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1  引言

    單片開(kāi)關(guān)電源具有高集成度、高性價(jià)比、最簡(jiǎn)外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，引起了越來(lái)越多人的重視。目前，隨著單片開(kāi)關(guān)電源模塊的應(yīng)用，中小功率開(kāi)關(guān)電源正朝著短、小、輕、薄的方向發(fā)展，可廣泛用于儀器儀表、計(jì)算機(jī)、家用電器（如彩電、DVD、數(shù)碼像機(jī)）、自動(dòng)控制等領(lǐng)域，為新型高效節(jié)能電源的推廣與普及奠定了基礎(chǔ)。開(kāi)發(fā)各種通用型、精密型及特種單片開(kāi)關(guān)電源，能夠大大提高我國(guó)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的科技水平和國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。NCP1200是新型高頻開(kāi)關(guān)電源芯片，它將開(kāi)關(guān)電源中最重要的兩個(gè)部分―PWM控制集成電路和功率開(kāi)關(guān)管MOSFET集成在一塊芯片上，構(gòu)成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡(jiǎn)化，其工作頻率高達(dá)100kHz，交流輸入電壓100～250V，AC/DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)90%。對(duì)70W以下的開(kāi)關(guān)電源，采用NCP1200 作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕、自我保護(hù)功能齊全，從而降低了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。特別適合制作中小功率AC-DC電源、各類充電適配器、DVD電壓等。

2  開(kāi)關(guān)電源基本原理

2.1  開(kāi)關(guān)電源的主要組成部分和控制方式
    開(kāi)關(guān)電源的主要包括輸入電網(wǎng)濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護(hù)電路。它們的功能是：
    (1)  輸入電網(wǎng)濾波器  消除來(lái)自電網(wǎng)，如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、電器的開(kāi)關(guān)、雷擊等產(chǎn)生的干擾，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻噪聲向電網(wǎng)擴(kuò)散。
     (2)  輸入整流濾波器  將電網(wǎng)輸入電壓進(jìn)行整流濾波，為變換器提供直流電壓。
    (3)  變換器  是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵部分。它把直流電壓變換成高頻交流電壓，并且起到將輸出部分與輸入電網(wǎng)隔離的作用。
    (4)  輸出整流濾波器  將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時(shí)還防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾。
    (5)  控制電路  檢測(cè)輸出直流電壓，并將其與基準(zhǔn)電壓比較，進(jìn)行放大。調(diào)制振蕩器的脈沖寬度，從而控制變換器以保持輸出電壓的穩(wěn)定。
    (6)  保護(hù)電路  當(dāng)開(kāi)關(guān)電源發(fā)生過(guò)電壓，過(guò)電流短路時(shí)，保護(hù)電路是開(kāi)關(guān)電源停止工作以保護(hù)負(fù)載和電源本身。
2.2  開(kāi)關(guān)電源的控制方式
    本開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)采用了PWM方式。

2.3  脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的基本原理

圖1  脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源

    交流220V輸入電壓經(jīng)過(guò)整流電路濾波后變成直流電壓Ui，再由功率開(kāi)關(guān)管VT（或MOSFET）斬波、高頻變壓器T降壓，得到高頻矩形波電壓，最后通過(guò)輸出整流濾波器VD、C2，獲得所需要的直流輸出電壓Uo。脈寬調(diào)制器是這類開(kāi)關(guān)電源的核心，它能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷狀態(tài)，來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。鋸齒波發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào)。利用誤差放大器和PWM比較器構(gòu)成閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具體過(guò)程如下：
    由于某種原因致使Uo降低，脈寬調(diào)制器就改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即改變占空比D，使斬波后的平均值電壓升高，導(dǎo)致Uo升高。反之亦然。
        本電源設(shè)計(jì)利用到的脈寬調(diào)制芯片NCP1200、MOSFET。

圖2  整流橋電路圖

3  開(kāi)關(guān)電源的工作原理

3.1  整流橋電路
    整流橋的每個(gè)橋臂是由2個(gè)1N4007的二極管組成，這樣的目的是提高耐壓，不容易反向被擊穿。1個(gè)1N4007的最大反向電壓是1000V，則2個(gè)1N4007的最大反向電壓是2000V。
    MY10是壓敏電阻，102KD10即壓敏電壓1000V，最大限制電壓1650V。在該電路中也是起到保護(hù)電路的作用。
    C1、C2為400V 47u的電解電容，在此處起濾波作用。由于整流輸出的電壓很高所以選擇耐壓高、容量大的電解電容。
    R2、R8為1W的電阻，在此處起分壓作用。從中間分出的一半電壓在通過(guò)二極管整流給1200芯片提供電壓。
3.2  變壓器及外圍電路
    (1)  高頻變壓器設(shè)計(jì)
    由于外圍電路元件少，該電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是高頻變壓器，下面給出其設(shè)計(jì)方法。
    ?  磁芯的選取
    變壓器輸出功率PO=UO?IO=24.0V×0.2A+5V×3A=19.8W。
    根據(jù)輸出功率選擇磁芯，實(shí)際選取能輸出25W功率的磁芯，根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用E125，查表可得該磁芯的有效截面積A=0.42cm2。
    ?  工作磁感應(yīng)強(qiáng)度ΔB的選取
    取ΔB=0.15T。
    ?  初級(jí)繞組匝數(shù)N的選取
    選開(kāi)關(guān)頻率f =100kHz（T=10 us），按交流輸入電壓為最低值85V，選取N =53匝。
    ?  去磁繞組匝數(shù)N的選取
    取N=106匝。
    ?  次級(jí)匝數(shù)N的選取
    輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設(shè)輸出電流為3A時(shí)的線路壓降為7%，則空載輸出電壓U =16V。取N =24匝。
    ?  偏置繞組匝數(shù)N的選取
    取偏置電壓為9V，根據(jù)變壓器次級(jí)伏匝數(shù)相等的原則，由16/24=9/N，得N =13.5，取N =14匝。

圖3  變壓器及外圍電路圖

    (2)  外圍電路
    ?  電磁兼容性設(shè)計(jì)―濾波電路（如圖4所示）

圖4  濾波電路

    ?  輸入保護(hù)電路（如圖5所示）

圖5  輸入保護(hù)電路

4  控制電路

4.1  NCP1200的介紹
    NCP1200屬于低功耗、PWM電流模式的單片開(kāi)關(guān)電源，適用于中、小功率的AC/DC式電源適配器、電池充電器及備用電源。
4.2  NCP1200的工作原理
    (1)  引腳功能
    NCP1200有兩種封裝形式：DIP-8（如圖6所示）和SO-8（NCP1200D）。

圖6  DIP-8封裝形式

    主要的引腳功能如下：
    Adj  決定進(jìn)入跳過(guò)周期模式的閥值電壓US調(diào)節(jié)端，該端懸空時(shí)，上電后默認(rèn)為US=1.4V；用戶亦可在Adj端接上拉電阻或下拉電阻，從而改變US值；
    FB  反饋端，與光耦反饋電路相連，并根據(jù)負(fù)載情況來(lái)調(diào)節(jié)峰值驅(qū)動(dòng)電流的大小；
    CS  電流檢測(cè)（Current Sense）端，接外部功率開(kāi)關(guān)管的過(guò)流檢測(cè)電阻RS；
    Drv  驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端，接功率開(kāi)關(guān)管的柵極；
    Vcc  動(dòng)態(tài)自供電源的引出端，該端與地之間需并聯(lián)一只10