手机太阳能充电器的设计方案.docx

手机太阳能充电器的设计方案第一章概述1.1选题的意义在电力电子的领域中，对于电源供应器<Power Supply>有两种 不同的设计方式,一种线性式电源供应器Linear Power Supply>, 一种是切换式电源供应器switching Power Supply>o虽然线性 式电源供应器具有较小的涟波、较高的可靠度及没有电磁干扰，但 却有效率低及体积大等缺点；而切换式电源供应器虽具有体积小 且轻，功率转换效率高及较大的输入电压围的优点，但的涟波、噪 声,以及电磁干扰的产生也不可忽略的问题。近几年来，功率半导 体、控制电路与被动组件的研究快速，创造厂商要求效率的提升， 成本降低等条件日渐严苛，而SPS正能符合其所需，故本专题的 研究方向,将针对SPS来做探讨。本专题所研究的部份是在切换式电源供应器中的降压型转换器< Buck Converter,使用降压型转换器及太阳能当电源，使手机能在太 < 灯光 > 照射下对手机充电,不需外加电源使用性方便。操作被寸直;赧专换连名耨通模式Continous Condition Mode ;简称CCM>,所使用之方法是：先经过IsSpice仿真软件，来针 对电路进行仿真分析，等分析确定无误后，使用Protel DXP将模拟出来的结果以布线的方式来规划硬件电路。而太阳能电池为单使用材料TL-494X1LM-311X1LM-351X1电阻：2KQ xl电阻：30KQ xl电阻：10K。xl可变电阻：1OOK0 xl电容：0.001 Fxl 图3-4 TL-494PWM控制电路原理图3.2.3 TL-494PWM 控制电路TL-494为固定频率的PWM电路，它结合了全部方块图所之 功能，在切换式电源供应器里可单端式或者双波道式的输出控制。 如图3-1所示为TL-494控制器的部结构与方块图其部的线性锯 齿波震荡器乃为频率可规划式（frequency programmable,在脚5 与脚6连接两个外部组件RT与CT,既可获得所需之频率其频率 可由3-2式计算得知fOSC=l.l/RTCT电容器Ct截止时间比较器 回授PWM比较器 正反器时钟输入 正反器Q 正反器Q一 Q1射极输出 Q2射极输出输出模控图3-5 TL-494控制器的部结构与方块图输出脉波宽度调变之达成可藉在电容器CT端的正锯齿波与 两个控制信号中的任一个做比较而得知。电路中的NOR闸可用 来驱动输出电晶体Q1与Q2,而且仅当正反器的时钟输出信号是 在低标准位时，此闸才会在有效状态,此种情况的发生也是仅当锯 齿波电压大于控制信号电压期间里。当控制信号的振幅增加时，此 时也会一致引起输出脉波宽度的线性减少，如图3-8所示的波形 图。外部输入端的控制信号可输入至脚4的截止时间控制端，与脚 1、2、15、16误差放大器的输入端，其输入端点的抵补电压为 120mV,其可限制输出截止时间至最小值，大约为最初锯齿波周期 时间的4%。当教13的输出模控制端接地时,可获得96%最大工 作周期，而当第13接脚接至参考电压时，可获得48%最大工作周 期。如果我们在第4脚截止时间控制输入端设定一个固定电压，其 围由0V制3.3V之间，则附加的截止时间一定浮现在输出上。PWM比较器提供一个方法给误差放大器，乃由最大百分比 的导通时间来做输出脉波宽度的调整，此乃借着设定截止时间控 制输入端降至零电位，而此时再回授输入脚的电压变化可由 0.5V至3.5V之间，此两个误差放大器有其模态3111111011-1110(10 输入围由-0.3V至Vcc-2V,而且可用来检知电源供应器的输出 电压与电流。误差放大器的输出会处于高主动状态,而且在PWM比较器 的非反相输入端与其误差放大器输出乃为或者门OR运算结合, 通常第一个误差放大器都使用参考电压和稳压输出的，电压做比 较，其回路增益可依靠回授来控制。而第3脚通常用做频率的补 偿，它主要目的是为了整个环路的稳定度，特殊注意的是运用回授 时必须避免第3脚的输入过宰电流大于600 A,否则最大脉波 宽度将会被不正常的限制，此两种误差放大器，都可利用不管是正 相或者反相放大器都可用来稳压。