(wǎng)絡(luò)的元件成本和占板面積卻沒有這些好處。事實(shí)上，有些人會把電源子系統(tǒng)占用的電路板面積看作沒有意義的負(fù)擔(dān)，就像財(cái)務(wù)部門或郵件收發(fā)室一樣。
我希望，你作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師或電路設(shè)計(jì)師能對物料清單上的元器件的選擇產(chǎn)生重大影響。我的這位朋友指出，為最大限度地減小電源網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，你可以做幾件基本工作。首先，要幫助電源子系統(tǒng)設(shè)計(jì)師開發(fā)設(shè)計(jì)一組基本的穩(wěn)壓器（可以使用線性穩(wěn)壓或開關(guān)穩(wěn)壓技術(shù)），這樣，你就可以在電路板上重用這些設(shè)計(jì)。為了使這項(xiàng)工作有價(jià)值，你還應(yīng)該根據(jù)每一個(gè)標(biāo)稱電壓來平衡電流負(fù)載，使之處于同一范圍內(nèi)，因?yàn)槟阏也坏揭环N經(jīng)濟(jì)實(shí)惠設(shè)計(jì)能支持10mA和1A兩種負(fù)載。
關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源快速設(shè)計(jì)
TOPSwithⅡ
TheWayofQuickDesignforSinglechipSwitchingPowerSupplyAbctract:Threeendssinglechipswitchingpowersupplyisnewtypeswitchingpowersupplycorewhichhasbeenpopularsince1990.Thispaperintroducesquickdesignforsinglechipswitchingpowersupply.
Keywords:Singlechipswitchingpowersupply,Quickdesign,TopswithⅡ
在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，首先面臨的問題是如何選擇合適的單片開關(guān)電源芯片，既能滿足要求，又不因選型不當(dāng)而造成資源的浪費(fèi)。然而，這并非易事。原因之一是單片開關(guān)電源現(xiàn)已形成四大系列、近70種型號，即使采用同一種封裝的不同型號，其輸出功率也各不相同；原因之二是選擇芯片時(shí)，不僅要知道設(shè)計(jì)的輸出功率PO，還必須預(yù)先確定開關(guān)電源的效率η和芯片的功率損耗PD，而后兩個(gè)特征參數(shù)只有在設(shè)計(jì)安裝好開關(guān)電源時(shí)才能測出來，在設(shè)計(jì)之前它們是未知的。
下面重點(diǎn)介紹利用TOPSwitch－II系列單片開關(guān)電源的功率損耗（PD）與電源效率（η）、輸出功率（PO）關(guān)系曲線，快速選擇芯片的方法，可圓滿解決上述難題。在設(shè)計(jì)前，只要根據(jù)預(yù)期的輸出功率和電源效率值，即可從曲線上查出最合適的單片開關(guān)電源型號及功率損耗值，這不僅簡化了設(shè)計(jì)，還為選擇散熱器提
η/％(Uimin=85V)
中圖法分類號：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編碼：02192713(2000)0948805
PO/W
圖1寬范圍輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖2寬范圍輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
圖3固定輸入且輸出為5V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
供了依據(jù)。
1TOPSwitch－II的PD與η、PO關(guān)系曲線
TOPSwitch－II系列的交流輸入電壓分寬范圍輸入（亦稱通用輸入），固定輸入（也叫單一電壓輸入）兩種情況。二者的交流輸入電壓分別為Ui=85V～265V，230V±15％。
1．1寬范圍輸入時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列單片開關(guān)電源在寬范圍輸入（85V～265V）的條件下，當(dāng)UO=＋5V或者＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖1、圖2所示。這里假定交流輸入電壓最小值Uimin=85V，最高
η/％(Uimin=85V)
η/％(Uimin=195V)
交流輸入電壓Uimax=265V。圖中的橫坐標(biāo)代表輸出功率PO，縱坐標(biāo)表示電源效率η。所畫出的7條實(shí)線分別對應(yīng)于TOP221～TOP227的電源效率，而15條虛線均為芯片功耗的等值線（下同）。
1．2固定輸入時(shí)PD與η、PO的關(guān)系曲線
TOP221～TOP227系列在固定交流輸入（230V±15％）條件下，當(dāng)UO=＋5V或＋12V時(shí)，PD與η、PO的關(guān)系曲線分別如圖3、圖4所示。這兩個(gè)曲線族對于208V、220V、240V也同樣適用?，F(xiàn)假定Uimin=195V,Uimax=265V。
2正確選擇TOPSwitch－II芯片的方法
