毕业设计PWM芯片电路设计及在开关电源中的应用

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1、四川理工学院毕业设计（论文）PWM芯片电路设计及在开关电源中的应用学 生： 学 号：06021028441专 业：电子信息工程班 级：2006.4指导教师：冯雪四川理工学院自动化与电子信息学院二O一O年六月摘 要论文在开关电源技术发展现状基础上，提出一种峰值电流型PWM控制芯片的设计。首先对芯片的工作原理和系统构成进行了研究和分析，包括开关电源变换器的整个控制回路。控制回路包括误差放大器，基准电压源，振荡器，比较器和保护电路等，完成了具体电路的设计，给出了所有的电路图。其次对芯片的在开关电源中的一些外部应用电路进行举例和应用分析。关键词：PWM控制；运算放大器；基准电压源；振荡器ABSTRAC

2、TBased on the research on modern power supply technology, a peak current mode PWM controller chip were proposed. And its principles and system architecture were studied and analyzed, which includes its main loop and control loop.Finished the system design, the functional blocks included amplifier, r

3、eference, oscillator, comparator, fast over current protection, all circuits were given. And the examples about this chip used in power supply technology were also given.Key words: PWM control;Amplifier;Reference;Oscillator目 录摘 要IABSTRACTII第1章 引言11.1 背景、现状和发展趋势11.2 PWM控制型开关电源电路原理21.2.1 开关电源的基本工作原理21

4、.2.2 PWM电路的分类31.3 本文的主要工作4第2章 PWM控制芯片电路的原理62.1 PWM控制芯片原理62.2 PWM控制芯片电路的结构设计8第3章 PWM芯片电路设计及工作过程113.1 欠压锁定113.2 基准电压源113.2.1 带隙基准电压源113.2.2 普通可调直流基准源TL431的介绍133.3 电压调节器153.4 振荡器163.4.1 振荡器原理163.4.2 振荡器电路173.5 电压误差放大器193.6 电流比较器203.6.1 电流比较器203.6.2 过流保护213.7 系统系统芯片电路及工作过程24第4章 芯片电路在开关电源中的应用284.1 芯片外部应用

5、电路284.2 芯片在开关电源保护电路的中的应用294.3 芯片电路在单端反激式开关电源中的应用30第5章 结束语33致谢34参考文献35第1章 引言1.1 背景、现状和发展趋势近几年变频调速技术获得不断的进步和发展特别是在家用电器行业方面的应用。低廉、节能、高效、静音以及高可靠性的变频产品成为趋势，各种新型的PWM控制芯片不断涌现。数字化的PWM控制芯片相对模拟PWM控制芯片(如TL494,SG3525,UC3844等)，因其抗干扰、抗温漂等方面的优点成为主流产品。典型PWM调速控制芯片特点随着微处理器技术的发展，其与PWM技术相结合，形成了各类特色的控制方案，主要可分为以下几类:(1)采用

6、单一的通用微处理器(单片机)来产生SPWM。该方案只须采用单个芯片，功能强、灵活、易于保密，但所有的PWM信号的产生均需占用CPU大量的工作时间，软件开发周期长，通用性差，不利于产品的更新换代。(2)采用专用大规模集成电路产生SPWM信号。如Mullard公司的HEF4752,无须微处理器配合，属于纯硬件实现方法，使用简单，省去编写软件的麻烦，开发周期短，但欠灵活性，难以实现更多的功能。(3)采用微处理器和专用大规模集成电路相结合的方式，可以兼具灵活、简单、易于开发、功能勿、一展的特点，如Siemens公司的SEL4520,Mitel公司的SA4828等，但成本较高。(4)采用专用调速控制芯片

7、。此类芯片内部集成有PWM发生器、A/D转换器、EPROM/EEPROM或快速可擦写存储器FlashMemory等适用于电动泪L调速的外围硬件设备，大大减少CPU的十预时间，保证CPU可以实现更多复杂的控制功能。这类芯片很多，如东芝公司的八位单片机TMP88CK49/CM49,Motorola公司的八位单片机MC68HC708MP16,Intel公司的16位微处理器8XC196MC。特别是高速运算能力DSP核的嵌入常见的如TI公司的TM5320F24X系列、AD公司的ADMCF32X系列，使得此类芯片完全可以实现高性能的控制算法，如磁场定向控制、无速度传感器矢量控制等。1.2 PWM控制型开关

