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2.5 控制器开关电源设计

电源设计在嵌入式硬件中占有非常重要的位置。电源设计的好坏直接影响系统的稳定性。电源设计主要从两方面来做:电源电路设计和PCB布线设计。

嵌入式系统中使用的电源有线性电源和开关电源两种,各有优缺点。线性电源纹波干扰小,但容易发热,效率低,体积大;开关电源的优点是效率高,体积小,发热小,其缺点是纹波大,在精密测量方面需要考虑一些特殊因素。

以下先介绍普通常用的线性电源的设计,然后介绍开关电源的设计。

2.5.1 线性电源的设计

一般而言,早期的嵌入式系统主要采用5V供电,目前很多采用3.3V和2.5V及1.8V或者1.2V供电。例如,对于51单片机,一般用5V供电。

图2-17是最简单的稳压电路,输入是12V,输出是5V,采用的是LM7805稳压集成电路。

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图2-17 最简单的稳压电路

C1是输入滤波电容,C2是输出滤波电容,C3用于高频成分滤波。因为C2是电解电容,一般的电解电容内部是一圈一圈绕制而成的,其等效电路对高频分量滤波很差,而瓷片电容C3内部是两个金属片直接相对安置,对高频滤波效果比较好。如果不安装滤波电容,纹波将很大。C1可以不安装,前提是输入的12V直流电源内部有滤波大电容。而且外部电源到LM7805的引线比较短的情况,不过最好不要节省。这个电路对9V输入或者7.5V输入同样可用。其发热消耗的功率大致计算为 P =(输入电压-输出电压)×电流。输入、输出压差越大,效率越低,发热越厉害。例如,在输出电流为1A时,7.5V输入的发热约为2.5W,12V输入的发热是7W。这就需要加很大的散热器,否则会烧毁LM7805。另外,必须注意的是C1的耐压不能小于12V,必须高于12V多一些,以避免12V输入中的波动及交流峰值成分。可采用16V耐压的电解电容。耐压再高一点也能用,但是体积和成本都会上去,没有必要。C2则采用6.3V耐压的电解电容。C1和C2容量的选择是,输出电流越大,容量要相对加大。如果输出在1A以上,一般要采用1 000μF或者2 200μF的电解电容。若要进一步降低纹波,可在输出再加电感。

图2-18是输出加电感的电路,这是一个∏型滤波电路。

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图2-18 最简单的稳压电路+∏型滤波

输出加电感能降低纹波,但是有一定的限度。如果输出电流过大,则电感的作用不但有限,而且直接影响输出电压,导致输出电压降低。因为电感内部有内电阻,因此电流在其上形成压降。

目前很多ARM的CPU都需要多组电源,如1.8V、3.3V和5V共存的系统。为此,电源的设计需要满足这些要求。图2-19是多组电源的电路例子,也是本书后面要介绍的PXA270开发板的图纸上电源部分。

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图2-19 多组电源

图2-19中有4组电源,分别是5V、3.3V、1.5V、1.2V(注意,由于CAD软件原因,3.3V这里写成33V,其他同理)。5V是外部稳压输入,通过MIC29150-3.3生成3.3V电压,然后经过U16 AS1117-1.5V产生1.5V电压,经过U17 AS1117-ADJ产生1.2V电压。能否把U16和U17直接接到5V输入?可以,但由于压差原因,会发热。目前电路中的U15是TO-263封装,比较大,散热容易,而U17和U16采用SOT-223封装,散热差,但体积小。

2.5.2 开关电源设计基本原理

开关电源在嵌入式系统中的使用越来越多。一般的开关电源有两大类:升压和降压型。这里主要介绍降压型,降压型包括隔离和不隔离两种,下面重点介绍用得最多的不隔离降压电路。最简单的固定电压开关电源如图2-20所示。

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图2-20 固定电压开关电源

图2-20所示的开关电源采用MIC4576-5.0固定稳压开关集成电路,D13是肖特基二极管,L3是电感,SW处于通断方式。当SW接通时,电流由SW流入L3,电感存储能量,同时电流也向C60和负载供电,当电压上升到一定程度时,FB反馈检测到,断开SW输出。当SW断开时,由于电感电流不能突变,电流维持原来的方向,D13导通,电感向负载释放能量,C60也释放能量,当电压降低到一定数值时,U14的FB检测到,内部开始开通SW。上面的过程重复进行。开关电源的优点是内部功率管处于开关状态,因此效率较高。

