南通农业职业技术学院学生毕业论文
1R2D2C12 R5D4C12
图3-6 缓冲吸收电路
3.5 前置保护电路
设备的安全、可靠性在很大程度上依赖于开关电源的保护电路。据不完全统计，电子设备的安全、可靠性问题80%源于设计。输入端保护电路是为了保护整个电源的安全而设计的。主要有以下几种结构，如图3-7 所示。
L85 256VNL85 256VN(d)(a)FUL85 256VNRrRFLRV85 256VFURV(c)(b)RrNL85 256VNFUC1L85 256VNRV(e)FURVC1Rr(f)
图 3-7 保护电路的各种类型
其中 FU 是熔断丝，RF是熔断电阻器，RT是负温度系数热敏电阻器，RV压敏电阻器。其中熔断丝起过流保护的功能，负温度系数热敏电阻器可进行通电瞬间的过流保护，压敏电阻可吸收浪涌电压，防雷击保护。根据具体需要，本设计选用保护电路a，熔断丝采用 2A/250V 熔断管。 3.6 EMI滤波电路选择与设计
由于开关电源工作时，电源进线会引入外界的干扰，同时电源本身也是一干扰
源，通过耦合通道对电网、开关电源本身和其他设备产生干扰。在电源输入端采用了EMI滤波器，来消除共模干扰和差模干扰。
降低 EMI 的方案有两种：一种是采用简单的π型滤波器和一个 Y 电容；另外一种是由共模电感、X电容和Y 电容构成的 EMI 滤波器。常用交流输入开关电源常用的四种 EMI 滤波器如下图 3-8 所示。
17
南通农业职业技术学院学生毕业论文
图3-8四种EMI滤波器结构
图 a 和图 b 均属于简易型 EMI 滤波器，其中L为共模电感，图 a、图 b 中的明显区别就是滤除差模干扰电容的位置不同。图c 中 C3、C4和 L 是用来滤除共模干扰的，而 C1和 C2是用来滤除差摸干扰的。当出现共模干扰时，共模电感中的两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，对共模信号呈现很大的感抗，从而抑制了共模信号的干扰。其中R 为泄放电阻，可将 C3上累积的电荷释放掉，避免因电荷累积进而影响滤波特性，另外断电后还能使电源的输入端之间不带电，保证操作者安全。图 d 与图 c 的区别是把抑制共模干扰的电容接到了输出端之间。
本设计选择了图d,其为典型的EMI滤波器，其内有共模电感和滤波电容来消除共模干扰和差模干扰。 3.7 输入整流滤波电路
开关电源本质上是将直流变换到直流的，所以网电的220AC并不能直接用于变换，必须加上整流和滤波。
整流桥的选择主要是电流和耐压，开关电源一般采用由整流管构成的整流桥，亦可直接选用成品整流桥，完成桥式整流。全波桥式整流器简称硅整流桥，是将四只硅整流管接成桥路形式，再用塑料封装而成的半导体器件，其具有体积小、使用方便、各整流管的参数一致性好等优点，可广泛用于开关电源的整流电路。
由于输入电压是波动的，桥式整流后输出的是连续正半周的正弦波，前一个正弦波下降到250V，反激电源即便以限定的最大占空比也无法保证输出电压的稳定时，作为电压的极限值，而直到下一个正弦波上升到这个值以上时，才会由整流桥的输出供电，而这期间，要依靠电容的放电来保证电路的正常工作，电容量必须要
18
南通农业职业技术学院学生毕业论文
满足这一要求。
CON112142C220uf/400V3CON2
图3-9输入整流滤波电路
但是如果真的进行计算就会发现要用到三角函数等等，为了简化计算，做以下简化模型：电容上的电压在输入电压峰值到来的瞬间被充到峰值电压，此后后面电路消耗的电能全部由电容供给。
该电源要求满足 AC220±22V 的电压波动，那么在整流后，最小的输入电压峰值就是：
（220-22）×1.414=280V （3-43）
在电路部分的实际设计中还要为这个值留一个波动的裕量，所以我要设计的电源在输入 250V 时仍能正常工作；那么电容上电压的波动就是 280-250=30V；接下来要确定电容充电间隔时间，根据上面的模型可以知道这个值是 10ms：然后计算后面电路消耗的电流。原边电流峰值可由公式（3-44）求得： IPK?2?P （3-44） q?VIpk:原边电流峰值（A） P：电源功率（W） q：占空比最大值
V：输入电压最小值（V）
按公式（3-44）计算出原边电流的峰值，其中电源功率算 55W，占空比 0.42，电压 250V，那么电流峰值就是 1.16A。这里再次简化模型以避免积分运算，以峰值电流的一半代替平均电流计算，再考虑占空比只有 45%，那么电流就还要再小一倍，得出放电电流大约是：1.16/4=0.29A。在 10ms 内以 0.29A 放电，可以放掉的电荷量：
0.28?0.001?2.8?10(C) （3-45）
?3Q2.8?10?3??97μF （3-46） 那么 C??V30不过考虑到铝电解电容 20%的容量误差和容量会随着时间推移逐渐减少，这
