??? 摘 要： 介紹了IRIS4007芯片的結(jié)構(gòu)，分析了其基本的工作原理，給出了開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源" title="單片開關(guān)電源" title="單片開關(guān)電源">單片開關(guān)電源">單片開關(guān)電源的實(shí)用電路及主要單元電路的設(shè)計(jì)方法。對(duì)電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，驗(yàn)證了該單片開關(guān)電源的穩(wěn)定性和可靠性。
??? 關(guān)鍵詞： IRIS4007? 單片開關(guān)電源? 反激式? 零電壓關(guān)斷

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??? 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電源模塊的小型化已成為主要研究課題。電源模塊小型化的實(shí)現(xiàn)主要從提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩個(gè)方面考慮。本文采用國(guó)際整流器（International Rectifier）公司的IRIS4007芯片實(shí)現(xiàn)頻率為180kHz的單片開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。
1 IRIS4007芯片簡(jiǎn)介
??? IRIS4007是智能開關(guān)電源集成芯片。該芯片內(nèi)部集成了過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路、熱關(guān)閉電路，并且把高壓場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET和PWM控制電路集成在一起，圖1為IRIS4007內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖。V_CC為IRIS4007電源供電腳；OCP/FB為反饋腳，通過該引腳實(shí)現(xiàn)主電流控制和二次端電壓控制。IRIS4007芯片有兩種工作模式：準(zhǔn)諧振模式（QR）和脈沖比率控制模式（PRC）。當(dāng)反饋端的電壓在比較器" title="比較器">比較器1的門限電壓V_th(1)=0.73V和比較器2的門限電壓V_th(2)=1.45V（MAX：6.0V）之間時(shí)，內(nèi)部比較器1將使芯片工作在固定的T_off=50μs的PRC模式下，因此在PRC模式下開關(guān)電源的頻率在20kHz以下。當(dāng)反饋端的電壓高于比較器2的門限電壓時(shí)，將使芯片轉(zhuǎn)換到QR模式下工作。在QR模式下工作時(shí)，通過外部的延遲電路可以在諧振電壓波形的谷點(diǎn)關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管，從而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，降低高頻損耗。因此選擇IRIS4007芯片設(shè)計(jì)電路，并使其工作在QR模式下，這樣既有利于開關(guān)電源的小型化，又有助于降低開關(guān)電源的高頻損耗。

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2 電源電路的工作原理
??? 本文設(shè)計(jì)的單片開關(guān)電源參數(shù)為：直流輸入電壓為27V, 輸出為800V/4mA, 效率G=70%,頻率f=180kHz。其電路圖如圖2所示，輸入電壓為直流，只用了由L1、C1、C4構(gòu)成的輸入濾波電路" title="濾波電路">濾波電路。如果是交流供電，還需要有整流電路。由于單片電源的輸入電壓為直流27V，因此可以通過電阻R4和電容C6（濾波電容）為IRIS4007提供偏置電壓，R4的值要根據(jù)IRIS4007的工作電流和電壓確定。R2、D3、C8構(gòu)成延遲電路，延遲電路用來(lái)把準(zhǔn)諧振信號(hào)從輔助繞組反饋到FB（反饋）引腳，從而實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷，降低高頻損耗以減小開關(guān)損耗，同時(shí)它也為IRIS4007(k)的內(nèi)部鎖定電路提供1.35mA的維持電流。R7、R8、C8構(gòu)成電流傳感電路，R7是主初級(jí)電流傳感電阻。R8和C8濾掉了開關(guān)管上的電流沖擊，電流沖擊是諧振電容C7 的存儲(chǔ)電荷和變壓器的繞組間電容產(chǎn)生的。D2、C5構(gòu)成反饋輸出整流濾波電路，為光耦供電。Opto1、R1、R3、2DW232、R5為電壓控制回路，D1、C2、L2、C3構(gòu)成輸出整流濾波電路。