利用上述關(guān)系曲線迅速確定TOPSwitch－II芯片型號的設(shè)計(jì)程序如下：
（1）首先確定哪一幅曲線圖適用。例如，當(dāng)Ui=85V～265V，UO=＋5V時(shí)，應(yīng)選擇圖1。而當(dāng)Ui=220V(即230V－230V×4.3％)，UO=＋12V時(shí)，就只能選圖4；
（2）然后在橫坐標(biāo)上找出欲設(shè)計(jì)的輸出功率點(diǎn)位置（PO）；
（3）從輸出功率點(diǎn)垂直向上移動(dòng)，直到選中合適芯片所指的那條實(shí)曲線。如不適用，可繼續(xù)向上查找另一條實(shí)線；
（4）再從等值線（虛線）上讀出芯片的功耗PD。進(jìn)而還可求出芯片的結(jié)溫（Tj）以確定散熱片的大??；
（5）最后轉(zhuǎn)入電路設(shè)計(jì)階段，包括高頻變壓器設(shè)計(jì)，元器件參數(shù)的選擇等。
下面將通過3個(gè)典型設(shè)計(jì)實(shí)例加以說明。
例1：設(shè)計(jì)輸出為5V、300W的通用開關(guān)電源
通用開關(guān)電源就意味著交流輸入電壓范圍是85V～265V。又因UO=＋5V，故必須查圖1所示的曲線。首先從橫坐標(biāo)上找到PO=30W的輸出功率點(diǎn)，然后垂直上移與TOP224的實(shí)線相交于一點(diǎn)，由縱坐標(biāo)上查出該點(diǎn)的η=71.2％，最后從經(jīng)過這點(diǎn)的那條等值線上查得PD=2.5W。這表明，選擇TOP224就能輸出30W功率，并且預(yù)期的電源效率為71.2％,芯片功耗為2.5W。
若覺得η=71.2％的效率指標(biāo)偏低，還可繼續(xù)往上查找TOP225的實(shí)線。同理，選擇TOP225也能輸出30W功率，而預(yù)期的電源效率將提高到75％，芯片功耗降至1.7W。
根據(jù)所得到的PD值，進(jìn)而可完成散熱片設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)前對所用芯片功耗做出的估計(jì)是完全可信的。
例2：設(shè)計(jì)交流固定輸入230V±15％，輸出為直流12V、30W開關(guān)電源。
圖4固定輸入且輸出為12V時(shí)PD與η，PO的關(guān)系曲線
η/％(Uimin=195V)
圖5寬范圍輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
圖6固定輸入時(shí)K與Uimin′的關(guān)系
根據(jù)已知條件，從圖4中可以查出，TOP223是最佳選擇，此時(shí)PO=30W，η=85.2％，PD=0.8W。
例3：計(jì)算TOPswitch－II的結(jié)溫
這里講的結(jié)溫是指管芯溫度Tj。假定已知從結(jié)到器件表面的熱阻為RθA(它包括TOPSwitch－II管芯到外殼的熱阻Rθ1和外殼到散熱片的熱阻Rθ2)、環(huán)境溫度為TA。再從相關(guān)曲線圖中查出PD值，即可用下式求出芯片的結(jié)溫：
Tj=PD·RθA＋TA(1)
舉例說明，TOP225的設(shè)計(jì)功耗為1.7W，RθA=20℃/W，TA=40℃，代入式（1）中得到Tj=74℃。設(shè)計(jì)時(shí)必須保證，在最高環(huán)境溫度TAM下，芯片結(jié)溫Tj低于100℃，才能使開關(guān)電源長期正常工作。
3根據(jù)輸出功率比來修正等效輸出功率等參數(shù)
3．1修正方法
如上所述，PD與η，PO的關(guān)系曲線均對交流輸入電壓最小值作了限制。圖1和圖2規(guī)定的Uimin=85V，而圖3與圖4規(guī)定Uimin=195V（即230V－230V×15％）。若交流輸入電壓最小值不符合上述規(guī)定，就會直接影響芯片的正確選擇。此時(shí)須將實(shí)際的交流輸入電壓最小值Uimin′所對應(yīng)的輸入功率PO′，折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，才能使用上述4圖。折算系數(shù)亦稱輸出功率比（PO′/PO）用K表示。TOPSwitch－II在寬范圍輸入、固定輸入兩種情況下，K與U′min的特性曲線分別如圖5、圖6中的實(shí)線所示。需要說明幾點(diǎn)：
（1）圖5和圖6的額定交流輸入電壓最小值Uimin依次為85V，195V，圖中的橫坐標(biāo)僅標(biāo)出Ui在低端的電壓范圍。
（2）當(dāng)Uimin′>Uimin時(shí)K>1，即PO′>PO，這表明原來選中的芯片此時(shí)已具有更大的可用功率，必要時(shí)可選輸出功率略低的芯片。當(dāng)Uimin′（3）設(shè)初級電壓為UOR，其典型值為135V。但在Uimin′<85V時(shí)，受TOPSwitch－II調(diào)節(jié)占空比能力的限制，UOR會按線性規(guī)律降低UOR′。此時(shí)折算系數(shù)K="UOR′"/UOR<1。圖5和圖6中的虛線表示UOR′/UOR與Uimin′的特性曲線，利用它可以修正初級感應(yīng)電壓值。
現(xiàn)將對輸出功率進(jìn)行修正的工作程序歸納如下：
（1）首先從圖5、圖6中選擇適用的特性曲線，然后根據(jù)已知的Uimin′值查出折算系數(shù)K。
（2）將PO′折算成Uimin為規(guī)定值時(shí)的等效功率PO，有公式
PO=PO′/K（2）