8、电源电路原理近年来，脉宽调制（PWM）控制技术得到较快速发展，用PWM控制开关变换器，即PWM开关电源。PWM控制方式的开关电源因为电路简单，控制方便而获得普遍应用。相对传统的线性电源而言，开关电源具有体积小，成本低，效率高等显著优点。在电源领域内开关电源的应用越来越广泛。1.2.1 开关电源的基本工作原理开关电源以半导体开关器件的启闭为基本原理，即通过控制开关晶体管开通和关断的世界比率，维持稳定输出电压的一种电源。PWM开关电源的换能电路将输入的直流电压转换成脉冲电压，再将脉冲电压经LC滤波转换成直流电压9。开关稳压电源的电路原理框图如图1-1所示。开关电源包括主电路和控制电路两部分。虚线框

9、内是控制电路部分，是本文所要设计的芯片。交流电压经整流电路及滤波电路整流滤波后，变成含有一定脉动成份的直流电源，该电压通过功率转换电路进入高频变换器被转换成所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。反馈控制电路为脉冲宽度调制器（PWM），它主要由取样器、比较器、振荡器、脉宽调制及基准电压等电路构成。这部分电路目前已集成化，制成了各种开关电源专用集成电路。控制电路用来调整高频开关元件的开关时间比例，以达到稳定输出电压的目的。开关电源的功率调整器件处于开关工作状态。作为开关而言，导通时，压降很小，几乎不消耗能量，关断时漏电流很小，也几乎不消耗能量，所以开关电源的公路转换

10、效率可达80%以上。开关电源的滤波电感的体积和重量也因为工作频率提高而减小，所需的滤波电容也减小。功率转换电路高频变换器 图1-1 开关稳压电源的电路原理框图输出整流滤波DC取样器比较器脉宽调制振荡器基准电压AC输入整流滤波1.2.2 PWM电路的分类PWM控制型的开关电源可分为两类型，一种是电压控制型，它只对输出电压采样，作为反馈信号进行闭环控制。采样脉宽调制（PWM）技术，调节输出电压。从控制的角度看，这是一种单环控制系统。另一种是电流控制型，在PWM电压控制的基础上，增加一个电流反馈环节，使其成为双环控制系统，从而提高了电源性能。图1-2为电压控制型开关电源的原理图。电源输出电压V0的采

11、样值与参考电压进行比较放大，得到误差信号Ve，它与锯齿波信号比较后，由脉宽比较器输出占空比随输出电压变化的PWM波，从而控制输出电压保持稳定。这就是控制的原理，它是一个单环控制系统14。图1-2 电压控制型开关电源原理图图1-3为电流型开关电源的原理图。它是一个双环控制系统，有一个内环，一个外环电压环。其工作原理是：恒频时钟脉冲、置位锁存器，输出高电平信号。驱动开关管导通。随着开关管中的电流脉冲逐步增大，当电流在采样电阻RS上的电压幅值VS达到Ve电平时。脉冲比较器翻转，锁存器复位，驱动信号变低，开关管关断。电路就是这样逐个的检测和调节电流脉冲。图1-3 电流型脉宽调制器原理框图1.3 本文的

12、主要工作20多年来，集成开关电源沿着集成化方向发展，首先是对开关电源的核心单元控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制（PWM）控制器集成电路，美国摩托罗拉公司、硅通用公司、尤尼德公司等相继推出一批PWM芯片，典型产品有MC3520,SG3524,芯片。90年代以来，国外又研制出开关频率达1MHZ的高速PWM、PFM90（脉冲频率调制）芯片，典型产品有UC1825、UC1864。本文的主要工作是设计开关电源的芯片电路，该集成电路采用PWM工作方式，需要较少的外部元件即能构成完整的开关电源，工作频率1MHz，并具有过流保护功能。第一章介绍开关电源的背景、现状和发展趋势，同时介绍了开关