第二个误差放大器可用来做过电流检知回路,可使用检知电 阻来与参考电压源做比较,这回路的工作电压接近地端，而此误差 放大器的转换率slew rate,在7V之Vcc为2V/us,但无论如何在 高频运用中。由于脉波宽度比较器和控制逻辑的传播延迟使得他 不能用为动态电流限制器。它可运用于恒流限制电路或者外加组 件作为电流回迭current feed-back,的限流装置，而动态电流限制 最好能使用截止时间控制输入端的第4脚。当电容器CT放电时，在截止时间比较器输出端会有正脉波 信号输出，此时钟脉波可控制操作正反器,且会溢至输出晶体管Q1 与Q2,若将输出模控制的第13脚连接到参考电压准位线此时在 推挽式操作下，则两个输出晶体管在脉波信号调变下会交替导通， 这时每一个输出的转换频率是震荡器频率的一半。当以单端方式single-ended操作时，最大工作周期须少于50 % ，此时输出驱动可至晶体管Q1或者Q2取得，若在单端方式操作下 需要较高的输出电流，可以将Q1与Q2晶体管以并联方式，而且 输出模控制的第13脚必须接地，则使正反器在失disable状态， 此时输出的转换频率乃相当于震荡器之频率。因此TL-494约两个输出级可以用单端方式或者是推挽方式 来输出，两个输出关西是不被拘束的，两个集极和射极都有输出 端可兹利用，在共射极下状态下，集极和射极电流在200mA时，齐律谕，普通这两个输出在共射齐律谕，普通这两个输出在共射集极度披是15V, 在输出过宰之审朝都出都有吸极的转魁喊弱5$ns,tf嘲 率速度非常的他磁彳频率可达33极的转魁喊弱5$ns,tf嘲 率速度非常的他磁彳频率可达33方们可以知道其苣换w检监甬35附蜘出漏电流I般都小于1 AgT 5RT 6GND 7脚位功能说明C1 8I般都小于1 AgT 5RT 6GND 7脚位功能说明C1 8121110gVccC2E2E1图3-6 TL-4%接脚图第1、2脚是误差放大器大器的同相输入端和反相输入端。第3脚是相位校正和增益控制。第4脚为死区控制，其上加03.3V电压时可使截止时间从 2%线性变化到100%。第5、6脚分别用于外接振荡电阻和振荡电容。第7脚为接地端。第8、9脚为TL-494部两个末级输出三极管集极。第10、11脚为TL-494部部两个末级输出三极管射极。第12脚为电源供电端。第13脚为输出控制端，该脚接地时为并联单端输出方式，接 14脚时为推挽输出方式。第14脚为5V基准电压输出端,最大输出电流10mAo第15、16脚分别为控制比较放大器的反相输入端和同相输入 端。第4章充电器转换器电路设计4.1 CCM与DCM摹拟与实作在做电路实作之前，我们必须要知道各数据的考量以及最后 实作出来的波形是否为我们所要的波形，所以我们在进行实作之 前先使用IsSpice这套电路仿真软件来仿真我们之后要进行的实 作电路。在经过摹拟测试后才依序进行往后的步骤来达到我们所 要的状况。4.2 闭回路控制之电路实作我们利用TL-494这颗PWM IC及一些被动组件结合成的闭 回路系统来达到我们所要的结果，而为什么我们要做闭回路控制 呢?为了使输出电压在电源或者负载变动时达到稳压。前面我们先 用面包板接电路，如图4-18测试电路的可行性，然后使用Protel DXP规划出最精简的电路布线图，如图4-1使用材料IC： TL-494 x 1MOSFET： IRF9540 x 1二极管：1N5819X1电感：150HHxl电容瓷:300PF x 1电容瓷:1000PF x 1电容瓷:O.ln Fx 1电容瓷:0.02|i F x 1电容电解:3.3： Fxl电容电解：100|i Fx 1电容电解：200|i F x 1电阻:300。x 1电阻：500Q x 1电阻：5.1K。x 1电阻:10KQx 1 电阻:20KQx 1 可变电阻:100KQx 2 图4-2闭回路实作电路图电路板完成后测试不同的输入电压，观察输出电压是否稳定 的 6V达到我们所要求的围。