（3）最后從圖1～圖4中選取適用的關(guān)系曲線，并根據(jù)PO值查出合適的芯片型號以及η、PD參數(shù)值。
下面通過一個(gè)典型的實(shí)例來說明修正方法。
例4：設(shè)計(jì)12V，35W的通用開關(guān)電源
已知Uimin=85V，假定Uimin′=90％×115V=103.5V。從圖5中查出K=1.15。將PO′=35W、K=1.15一并代入式（2）中，計(jì)算出PO=30.4W。再根據(jù)PO值，從圖2上查出最佳選擇應(yīng)是TOP224型芯片，此時(shí)η=81.6％，PD=2W。
若選TOP223，則η降至73.5％,PD增加到5W，顯然不合適。倘若選TOP225型，就會造成資源浪費(fèi)，因?yàn)樗萒OP224的價(jià)格要高一些，且適合輸出40W～60W的更大功率。
3．2相關(guān)參數(shù)的修正及選擇
（1）修正初級電感量
在使用TOPSwitch－II系列設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)，高頻變壓器以及相關(guān)元件參數(shù)的典型情況見表1，這些數(shù)值可做為初選值。當(dāng)Uimin′LP′=KLP（3）
查表1可知，使用TOP224時(shí)，LP=1475μH。當(dāng)K=1.15時(shí)，LP′=1.15×1475=1696μH。
表2光耦合器參數(shù)隨Uimin′的變化
最低交流輸入電壓Uimin(V)85195
LED的工作電流IF（mA）3.55.0
光敏三極管的發(fā)射極電流IE（mA）3.55.0
（2）對其他參數(shù)的影響
本設(shè)計(jì)是DC/DC直流開關(guān)電源設(shè)計(jì),首先將開關(guān)電源與線性電源進(jìn)行對比，總結(jié)了開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn),并對其當(dāng)前的發(fā)展以及在發(fā)展中存在的問題進(jìn)行了描述，然后在對開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹的基礎(chǔ)上，對開關(guān)電源的主回路和控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)：在主回路中整流電路采用單相橋式、功率轉(zhuǎn)換電路采用單端正激功率轉(zhuǎn)換電路、采用增加副邊繞組的方法實(shí)現(xiàn)多路輸出，其中功率轉(zhuǎn)換電路（DC/DC變換器）是開關(guān)電源的核心部分，對此部分進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)；控制電路采用PWM控制，控制器采用開關(guān)電源集成控制器GW1524、設(shè)計(jì)了過壓保護(hù)電路、電壓檢測電路和電流檢測電路，對各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算并進(jìn)行了元器件的選型。
【關(guān)鍵詞】DC/DC變換器、PWM控制、整流、濾波。
Abstract
Inthispaper,Idesignedaswitchpowersupplysystemwiththreeoutputs:Comparetheswitchpowerwithlinearpoweratfirst,hassummarizedtheadvantageoftheswitchpower,havedescribeditspresentdevelopmentandtherearenaturalquestionsindevelopment.Onthebasisofthethingthatthewholestructuretotheswitchpowerhasmadeanintroduction,tothemainreturncircuitandcontrollingthereturncircuittodesignoftheswitchpower:Therectificationcircuitadoptsthesingle-phasebridgetypeinthemainreturncircuit,thepowerchangesthecircuitandadoptsanddefiesthepowertochangethecircuit,realizebyincreasingthewindingofonepairofsidessingleandwellthatmanywaysareexported,itisakeypartoftheswitchpowersupplythatthepowerchangescircuit(DC/DCtransformer),havedesignedthispartespecially;ThecontrolcircuitadoptsPWMtocontrol,thecontrolleradoptstheswitchpowerintegratedcontrollerGW1524,designthecircuittomeasurevoltageandthecircuittoelmeasureectriccurrent,selectingtypeofcalculatingandcarryingonthecomponentsandpartstheparameterofeachpart.
Keyword：DC/DCtransformer,PWMcontrol,rectification,strainingwaves.