13、电源的原理，并对本文的章节进行安排。第二章介绍开关电源控制电路的原理和基本结构。第三章介绍控制芯片各个模块电路原理，所设计的具体电路。第四章介绍控制芯片几种典型的开关电源中的应用。第五章总结该电路的设计工作。第2章 PWM控制芯片电路的原理2.1 PWM控制芯片原理电流控制的PWM技术是一种新颖的控制技术，1967年由美国BOSE公司提出。该技术由不同路线方案来实现，其共同特点是：利用电感电流的反馈直接去控制功率开关的占空比，以实现峰值电流对电压反馈的跟踪。电流型控制分为峰值电流控制、平均电流控制和滞环电流控制。（1）峰值电流控制峰值电流控制是最常用的电流型控制方式。以Buck变换器为例，峰值

14、电流型控制系统原理如图2-1。每1个开关周期开始，由时钟信号CLK经过触发器，驱动开关VF导通，当电流iVF的检测信号峰值达到电流给定值Ve时，触发器翻转，开关VF关断。因此只要系统中电流稍有变化，占空比可以较快产生调节作用，使输出电压V0接近给定Vr。峰值电流型PWM控制的优点是：消除了输出滤波电感在系统传递函数中产生的极点，使系统传递函数由二阶降为一阶，解决了系统有条件的环路稳定问题；具有良好的线性调整率和快速的动态响应；固有的逐个开关周期的峰值电流限制，简化了过载保护和短路保护；多个电源模块并联式易于实现均流。缺点是：不能准确控制电感的平均电流，回路增益对电网电压变化敏感，开关噪声容易造

15、成开关管误动作等。图2-1 峰值电流控制系统原理框图（2）平均电流型控制图2-2以Buck变换器为例，给出平均电流控制的电路框图，电流给定信号Ve式电压调节器的输出，图中未画出电压环。平均电流型控制方案需要检测电感电流iL,电流检测信号与电流给定Ve比较后，经过电流调节器生成控制信号VC，VC再与锯齿波调制信号比较，产生PWM脉冲。电流调节器一般采用PI型补偿网络，可以滤除采样信号中的高频分量，与峰值电流控制相比，它直接控制电感电流的平均值，抗扰性好。但是检测电感电流有时比较复杂，或检测元件损耗较大。图2-2 平均电流控制的电路框图（3）滞环电流型控制图2-3以Buck开关变换器为例，给出滞环

16、电流型控制的电路框图，图中未画出电压环。滞环电流型控制也是检测电感电流，与电流给定值Ve比较后，输入给滞环比较器或滞环逻辑元件。为实现滞环电流型控制，滞环比较器中设定上限值Vemax和下限值Vemin。当电感电流iL的检测信号下降到下限Vemin时，比较器输出高电平，使功率开关关断，电感电流下降。被检测的电感电流决定了开关关断、开通时间。滞环控制方式下，变换器是变频工作的，其开关频率一般随输入电压、输出电压和负载的变化而变化，因此输入、输出滤波器的设计比较复杂。图2-3 滞环电流型控制的电路框图2.2 PWM控制芯片电路的结构设计芯片的主要特点是：1. 1MHz开关频率2. 50uA备用电流，

17、100uA最大电流3. 在52kHz开关频率时所需电流低至2.3mA4. 逐周限流时间快至35ns5. 误差放大器的基准电压为2.5V6. 振荡器放电电流精确7. 新型的欠压锁定模块所设计的PWM控制器，它主要包括欠压锁定电路，振荡器，电流比较器，电压调节器，误差放大器，过流保护和用做基准的参考电压部分。内部结构功能框图如下图2-4。Vout28913451076误差放大器9Vcc欠压锁定VREF欠压锁定PWM锁定+5V基准参考调节振荡器电流比较器VCC图2-4 芯片结构框图1. 振荡器振荡器的工作频率和放电电流都是调整好的，并且严格设定了工作频率和死区的最小变化率。振荡频率由外接电阻RT决定

18、。CT的放电电流由通过RT的电流和控制芯片内部的放电电流之差决定。设计控制芯片内部的放电电流为8.2mA。RT的阻值较大时，放电时间由控制芯片内部的放电电流和CT的容量决定。RT的阻值较小时，对放电时间也有较大的影响。在一个振荡周期内，电容CT充电时，输出脉冲最大占空比受振荡器的可控死区限制。2. 电压误差放大器设计电压误差放大器的直流增益为90dB，增益带宽为1.5MHz。内部的5V基准电压经分压后产生2.5V电压，该电压直接加在电压误差放大器的同向端。开关电源的输出电压经过电阻分压后反馈到放大器的反响输入端。设计放大器输出端输出的电流限制在1mA，放大器输出端吸入电流为10mA。3. 电流