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3 主要元器件的設(shè)計(jì)
3.1電源變壓器的設(shè)計(jì)
3.1.1 電源變壓器磁芯" title="磁芯">磁芯的選取
??? 為滿足開關(guān)電源提高效率、減小尺寸和重量的要求，需要一種具有高磁通密度、高頻低損耗的變壓器磁芯。本設(shè)計(jì)中選用TDK公司PC44材料的磁芯。按照輸出電壓V_o=800V、輸出電流I=4mA，以及高頻變壓器的余量為6%的要求，則輸出功率P_o=800×0.004×1.06=3.392W，可選取EPC13的磁芯，該磁芯的有效截面積A_e=0.125m²。
3.1.2 變壓器線圈匝數(shù)的計(jì)算
??? 初級(jí)繞組匝數(shù)由下式?jīng)Q定：
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式中,V為施加在繞阻上的電壓幅值,V=27V;B為工作磁通密度,取B=2000GS; A_e為磁芯面積, A_e=0.125m²; f為開關(guān)頻率, f=180000Hz。將數(shù)據(jù)代入上式可得：
??? N_P=15匝
??? 次級(jí)繞組匝數(shù)可由下式確定：
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式中，V_o為輸出電壓,V_o=800V;V_D為整流二極管的導(dǎo)通壓降，取V_D=3V;V_min=27V;Dm為脈沖信號(hào)的最大占空比，此處選D_m=0.5。將數(shù)據(jù)代入上式可得：
??? N_S≈446匝
??? 反饋繞阻為光耦提供供電電壓，取反饋繞組輸出電壓為V_B=13V，V=27V,則反饋繞阻匝數(shù)由下式確定：
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??? 將數(shù)據(jù)代入可得：
??? N_B≈9匝
??? 經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，取N_P=20匝、N_S=400匝、N_B=10匝時(shí)，電源效率較高。
3.2 主初級(jí)傳感電阻R7值的選擇
??? R₇的計(jì)算：
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??? 式中，I_p為初級(jí)峰值電流,峰值電流可由下式計(jì)算:
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式中，I_av為初級(jí)均值電流，D_m為最大占空比。均值電流可由下式求出：
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式中,P_o為輸出功率，η為所能達(dá)到的估計(jì)效率，V_min為最小輸入電壓。
3.3 反饋穩(wěn)壓回路的設(shè)計(jì)
?? 由于主控芯片IRIS4007為電流控制芯片，本設(shè)計(jì)中選用線性光耦PC817A完成電流的反饋，其隔離電壓為5 000V，傳輸率CTR=80%～160%。電路中的電壓控制使用穩(wěn)壓二極管2DW232，輸出電壓的穩(wěn)定是通過反饋電流的變化（即負(fù)載電流的變化）來(lái)改變IRIS4007內(nèi)部PWM波占空比實(shí)現(xiàn)的。由于負(fù)載電流較小，為減小R3、R5支路的分流，R3+R5的阻值要遠(yuǎn)大于負(fù)載阻抗。
3.4 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì)
???? 輸出整流二極管要選擇開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短、耐壓高的快恢復(fù)二極管；電容的選取不僅要考慮其電容值，還要考慮其耐壓值要高，本設(shè)計(jì)中電容選用TDK公司的高壓貼片電容(型號(hào)為C4532X7R3A103KT)，有利于減小電路板尺寸。
4 電源工作狀態(tài)測(cè)試結(jié)果及結(jié)論
??? 根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則, 使用IRIS4007設(shè)計(jì)了單端反激式開關(guān)電源, 所設(shè)計(jì)的高壓電路板的尺寸為2.3cm×3.1cm。對(duì)所研制的電源進(jìn)行了測(cè)試，圖3～圖5 給出了電路正常工作時(shí)的實(shí)測(cè)波形。

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??? 該開關(guān)電源已作為激光陀螺的電源獲得了應(yīng)用，在實(shí)際工作中，性能穩(wěn)定、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。
參考文獻(xiàn)
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[3] ?沙占友.新型單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
[4] ?張占松，蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1998.
[5] ?Using the IRIS40xx series integrated switchers. International?Rectifier, 2001.
[6] ?Design a Power Supply Using the IRIS40xx Series. International Rectifier, 2001.