小功率通用开关稳压电源的设计与制作

1、更多相关参考论文设计文档资源请访问目录目录I摘要IIIAbstractIV第一章 绪论11.1 开关电源的产生11.1.1 开关电源的诞生背景11.1.2 开关电源的产生11.2 开关电源的发展21.2.1 我国的开关电源的发展21.2.2 国外开关电源的发展21.2.3 开关电源发展的整体动向31.3 开关电源的现状41.4本章小结5第二章 开关电源的几种结构62.1 boost电路62.1.1boost电路图62.1.2 boost电路的工作原理62.1.3 boost电路特点72.2 buck电路82.2.1 buck电路图82.2.2 buck电路的工作原理82.2.3 buck电路的

2、特点92.3 正激电路102.3.1 正激电路图102.3.2 正激电路的工作原理102.4 反激电路122.4.1 反激电路图122.4.2 反激电路的工作原理122.4.3 反激电路的特点142.5本章小结14第三章 开关电源中的芯片介绍153.1 TOP250153.1.1 TOP250的管脚图及其作用153.1.2 TOP250的特色164.2 pc817194.2.1 pc817的管脚图和封装图194.2.2 pc817 的特点和应用204.2.3 pc817 最大绝对值和观点特性203.3肖特基二极管223.3.1 肖特基二极管的外观及结构223.3.2 肖特基二极管的工作原理22

3、3.3.3 肖特基二极管的检测233.4本章小结24第四章 电路分析和设计254.1 电路拓扑类型的选择254.1.1电路拓扑结构选择要注意的问题254.1.2拓扑结构的对比分析254.2 反激变压器的主要方程274.3 变压器磁芯的选择和匝数的计算284.3.1 变压器的磁芯的选择284.3.2 变压器的匝数的计算294.3.3 磁芯等的各种损耗304.4本章小结32第五章 硬件电路335.1 交流-直流电路335.1.1交流-直流电路图335.1.2 交流-直流的波形图335.1.3 整流电路的工作原理335.2 直流-直流的电路365.2.1 直流-直流的电路图365.2.2 直流-直流

4、的分析365.3 本章小结38总结39参考文献40附录1 元件清单41附录2 总电路图42摘要 电源是电子设备的必不可少的功能模块，其性能的优劣直接影响到电子设备的技术性能和可靠性。开关电源具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高、负载分担容易等一系列特点。本论文围绕当前流行的单片开关电源芯片进行的小功率通用开关稳压电源的设计与制作。该开关电源共选用芯片TOP250、线性光耦合器PC817及采用输出功率较大、设计灵活性较强、高效节能的集成离线式开关IC、TOP250，在TOP250的典型电路中采用反激式，以达到稳定输出的目的。开关电源有多种拓扑结构，选择合适的拓扑结构，合适的器件，是设计开关电源的

5、重中之重。关键字：开关电源，肖特二极管，反激式，拓扑结构Abstract The power supply is an essential functional module of electronic equipment, the technical property and stability of electronic equipments is affected directly by its character. The switching power supply has a series of characteristics such as high efficiency, sm

6、all volume, light weight, high reliability, and easy load share. This paper focuses on the design and production of the universal low-voltage switching power supply of the popular single-chip switching power supply. In order to achieve the goal of stable output, in this switching power supply it ado

7、pts TOP250 chip, linear optical coupler PC817,integrated off-line switch IC and TOP250 which has a large output power, great flexible design and high efficiency and energy saving. Flyback is applied in the typical circuit of TOP250 to achieve the goal of stable output. Since the switching power supp

8、ly has varies of topological structures, the most significant of designing a switching power supply is to choose suitable topological structure and component.Keywords：Switching Power Supply，Schottky Diode，Flybackt，Topological structure 42 本参考设计材料，包含项目源代码，设计说明书、任务书、报告书以及文献参考翻译等，完整的设计文件及源代码，资料请联系68661