19、比较器为了能够实现逐周控制，如此设计电流比较器：在每个振荡周期开始时，输出端开通。当外接开关管的电流达到正比于放大器输出电压的最大门限值时，输出端关断，直到下一个振荡周期开始。此时开关电源的峰值开关电流正比于误差电压。4. 欠压锁定在电源达到启动电压之前，欠压锁定电路阻止芯片内部的基准电源电路和输出极开始工作。电源电压低于启动电压时，设计芯片的静态电流小于250uA。5. 基准电压设计内部基准电压为5V，误差在1%以内。基准电压源为内部逻辑电路和振荡电路供电。振荡器外接电容器的充电电流也由基准电压源供给。电压误差放大器的正向端2.5V电压也由基准电压分压所得。基准电压源能提供20mA电流。第3

20、章 PWM芯片电路设计及工作过程3.1 欠压锁定欠压锁定电路实现的功能是：当电源电压大于8.7V时，芯片正常工作；当电源电压小于7.6V时，芯片不工作。本文用滞后比较器来实现电路得欠压锁定，在VDD欠压锁定处和Vref欠压锁定处用滞后比较器实现。欠压锁定中的滞后比较器如图3-1所示，非倒向端连接供电电源VCC，倒向端的8.7V的电压是由基准电压源提供。输出端VOUT与电压调节器连接。启动时的时序：比较器输出电压的有无，由VDD电压的高低控制，只有VDD大于+8.7V时比较器输出高电位，基准电压+5VR才有输出，芯片才能正常工作。一旦正常工作后，VDD小于8.7V时也能正常工作，我们称8.7V为

21、启动电压。关闭时的顺序：随着VDD电压的下降，当VDD的电压小于7.6V时，又会出现欠压保护，这时比较器输出低电位，没有+5VR电压输出，这样导致后面没有脉冲输出，电源就不能正常工作。图3-1 欠压锁定置换比较器3.2 基准电压源3.2.1 带隙基准电压源基准源电路广泛的应用于各种模拟集成电路，其精度和稳定性直接决定整个系统的精度。内部稳压源电路提供稳定的偏置电压或作为基准电压。一般要求这些电压源的直流输出电平较稳定，而且这个直流电平应该对电源电压和温度不敏感。由于基准源的精度与温度有关，提高精度必须降低温度系数。带隙基准可以再070的温度范围内有10ppm/的温度。图3-2给出了带隙基准的原

22、理。由室温下温度系数为-2.2mV/的pn节二极管产生电压。同时也产生一个热电压，其与绝对温度成正比，室温下的温度系数为+0.085mV/。如果电压乘以常数K加上电压，则输出电压为： （3-1）双极性晶体管中的集电极电流密度的关系： （3-2）其中：=集电极电流密度=基区电子平衡浓度=电子的平均扩散常数平衡浓度： （3-3）其中： （3-4）D是与温度无关的常数，时带隙电（1.205V）得到下面集电极电流密度的方程式： （3-5）在上式中，与温度不相关的常数合并成单一的常数A。由于Dn依赖于温度，温度系数r稍微偏离3。因此的关系式为： (3-6)与温度的关系为： (3-7)300K时，关于温度

23、的变化约为-2.2mV/。提供负温度系数的基准电压。提供温度系数的基准电压。 (3-8) (3-9)为了在T0时达到零温度系数，和的变量加起来必须为0图3-2 带隙基准电路图3.2.2 普通可调直流基准源TL431的介绍TL43l是2.5036V可调式精密并联稳压器。它属于一种具有电流输出能力的可调基准电压源。其性能优良，价格低廉，可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。阴极工作电压VKA的允许范围是25036V，极限值为37V。阴极工作电流IKA=l100mATL431主要包括4部分：误差放大器A，其同相输入端接取样电压VREF，反相输入端则接内部250V基准电压Vref，并且设计的

