對(duì)現(xiàn)代電子系統(tǒng)，即便是簡(jiǎn)單的由單片機(jī)和單一I/O接口電路所組成的電子系統(tǒng)來講，其電源電壓一般也要由+5V,±15V或±12V等多路組成，而對(duì)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)來講，實(shí)際用到的電源電壓就更多了。目前主要由下述諸多電壓組合而成：+3.3V,+5V,±15V,±12V,-5V,±9V,+18V,+24V、+27V、±60V、+135V、+300V、-200V、+600V、+1800V、+3000V、+5000V（包括一個(gè)系統(tǒng)中需求多個(gè)上述相同電壓供電電源）等。不同的電子系統(tǒng)，不僅對(duì)上述各種電壓組合有嚴(yán)格的要求，而且對(duì)這些電源電壓的諸多電特性也有較嚴(yán)格的要求，如電壓，電壓的負(fù)載能力（輸出電流），電壓的紋波和噪聲，起動(dòng)延遲，上升時(shí)間，恢復(fù)時(shí)間，電壓過沖，斷電延遲時(shí)間，跨步負(fù)載響應(yīng)，跨步線性響應(yīng)，交叉調(diào)整率，交叉干擾等。

　　1 方案選擇

　　常用方案為交流輸入側(cè)加一個(gè)輸出AC 220 V的UPS，后面為AC/DC多路輸出開關(guān)電源。但這種方案線路較復(fù)雜，成本較高?？紤]到該電源的具體要求，我們確定了以下方案：電源分兩級(jí)，級(jí)為AC/DC，將AC 220V變換為DC 24V，一方面為24V負(fù)載供電，同時(shí)給24V蓄電池充電(因?yàn)樵撾娫粗行铍姵貫閭溆秒娫矗瑸楦〕涫褂脿顟B(tài)，故充電電壓取2.275V/cell，24 V蓄電池的浮充電壓即為2 275x12=27.3 V。因而實(shí)際輸出電壓設(shè)計(jì)為27.3V，以對(duì)蓄電池浮充電，24V負(fù)載允許±15％電壓波動(dòng))。第二級(jí)為DC/DC，將24 V變換為5 V及±12V多路輸出。這樣，既滿足了使用要求，電路又較簡(jiǎn)單，成本較低。該電源原理框圖如圖1所示。

　　2 工作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　2.1 級(jí)AC/DC

　　AC/DC即為將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為"整流",功率流由負(fù)載返回電源的稱為"有源逆變".AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項(xiàng)、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。

　　考慮到輸入為AC 220V,為降低開關(guān)器件電壓定額，主電路拓?fù)洳扇“霕蚍绞?，fk50 kHz,PWM控制芯片采用TL494.眾所周知，TL494是TI公司生產(chǎn)的使用非常廣泛的電壓型PWM控制芯片，包含兩個(gè)誤差放大器，一個(gè)振蕩器，一個(gè)死區(qū)時(shí)間控制比較器（DTC），一個(gè)脈沖調(diào)整控制觸發(fā)器，一個(gè)5 V5%的基準(zhǔn)電源及輸出控制電路。該芯片可通過輸出控制端（腳13）接地或接基準(zhǔn)電壓Vref選擇輸出為單端并聯(lián)方式或推挽工作方式。在本電源中，TL494 工作于推挽工作方式。一個(gè)誤差放大器用作輸出電壓反饋控制，一個(gè)誤差放大器用來進(jìn)行側(cè)過流保護(hù)，DTC用來進(jìn)行輸出電壓過壓保護(hù)，因?yàn)樵贒TC上電壓為0~3.3 V時(shí)，死區(qū)時(shí)間占空比在3%~100%間線性變化。TL494對(duì)接線路如圖2所示。

　　為了保證蓄電池不會(huì)放虧，延長(zhǎng)電池使用壽命，設(shè)有欠壓保護(hù)電路，如圖3所示。

　　由圖3可見，不論何種原因，當(dāng)電壓低于蓄電池終止電壓（理論值21 V,實(shí)際設(shè)計(jì)值為2I.5 V）時(shí)，繼電器觸點(diǎn)斷開，切除蓄電池負(fù)載，并保持該狀態(tài)至下次交流恢復(fù)供電，為防止在動(dòng)作值臨界點(diǎn)附近比較器輸出產(chǎn)生振蕩，加有正反饋環(huán)節(jié)，使比較器輸入信號(hào)產(chǎn)生回差滯環(huán)。

　　2.2 第二級(jí)DC/DC

　　由于DC/DC部分輸出功率不大，約80 W,且為多路輸出，故采用單端反激線路是合適的。工作頻率fk取100 kHz,PWM控制芯片采用UC3845A,該芯片是一種常用的低成本電流型PWM控制芯片，除包含一個(gè)誤差放大器、一個(gè)內(nèi)部振蕩器、一個(gè)5 V基準(zhǔn)電源、一個(gè)欠壓保護(hù)比較器及大電流圖騰柱輸出級(jí)外，該芯片還包含一個(gè)電流傳感比較器，因而具有逐脈限流的特點(diǎn)。利用該特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了初級(jí)電流逐脈限流保護(hù)，并據(jù)此設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單、實(shí)用的輸出側(cè)5V、12 V過壓保護(hù)電路，當(dāng)出現(xiàn)過壓時(shí)，對(duì)應(yīng)穩(wěn)壓管擊穿，晶閘管引起逐脈限流保護(hù)。