1概述
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。
1.1開關(guān)電源的基本原理
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)電源的基本構(gòu)成如圖1-1所示，DC-DC變換器是進(jìn)行功率變換的器件，是開關(guān)電源的核心部件，此外還有啟動(dòng)電路、過流與過壓保護(hù)電路、噪聲濾波器等組成部分。反饋回路檢測其輸出電壓，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。
1.2開關(guān)電源與線性電源的比較
是先將交流電經(jīng)過變壓器變壓，再經(jīng)過整流電路整流濾波得到未穩(wěn)定的直流電壓，要達(dá)到高精度的直流電壓，必須經(jīng)過電壓反饋調(diào)整輸出電壓。它的缺點(diǎn)是需要龐大而笨重的變壓器，所需的濾波電容的體積和重量也相當(dāng)大，而且電壓反饋電路是工作在線性狀態(tài)，調(diào)整管上有一定的電壓降，在輸出較大工作電流時(shí)，致使調(diào)整管的功耗太大，轉(zhuǎn)換效率低，還要安裝很大的散熱片。這種電源不適合計(jì)算機(jī)等設(shè)備的需要，將逐步被開關(guān)電源所取代。
1.3開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用
當(dāng)前,開關(guān)電源新技術(shù)產(chǎn)品正在向以下"四化"的方向發(fā)展:應(yīng)用技術(shù)的高頻化;硬件結(jié)構(gòu)的模塊化;軟件控制的數(shù)字化;產(chǎn)品性能的綠色化。由此,新一代開關(guān)電源產(chǎn)品的技術(shù)含量大大提高,使之更加可靠、成熟、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。
開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(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。
近年,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路也裝到功率模塊中去,構(gòu)成了"智能化"功率模塊(IPM),這樣縮小了整機(jī)的體積,方便了整機(jī)設(shè)計(jì)和制造。為了提高系統(tǒng)的可靠性,有些制造商開發(fā)了"用戶專用"功率模塊(ASPM),它把一臺整機(jī)的幾乎所有硬件都以芯片的形式安裝到一個(gè)模塊中,使元器件間不再有傳統(tǒng)的引線相連,這樣的模塊經(jīng)過嚴(yán)格、合理的、熱、電、機(jī)械方面的設(shè)計(jì),達(dá)到優(yōu)化完善的境地。
開關(guān)電源是一種采用開關(guān)方式控制的直流穩(wěn)定電源,它以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備,是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。而當(dāng)我們把開關(guān)電源的研究擴(kuò)大到可調(diào)高電壓、大電流時(shí),以及將研究新技術(shù)應(yīng)用于DC/AC變換器,即開拓了大功率應(yīng)用領(lǐng)域,又使開關(guān)電源的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到了從發(fā)電廠設(shè)備至家用電器的所有應(yīng)用電力、電子技術(shù)的電氣工程領(lǐng)域。作為節(jié)能、節(jié)材、自動(dòng)化、智能化、機(jī)電一體化的基礎(chǔ)的開關(guān)電源,它的產(chǎn)品展現(xiàn)了廣闊的市場前景。例如,發(fā)電廠的貯能發(fā)電設(shè)備、直流輸電系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償、機(jī)車牽引、交直流電機(jī)傳動(dòng)、不停電電源、汽車電子化、開關(guān)電源、中高頻感應(yīng)加熱設(shè)備以及電視、通訊、辦公自動(dòng)化設(shè)備等。
1.4開關(guān)電源當(dāng)前存在的問題
當(dāng)我們對該技術(shù)進(jìn)行深入研究后卻發(fā)現(xiàn)它仍然存在著一些問題需要解決，而且有的問題還帶有全局性：采用定頻調(diào)寬的控制方式來設(shè)計(jì)電源，都以輸出功率最大時(shí)所需的續(xù)流時(shí)間為依據(jù)來預(yù)留開關(guān)截止時(shí)間的，則負(fù)載所需的功率小于電源的最大輸出功率時(shí)就必然造成了工作電流的不連續(xù)；"反峰電壓"是開關(guān)導(dǎo)通期間存入高頻變壓器的勵(lì)磁能量在開關(guān)關(guān)斷時(shí)的一種表現(xiàn)，而勵(lì)磁能量只能在、也必須在開關(guān)關(guān)斷后的截止期間處理掉，既能高效處理勵(lì)磁能量又能有效限制反峰電壓的辦法是存在的，那就是要及時(shí)地為勵(lì)磁能量提供一個(gè)"低阻抗通道"，并且為勵(lì)磁能量的通過提供一段時(shí)間，但"單調(diào)"控制方法不具備這一條件；高頻變壓器的磁通復(fù)位問題；傳統(tǒng)的電流取樣方法是在功率回路中串聯(lián)電阻，效率不高，這個(gè)問題向來是電源技術(shù)，尤其是以小體積、高功率密度見長的開關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的"瓶頸"；高頻開關(guān)電源的并聯(lián)同步輸出問題。
