电源适配器的设计与制作(共53页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上 毕业设计（论文）笔记本电脑电源适配器的设计与制作专 业（系） 电气工程系电气自动化专业 班 级 学生姓名 指导老师 完成日期 2013届毕业设计任务书一、课题名称：笔记本电脑电源适配器设计二、指导老师：陈勇宏三、设计内容与要求1、课题概述根据市场需求，需要设计制造一款笔记本电脑电源适配器，其设计方案有两种；（1）采用变压器、整流、稳压；（2）采用开关电源；采用开关电源的优点：不需要笨重的电源变压器，效率高，体积小，造价低。开关电源已广泛用于工业产品及家用电子产品中2、设计内容与要求开关电源的技术要求：（1）.确定设计方案，绘制方框图；（2）.设计各部分电路，要求尽量采用集成电路，在保证实现基本功能和主要技术指标的前提下采用通用型元器件，并注意降低成本，以获取较高的性价比；（3）.分析各单元电路的工作原理和特性；（4）.画出整机电路图，设计印制电路板，并说明电路调试的基本方法；（5）.每组制作实物一件。完成毕业设计说明书一份。3、技术指标：（1）.输入交流电压：110V260V；（2）.输入直流工作电压：19±0.1V；（3）.直流工作电流：4A；（4）.具有短路保护、过载保护等功能。（5）.使用环境：040。1）设计19V开关电源的电气原理图，PCB图，PCB板要按照CE标准。2）采用集成元件，元件数量要尽可能少。3）设计开关变压器的参数。4）按要求设计、制作PCB板图，并装配调试，由指导老师提供部分元件。5）编写使用说明书。包括电气原理图；电路板图；元件明细表。6）图纸要独立完成，文字表达准确，条理清晰，文笔通顺，采用打印。四、设计参考书及参考网址 1、陈梓城主编模拟电子技术基础，高等教育出版社3、王建生主编电源技术教程，高等教育出版社4、周志敏、周纪海编开关电源实用技术设计与应用，人民邮电出版社5、开关电源设计电子工业出版社 王志强6、开关电源的原理与设计张站松7、开关电源印制板电路板（PCB）工程设计中国电力出版社 杨恒五、设计说明书要求1.封面2.内容摘要3.目录4.引言5.正文（设计方案比较与选择，设计方案原理、计算、分析、论证，设计结果的6.说明及特点）7.文献8.致谢9.附录(参考文献、图纸、材料清单等)六、设计进程安排第 1 周： 资料准备与借阅，了解课题思路。第2-3周： 设计要求说明及课题内容辅导，完成图纸初稿。第4-6周： 进行毕业设计，完成说明书初稿。第7周： 指导老师检查毕业设计完成情况，作好毕业答辩准备。第 8 周： 毕业答辩与综合成绩评定。七、毕业设计答辩及论文要求1、毕业设计答辩要求答辩前三天，每个学生应按时将毕业设计说明书或毕业论文、专题报告等必要资料交指导教师审阅，由指导教师写出审阅意见。学生答辩时对自述部分应写出书面提纲，内容包括课题的任务、目的和意义，所采用的原始资料或参考文献、设计的基本内容和主要方法、成果结论和评价。答辩小组质询课题的关键问题，质询与课题密切相关的基本理论、知识、设计与计算方法实验方法、测试方法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文要求文字要求：说明书要求打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不允许抄袭。图纸要求：按工程制图标准制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必须按国家 规定的标准或工程要求绘制。专心-专注-专业摘 要开关电源技术是一门运用半导体功率器件实现电能的高效率变换、将粗电变换成精电，以满足供电质量要求的技术。由于在开关电源中半导体功率器件工作在高频开关方式，因此它具有高频率、高功率密度、高可靠性。 本文主要介绍了基于UC3842的开关电源电路拓扑的选取、变压器和电感设计、功率驱动电路、控制电路及保护电路的设计。开关电源采用MOSFET作为开关器件，通过控制开关器件导通的占空比调整输出电压。开关电源对电网的适应能力强，当开关电源在电网电压为220V±10%范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。 本设计主要分为四章，分别介绍了开关电源的发展，工作原理，电路设计及参数计算和电磁兼容设计。回顾开关电源技术的发展过程，可以看到，高频率、小型化、集成化、智能化以及高可靠化是大势所趋，也是今后的发展方向。关键词：开关电源；电路拓扑；电磁兼容、AbstractSwitching power supply technology is that semiconductor power devices are used to achieve high efficiency power conversion that makes the power change from crude to varitronix. The quality of power supply meets the technical requirements. For power semiconductor devices in the switching power working in high frequency switching, it has a high frequency, high power density and high reliability. This paper introduces the UC3842 based switching power supply topology selection, transformer and inductor design, Power-driven circuit, control circuit and protection circuit design. Switching power MOSFET is used as a switch device, the output voltage is adjusted by the control switch duty cycle. Switching power supply is adaptable to the grid. The output voltage is steady when switching power supply voltage is within the scope of