　　因?yàn)镈C/DC的5 V、12V輸出負(fù)載在啟動(dòng)時(shí)變化較大，且時(shí)序不同，單用5V一路反饋信號(hào)，雖可使5 V在啟動(dòng)及正常工作時(shí)保持穩(wěn)定，但12V的電壓其穩(wěn)定性在啟動(dòng)時(shí)受5 V負(fù)載變化的影啊較大，亦即動(dòng)態(tài)交叉負(fù)載調(diào)整率較大，不滿足設(shè)備使用要求。為提高12V的輸出電壓的穩(wěn)定性，引入了 12 V輸出的反饋信號(hào)，如圖4所示。

　　在12V輸出與 UC3845A的腳2反饋端VFB加反饋電阻（實(shí)際應(yīng)用中，為方便滿足設(shè)計(jì)電阻位，設(shè)汁為兩個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的電阻），因原副邊共地，故直接分壓反饋，不用光耦隔離，簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、響應(yīng)快，取反饋比例系數(shù)K=0.5,因5 V單一反饋時(shí)流入VFB腳的反饋電流IFB=（5-2.50）/（5.1xlO3）=490（μA），故12V反饋電流為K4x90=0.5x490=245（μA），則12V輸出與VFB間電阻值為（12-2.50）/245×10-6=38.8Ω，取電阻標(biāo)稱值39kΩ。而5V輸出與VFB間的反饋電阻值為（5-2.5）/245x10-6=10.2（kΩ），取電阻標(biāo)稱值10kΩ。根據(jù)實(shí)際情況，可調(diào)整12V輸出的反饋深度，即調(diào)整反饋比例系數(shù)K,也可引入更多路的反饋信號(hào)，各路反饋信號(hào)的反饋比例系數(shù)可調(diào)整，但其總和應(yīng)為1,此即為所謂多路比例反饋。引入12V反饋信號(hào)后，12V穩(wěn)壓提高，5V穩(wěn)壓略有降低，滿足了設(shè)備動(dòng)、靜態(tài)要求。

　　因電源所帶負(fù)載包括CPU及大規(guī)模集成電路，對(duì)電壓沖擊較敏感，故在5V及12V反饋電阻上并聯(lián)有電容引入微分反饋信號(hào)，以抑制開機(jī)時(shí)各輸出電壓的上沖幅值。

　　3 高頻變壓器設(shè)計(jì)

　　高頻變壓器是作為開關(guān)電源主要的組成部分。開關(guān)電源中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有很多。比如半橋式功率轉(zhuǎn)換電路，工作時(shí)兩個(gè)開關(guān)三極管輪流導(dǎo)通來產(chǎn)生100kHz的高頻脈沖波，然后通過高頻變壓器進(jìn)行變壓，輸出交流電，高頻變壓器各個(gè)繞組線圈的匝數(shù)比例則決定了輸出電壓的多少。典型的半橋式變壓電路中為顯眼的是三只高頻變壓器：主變壓器、驅(qū)動(dòng)變壓器和輔助變壓器（待機(jī)變壓器），每種變壓器在國(guó)家規(guī)定中都有各自的衡量標(biāo)準(zhǔn)，比如主變壓器，只要是200W以上的電源，其磁芯直徑（高度）就不得小于35mm.而輔助變壓器，在電源功率不超過300W時(shí)其磁芯直徑達(dá)到16mm就夠了。變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級(jí)線圈中通有交流電流時(shí)，鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級(jí)線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級(jí)線圈，其余的繞組叫次級(jí)線圈。

　　AC/DC高頻變壓器采用El-40立式磁芯，材質(zhì)為鐵氧體PC40,采用"初包次"的繞法，即靠近磁芯里層先繞一半匝數(shù)初級(jí)繞組，再繞次級(jí)繞組及輔助電源繞組，末了外層再繞剩下的一半匝數(shù)初級(jí)繞組，亦即所謂"三明治"繞法，使初、次（原、副邊）級(jí)耦合較好，漏感小。

　　DC/DC高頻變壓器采用EER28立式磁芯，材質(zhì)為鐵氧體PC40,氣隙取1.06 mm,采用"三明治"繞法，同時(shí)因?yàn)楦边厼槎嗦份敵觯矢边吚@組采用堆疊法繞制，以加強(qiáng)耦合，減少漏感，降低成本。對(duì)于輸出電流較大的繞組，采用多股并繞方式繞制，以減小集膚效應(yīng)，增強(qiáng)耦合。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　該電源實(shí)測(cè)表明，滿載時(shí)各輸出電壓紋波峰峰值Vp-p（頻帶寬20MHz）如表1所列。

　　AC/DC效率η=88%,二級(jí)DC/DC效率η=75%,各保護(hù)環(huán)節(jié)工作可靠，滿足設(shè)備啟動(dòng)及正常工作的要求。該電源已批量生產(chǎn)近一年，實(shí)際運(yùn)行可靠穩(wěn)定，性能良好。