9、508。索要或访问更多相关参考论文设计文档资源请访问第一章 绪论1.1 开关电源的产生1.1.1 开关电源的诞生背景 20世纪60年代大量应用的线性调节器式直流稳压电源，由于它存在着以下诸多的缺点，如体积重量大，很难实现小型化、损耗大、效率低、输出与输入之间有公共端，不易实现隔离，只能降压，不能升压，很难在输出大于5A的场合应用等，已开始被开关调节器式直 流稳压电源所取代。而现在的电子设备越来越小型化，所以传统的晶体管串联构成的稳压电源已经不能满足现代电子设备的要求。1.1.2 开关电源的产生 1964年，日本NEO杂志发表了两篇具有指导性的文章：一篇为“用高频技术使AC变DC电源小型化”；另

10、一篇为“脉冲调制用 于电源小型化”。这两篇文章指明了开关调节器式直流稳压电源小型化的研究方向，即一是高频化，二是采用脉冲宽度调制技术。经过将近10 年的研究、开发取得了良好的结果。1973年，美国摩托罗拉公司发表了一篇题为“触发起20 kHz的革命”的文章，从此在世界范围内就掀起了 高频开关电源的开发热潮，并将DC/DC转换器作为开关调节器用于开关电源，使电源的功率密度由14 W/in3增加到4050W/in3。首先被采用 的是Buck转换器。 到20世纪80年代中期，Buck、Boost和BuckBoost转换器也应用到开关电源中。20世纪70年代中期，美国加州理工学院研制 出一种新型开关转

11、换器，称为Cuk转换器（是以发明人S1obodan Cuk的姓来命名的）。Cuk转换器与Buck-Boost转换器互为对偶，也是一种升降压 转换器。20世纪80年代中期以后逐渐被应用到开关电源中。 1976年，美国P。W，Clarke研制出一种有变压器的“原边电感式转换器”（Primary Inductance Converter）简称PIC，获得专利，并且也应用到开关电源中。 1977年，Bell实验室在PIC的基础上，研制出有变压器的“单端原边电 感式转换器”（Single-Ended Primary Inductance Converter），简称（有变压器的）SEPIC电路，这是一种新

12、的DC/DC单端PWM开关转换器，其对 偶电路称为Dual SEPIC，或Zeta转换器。 到1989年，人们将SEPIC和Zeta也应用到了开关电源中，使开关电源所采用的DC/DC转换器，增加到6种 。到目前为止，通过DC/DC转换器的演化与级联，开关电源所采用的DC/DC转换器已经增加到了14种。用这14种DC/DC转换器作为开关电源的主要 组成部分，就可以设计出使用于不同场所、满是于不同性能要求和用途的、高性能、高功率密度的各种功率的开关电源。1.2 开关电源的发展1.2.1 我国的开关电源的发展 开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换。经过变换的电能，可以满足各种用

13、电要求。由于其高效节能可带来巨大经济效益，因而引起社会各方面的重视而得到迅速推广。以AC-DC的变换为例，与传统采用工频变换技术的相控电源相比，采用大功率开关管的高频整流电源，在技术上是一次飞跃，它不但可以方便地得到不同的电压等级，更重要的是甩掉了体大笨重的工频变压器及滤波电感电容。由于采用高频功率变换，使电源装置显著减小了体积和重量，而有可能和设备的主机体积相协调，并且使电性能得到进一步提高。正因为如此，1994年，我国原邮电部作出重大决策，要求通信领域推广使用开关电源以取代相控电源。几年来的实践已经证明，这一决策是完全正确的。开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率

14、提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。我国邮电通信部门广泛采用开关电源极大地推动了它在其它领域的广泛应用。值得指出的是近两年来出现的电力系统直流操作电源，是针对国家投资4000亿元用于城网、农网的供电工程改造、提高输配电供电质量而推出的，它已开始采用开关电源以取代传统的相控电源。国内一些通信公司如中兴通讯等均已相继推出系列产品。 目前，国内开关电源自主研发及生产厂家有300多家，形成规模的有十多家。国产开关电源已占据了相当市场，一些大公司如中兴通讯自主开发的电源系列产品已获得广泛认同，在电源市场竞争中颇具优势，并有少量开始出口。1.2.2 国外开关电源的发展 开关电源