以上的問題看似彼此獨(dú)立，其實(shí)它們之間存在著一定的關(guān)聯(lián)性解決這些問題，也許還是一條艱難而漫長的路。
2整流電路的設(shè)計(jì)
整流是將交流電變成脈動(dòng)直流電的過程。電源變壓器輸出的交流電經(jīng)整流電路得到一個(gè)大小變化但方向不變的脈動(dòng)直流電。整流電路是由具有單向?qū)щ娦缘脑缍O管、晶間管等整流元件組成的。
2.1整流電路的選擇
單相整流電路有兩種：電容輸入型電路和扼流圈輸入型電路
電容輸入型的基本電路如圖2-1：（a）為半波整流電路（b）為中間抽頭的全波整流電路（c）橋式整流電路（d）倍壓整流電路。
扼流圈輸入型基本電路，用于負(fù)載電流I0較大的電路，扼流圈L的作用是抑制尖峰電流。
摘要：小康住宅電源插座設(shè)置數(shù)量選用布置供電回路
電源插座是為家用電器提供電源接口的電氣設(shè)備，也是住宅電氣設(shè)計(jì)中使用較多的電氣附件，它和人們生活有著十密切的關(guān)系?，F(xiàn)在居民搬進(jìn)新房后，普遍反映電源插座數(shù)量太少，使用極不方便，造成住戶私拉亂接電源線和加裝插座接線板，經(jīng)常引起人身電擊和電氣火災(zāi)事故，給人身財(cái)產(chǎn)平安帶來重大隱患。所以，電源插座的設(shè)計(jì)也是評價(jià)住宅電氣設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。筆者根據(jù)國外以及我國有關(guān)住宅規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合多年來的實(shí)踐提出住宅電源插座的數(shù)量及布置要求，供參考。
1電源插座設(shè)置數(shù)量的規(guī)定
（1）國家標(biāo)準(zhǔn)《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096－1996）第6．5．4條規(guī)定，電源插座的
數(shù)量應(yīng)不少于表1的規(guī)定；
（2）小康住宅電氣設(shè)計(jì)《設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中第4．3．5條規(guī)定，小康住宅中設(shè)置的插座數(shù)量不少于表2中的規(guī)定；
（3）《上海市工程建設(shè)規(guī)范》（DGJ08－20－2001）12．2．2條規(guī)定，電源插座設(shè)置數(shù)量應(yīng)不少于表3的規(guī)定；
（4）“江蘇省住宅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”（DB32／380－2000）中規(guī)定，每套住宅內(nèi)電源插座的設(shè)置，應(yīng)符合表4中的規(guī)定；
（5）香港非凡行政區(qū)政府機(jī)電工程署1997年版《電力（線路）規(guī)例工作守則》家庭用途的裝置及用具中規(guī)定，電源插座數(shù)量應(yīng)不少于表5中的規(guī)定；
（6）美國國家電氣法規(guī)NEC的第210－52（a）條對電源插座的布置作了更量化的規(guī)定。其中兩個(gè)電源插座間的距離不得超過3．6m，因?yàn)槊绹?guī)定家用電器電源線長達(dá)1．8m，一個(gè)家用電器如不能自左側(cè)接電源插座，定能自右側(cè)接電源插座，如圖所示；
（7）小康住宅是由建設(shè)部在各大城市指導(dǎo)建設(shè)，面向21世紀(jì)的大眾住宅，其定位標(biāo)準(zhǔn)是“科技先導(dǎo)，適度超前”。這將是我國住宅產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。很顯然，國家標(biāo)準(zhǔn)“住宅設(shè)計(jì)規(guī)范”中的電源插座數(shù)量偏少，參照國內(nèi)外住宅電源插座設(shè)置數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)目前使用和超前發(fā)展的要求，建議住宅內(nèi)電源插座的設(shè)置數(shù)量應(yīng)不少于表6的要求。
2電源插座的選用和設(shè)置要求
2．1電源插座的選用
（1）電源插座應(yīng)采用經(jīng)國家有關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督部門檢驗(yàn)合格的產(chǎn)品。一般應(yīng)采用具有阻燃材料的中高檔產(chǎn)品，不應(yīng)采用低檔和偽劣假冒產(chǎn)品；
（2）住宅內(nèi)用電電源插座應(yīng)采用平安型插座，衛(wèi)生間等潮濕場所應(yīng)采用防濺型插座；
（3）電源插座的額定電流應(yīng)大于已知使用設(shè)備額定電流的1．25倍。一般單相電源插座額定電流為10A，專用電源插座為16A，非凡大功率家用電器其配電回路及連接電源方式應(yīng)按實(shí)際容量選擇；