changes 220 V ± 10%. The paper consists of four chapters. Switching power supply development, working principles, circuit design and parameters and EMC design are introduced. Recalling SPS technology development process, high-frequency, small, integrated , intelligent and high reliability is the general development trend. Key word: Switching power supply; circuit topology; EMC 目 录第1章 绪 论1.1什么是电源适配器 近年来，电子产品，如笔记本电脑、液晶显示器、数字录像机、数码相机、个人数字助理（Person digital Assistar，PDA）、手机、游戏机、随身听等发展迅速，其中绝大多数需要低压直流电源为其供电或为其机内电池充电。为了从市政电力的交流系统中获取电力，两者之间必须有AC/DC的转换装置，这就是电源适配器（祥见左图）。它是将交流电网的交流电转换成电子产品锁要求的直流电压，其输出电压一般较低（几伏到十几伏），功率较小（几瓦到一百多瓦）。为了满足电子产品能在全球范围内使用，要求电源适配器的输入电压范围为全球电压输入范围（90-265Vac）。12电源适配器的发展与趋势在我们生活中广泛使用的适配器有两种类型，分别是交流电源适配器（也称线性电源适配器）和直流电源适配器）。交流适配器的内部主要是通过电源变压器来完成转换输出，直流适配器内部则是通过整流电路组成的。在之前使用的交流电源适配器主要是通过内部的电源变压器来完成转移，但是其在转移的过程中，功耗的损失相当大，所以开关电源适配器就应运而生。开关电源适配器主要是通过整流电路组成，损耗小很多。被广泛的用于网络延长器、路由器、通信设备、手机、手提电脑和PSP等。随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源。这种传统稳压电源技术比任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。较成熟，并且已有大量集成化的线性稳压电源模块，具有稳定性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点。但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和质量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。开关电源型稳压电源采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。以功率晶体管（GTR）为例，当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零。所以其功耗小，功率可高达70%95%。而功率小，散热器也随之减小。开关型稳压电源直接对电网电压进行整流、滤波、调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器。此外，开关工作频率为几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻、体积小等优点。另外，由于功率小，机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220±10%，而开关型稳压电源在电网电压在110260伏范围内变化时，都获得稳定的输出电压。开关电源的高频化是电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。1.3选题背景随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。传统的线性稳压电源具有稳定性能好、输出电压纹波小、使用可靠等优点，但其通常都需要体积大且笨重的工频变压器与体积和重量都很大的滤波器。由于调整管工作在线性放大状态，为了保证输出电压稳定，其集电极与发射极之间必须承受较大的电压差，导致调整管的功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右。另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，很难满足现代电子设备发展的需要。开关电源是一种采用开关方式控制的直流稳压电源，通过控制开关的占空比来调整输出电压。它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源形式。主要作为高功率脉冲电源的初级电源和大型军用设备的电源系统,也可以应用于大电流快速充放电系统和电子、通信、航天、医疗等各个领域,其中,几十几百千瓦的大、高功率开关电源主要应用于现代化工业、国防事业和大型科研项目中,具有非常广泛的应用前景。近年来，在高压大功率的应用场合，开关电源作为一种高效好型、高性能的电源己广泛用于家用电器、电子计算机、变频器等电子设备中。采用开关电源后，可以使相关装置体积小、重量轻、功耗低、稳压范围宽，大大地改善了装置的控制可靠性及保护性能。1.4本课题要求及主要研究内容研究开关电源的实现方法，并按照设计指标要求进行电路的设计。具体要求如下： 分析、掌握该课题总体方案，广泛阅读相关技术资料，并提出自己的见解。 掌握开关电源的工作原理。 设计硬件系统，掌握系统调试方法，使系统达到设计要求。主要技术指标设计要求：交流输入电压：110/220V；输出电压：12V第2章 开关电源的简介2.1开关电源概述 随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体储存器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。 隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳压直流电压。 