15、的发展取决于各方面的因素。功率半导体器件仍然是电力电子技术发展的“龙头”，而半导体材料是半导体器件的材料，性能最优越的碳化硅材料制造困难，当温度大于2000时，SiC尚未熔化，但到了2400时SiC已升华变成气体了。现在是利用升华法直接从气态状态生长晶体。目前的问题是要进一步改善SiC表面与金属的接触特性和进一步完善SiC的制造工艺，这些问题预计在510年内得到解决。当应用SiC制造的半导体器件得到广泛应用时，对电力电子技术的影响将会是革命性的。 变压器是开关电源中重要的必不可少的部件，平面表压器是近几年才面世的一种全新产品。平面变压器没有铜导线，代之以单层或多层印刷电路板，因而厚度远低于常规

16、变压器，能够直接制作在印刷电路板上。其突出优点是能量密度高，因而体积大大缩小，相当于常规变压器的20%；效率高，通常为97%99%；工作频率高，从50kHz到2MHz；低漏感(小于0.2%)；低电磁干扰(EMI)等。超容电容器是电容器件近年来的最新进展，美国的麦克韦尔公司一直保持着超容电容技术的世界领先地位。超容电容器采用了独特的金属/碳电极技术和先进的非水电解质，具有极大的电极表面和极小的相对距离。现在已开发生产出多种具有广泛适用范围的超容电容器单元和组件，单元容量小到10法拉，大到2700法拉。超容电容器可方便地串联组合成高压组件或并联组合成高能量存储组件。超容电容器组件现已可提供650伏

17、的高压高能量应用。电力电子产品或电路的发展方向是模块化、集成化。具有各种控制功能的专用芯片，近几年发展很迅速，如功率因数校正(PFC)电路用的控制芯片；软开关控制用的ZVS、ZCS芯片；移相全桥用的控制芯片；ZVT、ZCT PWM专用控制芯片；并联均流控制芯片；电流反馈控制芯片等。功率半导体器件则有功率集成电路(Power IC)和IPM。IPM以IGBT作功率开关，将控制、驱动、保护、检测电路一起封装在一个模块内。由于外部接线、焊点减少，可靠性显著提高。集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便。1.2.3 开关电源发展的整体动向 开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低

18、噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体（Mn，Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度（Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等

19、措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。模块化是开关电源发展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。针对开关电源运行噪声大这一缺点，若单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用部分谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。 1.

20、3 开关电源的现状 今年来年中国电力电源市场呈现如下特征： 大容量电力电源产品的需求迅速提升，开关电源市场稳步增长。因为国家对能源和环保问题日益重视，电力行业结构调整势在必行；随着电力电子技术的进步，开关电源在节能降耗环保问题上的作用日益显著；高效、大容量机组渐成市场主力，有效拉动电源市场需求，所以中国电力电源市场的这种变化与我国宏观政策导向和电力行业的影响密不可分。受国家宏观政策的影响，我国电力行业结构有所调整，小火电机组相继叫停，大型、高效机组陆续投产。这种电力行业结构的转变显著拉动了大容量电源的市场需求，从而有效带动开关电源市场稳步增长。 市场集中度较低，厂商竞争相对激烈。中国电力电源厂

21、商有近1000家，分布地域广而分散，市场规模亦较为均衡，厂商市场占有率均在10%以下。开关电源市场集中度相对较低，厂商间竞争较为激烈成为开关电源市场的主要特征之一。随着竞争的加剧，电力电源厂商在市场规模效应和技术研发能力上充分重视起来，以提高品牌影响力和市场竞争力。 技术进步驱动产品创新。电力电源产品与电子技术的进步发展密切相关。近年来，随着我国电力电子技术的快速发展，开关电源产品也朝着高频化、高功率密度、高功率因素、高效率、高可靠性和高智能化方向发展。这种由于技术进步带动的产品创新同时受到市场的认可。“绿色”电源，模块化电源的问世在节能、降耗、环保方面发挥了重要的作用，对于缓解我国的能源和环