里我选择220uF 的电容。在大功率的电源里，这个电容的存在会影响电源的功率因数，所以有的电源设计里在电容前会加上一个电感来修正功率因数，称为 PFC
19
南通农业职业技术学院学生毕业论文
（Power Factor Correction，功率因数校正），这个概念相当于用电感和电容构成一个串联谐振电路，使这个回路对 50Hz 的频率谐振，从而对外呈现纯电阻性质的负载，而不影响功率因数。
本次设计采用了简单的桥式整流和一个 220uF/400V 的铝电解电容。输入整流滤波电路如图3-9所示。 3.8 反馈电路设计
反馈电路是这个电源设计的一个关键环节，常用的有电流反馈回路和电压反馈回路。在 UC3844 的数据手册中给出的典型应用是通过馈电绕组向芯片提供电压的反馈的，为了实现这个反馈，采用了TL431和 PC817 构成一种新型精准的反馈回路。
VrefOP1OP2OP1R10R1310K4.7KR145.1K23R15 100K15C24 10nFVFBISENCMPENGNDVCCOUTVREFRT/CT7OP2684TL431RW15KRPC817R173.7K15VR1810KUC3844
图3-10 电压反馈电路
首先定性地说明这个电路工作的原理，由 R18 和 RW1组成电阻分压网络，使 TL431 的 1 脚电压与电源输出的电压相关。当由于负载消耗电能造成输出电压下降，使 TL431 的 1 脚上的电压低于 2.5V 时，TL431 开始起作用并在 3 脚吸入电流，这样光耦 PC817 的发光管就会亮起来，使得 PC817 的光敏管一端开始导通流过电流，并在 R13上形成反馈电压送到误差放大器的输入端。而误差放大器的输出又管着芯片开关输出的关断（RS 触发器的 R 端），这样直到：输出电压达到12V或开关管电流达到限制或芯片本身限定的占空比的极限。
在此之前输出的开关波形都不会关断，MOS管都会处于开通状态。至此完成电压反馈的过程，并实现当输出电压降低时加大开关波形占空比的目的。
下面是元器件参数的选择：R18 和 RW1，一般都是 RW1用精密可调电位器。R18选10K，这个比较简单，而 RW1的值应该满足这个条件：
R18??Vout?Vref??1?? （3-47）
RW1??用 Vout=15V，Vref=2.5V（TL431 的参考电压），R18=10K 代入计算 RW1=2K；
为了便于调节，选择 5K 的精密可调电位器。
20
南通农业职业技术学院学生毕业论文
下面是R17的值：TL431正常工作时，3 脚的电压总是 2.5V，PC817 的发光管的导通电压为 1.2V，为了让PC817 良好工作，应该在正常输出时让 PC817 的发光端有 3mA 的电流，这样就可以开始计算：
R17?Vout?Vref?Vf?If?15?2.5?1.2?3.77KΩ （3-48） ?33?10按 E24 系列有 3.7K 的电阻值。
图中有一个 R电阻，这是因为 TL431 有两种，一种必须有 1mA 的偏置电流，而另一种则只需要 1uA。如果是用 1mA 的类型，在输出电压比较低时，可能通过 PC817 的电流无法满足 1mA 的偏置电流的要求，此时需要一个额外的电阻为 TL431 提供基本的偏置电流。这个电阻的选择很简单，按1mA的电流去算就可以了。本次设计的这个电源是15V，所以实际的电路中不用这个电阻也没有问题。
在 PC817 的输出端，由芯片的参考电压输出提供电源。这里注意要采用射极电压输出的形式，以便保持反馈电压的相位的正确。关键的是由误差放大器输出到反相输入端的反馈，在这里加一个电阻适当降低电路的增益，再用一个电容对信号进行相位补偿。这个部分对单端反激电源很重要，因为反激的结构使得电路很容易发生振荡，必须对反馈环路进行相位补偿以避免发生振荡。电源出来以后，通过更换不同值的电容直到电路在各种条件下都不振荡。 3.9电流检测和过流保护电路
在功率电路中，电压的检测相对于电流的检测要简单和容易得多电压的检测可以很方便地进行而不会对电路性能产生明显影响而对电流的检测却要复杂得多，电流的检测必须引入测量电流的检测器，检测器的引入将影响电路的性能根据具体的电路，选择合适的电流检测方案，并进行正确的电路设计，是功率电路设计成败的关键之一。在开关电源设计中，电流检测技术起着至关重要的作用。
23R6 1KC131000PFR80.75Ω/2WVFBISENCMPENGNDVCCOUTVREFRT/CT768415
图3-11电流检测和过流保护电路
本次设计中，电流的检测采用取样电阻R8的电压信号来完成，经R6和C13消除尖峰脉冲后送入引脚3，形成了电流的反馈回路并调节输出脉冲。一旦采样电压大于1V时，UC3844停止输出，起到保护电路的作用。如图3-11，其中R6和C13滤波器的时间常数通常为几百纳秒.
21