随着半导体技术的高速发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前已形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20KHZ提高到150-200KHZ，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在于线性电源的竞争中具有先导之势。在70年代后期，功率在100W以上的开关电源是有竞争力的。到1980年，功率在50W以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W以上。就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显著“当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降”此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。2.2开关电源的工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经过滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压。为了方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下D= (1-1)式中，T表示开关S的开关重复周期；Ton表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压与输入电压之间有如下关系：(1-2)由（1-1）和（1-2）可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间Ton,即可改变脉冲占空比D,从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变Ton来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持Ton不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压稳压的方法，称做脉冲频率调制（PFM）。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变Ton，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频条宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。2.3开关电源的组成开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下：2.4开关电源的特点开关电源具有如下特点：（1）效率高。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可达90%以上；（2）重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，从而使其重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小了；（3）稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90270V内变化时，输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路，还可以稳压范围更宽并保证开关电源的高效率；（4）安全可靠。在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护电路，因此当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠；（5）功耗小。由于开关电源工作频率高，一般在20kHz以上，因此滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；特别是，由于功率开关管工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。第3章 用UC3842进行开关电源的设计3.1 UC38423.1.1UC3842的简介UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占为比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作2080W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。继MC1394、AN5900之后，人们又开发出功能更完善的它激单端输出驱动集成电路。其特点是除内部PWM系统外，还没有多路保护输入和稳定的基准电压发生器，同时还具有小电流启动功能。典型的UC3842为就是其中的代表，它功能完善性能可靠，目前被各种普通电源采用，还被用于有源因数改善电路和高压升压式开关电源中。UC3842是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。3.1.2 UC3842引脚及其功能UC3842为8脚双列直插式封装，其内部原理框图如图2-2所示。主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。端1为COMP端；端2为反馈端；端3为电流测定端；端4接Rt、Ct确定锯齿波频率；端5接地；端6为推挽输出端，有灌电流的能力；端7为集成块工作电源电压端，可以工作在840V；端8为内部外用的基准电压5V，带载能力50mA。UC3842系列引脚排列图UC3842引脚功能表引脚符号功能引脚功能说明8管脚14管脚11COMP补偿内部误差放大器补偿端，频率补偿输入端,并可用于环路补偿。23UFB电压反馈内部误差放大器反相输入端，取样反馈电压接到至该端，通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出。35ISENSE电流取样内部电流取样比较器同相输入端，当该端电压为1V时，芯片停止工作，关闭输出脉冲47RT/CTRT/C通过将电阻RT连接至VREF以及电容CT连接至地，使振荡器频率和最大输出占空比可调，工作频率可达500HZ。5GND地该管脚是控制电路和电源的分共地（仅对8管脚封装如此）。