開關(guān)電源應(yīng)用——POS機的電源設(shè)計

開關(guān)電源應(yīng)用——POS機的電源設(shè)計,開關(guān)電源,應(yīng)用,利用,運用,pos,電源,設(shè)計 開關(guān)電源參考手冊前言每一種新的電子產(chǎn)品，除非它本身自帶有電池供電，否則都需要將外部 115V或230V的交流電轉(zhuǎn)換成某一特定大小的直流電來為其供電。這里一些實用的設(shè)計和應(yīng)用方面的信息以及一些用于開關(guān)電源設(shè)計的高集成度半導體控制集成電路可以幫助設(shè)計者方便快速的實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換功能。不論你是不是一個有經(jīng)驗的電源設(shè)計者，或是第一次自己設(shè)計開關(guān)電源，或是相關(guān)負責人又或者只是找些相關(guān)的內(nèi)容， 《SWICHMODE Power TMSupplies Reference Manual and Design Guide》 這本書里面各種各樣的資源都將讓你感覺有莫大的幫助。自從 70年代中期我們介紹了專門為開關(guān)電源設(shè)計的功率三極管和整流器以來，ON 半導體廠商已經(jīng)成為開關(guān)電源半導體產(chǎn)品的主要提供者。我們將這些產(chǎn)品統(tǒng)稱為 SWICHMODE產(chǎn)品。使用 ON半導體設(shè)計的開關(guān)電源因此被稱為 SWICHMODE電源，簡稱為TMSMPS（SWICHMODE Power Supply） 。這本手冊為那些還不是資深專家但是想要獲得更多開關(guān)電源設(shè)計方面有用信息的人提供了許多開關(guān)電源設(shè)計方面有價值的背景資料，而且它還提供了真實的 SMPS樣品圖，另外，它還為那些雖然已是專家但還想加深他們技術(shù)和經(jīng)驗的人提供了一些從 ON半導體廠商得來的應(yīng)用資料及一些附加的設(shè)計資料，還有一些從各種出版社和站點收集來的有用資料手冊。此外，這本書里面還提供了很多從 ON半導體廠商得來的關(guān)于設(shè)計 SMPS的模擬集成芯片、功率晶體管、整流器和其他一些分立器件的清單及簡要描述。這里面包括有我們最新的 GREENLINE 系列，簡易開關(guān)管、高壓集成芯片（VHVICs） 、高效率TMHDTMOS和 HVTMOS、功率場效應(yīng)管，還有選擇范圍很廣的封裝分立器件。想了解更多最新的資料和更多開關(guān)電源和電源管理設(shè)備方面的模擬和分立器件，請登錄我們的站點：（http://onsemi.com） 。每個人都要了解的開關(guān)電源（By Marty Brown ）簡要介紹總的來說，無論是對于企業(yè)或者是整個社會來說，大家都不斷地追求更高效率的電源功率轉(zhuǎn)換。對于電源設(shè)計者來說，開關(guān)電源不僅能夠提供更高的效率，而且它有更好的適用性。近來在半導體方面、電磁兼容和反饋技術(shù)方面的不斷進步，使得開關(guān)電源在當今電源適配器領(lǐng)域越來越受青睞。這本指導書旨到給那些有志的電源設(shè)計者作一個開關(guān)電源設(shè)計知識的總體介紹。它介紹了開關(guān)電源設(shè)計中比較常用的幾種拓撲結(jié)構(gòu)的基本操作及相關(guān)的參數(shù)計算，還提供了電路設(shè)計技巧，以及如何選擇合適的半導體器件和反饋元件。這本指導書還列舉了開關(guān)電源 ON半導體器件的結(jié)構(gòu)特點。線性電源與開關(guān)電源的比較以往線性的電壓適配器是提供一個特定輸出電壓的主要方法。它是靠線性地控制電源功率功率傳輸設(shè)備中的傳導率來實現(xiàn)將輸入的高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷汗┙o負載的。這種電路中，負載電流持續(xù)地流經(jīng)高壓轉(zhuǎn)換電路單元，即電壓調(diào)整管。這一路中在電壓調(diào)整管上的功率損耗（ ）使得線性電源只有 30％～50％的轉(zhuǎn)換效率。這意味著有一瓦loaddrpIV*特的功率提供給負載的同時就有一瓦特的功率是轉(zhuǎn)為熱能損耗掉。散熱片的成本使得實際應(yīng)用中線性電源不適合用于 10W以上的小型應(yīng)用電路。然而，除此之外，在降壓型設(shè)備中它們的成本顯得特別高。開關(guān)調(diào)整管是通過導通和截止兩種不同狀態(tài)來實現(xiàn)功率傳輸。因此，導通時，雖有大電流流過調(diào)整管但其兩端壓降很小，而截止時，雖然調(diào)整管兩端壓降很大但是沒有電流流過。這就使得整個轉(zhuǎn)換過程中損耗在轉(zhuǎn)換電路的功率非常小。所以，開關(guān)電源的優(yōu)勢就是無論輸入電壓是多少，都能保持 70％～90％的轉(zhuǎn)換效率。高集成度電路的實現(xiàn)已經(jīng)不斷降低開關(guān)電源的設(shè)計成本，這使得在 10W以上的系統(tǒng)電路或要求多路輸出的系統(tǒng)電路中，越來越多的人選擇使用開關(guān)電源?