22、境问题大有裨益。1.4本章小结 开关电源是电力电子发展的必然产物，顺应了时代的发展，它的出现已经带来了技术的革新。现在无论是国内还是国外都在发展开关电源，所以其前景是美好的，开关电源在一定程度上取代传统电源已经是必然的趋势了。第二章 开关电源的几种结构 2.1 boost电路 2.1.1boost电路图图 2-1 boost电路2.1.2 boost电路的工作原理 Boost电路（图 2-1）即为升压斩波电路，当V1导通时，能量从输入电源流入，并储存于电感L1中，由于Q1导通期间正向饱和管压降很小，故这时二极管D1反偏，负载由滤波电容C供给能量，将C1中储存的电能（CV0*V0/2）释放给负载

23、R。当V1截止时，电感L1中电流不能突变，它所产生的感应电势阻止电流减小，感应电势的极性为下正上负，二极管D1导通，电感中储存的能量（L1I*I/2）经二极管D1，流入电容C1，并供给负载R。 在Q1导通的Ton期间，能量储存于电感L1中，在Q1截止的Toff期间，电感L1释放的能量补充在Ton期间给电容C1上损失的能量。Q1截止时，电感L1上电压跳变的幅值时与占空比有关的，Ton愈大，L1中峰值电流大，储存的磁能愈大。所以，如果在Ton期间吃内存的能量要在Toff期间释放出来，那么，L1上的脉冲必定比较高的。假定开关管没有损耗，并联变换器电路在输入电压V1和输入电流I1，能在较低的输出电流I

24、0下，输出较高的电压V0。稳压电源达到稳态后，输出电压稳定在所需的恒定值V0，只要适当选择电容C1，输出纹波可做得足够小，当要求纹波为V0，直流输出电流为I0是，由于在管子导通期间全部负载都由C1供电，因此选择C1取决于下式：C1= 当Q1导通时，忽略管子导通压降，电感L1上的电压为输入电压V1,并且电流按=速率线性上升，周期Ton期间V1导通时，L1中的电流增量为 I（+）=（）Ton。当V1截止时，假定L1右端的电感反冲电压等于输出电压V0，则L1上的电压为V0-V1，L1中的电流以I（-）=（V0-V1）Toff/L1而在稳态，Ton期间L1中电流的增量应等于Toff期间电流的减量，I（

25、+）=I（-），故有 = (2-1) V0=V1 (2-2) =V1 =V1 =V1其中D=由上式可知，当改变占空比D时，就能获得所需的上升的电压值。由于占空比D总是小于1，V0总是大于V1。 Boost电路能将电压升高的原因是电感L1储能之后具有使电压泵升的作用，而电容C能将输出电压保持住。2.1.3 boost电路特点 boost电路的电路相比较其他电路来的简单，所以成本比较低，另外boost电路的输出电压高于输入电压，能够起到升压作用。 boost电路的转换效率比较低，所以电源电压的利用率比较低，输出的功率较小。由boost电路最为显著的特点可以知道，boost电路只适用于升压电路。2.

26、2 buck电路2.2.1 buck电路图 图 2-2 buck电路2.2.2 buck电路的工作原理 Buck电路（图 2-2）即为降压斩波电路。当控制脉冲使Q1导通之后，C开始充电，输出电压V0加到负载R两端，在C充电过程中，电感L1内的电流逐渐增加，储存的磁场能量也逐渐增加。此时续流二极管D1因反向偏置而截止。经过Ton时间以后，控制信号使Q1截止，L1中的电流减小，L1中储存的磁场能量便通过续流二极管D1传递给负载。当负载电压低于电容C两端的电压时，C便向负载放电。经过时间Toff后，控制脉冲又使Q1导通，上述过程重复发生。 当控制信号使Q1导通时，电感L1中的电流从最小值I增加到最大

27、值I，当控制信号使V 截止时，L1中的电流又从最大值I下降到I。建设Q1具有理想的开关特性，其正向饱和管压降可以忽略，所以可以列出以下的方程： V=V1-V0=L (2-3)由此可得出： i=dt (2-4) i=t+I (2-5)Q1导通状态终止时，T=Ton时，L1中的电流达到最大值，得： I=Ton+I (2-6) 在Q1截止期间，L1中的电流经续流二极管D1向负载释放能量，假若忽略D1的正向压降，则可得出下列方程： V0=-L (2-7)由此可得出： i=-dt (2-8) i=-t+I (2-9)Q1截止状态终止时，即T=Toff时，L1中的电流下降到最小值，得： I=-Toff+I