610OUT PUT输出该管脚直接驱动功率MOSFET的栅极（开关管）使输出矩形波，为图腾柱式输出。712VCC电源端该管脚是控制集成电路的正电源。814UREF基准电压输出基准电压输出端，输出+5V电压，电流可达5mA，可给外电路供电8PGND电源地该管脚是一个回至电源的分离电源地板回端（仅14管脚封装如此），用于减少控制电路中开关瞬态噪声的影响。11VCVC输出高态(VOH)由回到此管脚（仅14管脚封装如此）的电压设定。通过分离的电源连接，可以减少开关瞬态噪声对控制电路的影响。9地该管脚是控制电路地返回端（仅4管脚封装如此），并被连回到电源地。2，4，6，13空脚无连接（仅14管脚封装如此）。这些管脚没有内部连接。3.1.3 UC3842的内部结构(见下图)3.1.4 UC3842的使用特点（1）它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简单、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适于构成无工频变压器的2050W小功率开关电源。（2）最高开关频率为500KHZ，频率稳定度达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管。（3）内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0V，允许有±0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/。（4）稳压性能好。其电压调整率可达0.01%/v，能同第二代线性集成稳压器（例如LM317）相媲美。启动电流小于1mA，正常工作电流为15mA。（5）除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外，还设有欠压锁定电路，使工作稳定、可靠。（6）最高输入电压Vim=30V，输出最大峰值电流=1A，平均电流为0.2A,本身最大功耗=1W,最大输出功率=50W。3.2 光电耦合器光电耦合器（optical coupler ,OC）也叫光电隔离器（optical isolation, OI）,简称光耦。它是一种以红外光进行信号传递的器件，由两部分组成：一是发光体，实际上是一只发光二极管，受输入电流控制，发出不同强度的红外光；另一部分是受光器，受光器接收光照以后，产生光电流并从输出端输出。它的光电反应也是随着光的强弱改变而变化的。这就实现了“电光电”功能转换，也就是隔离信号传递。光电耦合器的主要优点是单向信号传输，输入端和输出端完全实现了隔离。不受其他任何电气干扰和电磁干扰，具有很强的看抗干扰能力。因为它是一种发光体，而且用低电平的电源供电，所以它的使用寿命长，传输效率高，而且体积小。可广泛用于级间耦合、信号传输、电气隔离、电路开关以及电平转换等。在开关电源电路中利用光电耦合器构成反馈回路，通过光电耦合器来调整、控制输出电压。达到稳定输出电压的目的；通过光电耦合器进行脉冲转换。在设计本次开关电源时对光耦的选取原则是： 电流传输比CTR的允许选取范围是80%250%。当CTR为80%时，光电耦合器中的发光二极管需要较大的工作电流（>5.0MA）才能控制电路的占空比。这样做的结果是增加了光电耦合器的功耗。当CTR>250时，若启动电流或输出负载发生突变，有肯能发生误触发，即无关断，影响正常工作。 要采用线性良好的光电耦合器。因为光电耦合器具有良好的线性时，电源控制调整十分有序，输出稳定可靠。因此，本设计中对光电耦合器的采用为：光耦NEC2501光耦NEC2501参数如下：型号;NEC2501;电流传输比CTR：80%160%；反向击穿电压V（BR）CEO:40V;生产厂商:NEC;封装形式：DIP43.3肖特基二极管肖特基二极管SBD（Scotty Barrier Diode）是一种N型半导体器件，工作在低电压、大电流状态下，反向恢复时间短，只有纳秒，正向导通压降为0.4V，而整流电流达数百安。它是最近在开关电源中应用得最多的一种器件。区分肖特基二极管和超快速恢复二级的方法是二者的正向压降不同，肖特基二极管的正向压降为0.3V，超快速恢复二极管的正向压降为0.6V。值得注意的是:肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V，它适合用在低电压、大电流的开关电源中。因此，在本设计中肖特基二极管的采用为MBR1045。肖特基二极管MBR1045参数如下：型号：MBR1045;反向峰值电压：45；平均整流电流Id:10A;反向恢复时间<10ns;生产厂商：Motorola3.4 三端可调分流基准源德州仪器公司（TI）生产的TL431是一种有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值，典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源、开关电源等等。该器件的电路符号。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。图3-1 TL431 电路符号和等效电路由图可以看出，VT是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图3-1的电流将从1mA到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块对开启思路，理解电路都是很有帮助的。图3-2 TL431内部结构图3.5 场效应晶体管（MOSFET）MOSFET种类和结构繁多，按导电沟道可分为P沟道和N沟道。当栅极电压为零时漏极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型。在电力MOSFET中，主要是N沟道增强型。 当漏极接电源正端，源极接电源负端，栅极和源极间电压为零时，P基区与N漂移区之间形成的PN结反偏，漏源极之间无电流流过。如果在栅极和源极之间加一正电压，由于栅极是绝缘的，所以并不会有栅极电流流过。但栅极的正电压却会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子电子吸引到栅极下面的P区表面。当所加正电压大于某一电压值时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型而成N型半导体，形成反型层，该反型层形成N沟道而使PN结消失，漏极和源极导电。