劉 洋

（太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008）

0 引 言

開(kāi)關(guān)電源的具體含義是利用現(xiàn)代電子技術(shù)控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)時(shí)間比，同時(shí)保持穩(wěn)定輸出電壓的電源[1]。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展及相應(yīng)架構(gòu)的不斷升級(jí)和完善，開(kāi)關(guān)電源也發(fā)生了較大的變化和發(fā)展。目前，具有小型、輕量型、穩(wěn)定性高及便于攜帶等特點(diǎn)的開(kāi)關(guān)電源，比較受人們的歡迎。此外，開(kāi)關(guān)電源的這些特點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于較多電子設(shè)備。開(kāi)關(guān)電源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展必不可少的電力供應(yīng)形式。

開(kāi)關(guān)電源的未來(lái)發(fā)展必須是高頻、可靠性高、安全性好、能耗低、污染少及抗干擾能力強(qiáng)。目前，國(guó)外很多國(guó)家利用開(kāi)關(guān)電源具有的特點(diǎn)不斷地發(fā)展新型的高智能元器件，在改造二次整流元器件的損耗上有著更專(zhuān)業(yè)的技術(shù)，并在功率鐵氧體材料上加大科技創(chuàng)新力度，用于增加高頻和大磁通密度，以獲得更高的磁性能。未來(lái)發(fā)展中，高頻率的開(kāi)關(guān)電源必然會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的PWM技術(shù)產(chǎn)生一定影響。

1 設(shè)計(jì)目的

實(shí)際項(xiàng)目中，HP電源適配器是將220 V的交流電壓通過(guò)一定方式轉(zhuǎn)變?yōu)?9 V的直流電壓，轉(zhuǎn)變后輸出的電流為3 A。

2 系統(tǒng)要求

（1）開(kāi)關(guān)電源在項(xiàng)目實(shí)施中主要電路的設(shè)計(jì)。

（2）開(kāi)關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)。

（3）主電路的原理圖及控制電路圖。

3 功能描述

（1）壓敏電阻。當(dāng)電壓達(dá)到一定高度時(shí)，壓敏電阻值會(huì)做出快速調(diào)整，其值會(huì)變的無(wú)限小，在電路中串聯(lián)的保險(xiǎn)絲會(huì)被迅速熔斷，電路中其他元器件保存完好。

（2）保險(xiǎn)絲。挑選規(guī)格為2.5 A/250 V的保險(xiǎn)絲。

（3）電感線圈。電感線圈主要用于降低電池干擾。

（4）整流橋。整流橋挑選規(guī)格為D3SB，主要作用是把220 V的交流電轉(zhuǎn)變直流電。

（5）濾波電容。濾波電容挑選規(guī)格為180 μF/400 V，主要作用是過(guò)濾掉直流電中的交流電波，確保電路更加安全可靠的工作。

（6）溫度探頭。溫度探頭是用來(lái)探測(cè)電源適配器的使用溫度。當(dāng)電源適配器工作中的溫度達(dá)到一定溫度后，溫度探頭會(huì)自動(dòng)切斷輸出電流，確保適配器中其他元器件完好。

（7）大功率開(kāi)關(guān)管。大功率開(kāi)關(guān)管在項(xiàng)目中是開(kāi)關(guān)電源的重要部件，其作用是實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)的控制。

（8）開(kāi)關(guān)變壓器。開(kāi)關(guān)變壓器是開(kāi)關(guān)電源中所用的變壓器，是核心元件之一。

（9）次級(jí)整流管。次級(jí)整流管在項(xiàng)目中的主要作用是把低壓交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐绷麟姟?/p>

（10）次級(jí)濾波電容。次級(jí)濾波電容挑選規(guī)格為820 μF/25 V。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

實(shí)際項(xiàng)目中，HP筆記本電源適配器就是一個(gè)直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，是把直流電壓通過(guò)一定方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N數(shù)值的直流電壓輸出的穩(wěn)定電源，也就是所謂的DC-DC變換器。圖1為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框架圖。