24、VREF=VRRef；内部250V(准确值为2495V)基准电压源Vref；NPN型晶体管VT，在电路中起调节负载电流的作用；保护二极管VD，能防止因KA间电源极性接反而损坏芯片。其内部电路结构如图3-3所示。图3-3 TL431内部原理电路TL431的电路图形符号和基本接线如图3-4所示。图3-4 TL431的电路图形符号和基本接线如图它相当于一只可调齐纳稳压管，输出电压由外部精密电阻R1和R2来设定，有公式： （3-10）图中R3是IKA的限流电阻。选取R3阻值的原则是，当输入电压Vi为最小值时必须保证100mAIKA1mA，以便使TL431能正常工作。TL431的稳压原理可分析如下：当由

25、于某种原因致使Vo升高时，取样电压vref也随之升高，使VREFVref，比较器输出高电平，令VT导通，Vo。反之，Vo下降VREF(Vi-Vo)/R31mA其中R是限流电阻。第2脚位误差放大器的输出端，误差放大器的输出电压信号，在内部经过两个二极管D1和D2降下压后，又由电阻R3和R4进行分压，由于R3电阻的阻值是R4阻值的两倍，最后剩下1/3的电压家在电流比较器的反向输入端，并且还有稳压管ZD2箝位，该输入端电压的最高电压不超过一定值。第3脚位误差放大器的反向输入端，取样电压由此输入，在内部将+5VR电压，用两个阻值相同的电阻R1和R2，将电压分成+2.5V，作为基准电压加在误差放大器的正

26、向输入端。因为第2脚加在误差放大器的负端，那么误差放大器就是反向输出，所以第1脚与第2脚电压的变化相反。反馈电压输入脚，此脚电压与内部2.5V基准进行比较，产生控制电压，从而控制脉冲宽度。第4脚为电流传感端，电流比较器输出电压的高低，是由它的两个输入端电压共同决定的，电流比较器的输出电压的变化，能控制PWMLatch的Q反输出脉冲宽度的变化。第5脚为振荡器电压的输入，用一个电阻Rt通过振荡器电压给电容充电，用两个比较器把电容上的电压和两个参考电压相比较，参考电压分别设为2.5V和0.75V。用一个电流源连在电容上起放电开关的作用。当电容电压超过2.5V时，电容通过电流源放电。当电容电压低于0.

27、75V时，MOS管关断，电流源不起作用，电容继续被输入电压充电。这样电容上的电压就是一个有1.75V峰-峰值的锯齿波。RS触发器的输出就是时钟信号，时钟周期约等于充电时间而电容电压计算可得充电时间约为。第6脚为接地端。第7脚为芯片的输出端，当第9脚所接的滞后比较器输出高电平时，基准电压才能输出，第7脚才有脉冲输出。第8脚为带隙基准电路的KVt输入，KVt输入与Vbe相加，再通过内部的电压调节器，输出稳定精确的+5V的基准，直接决定芯片电路的稳定性。第9脚电源电压VDD供给端,它的工作电压必须在正常工作范围内芯片才能正常工作，在第9脚内部接有一个稳压管ZD1，其稳压电压为36V,为内部的器件提供

28、安全的电压环境，当VDD超过了稳压管的电压时，将会被箝位。第10脚是基准电压+5VR的输出端，从电路中可以看出，+5VR电压的欠压保护，是受滞后比较器A2控制的。所以用滞后比较器，也是为了防止在它们跨越们坎时，有不确定的状态，从而达到保护的目的4。图3-18 内部芯片电路总图PWM_out是PWM控制器芯片的输出，是一系列的脉冲波形。是开关电源的输出。当电源电压从0V上升到8.7V时，欠压锁定模块开始工作，使基准电压源启动，输出稳定的5V电压。然后振荡器开始输出振荡波形。最后输出脉冲波形。在开关电压输出达到预期设计的5V前，PWM控制器芯片输出占空比接近于1的脉冲，使快速上升。当输出达到5V后

29、。PWM_out输出合适的脉宽调制波形，使开关电源输出稳定。第4章 芯片电路在开关电源中的应用4.1 芯片外部应用电路芯片的外部引脚连接如图4-1所示。图4-1 芯片外部应用电路如图所示为芯片的外部部分连接图，第一脚为内部基准输入电压提供端。第二脚输出补偿。第三脚输入电压负反馈。第四脚既输入电流负反馈，也是过流保护输入端。第五脚为振荡器的外接RC电路的连接端，在第五脚处输入锯齿波电压。第七脚为芯片输出端，即为驱动脉冲的输出端，如图所示，它用来驱动场效应管。第九脚为电源电压VDD输入端。为内部电路和反馈电路提供电源电压。第十脚为内部基准电压输出端，基准电压如图所示为振荡器的外部RC电路提供5V的