使用直流电源供应器当电源输入端。工作过程当反馈信号大于设定值时通过TL494的脉宽调制作用淇9脚 与10脚并联输出信号的脉宽减小，这个输出信号再经整流滤 波电 路及隔离与放大输出电路，使最后输出的直流控制信号的电压相应下降。直流控制信号通过控制电路经执行机构（如电动机、 电热管等使被控制量下降，再进而通过传感器使反馈信号降低， 形成单回路闭环控制。当反馈信号小于设定值时，上述控制过程 相反。此外，还可以根据被控制系统的具体情况，来调整输入二阶 低通滤波器的电容大小，使控制过程及时、准确、稳定。再有， 为使控制过程直观，还应加之设定量及被控制量的显示指示电 路。可从两个输入端取出信号,然后分别通过隔离放大电路（如 用运算放大器组成的电压尾随器送到表头指示。表头可采用多功能数字式电子表头成品或者直接用满量程5V的机械表示。 图4-3输出电压为稳定6V图 4-7 30Q 10QMonolithic power System Inc<MPS>近日推出 6V-36V 宽输入 电压围Buck其部集成150m功率开关,固定工作频率500kHz,可提 供高达2.5A的输出电流。极低的100uA静态工作电流有效降低轻 载损耗，使其在很宽的负载围实现高效率。在汽车或者电信系统等电池供电的应用场合，变换器始终保持 在线状态,因此最大限度地保证电池有效工作时间显得至关重要。 MP2467在宽负载围的高效率特殊是极小静态工作电流的特性使其 非常合用于这些场合。其较高的开关频率允许选取体积小的外部 电感器和电容器，其采用耐热增强型SOIC-8E封装，由MPS独特的BCD工艺集成控制所需的振荡器、逻辑控制电路和驱动电路，因 此可组成占板面积紧凑、热效率高的低成本解决方案。电流模式控制实现快速瞬态响应及逐周期的限流保护。降频 Frequency Foldback保护功能在短路情况下限制电流峰值，降低 工作频率，有效减少电路的损耗。一旦短路故障消除，芯片快速从 短路保护恢复到正常工作状态。其它特点包括外部开关机控制Enable,、置软启动 Soft-Start和过温保护Over Temperature Protection o本文通过建立Buck变换器的模型，并且在这一模型的基础上， 通过最小二乘算法获得了的变换器参数辨识的方法。这种方法适 用于CCM和DCM工作模式的变换器的参数辨识，能够推广到其他 开关变换器,并且能够被应用于在线参数辨识和故障自动诊断系统。 通过对变换器的滤波电感、滤波电容及其等效串联电阻的参数辨 识的实验，验证了这一方法的有效性和准确性。构建了Buck变换器参数辨识的方法。通过检测电感电流和输 出电压的波形信号,可辨识出电路的滤波电感、滤波电容及其等效 串联电阻，并可应用于参数在线辨识，故障趋势判断和预知维护。在Buck变换器建模中，开关器件被视作理想器件。电容的等效 串联电阻ESR是衡量电容是否正常的一个很重要的参数，同时它 对电路的性能有较大的影响，特殊是对输出电压的纹波影响较大， 故在建模过程中予以考虑，并且在参数辨识过程中也作为一个参 数来进行辨识。而电感的ESR由于其影响较小，因此建模中不予考 虑。元器件的软故障，如电容、变压器、电感、开关器件特性劣化 等参数性故障，会降低变换器的工作性能和安全性，影响输出指标，严 重的会引起开关器件短路或者开路故障，从而造成严重的经济损失。 因此，有必要研究变换器的参数，但在这里不做详细的介绍。图4-8实作波形图生9输出三角波图4-10输出三角波放大三倍图4-H经比较器输出之方波第五章结论对于我们制作专题过程我们以下列三点作为结论1 .成果利用降压式电源转换器将太阳能所产生的直流电，转成稳定 而可利用之直流电后直接送至手机进行充电。图5-2为本组在制 作专题的流程图说明如下：决定题目：太阳能手机充电器。搜集相关资料文献：搜集与太阳能相关资料,并加以分析整 理。系统分析、电路分析：分析与本专题相关之系统与电路，研究 其可行性，经整理之后重新设计成适合本专题之电路。找寻组件：找寻所需之组件，包括其额定及特性数据。