（4）為了插接方便，一個(gè)86mm×86mm單元面板，其組合插座個(gè)數(shù)最好為兩個(gè)，最多（包括開關(guān)）不超過三個(gè)，否則采用146面板多孔插座；
（5）對于插接電源有觸電危險(xiǎn)的家用電器（如洗衣機(jī)）應(yīng)采用帶開關(guān)斷開電源的插座。
2．2電源插座設(shè)置位置要求
電源插座的位置和數(shù)量確定對方便家用電器的使用。室內(nèi)裝修的美觀起著重要的功能，電源插座的布置應(yīng)根據(jù)室內(nèi)家用電器點(diǎn)和家具的規(guī)劃位置進(jìn)行，并應(yīng)密切注重和建筑裝修等相關(guān)專業(yè)配合，以便確定插座位置的正確性。
（1）電源插座應(yīng)安裝在不少于兩個(gè)對稱墻面上，每個(gè)墻面兩個(gè)電源插座之間水平距離不宜超過2．5m～3m，距端墻的距離不宜超過0．6m。
（2）無非凡要求的普通電源插座距地面0．3m安裝，洗衣機(jī)專用插座距地面1．6m處安裝，并帶指示燈和開關(guān)；
（3）空調(diào)器應(yīng)采用專用帶開關(guān)電源插座。在明確采用某種空調(diào)器的情況下，空調(diào)器電源插座宜按下列位置布置摘要：
①分體式空調(diào)器電源插座宜根據(jù)出線管預(yù)留洞位置距地面1．8m處設(shè)置；
②窗式空調(diào)器電源插座宜在窗口旁距地面1．4m處設(shè)置；
③柜式空調(diào)器電源插座宜在相應(yīng)位置距地面0．3m處設(shè)置。
否則按分體式空調(diào)器考慮預(yù)留16A電源插座，并在靠近外墻或采光窗四周的承重墻上設(shè)置。
（4）凡是設(shè)有有線電視終端盒或電腦插座的房間，在有線電視終端盒或電腦插座旁至少應(yīng)設(shè)置兩個(gè)五孔組合電源插座，以滿足電視機(jī)、VCD、音響功率放大器或電腦的需要，亦可采用多功能組合式電源插座（面板上至少排有3個(gè)～5個(gè)不同的二孔和三孔插座），電源插座距有線電視終端盒或電腦插座的水平距離不少于0．3m；
（5）起居室（客廳）是人員集中的主要活動(dòng)場所，家用電器點(diǎn)多，設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑裝修布置圖布置插座，并應(yīng)保證每個(gè)主要墻面都有電源插座。假如墻面長度超過3．6m應(yīng)增加插座數(shù)量，墻面長度小于3m，電源插座可在墻面中間位置設(shè)置。有線電視終端盒和電腦插座旁設(shè)有電源插座，并設(shè)有空調(diào)器電源插座，起居室內(nèi)應(yīng)采用帶開關(guān)的電源插座；
（6）臥室應(yīng)保證兩個(gè)主要對稱墻面均設(shè)有組合電源插座，床端靠墻時(shí)床的兩側(cè)應(yīng)設(shè)置組合電源插座，并設(shè)有空調(diào)器電源插座。在有線電視終端盒和電腦插座旁應(yīng)設(shè)有兩組組合電源插座，單人臥室只設(shè)電腦用電源插座；
（7）書房除放置書柜的墻面外，應(yīng)保證兩個(gè)主要墻面均設(shè)有組合電源插座，并設(shè)有空調(diào)器電源插座和電腦電源插座；
（8）廚房應(yīng)根據(jù)建筑裝修的布置，在不同的位置、高度設(shè)置多處電源插座以滿足抽油煙機(jī)、消毒柜、微波爐、電飯煲、電熱水器、電冰箱等多種電炊具設(shè)備的需要。參考灶臺、操作臺、案臺、洗菜臺布置選取最佳位置設(shè)置抽油煙機(jī)插座，一般距地面1．8m～2m。電熱水器應(yīng)選用16A帶開關(guān)三線插座并在熱水器右側(cè)距地1．4m～1．5m安裝，注重不要將插座設(shè)在電熱器上方。其他電炊具電源插座在吊柜下方或操作臺上方之間，不同位置、不同高度設(shè)置，插座應(yīng)帶電源指示燈和開關(guān)。廚房內(nèi)設(shè)置電冰箱時(shí)應(yīng)設(shè)專用插座，距地0．3m～1．5m安裝；
（9）嚴(yán)禁在衛(wèi)生間內(nèi)的潮濕處如淋浴區(qū)或澡盆四周設(shè)置電源插座，其它區(qū)域設(shè)置的電源插座應(yīng)采用防濺式。有外窗時(shí)，應(yīng)在外窗旁預(yù)留排氣扇接線盒或插座，由于排氣風(fēng)道一般在淋浴區(qū)或澡盆四周，所以接線盒或插座應(yīng)距地面2．25m以上安裝。距淋浴區(qū)或澡盆外沿0．6m外預(yù)留電熱水器插座和潔身器用電源插座。在盥洗臺鏡旁設(shè)置美容用和剃須用電源插座，距地面1．5m～1．6m安裝。插座宜帶開關(guān)和指示燈；
（10）陽臺應(yīng)設(shè)置單相組合電源插座，距地面0．3m。
3電源插座供電回路
（1）住宅內(nèi)空調(diào)器電源插座、普通電源插座、電熱水器電源插座、廚房電源插座和衛(wèi)生間電源插座和照明應(yīng)分開回路設(shè)置；
（2）電源插座回路應(yīng)具有過載、短路保護(hù)和過電壓、欠電壓或采用帶多種功能的低壓斷路器和漏電綜合保護(hù)器。宜同時(shí)斷開相線和中性線，不應(yīng)采用熔斷器保護(hù)元件。除分體式空調(diào)器電源插座回路外，其他電源插座回路應(yīng)設(shè)置漏電保護(hù)裝置。有條件時(shí)，宜按分回路分別設(shè)置漏電保護(hù)裝置；
