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1  引言

    單片開關電源具有高集成度、高性價比、最簡外圍電路、最佳性能指標等特點，引起了越來越多人的重視。目前，隨著單片開關電源模塊的應用，中小功率開關電源正朝著短、小、輕、薄的方向發展，可廣泛用于儀器儀表、計算機、家用電器（如彩電、DVD、數碼像機）、自動控制等領域，為新型高效節能電源的推廣與普及奠定了基礎。開發各種通用型、精密型及特種單片開關電源，能夠大大提高我國開關電源產品的科技水平和國內外市場上的競爭能力，創造出巨大的經濟效益與社會效益。NCP1200是新型高頻開關電源芯片，它將開關電源中最重要的兩個部分―PWM控制集成電路和功率開關管MOSFET集成在一塊芯片上，構成PWM/MOSFET合二為一集成芯片，使外部電路簡化，其工作頻率高達100kHz，交流輸入電壓100～250V，AC/DC轉換效率高達90%。對70W以下的開關電源，采用NCP1200 作為主功率器件與其他電路相比，體積小、重量輕、自我保護功能齊全，從而降低了開關電源設計的復雜性。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  開關電源基本原理

2.1  開關電源的主要組成部分和控制方式
    開關電源的主要包括輸入電網濾波器、輸入整流濾波器、變換器、輸出整流濾波器、控制電路、保護電路。它們的功能是：
    (1)  輸入電網濾波器  消除來自電網，如電動機的啟動、電器的開關、雷擊等產生的干擾，同時也防止開關電源產生的高頻噪聲向電網擴散。
     (2)  輸入整流濾波器  將電網輸入電壓進行整流濾波，為變換器提供直流電壓。
    (3)  變換器  是開關電源的關鍵部分。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，同時還防止高頻噪聲對負載的干擾。
    (5)  控制電路  檢測輸出直流電壓，并將其與基準電壓比較，進行放大。調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定。
    (6)  保護電路  當開關電源發生過電壓，過電流短路時，保護電路是開關電源停止工作以保護負載和電源本身。
2.2  開關電源的控制方式
    本開關電源的設計采用了PWM方式。

2.3  脈寬調制式開關電源的基本原理

圖1  脈寬調制式開關電源

    交流220V輸入電壓經過整流電路濾波后變成直流電壓Ui，再由功率開關管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。脈寬調制器是這類開關電源的核心，它能產生頻率固定而脈沖寬度可調的驅動信號，控制功率開關管的通斷狀態，來調節輸出電壓的高低，達到穩壓的目的。鋸齒波發生器提供時鐘信號。利用誤差放大器和PWM比較器構成閉環調節系統，具體過程如下：
    由于某種原因致使Uo降低，脈寬調制器就改變驅動信號的脈沖寬度，亦即改變占空比D，使斬波后的平均值電壓升高，導致Uo升高。反之亦然。
        本電源設計利用到的脈寬調制芯片NCP1200、MOSFET。

圖2  整流橋電路圖

3  開關電源的工作原理

3.1  整流橋電路
    整流橋的每個橋臂是由2個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1N4007的最大反向電壓是1000V，則2個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)  高頻變壓器設計
    由于外圍電路元件少，該電源設計的關鍵是高頻變壓器，下面給出其設計方法。
    ?  磁芯的選取
    變壓器輸出功率PO=UO?IO=24.0V×0.2A+5V×3A=19.8W。
    根據輸出功率選擇磁芯，實際選取能輸出25W功率的磁芯，根據有關設計手冊選用E125，查表可得該磁芯的有效截面積A=0.42cm2。
    ?  工作磁感應強度ΔB的選取
    取ΔB=0.15T。
    ?  初級繞組匝數N的選取
    選開關頻率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N的選取
    取N=106匝。
    ?  次級匝數N的選取
    輸出電壓要考慮整流二極管及繞組的壓降，設輸出電流為3A時的線路壓降為7%，則空載輸出電壓U =16V。取N =24匝。
    ?  偏置繞組匝數N的選取
    取偏置電壓為9V，根據變壓器次級伏匝數相等的原則，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
    ?  電磁兼容性設計―濾波電路（如圖4所示）

圖4  濾波電路

    ?  輸入保護電路（如圖5所示）

圖5  輸入保護電路

4  控制電路

4.1  NCP1200的介紹
    NCP1200屬于低功耗、PWM電流模式的單片開關電源，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  決定進入跳過周期模式的閥值電壓US調節端，該端懸空時，上電后默認為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，并根據負載情況來調節峰值驅動電流的大小；
    CS  電流檢測（Current Sense）端，接外部功率開關管的過流檢測電阻RS；
    Drv  驅動脈沖輸出端，接功率開關管的柵極；
    Vcc  動態自供電源的引出端，該端與地之間需并聯一只10