组装组件：将组件依所设计之电路组装起来，以便测试。测试：进行测试,取得相关数据，以及确认电路系统之可行性。可行性：判断电路是否可行，整合上有无问题,运作上是否达 到要求，若不能达到要求,则需重新作电路分析与系统分析。系统整合：如图5-1将各部份电路进行整合,进行最后测试成品：若一切都没问题就完成本专题了,再将整个系统作一个 整理，及进行善后工作,并将整个专题之制作过程、运用资源、分 析报告、测试数据等作一总整理。太阳能充电器图稳定 5-1手机太阳能手 机充电器系统图2心得这次的太阳能手机充电器专题制作，着实让学生获益良多。比 如IsSpice这套电路仿真软件的操作,以前彻底没碰过这套软件，必 须从头一步一步的摸索,遇到问题就必须去找书或者找同学请教，同 学也都不吝将所会的教授于我，学习到许多使用软件的技巧。在实 作电路时也碰到许多问题，例如输出的电压不能稳定MOSFET 9540必然烧毁，需更换,、太阳能板连接到BUCK稳压电路时输入 电压过小BUCK电路需要检查，大多数都是IC TL-494的问题,， 输出电压无法达到所设计的电压调整回授分压电路便可以达到 所要的电压。专题制作中遇到了许多问题都能找出原因并去解决， 得到了许多珍贵的经验与成就感。3 .未来展望利用大自然的能源来提供电力,是未来的趋势，在本专题中，成 功达到手机充电的目的,但这只是一个很基本的系统，以下条列出 本专题所未考虑到的问题。1 .未使用蓄电池，无法在有时将太阳所产生的电力储存起来， 以致于充电时段必须受的影响。2 .缺乏太阳能最大功率追踪，无法有效的将系统功率有效的提升。3 .缩小太阳能电池,把整个电路设计封装成一个可携带可随 时充电的成品。毕业设计总结第一节主要成果本次毕业设计在自己的努力，同学的匡助，老师的指点下已全 部完成，结果重要,过程也很珍贵，因为好的结果必然得经过一个艰 辛的过程，而从这个坚信的过程中我获得了珍贵的经验和教训I,子 细认真的总结将对自己是个质的提升。现先将此次毕业设计的 成果简要汇报如下： 完整的电池充电器设计方案支持多数电池类型 充电参数易修改第二节经验总结和感当毕业论文写到这里的时候，为期几个个月的毕业设计基本 要画上句号了，四个月的时间可以说长也可以说短，但这一百多天 的时间里，在田林红老师的耐心指导下，自己可谓有了一个全新的 提高。与几个同学的匡助下，毕业设计也较顺利圆满地完成为了。晶硅，照射下输出8V至25V,使用降压式电源转换器使电压降至 稳定的直流6V接至手机使手机充电。完成太阳能手机充电器,太阳能板在经过照射下输出电压经 过降压电源转换器对手机充电。1.2 太阳能电池发电原理利用电位差发电，无电磁波产生太阳电池solar cell是以 半导体制程的制作方式做成的，其发电原理是将太照射在太阳电 池上，使太阳电池吸收太能透过图中的p-型半导体及n-型半导体 使其产生电子 < 负极,及电洞正极，同时分离电子与电洞而形 成电压降，再经由导线传输至负载。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是 利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应制作。简单来说，太 电的发电原理，是利用太阳电池吸收0.2|i m0.4日 m波长的太，将 光能直接转变成电能输出的一种发电方式。由于太阳电池产生的 电是直流电，因此若需提供电力给家电用品或者各式电器则需加 装直/交流转换器，将直流电转换成交流电,才干供电至家庭用电或 者工业用电。太阳能创造厂商将太阳能电池称为cel,国业者则惯称芯片，把 晶片或者依设计所需要的电流进行芯片切割后,焊上箔条导线 再将许多焊好的芯片用箔条串联成一组，再和EVA,tedlar与低铁 质强化玻璃层层迭迭，一同放入层压机的机台上做真空封装，制成 为模块或者称太阳能板，将若干太阳能板组成方阵，接配上过充放 保护控制及深循环,放电蓄电池铅钙以及逆转流器直流转 变为交流合称为太阳能电力系统,又称太阳能发电站。