對(duì)于整流濾波，主要功能就是使一次整流部分整流后的電壓濾波成紋波電壓滿(mǎn)足條件的直流電壓[2]。關(guān)于濾波電容中的電容存儲(chǔ)量，無(wú)法從需要的紋波電壓值來(lái)判定，原因在于濾波電路中使用的電容并非簡(jiǎn)單的電容，是合并了電阻電感的電容，因此從需要輸出的紋波電壓值來(lái)確定濾波電容的容量主要受溫度和頻率等影響。

5 開(kāi)關(guān)電源主電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算

5.1 主電路的選型

項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，主要電路是反激式開(kāi)關(guān)電源基本電路，包括電磁干擾抑制電路、整流濾波電路、電源啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換、穩(wěn)壓控制電路及輸出保護(hù)電路。該電路用于抑制開(kāi)關(guān)電源在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾，并在輕負(fù)載條件下自動(dòng)降低工作頻率，從而保護(hù)電壓的完整輸出[3]。圖2為反激式開(kāi)關(guān)電源的基本電路。

圖1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理框架圖

圖2 反激式開(kāi)關(guān)電源基本電路

5.2 變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算

變壓器的設(shè)計(jì)要求具體如下。

（1）電磁干擾需要降低，以獲取更小的繞組漏感。

（2）方便繞制，便于生產(chǎn)。

（3）方便散熱。

（4）傳輸功率要有一定的空余。

（5）當(dāng)輸入電壓與占空比為最大值時(shí)，磁芯不會(huì)飽和。

（6）必須滿(mǎn)足初次繞組上的銅耗與鐵芯的鐵耗一致。

電源變壓器的設(shè)計(jì)步驟如下。

根據(jù)實(shí)際需要的電壓輸出情況來(lái)確定變壓器中的鐵芯的橫截面積，然后根據(jù)變壓器的橫截面積與繞組的電壓來(lái)確定繞組的圈數(shù)，最后根據(jù)繞組通過(guò)的電流確定包線的直徑。開(kāi)關(guān)頻率為100 kHz，輸出源電壓為220 V/15%，輸出電壓為16 V，輸出電流為4 A，整流電路為全波整流，工作效率為80%，濾波電感為10 H，額定輸出功率為Pout=4 A×（16+0.5）=66 W。

6 開(kāi)關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)

6.1 控制電路的組成

脈沖寬度調(diào)制器是脈寬調(diào)制器的縮寫(xiě)，在國(guó)際規(guī)范中用PWM來(lái)表示。計(jì)算機(jī)的主機(jī)及屏幕顯示器的開(kāi)關(guān)電源，實(shí)際上是采用脈寬調(diào)制器來(lái)管控，測(cè)試過(guò)程中開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源使用的脈寬調(diào)制器的型號(hào)不同，本文使用的是TL494[4]。

6.2 PWM集成控制器

PWM基本原理就是在電壓的輸入及輸出、內(nèi)部參數(shù)及其他負(fù)載發(fā)生變化的情況下，

控制電路通過(guò)被控制信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，獲取的信息包含輸入輸出電壓、輸入輸出電流、輸出電感電壓及開(kāi)關(guān)元器件峰值電流[4]。

6.3 控制電路的整體設(shè)計(jì)

圖3為控制電路的整體設(shè)計(jì)圖。

圖3 控制電路的整體設(shè)計(jì)

7 結(jié) 論

本文主要通過(guò)基于惠普筆記本電腦電源適配器電源的設(shè)計(jì)創(chuàng)新過(guò)程，闡述了設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目的、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、功能描述、開(kāi)關(guān)電源控制電路的設(shè)計(jì)、主電路的選擇、變壓器設(shè)計(jì)及計(jì)算、開(kāi)關(guān)電源的電路控制、控制電路的組成、PWM集成電路的控制及控制電路的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容。