；咀儞Q正激模式變換電路原理最基本的正激模式變換器就是圖 1中所示的降壓型變換器。圖 1 降壓型變換它的工作情況可以分成兩個時刻來研究，即開關(guān)管導通與截止兩種情況。當開關(guān)管導通時，輸入電壓直接輸入到電感器上，所以電感器的輸出就是電路的輸出電壓，而這時整流器（即整流二極管）則是反向偏壓的，所以是截止的。在這個時候，由于輸入電壓持續(xù)加在電感器上，所以電感器中開始產(chǎn)生線性增長的電流，表示為：i =( - ))(ONL)(inV(out*t /L　。)(on在開關(guān)管導通期間，電源的能量以磁能的形式儲存在核心器件電感器中。電感器中儲存有足夠的能量以便在下個時刻，即開關(guān)管截止的時候提供給負載使用。下個時刻就是開關(guān)管截止的時候。當開關(guān)管截止時，電感器的輸入電壓消失，并被續(xù)流二極管所鉗位。此時電流開始通過續(xù)流二極管流向負載，保持負載的電流持續(xù)不斷。這一過程的電流是由剛才儲存在電感器中的磁能轉(zhuǎn)化而來。此時電感器中的電流表示為：i =( - )* /L　。)(ofL)(utVD)(oft這一過程持續(xù)到下一個開關(guān)管導通的時刻。就這樣，通過改變開關(guān)管的導通和截止時間就可以改變輸出電壓的大小。它們之間的關(guān)系大致可以用下式表示： ＝§* ，其中， §是占空比[§)(outV)(in＝t /（t ＋ ）]。)(on)(on)(ft降壓型變換器可以產(chǎn)生千瓦以上的輸出功率，但它有個致命的缺陷，那就是萬一開關(guān)電源發(fā)生短路故障時，此時由于輸入電壓直接加到負載電路，這將產(chǎn)生可怕的后果。為了避免這種情況，通常在輸出端設(shè)計一下閉合反饋短路保護回路。這個電路實際上是一個閉合的可控硅整流器，當負載端由于輸入了個過高的異常電壓時，這個保護回路將啟動工作（即拉低驅(qū)動開關(guān)管的芯片電壓，使開關(guān)管停正工作，整個電路自動斷開，得重新上電才能繼續(xù)工作） 。所以，降壓型變換器只適合于固定電平調(diào)整電路。升壓型或推動模式變換器原理最基本的推動式變換器就是升壓型變換器了。它的示意圖如圖 2所示。圖 2 升壓型變換器它的工作情況也是可以分成開關(guān)管導通和截止兩個不同的時刻來研究。當開關(guān)管導通時，輸入電壓直接加到電感器上，這使得電路電流由零開始線性增長，可用下式表示：＝( * )/L 。)onLi)(inV)ot同樣地，這一過程中能量儲存在電感器當中。在每次循環(huán)導通時間里儲存在電感器中的總能量一定要大于負載要求的輸出功率，即 ＝0.5*L* 。stoPoutOPKfI?*2隨后開關(guān)管截止，電感器一端接到輸入電壓，另一端被整流二極管鉗位在輸出端。些時電流開始線性下降注入負載，直到儲存在電感器中的能量全部傳到負載為止。它的電流流動波形如圖 3所示，大小可以表示為： 。LtViofinoutfL/)()(??升壓型變換器同樣只適用于固定電平調(diào)整電路。圖 3 升壓型變換器電壓電流波形常見的拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)指的是開關(guān)電源電路中各元器件及磁性元件的擺放結(jié)構(gòu)。每一種拓撲結(jié)構(gòu)都有實現(xiàn)某一特定應(yīng)用功能的特點。以下一些因素是決定某一種拓撲結(jié)構(gòu)是否適合于一種特定的應(yīng)用：（1）是否能使得輸入與輸出實現(xiàn)電氣隔離。（2）輸入到電感器或變換電路的電壓是多少。（3）流過功率半導體（即開關(guān)管）的尖鋒電流有多大。（4）是不是要求實現(xiàn)多路輸出功能。（5）功率半導體的輸出電壓有效值是多少。設(shè)計者首先面要選擇是否要求實現(xiàn)輸入到輸出的隔離變換。非隔離開關(guān)電源主要用于電路中具有有絕緣隔離器件的固定電平調(diào)整電路。非隔離開關(guān)電源也可以用于出現(xiàn)故障時輸入電壓不會直接加到敏感負載電路的系統(tǒng)。而隔離變換器可以用于任何場合。比較常用的場合是多路輸出電路。這種變換器可以用一種簡單的方法實現(xiàn)開關(guān)電源的多路輸出。那些設(shè)計電源系統(tǒng)的公司都盡可能地在研究各種電源系統(tǒng)中的隔離變換器，因為它能防止電路故障時出現(xiàn)多米諾效應(yīng)。剩下的四條因素主要是考慮加到功率半導體器件的電壓為多少。圖 4示出了在不同的功率和電壓要求的情況下隔離變換拓撲結(jié)構(gòu)在開關(guān)電源中的典型應(yīng)用。在直流輸入電壓下降或者功率上升的時候，原本要求保持不變的負載電流都會隨之變大，這將使負載所承受的電壓發(fā)生變化。所以，下圖中不同區(qū)域示出了不同的拓撲結(jié)構(gòu)最佳的輸入電壓和輸出功率變動范圍，以及每一種拓撲結(jié)構(gòu)中功率半導體的最低耐壓值。圖 4 不同功率和電壓要求時的拓撲結(jié)構(gòu)應(yīng)用