以上介绍的是固定电压的降压电路,有时需要特定的非标准电压,这时就要用到可调开关电源。

图2-21是可调开关电源,其基本原理与固定电压开关电源一样,但在FB端加了分压电阻R7和R9。分压电阻的具体大小需要按照LM2576-ADJ的说明书来选择,这里是10kΩ和4.7kΩ,输出为3.8V。

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图2-21 可调开关电源

升压型开关电源在嵌入式系统中的使用也比较多,特别是有关LCD驱动部分,经常用到升压电路。图2-22是升压型开关电源。

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图2-22 升压型开关电源

U12是开关集成电路,输入为5V直流,输出是20V直流,驱动背光电路,主要用于手持设备上的LCD背光驱动。其工作过程如下:上电后,U12的1脚SW和2脚GND在内部接通,电流从VDD 5V经过L2到SW进入地。当C54的电压释放到一定程度时,反馈FB检测到,SW和GND之间的MOS断开,电感L2释放能量,电压极性是左负右正。这个电压和VDD 5V电压相加,出现在SW端,由于电容C49的电压不能突变,因此电压直接加到D6的左边,经过D6后出现在D6的右边。C54的作用是滤波。R46和R48是分压电阻,提供反馈取样。当FB的电压高于一定值时,SW导通,SW的电压接近0V,而电容C49的电压不能突变,原先是左正右负,现在左边相当于接地,右边为负压,通过D10向地释放电流,导致C49的右边电压接近0V,从而为下一次工作做准备。

图2-23是在图2-22的基础上修改形成的,可产生正负电压。

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图2-23 升压型正负电压开关电源

正电压部分的原理与图2-22相同,负电压的产生为:当U11的1脚SW和2脚GND内部导通时,C47原来的电压是上负下正,由于SW接近0V,电流从地流入C46,经过D2到C47然后到SW。C46上负下正。这个过程中C47处于放电状态。当SW断开时,电流从VDD 5V到L1到C47,到D4再到地,C47充电为上负下正,为下一周期的工作做准备。

下面介绍足疗机220V转24V和5V的开关电源设计。

开关电源的设计核心其实就是变压器的设计,许多朋友遇到非线性变压器就头疼,确实变压器的设计非常复杂,而且一般的理论设计和实际还是有差距的,要进行大量的测试、修正才能成功。因此,要做一个稳定可靠的开关变压器,不是打样一次两次就可以完成的。开关变压器设计不好可能引起磁饱和,最终导致高压功率MOS管爆炸,烧毁一次回路的整流管,引起强电线路跳闸!所以试验开关电源有一定的风险,要注意安全。在初次试验时,人员要远离开关电源,在远处上电,防止炸机。

开关电源的变压器计算在电力电子技术中有详细的讨论,不熟悉也不要紧,目前有软件可以协助设计,因此没有经验的朋友也能设计出符合要求的开关电源。美国PI公司的软件PI Expert就是一个很好用的工具。

2.5.3 用PI Expert设计足疗机的开关电源变压器

首先在Power Integrations公司的网站http://www.powerint.com/下载PI软件,安装完成后启动软件,如图2-24所示。

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图2-24 PI Expert启动界面

然后新建文件,在图2-25所示窗口中出现几个开关电源的关键选项。

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图2-25 开关电源的选项

此处“拓扑结构”是反激式,为固定选项。反激式在中小功率的开关电源上运用较普遍,其特点是结构相对简单,容易调试。“产品系列”,在此选择TOPSwitch。由于本产品的设计要求是电动机的额定输出电压为24V,电流为2A,电热丝的最大功率是12W,单片机的功率为毫瓦级,可以忽略,因此开关电源的总功率要大于60W,必须选TOPSwitch。当然,设计的最后我们只用到了变压器本身,不会用TOPSwitch元件,原因很简单,用了TOPSwitch肯定亏本。TOPSwitch对应的集成功率MOS的价格在10元左右,而用uc3842+4N60的价格是2元以内。根据输出功率的不同,TOPSwitch元件系列分为贴片和直插,输出功率大的采用直插封装,输出功率小的采用贴片封装。它是一体化的功率集成电路,不需要外加波形的激励。资料中介绍其具备完整的保护功能,可有效防止内部的功率MOS在异常情况下烧毁。但是,笔者在进行实验时依然有炸开的情况。“封装”,这里选择TO-220封装。此处选择和电源输出参数最接近的TOPSwitch开关元件的目的就是让变压器尽可能接近设计要求。