此次我的毕业设计的课题是“太阳能充电器的设计”，一开始拿 到这个课题确实也是一头的雾水，不知道该如何的下手,也就在毕业 设计的开始阶段,田老师为我们指出了此课题的大概方向和需要查 阅的相关书籍以及在后面会遇到的主要问题，当时可谓受 益颇多。 接下来便是查阅相关的文献资料，和上网搜集相关的信息、，学习与设 计相关的知识，学习各电器元件的功能作用即用法。尽管设计已经 完成，可是在结构的设计及调试过程中还有许多不足，这使我发现我 对相关的知识了解与应用还是不够扎实，特殊是有关充电器充满时 的标志设计与检验方面还不完善，仍需更多的去学 习。在学习了相关于本次设计的知识后，我便开始了实际的设计 部份，在这个过程中确实也遇到了相当的问题和艰难，比如电路的 设计即连接方法等，在此我也要感田老师在此过程中给与的耐心 指导。实践是检验真理的惟一标准，经过几年的理论学习而这 次在即将走向工作岗位的时候能将理论与实践相结合的机会来 锻炼自己可谓是难得的一次提高，在此感学校为我们安排的这个 教学环节，也感在此次设计过程中给与我极大匡助和理解的田老 师以及代过我们课的每一个老师和给过我匡助的同学们。参考文献：电子技术王廷才，高等教育,2006电子路线实验与课程设计黄永定机械工业2005实用电子小制作精选帮文人民邮电2006 电工基础谭恩鼎 瞿龙祥高等教育2001电子技能与实训 怀刚王廷才 高等教育2006Protel DXP计算机辅助电路设计全纪录全华出版义和 编着2003降压型电源转换器分析、摹拟、实作与闭回路控制”专题制 做忠义徐麒翔，游，惟琢编着,2005普通太阳能光电商品，其太阳能输出电流如果在300毫安mA 以下时，都只会在太阳能板正极输出端，接装一个负载极弱小的防 逆二极管 消基二极管,以防止蓄电池的电流逆流回到太阳能板， 如此，就可以接上蓄电池使用.1.3 手机太阳能充电器发展及新技术太阳能电池是一种利用太直接发电的光电半导体薄片，只要 一照到光,瞬间就可输出电压及电流。而此种太阳能光电池简称为 太阳能电池，又可称为太阳能芯片。在中国大陆称为硅芯片在物理 学上称为光生伏打Photovoltaic,简称PV photo=light光线 voltaics=electricity 电力 。硅为目前通用的太阳能电池之原料代表；而在市场上又区分 为晶硅及非晶硅两大类。非晶硅由于发电效率比较低，且长期寿命 不如晶硅，运用在型发电系统的机会比较少，通常的运用为个人化 运用产品，如手电筒、计算器等；也有一些设计为建材屋瓦、壁面 或者帷幕墙的运用,但均非太阳能发电系统主流产品。1-4太阳能电池特性太阳能电池等效电路，其中等效电流源iph之大小与太阳 能板所接受的日射量成正比,电流源itp为温度变化时等效电流源 的修正,P-N接面存在一非线性电阻R,代表P-N二极管的顺向 j电阻,D为理想的P-N二极体,v为温度变化时二极管障壁电位的 jtp修正电压,R及R为电池本身的串联及并联电阻。而R为外接负 s sho载,ipv、vp为太阳能电池输出电流及电压。iRj是非线性电阻上的 电流,Isc为太阳能电池短路电流,Vmp、Imp为太阳能电池最大 功率点的电压、电流,v为太阳能电池输出电压,V为太阳能电池pv0C开路电压。图1-1太阳能电池等效电路在实际的应用情况中，日射量、温度改变时，太阳能板的特性 也会跟着改变，因此需加以修正。其中i为太阳能电池等效电路中的电流源,L为参考的日射 phref量,L表示为太改变后的日射量,I为参考日射量下太阳能电池等 ref效电路中的电流源，a为电流温度系数，b为电压温度系 数,Tref 为参考温度。可以从图1-6及图1-7看出，当日射量、温度改变时， 对太阳能电池V-I特性的影响，其中日射量的增加伴有着短路电 流的上升,并且对于开路电压则有弱小的上升，此外随着温度的增 加使二极管的障壁电位减少，因此太阳能电池的开路电压下降，短 路电流会有些微上升。图1-2图1-3不同温度下的太阳能模块V-I第2章设计方案2.1充电器的技术参数(1)空载时电路输出电压约为4.2V。