（3）每個(gè)空調(diào)器電源插座回路中電源插座數(shù)不應(yīng)超過2只。柜式空調(diào)器應(yīng)采用單獨(dú)回路供電；
（4）衛(wèi)生間應(yīng)作局部輔助等電位聯(lián)結(jié)；
（5）廚房和衛(wèi)生間靠近時(shí)，在其四周可設(shè)分配電箱，給廚房和衛(wèi)生間的電源插座回路供電。這樣可以減少住戶配電箱的出線回路，減少回路交叉，提高供電可靠性；
（6）自配電箱引出的電源插座分支回路導(dǎo)線截面應(yīng)采用不小于2．5mm2的銅芯塑料線。
參考文獻(xiàn)
1香港非凡行政區(qū)政府機(jī)電工程署編．《電力（線路）規(guī)例工作守則》1997
2北京市建筑設(shè)計(jì)探究院編．《建筑電氣專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)辦法》中國建筑工業(yè)出版社，1998
3《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096－1999）．中國建筑工業(yè)出版社，1999
4李天恩主編．《小康住宅電氣設(shè)計(jì)》北京中國建筑工業(yè)出版社，1999
5全國建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)作及情報(bào)交流網(wǎng)編．建筑電氣設(shè)計(jì)通訊．2001；1
6國際銅業(yè)協(xié)會（中國）編．《住宅建設(shè)應(yīng)滿足電氣平安和遠(yuǎn)期負(fù)荷增長的要求》2000
論文關(guān)鍵詞：電源，可靠，設(shè)計(jì)
對于現(xiàn)在一個(gè)電子系統(tǒng)來說，電源部分的設(shè)計(jì)也越來越重要，下面探討一些關(guān)于電源設(shè)計(jì)方面的心得，來個(gè)拋磚引玉，讓我們在電源設(shè)計(jì)方面能夠都有所探索和長進(jìn)。
1、如何選擇合適的電源實(shí)現(xiàn)電路
根據(jù)分析系統(tǒng)需求得出的具體技術(shù)指標(biāo)，可以來選擇合適的電源實(shí)現(xiàn)電路了。一般對于弱電部分，包括了LDO（線性電源轉(zhuǎn)換器），開關(guān)電源電容降壓轉(zhuǎn)換器和開關(guān)電源電感電容轉(zhuǎn)換器。相比之下，LDO設(shè)計(jì)最易實(shí)現(xiàn)，輸出波紋小，但缺點(diǎn)是效率有可能不高，發(fā)熱量大，可提供的電流相較開關(guān)電源不大等等。而開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)靈活，效率高，但紋波大，實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，調(diào)試比較繁瑣等等。
2、如何為開關(guān)電源電路選擇合適的元器件和參數(shù)
很多的未使用過開關(guān)電源設(shè)計(jì)的工程師會對它產(chǎn)生一定的畏懼心理，比如擔(dān)心開關(guān)電源的干擾問題，PCB layout問題物理論文，元器件的參數(shù)和類型選擇問題等。其實(shí)只要了解了，使用一個(gè)開關(guān)電源設(shè)計(jì)還是非常方便的。
一個(gè)開關(guān)電源一般包含有開關(guān)電源控制器和輸出兩部分，有些控制器會將MOSFET集成到芯片中去，這樣使用就更簡單了，也簡化了PCB設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)的靈活性就減少了一些。
開關(guān)控制器基本上就是一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，所以一般都會有一個(gè)反饋輸出電壓的采樣電路以及反饋環(huán)的控制電路。因此這部分的設(shè)計(jì)在于保證精確地采樣電路，還有來控制反饋深度，因?yàn)槿绻答伃h(huán)響應(yīng)過慢的話，以瞬態(tài)響應(yīng)能力是會有很多影響。
而輸出部分設(shè)計(jì)包含了輸出電容，輸出電感以及MOSFET等等，這些的選擇基本上就是要滿足一個(gè)性能和成本的平衡，比如高的開關(guān)頻率就以使用小的電感值（意味著小的封裝和便宜的成本），但是高的開關(guān)頻率會增加干擾和對MOSFET的開關(guān)損耗，從而效率降低。使用低得開關(guān)頻率帶來的結(jié)果則是相反的。
對于輸出電容的ESRT和MOSFET的Rdson參數(shù)選擇也是非常關(guān)鍵的，小的ESP可以減小輸出紋波，但是電容成本會增加，好的電容會貴嘛。開關(guān)電源控制器驅(qū)動(dòng)能力也要注意，過多的MOSFET是不能被良好驅(qū)動(dòng)的。
3、如何調(diào)試開關(guān)電源的電路
3.1電源電路的輸出通過低阻值大功率電阻接到板內(nèi)，這樣在不焊電阻的情況下可以先做到電源電路的先調(diào)試，避開后面電路的影響。
3.2一般來說開關(guān)控制器是閉環(huán)系統(tǒng)，如果輸出惡化的情況超過了閉環(huán)可以控制的范圍，開關(guān)電源就會工作不正常，所以這種情況就需要認(rèn)真檢查反饋和采樣電路。特別是如果采用了大ESR值的輸出電容，會產(chǎn)生很多的電源紋波，這也會影響開關(guān)電源的工作的。