在图2-26中可以看到,“开关频率”选择了66kHz。还有一个选项是132kHz,区别是在相同输出功率下132kHz的变压器可以选择尺寸比较小的材料,材料成本便宜,还有就是绕组也可以减少差不多一半,因此变压器的价格比66kHz的低不少。如果和66kHz的有相同尺寸,132kHz的输出过载能力比66kHz的要强很多。但是,132kHz存在的问题是发热,在相同的输出功率下,132kHz的频率比66kHz的高一倍,其引起的功率MOS管发热也差不多高一倍。另外,由于频率的升高,功率MOS的吸收回路也发热严重,因此要按照输出功率、产品价格约束来综合考虑选用哪种方案。本产品的设计在样品阶段同时采用了两种方式做试验,最后发现发热的确是一个严重的问题,因此最终决定选择66kHz的方案。

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图2-26 反馈选项

“外壳”选项中有Open Frame 和Adapter两种,前一种是指开放空间,后一种是指密封盒子,其实考虑的就是散热问题,散热和变压器参数有密切的关系。在此选择Open Frame方式。

反馈类型有4个选项:初级电阻、初级稳压管、次级TL431、次级稳压管。前两种方式稳压效果不好,存在比较大的误差;后两种方式中TL431稳压精度高,一半都选择这种。不过稳压管方式也未尝不可,经过测试,稳压管方式可以在本产品上稳定工作。

接着进入下一步,如图2-27所示,选择输入方式。由于本产品是直接接在220V交流上的,因此选择交流默认85-265V选项,这样产品在110V和220V的国家都可以使用,有利于出口。

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图2-27 输入电压选择

然后进入下一步次级输出参数设置界面,如图2-28所示。

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图2-28 次级输出参数设置界面

单击“添加”按钮,在图2-29中可以设置电压、电流。一般而言,开关电源可以输出多个电压,如24V、5V、12V等。在本产品中,单片机用了5V电压,因此需要24V和5V两个电压,这样变压器就存在两个次级绕组。次级绕组增加后成本也增加了。因此只设计一个24V输出,5V的输出可通过78L05由24V降压获得。78L05的价格为0.2元,相比变压器成本的上升,节约了不少。

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图2-29 电压、电流设置

从图2-29中可以看到,我们设置的输出电压为24V、电流为2A,输出电压容差用默认的10%,也就是输出电压的动态范围为26.4~21.6V,如此大的电压降足以使电动机速度明显下降。如果减小电压容差,电动机速度能维持比较满意的水平,但变压器体积将变大,输入/输出整流的电容也变大。为满足成本约束,这里选用默认的参数。还有一个需要考虑的问题是足疗机的断续工作模式。从断续模式的波形图(见图2-5)和断续节拍表(见表2-1)可了解到,最短335ms电动机就要通断一次,这样冲击电流非常大,就不是普通的2A可以支撑的。因此,开关电源设计的最大难处就在于此。经过测试,冲击电流大约为6A,也就是说开关电源必须在短时间提供6A的冲击电流。要解决此问题,有以下方法可选择:

(1)开关电源的输出电流设置为6A,这样开关变压器就很大。

(2)适当增加开关电源的输出电流,然后加大输出电容容量,让其在短时间内提供冲击电流。

(3)适当增大开关电源的输出电流,让其在短时间内提供冲击电流,开关电源具有磁饱和的风险。

方法(1)导致成本增加,体积变大;方法(2)对短时间的冲击能够进行处理,针对电动机这种大功率器件,持续冲击工作模式效果不大;剩下的便是方式(3),让变压器承担风险。变压器在生产的时候,适当加大气隙,可以防止磁饱和。经实际测试,方式(3)是比较满意的方案,实际中并未出现磁饱和情况。最终的输出图见图2-30开关电源示意图。