(2)12正常时约为40mA，充电电流约为85mA。(3)3采用恒压跟踪CVT方式实现对太阳电池的最大功率跟 踪2.2常见充电电池特性及其充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实 现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方 式也不大一样。电池的安全充电现代的太阳能充电器需要能够 对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的 同时避免由于过充电造成的损坏。充电方法SLA电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流；NiCd电池和NiMH电池的 充电方法为恒定电流法，且具有几个不同的住手充电的判断方 法。最大充电电流最大充电电流与电池容量C有关。最大充电电 流往往以电池容量的数值来表示。例如,电池的容量为750 mAh,充 电电流为750 mA,则充电电流为1C1倍的电池容量。若涓流充 电时电流为C/40,则充电电流即为电池容量除以40。过热 电池充 电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下 来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转 化成为了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后若继 续充电 ，则所有的电能都将转化为电池的热能。在电池充满电后 对电池容 量的检测使充电器住手对电池充电是很重要的，这样可 以避免对电池的损坏使电池的寿命。第3章手机充电器电气的设计3.1 降压式电源转换器电路分析为了产生一纯直流的输出讯号，平均输出电压会小于直流输 入电压，可提供单极性的输出电压与单向输出电流。可应用在输 入与输出不需隔离且输入电压比输出电压大的地方，降压转换如 图3-1所示。图3-1降压转换器为了得到向来流电位，加了一个开关。做了一个整流器，使交 流准位变成向来流准位。可利用二极管、闸流体、MOSFER、 BJT作为电路上的电子开关组件。利用正半周导通，负半周截止 的特殊来作为开关。但因为从整流器所流出来的直流信号并非很 理想，所以在整流器后加装了一个低通滤波器来输出信号趋于完美。以 R、C电路控制输出波形的稳定，让波形上下的振幅减小，已得到较 佳的品质的直流输出信号。3.1.1 连续导通模式开始分析转换器前先做以下假设：1 .电路操作于稳态情况下。一.电感电流为连续<永远为正。2 .电容太大，输出电压保持固定为V，此限制稍后会放松以指。 出有限电容之影响。3 .切换周期为T；开关闭合时间为DT,打开时间为<1 D>To.组件为理想当输入为一正弦波时，再开关闭合时,VX会等于VS,会对电感 充电。而在开关打开时,V会等于0,于是流过电感的电流将为正的， X不会有负的浮现,使二极管继续导通。直到下一个正半周浮现时， 二极管才截止,V才又会等于V。使开关有个导通比D二于是使在 XS滤波器输入端的平均电压为V Dos而电感电流又分两种模式,连续导通模式与非连续导通模式。 在一个周期，正半周电源对电感充电，负半周对电感放电，到下一个 周期来的瞬间电流没有为零，称为连续导通模式。反之,如果放电 至零时，则称为不连续导通模式。降压式转换器当操作于稳态下时，会有下列特性：1 .电感电流为周期性：i<t Tt> i<>L L2 .平均电感电压为零：3 .在理想状态下，电源所提供功率与传递至负载之功率相同。若组件非理想下，则电源还提供功率损失：P P理想状态P P 损失非理想状态 s os 04 .理想状态下为电路操作在稳态下，且电感电流为连续导通 模式，各个组件皆为理想组件。且电容很大,让输出电压保持固定 为V。决定输出电压V之分析重点为先检视开关闭合之电感器电流 DO与电压，然后再检视开关打开时之电压与电流。