28、 (2-10)由上面的公式可得： V0=V1=V1=DV1 (2-11)式中 Ton是开关导通时间，Toff是开关截止时间；T时开关管工作周期，D是占空比，D=Ton/T。 由上式可知，输出电压V0越开关管的占空比D=Ton/T成正比，所以通过改变开关管的占空比可以控制输出平均电压的大小。由于占空比D=Ton/T总是小于1，所以V0总是小于V1，所以这样的电路称为降压斩波电路，即buck变换器。2.2.3 buck电路的特点 Buck电路只能实现降压，所以在任何时候，输出电压只能比输入电压低。由于电路中没有变压器，所以输入和输出之间没有隔离。Buck电路的输出只有一路，不能用于多路输出，除非加

29、个第二级的电压调节器，虽然buck电路即可以工作于电流连续状态，又可以工作于电流总是断续的。 Buck变换器开关的门极驱动很麻烦，但是buck电路简单，所以成本比较低，而且buck变换器能把一个正的输入变换成一个负的输出。2.3 正激电路2.3.1 正激电路图图 2-3 正激电路2.3.2 正激电路的工作原理 当开关管VF导通时，输入电压V1全部加到变换器一次绕组W1'两端，去磁绕组W1''上产生的感应电压使二极管VD1导通，并将输入电流的能量传送给电感L0和电容C以及负载R。于此同时，在变压器T中建立起磁化电流，当VF截止时，VD2也截止，电感L0上的电压极性反转，并

30、通过续流二极管VD3继续向负载R供电，变压器中的磁化电流则通过W1''、VD1向输入电源释放而去磁。W1''具有钳位作用，其上的电压等于输入电压V1，在VF再次导通之前，T中的去磁电流必须释放到零，即T中的磁通必须复位，否则变压器T将发生饱和，从而导致VT损坏。通常W1'=W1''，采用双线并绕耦合方式。VT的导通时间应小于截止时间，即占空比小于0.5，否则T将饱和。 如下图2-4所示可得： =nV0/V1 (2-12) VD2、VD3、L中的电流最大值为： i=I0+(-V0) (2-13) VF中的电流最大值为（Lw为变压器一次侧电感

31、量） i1'=+=+(-V0)+ (2-14) VF上的最大电压：V=2V1 图 2-4 正激变换器的波形图 VD1上的最大反向电压：V=2V1 VD2和VD3上最大电压：V=V=V1/n V0和V1关系： V0=V1-V-V (2-15) 2.3.3 正激电路的特点 正激电路导通时输入馈电给负载，截止时L供电给负载，当单管正激时，开关管的最大电压为2V1，变压器的利用率不高（仅适用磁滞回线第一象限），制作上要加反馈绕组。 正激电路一般采用电压叠加的双正激开关电路。 当采用双正激时，功率增大了一倍，输出频率增加一倍，纹波及动态响应得到改善，开关管耐压值减半，而且取消了反馈绕组，自身的几

32、个稳压管构成反馈路径，降低了变压器的制作工艺要求。因此双正激电路广泛应用于大功率变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制作不复杂的主要电路之一。 2.4 反激电路 2.4.1 反激电路图图 2-5 反激电路 2.4.2 反激电路的工作原理 上图2-5的工作过程是，接通V1后，通过启动电路R1、R2、C1、VD3在VT基极中流过小电流，一次绕组W1启动，在反馈绕组W1'上产生一个感应电压；此电压使VT基极电流增大，导致其集电极电流随之增大，形成正反馈过程，使VT很快饱和。吃食W2两端电压使VD2反偏，随着VT集电极电流增大，R3上的压降增加，VT的基极电位由于电路中加了稳压二极管VD3而保