30、基准电压。工作过程：电路上电时，外接的启动电路通过引脚9提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经7脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到4脚，维护系统的正常工作。电路正常工作后，取样电路反馈的低压直流信号经3脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。如果输出电压由于某种原因变高，则3脚的取样电压也变高，脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度变窄，则开关功率管的导通时间变短，输出电压变低，从而使输出电压稳定，反之亦然

31、。锯齿波振荡电路产生周期性的锯齿波，其周期取决于5脚外接的RC网络。所产生的锯齿波送到脉冲宽度调制器，作为其工作周期，脉宽调制器输出的脉冲周期不变，而脉冲宽度则随反馈电压的大小而变化。PWM控制芯片输出周期一定、高电平存在时间可调的驱动脉冲信号。当PWM芯片输出高电平是，开关晶体管导通时，二极管关断，输入端直流电源将功率传送到负载，并使电感储能（电感电流上升）；当PWM芯片输出低电平时，开关晶体管关断时，二极管导通，续流，电感储能向负载释放（电感电流下降）使负载电压极性不变且比较平直。滤波电容使输出的纹波进一步减小，晶体管导通的时间越长，传递到负载的能量越多，输出电压就越高。4.2 芯片在开关

32、电源保护电路的中的应用1）通过在芯片的采样电压处接入一个射极跟随器，从而在控制电压上增加了一个与脉宽调制时钟同步的人为斜坡，它可以在后续的周期内将I扰动减小到零。因此，即使系统工作在占空比大于50或连续的电感电流条件下，系统也不会出现不稳定的情况。不过该补偿斜坡的斜率必须等于或略大于m22，系统才能具有真正的稳定性。2）取样电阻改用无感电阻。无感电阻是一种双线并绕的绕线电阻，其精度高且容易做到大功率。采用无感电阻后，其阻抗不会随着频率的增加而增加。这样，即使在高频情况下取样电阻所消耗的功率也不会超过它的标称功率，因此也就不会出现炸机现象。3)反馈电路改用TL43l加光耦来控制。我们都知道放大器

33、用作信号传输时都需要传输时间，并不是输出与输入同时建立。如果把反馈信号接到芯片的电压反馈端，则反馈信号需连续通过两个高增益误差放大器，传输时间增长。由于TL431本身就是一个高增益的误差放大器，因此，在图3中直接采用脚1做反馈，从芯片的脚8(基准电压脚)拉了一个电阻到脚l，脚2通过R18接地。这样做的好处是，跳过了芯片的内部放大器，从而把反馈信号的传输时间缩短了一半，使电源的动态响应变快。另外，直接控制芯片的脚l还可简化系统的频率补偿以及输出功率小等问题。图4-2 芯片在开关电源保护电路的中的应用图经过实验电路仿真，其采样信号的波形紧紧跟随检测电阻的电压波形，没有出现非常大的尖峰电压。因此，该

34、电路能有效避免因变压器漏感等异常干扰引起的电源误操作的问题，也能有效避免因电源占空比过大而引起的系统不稳定的问题。4.3 芯片电路在单端反激式开关电源中的应用这是一款AC220V输入，DC24V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。主要的功能模块包括：启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。以下对各个模块的原理和功能进行分析。电路原理图如图4-3所示。图4-3 芯片在单端反激式开关电源中的应用图如图4-3所示交流电由C16、L1、C15以及C

35、14、C13进行低通滤波，其中C16、C15组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；C14、C13、L1组成抗共模干扰电路，用于抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。滤波后的交流电压经D1D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3lOV的脉动直流电压，此电压经R1降压后给C8充电，当C8的电压达到芯片的启动电压门槛值时，芯片开始工作并提供驱动脉冲，由脚6输出推动开关管工作。随着芯片的启动R1的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压给芯片供电。由于输入电压超过了芯片的工作，为了避免意外，用D10稳压管限定芯片的输入电压，否则将出现芯片被损坏的情况