稳态操作下电感电 流一周期之净变化必须为零，平均电感电流也为零。开关闭合时之分析图3-2开关闭合之电路图当开关闭合时，因为二极管为逆偏压，所以没有电流流过体成 开路现象，电源电压就自然的跨在二极管的两端.而在理想状态下、稳态操作时要求在切换周期结束时之电感 器电流与开始相同，电感电流一周期会变化为零。非连续模式在暂 这里不做详细的介绍。3.2脉波宽度调变度PWM脉波宽度调变目前大多数的切换式电源供应器都为脉波宽度调变PWM 的形式。此种方法乃改变转换晶体管的导通时间，并在ON期间 来控制及调整输出电压至预定之值，虽然也可用其它方法来做控制 和稳压，但是PWM的方法能提供极优性能，例如较密切的路线与 较好的负载稳压率，而且在温度变化时有较好的稳定度。最近几年有许多集成电路备发展出来，包括了设计整个切换 式电源供应器所需之功能，只要增加一些外部组件,就可以设计出切换式电源供应器。虽然切换式电源供应器可以用许多转换的方法来达成，但是 使用固定的PWM方法却是最受欢迎的一种。在PWM系统中所 产生的方形脉波可用来推动转换晶体管至ON或者OFF状态，因 此我们借故改变脉波的宽度，则转换晶体管的导通时间就会适当 地减少或者增加，如此输出电压就可以达到稳压的状态。PWM控制电路可以是单端的形式，能够驱动单一晶体管的转 换器，如反驰式或者顺向式转换器。如果有两个以上的晶体管被驱 动,则可以使用半桥式或者全桥式电路，如此就需要用到双波道 PWM电路。在1970年代初期,切换式电源供应器开始扩大其商业市场， 此时积体电路创造厂商开始尝试以单一芯片来创造提供PWM控 制电路，首先出现于市场的PWM控制电路为Motorola公司的SG3524的 PWM控制电路，此种形式的控制电路已成为工业上的标 准 industry standard。PWM控制电路乃为整个切换式电源供应器的心脏部份，不仅 可用于单端式，亦可为双波道的应用,不久之后创造厂商也开始推 出改良过更而且具特色的PWM控制电路，例如仪器公司Texas In-struments就是改良SG3524而推出TL-494PWM控制电路，其 所提供的特色为可调整截止时间的控制电路，输出晶体管具有高 输出或者高输入的能力，改进电流限制的控制能力，及输出操控电 路等。以我们所介绍过的功率型MOSFET来说，首先PWM控制电路 是以图腾极totem-pole输出，浮现能够直接驱动双极式，而且也能 够直接来驱动MOSFETs。例如SG1525A与SG1526系列,除了先 前所提到控制电路的一些特色外，而这些新的IC亦增加了一些 特色，如欠压锁定under-voltage lookout,可规划性的柔性启动，数 字电流限制,以及操作频率可达至400kHz。虽然以上所叙的所有电路可被应用于流行的切换模式技术上， 但是最近有些公司已推出极佳的PWM控制器，在顺向式或者驰反 式 功率转换器上具有很高的效率此种电路为Motorola公司的 MC34060PWM控制器，此种控制器包含所有的特色。因此仅需使用 极少量的外部组件,就能实现完成顺向式或者反驰式的设计。此外 一种电路为Unitrode公司的UC1840系列,此种控制电路在单端 式功率转换器的设计上具有很好的效果。而且PWM控制电路包含 所有的控制、驱动、侦测与保护的效果。因此仅需在外部再增加 一些被动组件，就能够成一个完整的切换式电源供应器。此种控制 器的特色为低电流，非在线启动电路;而且具有过电压 (over-voltage、欠电压under-voltage与过电over-current保护 电路;而前馈的线稳压率feed-forward line regulation可超过4:1 的输入围操作频率可达500kHz等。3.2.1 脉波宽频调变实作直流至直流转换器责任周期之调整可以藉由PWM来达成。 PWM之原理如图3-1所示，利用控制电压Vcon与锯齿波Vtri 做比较以得到开关之切换信号To 开关之切换 信号T图3-3 PWM原理