由于最终在产品上不会用到TOPSwitch器件,因此有必要对图2-30进行修改。图纸左边是交流输入,首先经过熔丝F1和负温度系数的电阻RT1。在启动瞬间,由于电解电容容量大,会有比较大的冲击电流,RT1可以有效阻止冲击电流。正常工作时,RT1的电阻引起温度上升,RT1的电阻值开始变小,因此消耗的功率很小,不会发热。然后是C1进行EMI滤波,C1要选取耐压275V的。R1、R2的作用是放电,防止电源拔掉后C1的电无法及时放掉,人体触碰插头会被电击。放电时间的计算公式为0.707 RC ,将 R =2.2MΩ、 C =330nF代入,计算出 t =0.5s。L1主要用来过滤共模干扰,本产品要求不高,可以去掉。桥堆BR1整流后由C2滤波,整流管选用1A的就可以了,1N4007足够。电容在这里不需要用150μf、400V的,这个价格非常贵,不适合用在本产品中,选用33μf、400V的电容就可以了。功率MOS的吸收回路用了R3、R4、C3、VR1。

VR1对瞬间尖峰吸收效果明显,而R3、R4和C3用来吸收变压器初级开关管断开时的绕组感生电压。如果不吸收,电压会超过功率MOS的最大承受电压,击穿功率MOS管。经实际测试,VR1去除不会有太大的问题。C6也是用于EMI滤波。如果C6不接,可以正常工作,但用示波器观察,可发现尖峰干扰比较严重,经常出现单片机输入端口发生干扰、导致误动作的现象,因此必须加此电容。此电容是安规电容,与普通电容不同,它直接涉及人的安全。试想,如果电源输出是5V,通常可以直接用手去触摸,但如果电容C6发生故障,如短路会怎样?高压电就直接引到了低压端,非常危险。因此需要用安规电容。

D2是为偏置用的超快速整流管,D3为输出用的超快恢复整流管。这里必须用超快的,因为工作频率非常高,若用普通的快恢复管会存在较长的反响恢复时间,引起发热。C7和R8是吸收尖峰脉冲的。C8、C9、C10是滤波电容,C9、C10要选低ESR的电解电容,否则滤波的效果不好。它们和L2及C11构成了∏型滤波电路,在本产品中无须使用如此精细的滤波,因此可去掉L2和C11。R12和R13是反馈回路,分压计算为24× R 13 ×1/( R 12 + R 13 )=2.49V,分压电压输出到TL431的控制端。TL431的内部原理可以用图2-31的功能模块示意。

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图2-30 开关电源示意图

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图2-31 TL431内部原理

由图2-31可以看到,VI是一个内部的2.5V基准源,接在运放的反向输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同向端)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,通过三极管的电流将从1~100mA变化。当然,该图并不是TL431的实际内部结构,但可用于分析理解电路。

图2-32中TL431的阴极连接到光电耦合器,R9为限流电阻,R10和C12用于提高反馈电路的动态响应。

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图2-32 TL431应用图

整个反馈电路的工作原理是:当输出由于某种原因升高时,分压电压超过2.5V,TL431阴极电流上升,光耦电流变大,这时有较强的反馈回到光耦的次级,控制芯片控制的PWM脉冲变窄,变压器次级输出的电压变低,回落到24V;当输出由于某种原因降低时,分压电压低于2.5V,TL431阴极电流减小,光耦电流变小,这时有较小的反馈回到光耦的次级,控制芯片控制的PWM脉冲变宽,变压器次级输出的电压变高,接近24V。

2.5.4 开关变压器的设计

变压器用的是铁氧体变压器,型号是EER28。由图2-33可以看出,EER28的最大功率可达到56.4W,但这是国外材料的标准,国内许多厂家的磁芯虽然型号也是这个,但参数偏离很大,要仔细挑选供应商。

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图2-33 各种变压器磁芯的参数

在设计结果中,可以看到目前生成的变压器参数,如图2-34所示。

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图2-34 软件自动生成的变压器参数

图2-34中的变压器设计得不错,考虑了高频的集肤效应,为了满足输出端达到2A的电流,次级用了4组绕组并联绕制。但此变压器在工作时初级的脉动较大,会引起吸收回路较大的发热。经过反复实验,调整初级绕组的绕制方法,形成如图2-35所示的变压器参数。注意,图2-34是在工作频率为132kHz的前提下,而图2-35则是工作频率为66kHz时的参数。初级绕组分为两个组,以三明治的方式绕制可以大大降低变压器的脉动,实际测试表明,吸收回路的发热量相当低。

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图2-35 变压器尺寸和脚位图

图2-35是变压器尺寸和脚位的初步设计图,在进行PCB设计时会用到。它和图2-36一起最终确定了变压器PCB封装的制作。

图2-36是要发给变压器厂家的图纸,另外需要一起提供的图纸还有如图2-37所示的绕制结构图,以及绕组说明文件、变压器材料文件和电特性测试规格文件。

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图2-36 调整后的变压器参数

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图2-37 绕制结构图

1.绕组说明文件

在左侧使用3.20mm边距(材料项[3]),在右侧使用3.20mm边距(材料项[3])。

初级绕组:

从引脚4开始,使用材料项[6]绕21圈(×2线),在2层中从左向右。在第1层结束时,继续从右向左绕下一层。在最后一层上,使绕组均匀分布在整个骨架上。在引脚1处结束该绕组。

添加1层胶带(材料项[4])以进行绝缘。

偏置绕组:

从引脚6开始,使用材料项[7]绕4圈(×2线)。沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制。使绕组均匀分布在整个骨架上。在引脚5处结束该绕组。

添加3层胶带(材料项[4])以进行绝缘。

次级绕组:

从引脚8开始,使用材料项[7]绕5圈(×4线)。使绕组均匀分布在整个骨架上。 沿与初级绕组相同的旋转方向进行绕制。在引脚9处结束该绕组。

添加2层胶带(材料项[4])以进行绝缘。

磁芯装配:

装配并固定两半磁芯(材料项[1])。

浸渍:

在材料项[5]中均匀浸渍,不要采用真空浸渍。

2.变压器材料

说明如下。

[1]:磁芯,EER28L,NC-2H (Nicera) or Equivalent,开气隙,使ALG为350nH/t。

[2]:骨架,Generic,6 pri. + 6s。

[3]:胶带,聚酯网胶带,宽3.20mm。

[4]:隔离带,聚酯薄膜(1mil轴向厚度),宽22.40mm。

[5]:浸渍。

[6]:磁线,24AWG,可焊接,双面涂层。

[7]:磁线,25AWG,可焊接,双面涂层。

3.电特性测试规格文件(见表2-3)

表2-3

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2.5.5 控制集成电路部分

前面提到过,为节约成本,采用UC3842的方案,见图2-38和图2-39。

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图2-38 UC3842外形

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图2-39 UC3842内部原理

UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式,共有8 个引脚,各引脚功能如下:①脚是误差放大器的输出端,外接阻容元件,用于改善误差放大器的增益和频率特性;②脚是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较,产生误差电压,从而控制脉冲宽度;③脚为电流检测输入端,当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度,使电源处于间歇工作状态;④脚为定时端,内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定, f =1.72/( R T × C T );⑤脚为公共地端;⑥脚为推挽输出端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns,驱动能力为±1A;⑦脚是直流电源供电端,具有欠、过压锁定功能,芯片功耗为15mW;⑧脚为5V 基准电压输出端,有50mA 的负载能力。

UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片,该调制器单端输出,能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是引脚效应小,外围电路简单,电压调整率可达0.01%,工作频率高达500kHz,启动电流小于1mA,正常工作电流为5mA,并可利用高频变压器实现与电网的隔离。该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路及PWM锁存器电路。

UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。与电压控制方式相比,在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。

该电路主要特点有:

● 内含欠电压锁定电路;

● 低启动电流(典型值为 0.12mA);

● 稳定的内部基准电压源;

● 大电流推挽输出(驱动电流达 1A);

● 工作频率可达500kHz;

● 自动负反馈补偿电路;

● 双脉冲抑制;

● 较强的负载响应特性。

更详细的资料参见UC3842 datasheet。

在本产品的设计中,UC3842的连接如图2-40所示。

图中,UC3842采用双闭环接法,内环为电流环,外环为电压环。

首先分析UC3842的启动电路。R5为上电开始时给UC3842提供的启动电阻,时间常数为0.707× R 5 × C 7 =1.4s,因此上电后有1.4s的延迟。假设辅助绕组由于某种原因没有提供电压给UC3842,上电后观察到的现象是变压器发出“噗、噗”的声音,然后在输出接一个发光管,可发现发光管突然亮一下,之后灭掉,如此反复。这时由于UC3842工作所需的电流比启动的时候来得大,R5是按照启动设计的,因此无法维持UC3842持续的工作电流。当启动后MOS管导通,变压器初级有电流,由于变压器初级和辅助绕组的绕向相反,因此与辅助绕组连接的D8截止。接着MOS管关闭,变压器中的能量要从次级释放。D6导通,向C7充电,进而向UC3842供电。UC3842正常供电电压是16V以上,因此将辅助绕组设计成输出电压为18V比较合适。R6和R27可防止开关电源进入危险区时自动进入间歇工作状态,起到保护作用。