36、。由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护功能。此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。)采用快速恢复二极管D6、D7整流。基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声，在大功率的整流电路中，次级整流桥电路存在较大杂散电感，输出整流管在换流时，由于电路中存在寄生振荡，整流管会承受较大的尖峰电压，尖峰电压的存在提高了对

37、整流二极管的耐压要求，也将带来额外的电路损耗。整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感(或附加的谐振电感)与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间。芯片是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动晶体管和MOSFET，具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点，在100W以下的开关电源中有很好的应用前景。第5章 结束语我国不断发展的电源市场对开关电源控制芯片的需求日益增加，因此本文研究设计了一种电流型PWM控制芯片。并对芯片在开关电源中的应用电路做了详细的分析，文中所做的工作包括在了解开关电源技术的发展现状基础上，对电路原理进行分析、提出了系统与电路的设计方案。

38、本文第二章内容为电路分析。首先介绍了PWM工作方式的基本原理，然后分析电路结构，将整体电路划分为子功能块，给出功能框图。本文第三章内容介绍了控制部分的子电路：欠压锁定电路、基准源电路、电压调节器、振荡器电路、电压误差放大器、电流比较器、过流保护、数字逻辑和驱动电路。本文第四章内容介绍了芯片的外围电路应用，着重讲到了芯片在开关电源保护电路中的应用和芯片电路在单端反激式开关电源中的应用。随着VLSI和Soc技术的迅猛发展，对低功耗和低电源电压设计提出了更高的要求，在今后的PWM控制芯片的设计中将对此加以充分的关注。由于便携设备的增多，要求效率更高、集成度更高的电源控制芯片加以配合。把高压大的功率开

39、关管和低压控制电路集成到一片单芯片上也将是今后电源控制芯片发展的一个重要方向。致 谢本文是在冯雪老师谆谆教导和鼓励下完成的。从论文的选题、开题、中间的学习及撰写过程中都包含了老师的悉心教导和指导。冯老师务实、认真和对学生从学习、生活等负责的工作态度及为人师表，给我留下了深刻的印象，也同时鞭挞我，能够不断地向冯老师学习和请教。在此，谨向指导老师冯雪表示衷心的感谢和崇高的敬意！另外还要感谢我的辅导员徐金龙，高媛媛，陈明举老师和实验室的雷定雄，方亮，周志等老师给予我的指导和帮助。他们孜孜不倦的工作作风和无私奉献的精神使我受益匪浅，毕生受用。还要衷心感谢我的室友陈瑶，董熙，秦雪梅，邱静，眭照玲，她们给

40、了我很多帮助和关怀，使我工作更轻松，生活更愉快。参考文献1朱正涌.半导体集成电路M.北京：清华大学出版社，20012李成章.电源M.北京：电子工业出版社.20043叶慧贞，杨兴洲.开关稳压电源M.北京：国防工业出版社，20074慕丕勋，冯桂林.开关稳压电源原理与实用技术：科技出版社，20055李爱文.现代逆变技术及其应用M.北京：科学出版社，20066陈星弼.功率MOSFET与高压集成电路M.南京：东南大学出版社，20037李伟华.VLSI设计基础M.西安：电子工业出版社，20028王志功，沈永朝.集成电路设计基础M，北京：电子工业出版社，20049李靖.中国开关电源市场的分析J.电工技术杂志

41、，200610俞阿龙.电流控制PWM开关电源M.电声技术，200211江金光，王耀南.高精度带隙基准电压源的实现N.半导体学报.200412吴建辉.CMOS模拟集成电路设计与分析M.北京：科学出版社，200213PopaC.Superior-ordercurvature-correctionCMOSsmarttemperaturesensorM.IEEEtransactionsoncircuitandsystems,200114N.M.NguyenandR.G.Meyer.Start-upandFrequencyStabilityinHigh-FrequencyOscillatorsM.IEEEJ.ofSolid-StateCircuitsvol.27,pp.810-820,May199215P.R.GrayandR.G.Meyer.AnalysisandDesignofAnalogIntergratedCircuitsJ.FourthEd.NewYork：Wiley16PhillipE.Ellen.DouglasR.Holberg.CMOSAnalogCircuitDesignM.北京：电子工业出版社，200517BehzadRazavi.DesignofAnalogCMOSIntegratedCircuitsM.西安：西安交通大学出版社.2003