4、如何來評估一個(gè)系統(tǒng)的電源需求
對于一個(gè)實(shí)際的電子系統(tǒng)，要認(rèn)真分析它的電源需求。不僅僅是關(guān)心輸入電壓，輸出電壓和電流，還要仔細(xì)考慮總的功耗，電源實(shí)現(xiàn)的效率，電源部分對負(fù)載變?nèi)私?jīng)的瞬態(tài)響應(yīng)能力，關(guān)鍵器件對電源波動(dòng)的容忍范圍以及相應(yīng)的允許的電源紋波，還有散熱問題等等cssci期刊目錄。功耗和效率是密切相關(guān)的，效率高了，在負(fù)載功耗相同的情況下總功耗就少，對于整個(gè)系統(tǒng)的功率預(yù)算就非常有利了，對比LDO和開關(guān)電源，開關(guān)電源的效率要高一些，同時(shí)物理論文，評估效率不僅僅是看在滿負(fù)載的時(shí)候電源電路的效率，還要關(guān)注輕負(fù)載的時(shí)候效率水平。
至于負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力，對于一些高性能的CPU，應(yīng)用就會有嚴(yán)格的要求，因?yàn)楫?dāng)CPU突然開始運(yùn)行繁重的任務(wù)時(shí)，需要的啟動(dòng)電流是很大的，如果電源電路響應(yīng)速度不夠，造成瞬間電壓下降過多過低造成CPU運(yùn)行出錯(cuò)。一般來說，要求的電源實(shí)際值多為標(biāo)稱值的±5%所以可以據(jù)此計(jì)算出允許的電源紋波，當(dāng)然要預(yù)留余量的。
散熱問題對于那些大電流電源和LDO來說比較重要，通過計(jì)算機(jī)也可以評估是否合適的。
5、接地技術(shù)的討論
接地的定義：在現(xiàn)代接地概念中、對于線路工程師來說，該術(shù)語的含義通常是“線路電壓的參考點(diǎn)”；對于系統(tǒng)設(shè)計(jì)師來說，它常常是機(jī)柜或機(jī)架；對電氣工程師來說，它是綠色安全地線或接到大地的意思。一個(gè)比較通用的定義是“接地是電流返回其源的低阻抗通道”。
接地方式：接地有多種方式，有單點(diǎn)接地，多點(diǎn)接地以及混合類型的接地。而單點(diǎn)接地又分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。一般來說，單點(diǎn)接地用于簡單電路，不同功能模塊之間接地區(qū)分，以及低頻（floMHz）電路時(shí)就要采用多點(diǎn)接地了或者多層板（完整的地平面層）。
信號回流和跨分割的介紹：對于一個(gè)電子信號來說，它需要尋求一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處理這個(gè)信號回流就變得非常關(guān)鍵。
第一，根據(jù)公式可以知道，輻射強(qiáng)度是和回路面積成正比的，就是說回流要走的路徑越長，形成的環(huán)越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時(shí)候要盡可能減小電源回路和信號回路面積。
第二、對于一個(gè)廣發(fā)高速信號來說，提供有好的信號回流可以保證它的信號質(zhì)量，這是因?yàn)镻CB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層或電源層為參考來計(jì)算的，如果高速線附近有連續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù)，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會發(fā)生變化，不連續(xù)的阻抗從而會影響到信號的完整性。所以，布線的時(shí)候要把高速線分配到近地平面的層，或者高速線旁邊并行一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三、為什么說布線的時(shí)候盡量不要跨電源分割，這也是因?yàn)樾盘柨缭搅瞬煌娫磳雍笪锢碚撐模幕亓魍緩骄蜁荛L了，容易受到干擾。當(dāng)然，不是嚴(yán)格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號就要認(rèn)真檢查，盡量不要跨越，可以通過調(diào)整電源部分的走線。（這是針對多層板多個(gè)電源供應(yīng)情況說的）
6、單板上的信號如何接地
對于一般器件來說，就近接地是最好的，采用了擁有完整地平面的多層板設(shè)計(jì)后，對于一般信號的接地就非常容易了，基本原則是保證走線的連續(xù)性，減少過孔數(shù)量，近地平面或者電源平面等等。
7、單板的接口器件如何接地
有些單板會有對外的輸入輸出接口，比如串口連續(xù)器，網(wǎng)口RJ45連接器等等，如果對它們的接地設(shè)計(jì)得不好也會影響到正常工作，例如網(wǎng)口互連有誤碼、丟包等，并且會成為對外的電磁干擾源，把板內(nèi)的噪聲向外發(fā)送。一般來說會單獨(dú)分割出一塊獨(dú)立的接口地，與信號地的連續(xù)采用細(xì)的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻。細(xì)的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到接口地上來。同樣的，對接口地和接口電源的濾波也要認(rèn)真考慮。