24V输出回路的原理和辅助绕组一样,不再重复。

同时,反馈回路去掉了TL431,使用了24V的稳压管。

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图2-40 UC3842开关电源

R26用于防止开关电源空载,开关电源空载带来的问题是变压器能量没有释放,会引起磁饱和,使开关电源不稳定。

UC3842的电压反馈工作流程为:当24V的输出电压偏高时,PC817的反馈加强,UC3842的2脚电压升高,由图2-39可知,误差放大器正端的电压内部固定为2.5V,当负端电压升高时误差放大器输出的电压变小,最终导致输出的6脚为低电平。C13是抗干扰用,R10可增强电源输出的动态响应。R9是误差放大器的反馈放大电阻,C8起微分作用,能在输出电压快速动态波动的时候加强反馈。PC817是非线性光耦,但其特性曲线接近线性,能满足开关电源的反馈要求。

UC3842的电流反馈工作流程为:R15为电流取样电阻,R13和C14构成了积分电路,电压进入UC3842的电流检测脚3引脚。在此用积分电路的意义是过滤MOS管上的尖峰电流干扰,防止其对UC3842产生影响。当MOS管电流变大时,UC3842的电流误差放大器反转,关闭功率MOS管的输出。例如,输出短路的情况下,因为电压环的反馈作用,MOS电流变大,试图维持输出电压稳定,经过几个周期后,电流越来越大,如果继续增大,则MOS管开始烧毁。因此电流反馈及时切断了输出,保护了功率MOS管。

R12和C10是定时电路,它和VREF连接,VREF为5V,定时电路控制了PWM的频率,改变电阻电容的数值可使PWM的频率不同,以适应诸如132kHz和66kHz的场合。

图2-41是UC3842死区时间、频率和电阻电容的关系,在设计开关电源时要仔细考虑。频率越高,变压器体积越小,但材料要求也越高,同时MOS功率管的开关损耗大,散热片大;频率越低,变压器体积越大,成本越高,但MOS管发热小,散热片小。应该按照综合成本进行设计。

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图2-41 UC3842死区时间、频率和电阻电容的关系

由图2-42可知, R T 大、 C T 小,频率就低; R T 小、 C T 大,频率就高。 R T 不能太小,否则会发热。

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图2-42 R t、C t和PWM的关系

UC3842的输出R11是限流电阻,MOS管栅极在突然加电压时电容效应的存在使冲击电流增大,容易损坏UC3842内的输出管。R14用于防止MOS栅极在开路的情况下烧毁MOS管。栅极开路的情况经常存在,如PCB上MOS管的栅极到R11的连接线脱开。

至此,开关电源部分的原理设计全部完成。

2.5.6 开关电源的PCB设计

开关电源的布线非常讲究,下面先看图2-43 PI推荐的布局。

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图2-43 PI推荐的布局

要注意最小化由漏极、箝位和变压器构成的环路区域,最小化由次级绕组、输出二极管和输出滤波电容构成的环路区域。引脚节点的连接应远离高噪声的开关节点(漏极、箝位和偏置)。

本设计的PCB布局如图2-44所示,变压器下方的电路板上开长条形的槽,防止高压部分的干扰对低压部分有影响。CV1是Y安规电容,不要用一般的高压电容代替。如果不装,则次级的高频干扰非常大,共模干扰对单片机构成干扰,会出现一些莫名奇妙的故障。Y安规电容分为Y1安规电容和Y2安规电容,Y1属于双绝缘Y安规电容,用于跨接一、二次绕组;Y2则属于基本单绝缘Y安规电容,用于跨接一次绕组对保护大地即FG线。安规电容是指用于以下场合的电容器:电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全。特别指出:作为安全电容的Y电容,要求必须取得安全检测机构的认证。Y电容外观多为橙色或蓝色,一般都标有安全认证标志(如UL、CSA等)和耐压AC 250V或AC 275V字样。然而,其真正的直流耐压高达5 000V以上。

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图2-44 足疗机电源板的PCB布局

PCB上要求焊盘尽量大,线尽量粗,开关管这样的强干扰器件要远离UC3842对干扰敏感的电路。变压器初级和次级之间的PCB要开槽,以减小通过PCB材料传导过来的感应电流。 JO2PMP7i3SiRhH00Xg4OsocyP5JTrHkJacqBvm8pfSdoni2b/gzPGPmaV5AVpUea

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