33、持不变，故VT基极电流不断减小，VT开始退出饱和区,并向截止状态转换。VT的基极电流减小引起集电极电流减小，W1、W1'及VD1上的极性均发生翻转，VT的基极电流进一步减小，其集电极电流也随之减小，形成正反馈过程，VT很快截止。在VT截止期间，由于W2极性翻转式VD2导通，T在VT导通期间所存储的磁能转成电能而释放，供给负载。当磁能全部释放完毕，W1'上压降为零时，启动电路重新开始工作，周而复始，形成自激震荡。 由图反激波形图可得： Vcemax=Vimax+nVomax (2-16)二极管VD2上的最大反压为： V=+Vcemax (2-17) 图 2-6 反激波形图 周期T

34、越输入电压及输出电压的关系式为： T=Ton+Toff=2P0Lw（+） (2-18) 从上式可知，当V1、V0一定时，f与P0成反比；当P、V0一定时，f与V1成反比，属于脉冲宽度与频率混合调制，也是自激行反激式电路的主要特性。 变压器一次电流与输入电压、输出电压之间的关系式为： i=2P0（+） (2-19)从上式可知，当P0、V0一带那个是，V1增大，i减小；当V1、V0一定时，i与P0(即I0)成正比，在V1=V1，以及P0=P时，i值最大。 输出电压与输入电压之间的关系： V0=TonV1 (2-20)2.4.3 反激电路的特点 在VT导通期间，VD2反偏；在VT截止时，VD2正偏，

35、供给负载功率；VT集电极承受的最大电压值Vcemax=Vimax+nVomax；另外电路的利用率不高，一般用在小功率输出场合。2.5本章小结 开关电源有多种拓扑结构，常用的是上面所提到的几种，每一种拓扑结构都要自己的优势和缺点，所以只有仔细分析各种拓扑结构，才能决定自己的设计选择哪种才是最优设计。第三章 开关电源中的芯片介绍 3.1 TOP250 3.1.1 TOP250的管脚图及其作用图 3-1 TOP250的管脚图 漏极 (D) 引脚：高压功率MOSFET的漏极输出。通过内部的开关高压电流源提供启动偏置电流。漏极电流的内部流限检测点。 控制 (C) 引脚：误差放大器及反馈电流的输入脚，用于

36、占空比控制。与内部并联调整器相连接，提供正常工作时的内部偏置电流。也用作电源旁路和自动重启动补偿电容的连接点。 线电压检测 (L) 引脚：(仅限Y、R或F封装)过压(OV)、欠压(UV)、降低DCMAX的线电压前馈、远程开关和同步的输入引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。 外部流限 (X) 引脚：(仅限Y、R或F封装)外部流限调节、远程开关控制和同步的输入引脚。连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能。 多功能 (M) 引脚：(仅限P或G封装)此引脚集Y封装的线电压检测(L)及外部流限(X)引脚功能于一体。是过压(OV)、欠压(UV)、降低DCMAX的线电压前馈、远程开关和同步的输入引脚。

37、连接至源极引脚则禁用此引脚的所有功能并使 TOP250以简单的三端模式工作。 频率 (F) 引脚：(仅限Y、R或F封装)选择开关频率的输入引脚：如果连接到源极引脚则开关频率为132 kHz，连接到控制引脚则开关频率为66 kHz。P和G封装只能以132 kHz开关频率工作。 源极 (S) 引脚：这个引脚是功率MOSFET的源极连接点，用于高压功率的回路。它也是初级控制电路的公共点及参考点。3.1.2 TOP250的特色 输出功率更大以适应更高功率的应用，使用P/G封装时输出功率在34 W以下都无需散热器，而且节约外围元件成本，采用完全集成的缓启动电路降低了器件的应力及输出电压过冲，外部电路实现

38、精确的流限编程，而且更宽的占空比实现更高的输出功率，同时可以使用更小尺寸的输入滤波电容，在Y/R/F封装具有独立的输入线电压检测及流限编程引脚，输入欠压(UV)检测可以防止关机时输出的不良波动，输入过压(OV)关断电路提高了对输入浪涌的耐受力，具有最大占空比(DCMAX)降低特点的线电压前馈抑制了，工频纹波并在高输入电压时限制了最大占空比，频率调制降低EMI及EMI滤波器成本，在零负载时实现输出电压的稳压而无需假负载，132 kHz频率调制降低变压器及电源的尺寸，Y/R/F封装在视频应用时可以选择半频工作迟滞热关断提供自动故障恢复功能，热迟滞值较大，防止电路板过热。 遥控关机模式下极低的功率消