此电压值称为开启电压（或阈值电压），所加正电压值超过开启电压越多，导电能力越强，漏极电流越大。 功率场效应管（MOSFET）由于采用单极性多子导电，使开关时间显著地减小，又因其很容易达到1MHz的开关工作频率而受到世人瞩目。但是MOSFET提高器件阻断电压必须加宽器件的漂移区，结果使器件内阻迅速增大，通态压降增高，通态损耗增大，所以只能应用于中小功率产品。 在开关电源中，用作开关功率管MOSEFT几乎全是N沟道增强型器件。这是因为MOSFET是一种依靠多数载流子工作的单极性器件，不存在二次击穿和少数载流子的储存时间问题，所以具有较大的安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。MOSFET在大功率开关电源中用作开关，比双极性功率晶体管具有明显的优势。所有类型的有源功率因数矫正器都是为驱动功率MOSFET而设计的。MOSFET功率管的特点：（1） MOSFET是电压控制型器件，因此在驱动大电流时无需推动级，电路较简单；（2） 输入阻抗高，可达108以上；（3） 工作频率范围宽，开关速度快（开关时间为几十纳秒到几百秒）开关损耗小；（4） 有较优良的线性区，并且MOSFET的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流输入阻抗极高；噪声也小，最适合制作Hi-Fi音响；（5） 功率MOSFET可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻。第4章 开关电源的电路原理及组成4.1输入电路的原理及常见电路：1、AC输入整流滤波电路原理：图4-1 输入滤波、整流回路原理图    防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，若电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。    输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。    整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。2、    DC输入滤波电路原理： 图4-2 输入滤波电路    输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。    R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。4.2 功率变换电路1、    MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET（MOS管），是利用半导体表面的电声效应进行工作的。也称为表面场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。  2、工作原理： （见左图）R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压达到1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断 。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也达到了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。4、驱动变压器的反激电路（见图4-3）：T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环。图4-3 驱动变压器的反激电路4.3 输出整流滤波电路1、    正激式整流电路（见图4-4）： 图4-4 正激式整流电路T1为开关变压器，其初极和次极的相位同相。D1为整流二极管，D2为续流二极管，R1、C1、R2、C2为削尖峰电路。L1为续流电感，C4、L2、C5组成型滤波器。2、    反激式整流电路（见图4-5）： 图4-5 反激式整流电路   T1为开关变压器，其初极和次极的相位相反。D1为整流二极管，R1、C1为削尖峰电路。L1为续流电感，R2为假负载，C4、L2、C5组成型滤波器。3、    同步整流电路（见图4-6）： 图4-6 同步整流电路   工作原理：当变压器次级上端为正时，电流经C2、R5、R6、R7使Q2导通，电路构成回路，Q2为整流管。Q1栅极由于处于反偏而截止。当变压器次级下端为正时，电流经C3、R4、R2使Q1导通，Q1为续流管。Q2栅极由于处于反偏而截止。L2为续流电感，C6、L1、C7组成型滤波器。R1、C1、R9、C4为削尖峰电路。4.4 稳压环路原理1、反馈电路原理图：       图4-7 电压反馈环路原理图    2、工作原理：当输出U0升高，经取样电阻R7、R8、R10、VR1分压后，U1脚电压升高，当其超过U1脚基准电压后U1脚输出高电平，使Q1导通，光耦OT1发光二极管发光，光电三极管导通，UC3842脚电位相应变低，从而改变U1脚输出占空比减小，U0降低。当输出U0降低时，U1脚电压降低，当其低过U1脚基准电压后U1脚输出低电平，Q1不导通，光耦OT1发光二极管不发光，光电三极管不导通，UC3842脚电位升高，从而改变U1脚输出占空比增大，U0降低。周而复始，从而使输出电压保持稳定。调节VR1可改变输出电压值。反馈环路是影响开关电源稳定性的重要电路。如反馈电阻电容错、漏、虚焊等，会产生自激振荡，故障现象为：波形异常，空、满载振荡，输出电压不稳定等。4.5短路保护电路1、在输出端短路的情况下，PWM控制电路能够把输出电流限制在一个安全范围内，它可以用多种方法来实现限流电路，当功率限流在短路时不起作用时，只有另增设一部分电路。2、短路保护电路通常有两种，下图是小功率短路保护电路，其原理简述(如图4-8)所示：当输出电路短路，输出电压消失，光耦OT1不导通，UC3842脚电压上升至5V左右，R1与R2的分压超过TL431基准，使之导通，UC3842脚VCC电位被拉低，IC停止工作。UC3842停止工作后脚电位消失，TL431不导通UC3842脚电位上升，UC3842重新启动，周而复始。当短路现象消失后，电路可以自动恢复成正常工作状态。图4-8 短路保护电路 3、下图是中功率短路保护电路，其原理简述如(图4-9)所示：图4-9 功率短路保护电路当输出短路，UC3842脚电压上升,U1 脚电位高于