39、耗（在110 VAC时消耗80 mW；在230 VAC时消耗160 mW），频率随负载减轻而降低，提高待机效率，通过网络输入端口实现关机唤醒功能。 TOP250采用反激式的拓扑结构，以高性价比将高压MOSFET、PWM控制器、故障自动保护功能及其它控制电路集成到一个硅片上。TOP250还集成了多项新功能，可以降低系统成本，提高了设计灵活性及效率。除标准的漏极、源极和控制极外，不同封装的TOP250还另有1至3个引脚，这些引脚根据不同封装形式，可以实现如下功能：线电压检测（过压欠压，电压前馈降低DCMAX)、外部精确设定流限、远程开关控制、与外部较低频率的信号同步及频率选择(132 kHz/66

40、 kHz)。所有封装形式的器件均具备如下相同特性：软启动、132 kHz开关频率（轻载时自动降低)、可降低EMI的频率调制、更宽的DCMAX、迟滞热关断及更大的爬电距离封装。另外，所有重要参数（例如流限、频率、PWM增益等）的温度容差及绝对容差更小、设计更简化，系统成本更低。3.1.3 TOP250的典型外接电路 图 3-2 TOP250典型的外接电路 由图3-2可见，TOP250构成的开关电源采用的是反激式拓扑结构。TOP250是一款集成式开关电源芯片，能将控制引脚输入电流转化为高压功率MOSFET开关输出的占空比。在正常工作情况下，功率MOSFET的占空比随控制引脚电流的增加而线性减少，如

41、下图3-3所示：图 3-3 占空比和频率与控制引脚电流的关系 TOP250具有高压启动、逐周期电流限制、环路补偿电路、自动重启动、热关断等特性，还综合了多项能降低系统成本、提高电源性能和设计灵活性的附加功能。此外，TOP250采用了专利高压CMOS技术，能以高性价比将高压功率MOSFET和所有低压控制电路集成到一片集成电路中。 TOP250增加了频率、线电压检测和外部电流限制（仅限Y、R或F封装）引脚或一个多功能引脚（P或G封装），以实现一些新的功能。将如上引脚与源极引脚连接时，TOP250的三端模式工作，在此种模式下，TOP250仍能实现如下多项功能而无需其他外围元件：1. 完全集成的10

42、ms软启动，限制启动时的峰值电流和电压，显著降低或消除大多数应用中的输出过冲。2. DCMAX可达78%，允许使用更小的输入存储电容，所需输入电压更低或具备更大输出功率能力。3. 轻载时频率降低，降低开关损耗，保持多路输出电源中良好的交叉稳压精度。4. 采用较高的132 kHz开关频率，可减少变压器尺寸，并对EMI没有显著影响。5. 频率调制功能可降低EMI。6. 迟滞过热关断功能确保器件在发生热故障时自动恢复。滞后时间较长可防止电路板过热。7. 采用缺省引脚及引线的封装，可提供更大的漏极爬电距离。8. 绝对容差更小，降低温度变化对开关频率、电流限制及PWM增益的影响。 线电压检测(L)引脚通

43、常用于线电压检测，通过一个电阻与经整流的高压直流总线连接，能设定过压(OV)欠压(UV)和降低DCMAX的线电压前馈。在此模式之下，电阻值确定OV/UV的阈值，且DCMAX从电路电压超过欠压阈值时开始线性减少。如下图3-4所见：图 3-4 X和L引脚和M引脚的特性曲线（uA） 此引脚还可用于远程开关控制及同步输入。外部流限(X)引脚通常通过一个电阻与源极连接，从外部将流限降低到接近工作峰值的电流。此引脚也可用作两种模式下的远程开关控制和同步输入。 在P和G封装中，多功能引脚组合了线电压检测及外部流限引脚功能，但其中某些功能不能同时实现。在Y、R和F封装中，频率引脚与源极相连时开关频率设置为13

44、2 kHz的缺省值。而与控制引脚连接时，频率减半。此引脚最好不要悬空。4.2 pc817 4.2.1 pc817的管脚图和封装图 图 3-5 pc817的管教图(1) 图 3-6 pc817的管脚图（2） 4.2.2 pc817 的特点和应用 特点：电流传输比CRT/If=5mA,Vce=5时最小值为50% 输入和输出之间的隔绝电压高Viso=5.9KV 应用：1 做计算机的终端使用2 在测量系统，测量设备中使用3 应用于寄存器、复印件、自动提款机等4 应用于家用电器，例如：电风扇等5 应用于不同电路和阻抗之间信号的传输4.2.3 pc817 最大绝对值和观点特性 （Ta=25°C）

45、参数符号额定值单位输入正向电流1F50mA正向峰值电流1FM1A反向电压Vr6V功耗P70mW输出集电极发射极电压Vceo35V发射极集电极电压Veco6V集电极电流IC50mA集电极功耗Pc150mW总功耗Ptot200mW隔离电压Viso5000Vrms工作温度Topr-30to+100°C存储温度Tstg-55to+125°C焊接温度Tsol260°C表 3-1 最大绝对值参数符号条件最小值额定值最大值单位输入正向电压VfIf=20mA-1.21.4V正向峰值电流VfmIfm=0.5A-3.0V反向电流IrVr=4V-10uA终端电容CtV=0,f=1KHZ

46、-30250pF输出集电极暗电流IceoVce=20V-10(-7)A转换特点电流传输比CTRIf=5mA,Vce=5V50-600%集电极发射极饱和电压VceIf=20mA,Ic=1mA-0.10.2V隔绝电阻RisoDC500V,40to60%RH50*10101011-浮置电容CfV=0,f=1MHZ-0.61.0pF截止频率fcVce=5V,Ic=2mA,Rl=100,3dB-80-KHZ响应时间上升时间trVce=2V,Ic=2mA,Rl=100-418uS下降时间tf-318uS表 3-2 光耦pc817的光电特性 3.3肖特基二极管 3.3.1 肖特基二极管的外观及结构 图 3-

47、7 肖特基二极管的外观 肖特基势垒二极管SBD（SchottkyBarrierDiode，简称肖特基二极管）是近年来间世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属（用钼或铝等材料制成的阻挡层）、二氧化硅（SiO2）电场消除材料、N-外延层（砷材料）、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向

48、偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。肖特基二极管分为有引线和表面安装（贴片式）两种封装形式。 采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。它有单管式和对管（双二极管）式两种封装形式，我选用的是如图3-7所示。 3.3.2 肖特基二极管的工作原理 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由

49、电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为BA。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从AB的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻档层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）用来消除边缘区域的电场，提高管

50、子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就增加。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外

51、侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题（Qrr0），使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点，能提高低压、大电流整流（或续流）电路的效率。3.3.3 肖特基二极管的检测 肖特基（Schottky）二极管也称肖特基势垒二极管（简称SBD），它是一种低功耗、超高速半导体器件，广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。 1性能比较：肖特基二极管现超快恢复二

52、极管、快恢复二极管、硅高频整流二极管、硅高速开关二极管的性能比较。由表可见，硅高速开关二极管的trr虽极低，但平均整流电流很小，不能作大电流整流用。 2检测方法 下面通过一个实例来介绍检测肖特基二极管的方法。 检测内容包括：识别电极；检查管子的单向导电性；测正向导压降VF；测量反向击穿电压VBR。 被测管为B82-004型肖特基管，共有三个管脚，外形如图4所示，将管脚按照从左至右顺序编上序号、。选择500型万用表的R×1档进行测量。 测试结论：第一，根据与、与间均可测出正向电阻，判定被测管为共阴对管，、脚为两个阳极，脚为公共阴极；第二，因与、与之间的正向电阻只几欧姆，而反向电阻为无穷大，故具有单向导电性；第三，内部两只肖特基二极管的正向导通压降分别为0.315V、0.33V，均低于手册中给定的最大允许值VFM(0.55V)。 另外使用ZC25-3型兆欧表和500型万用表的250VDC