【正文】 最低狀態(tài) 時(shí)（ Vol），保證在輸出（管腳 10）不出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負(fù)載被取消時(shí)，或者在軟啟動(dòng)過(guò)程的開(kāi)始（圖 ， ）。最小誤差放大器反饋電阻受限于放大器的拉電流（ ）和到達(dá)比較器的 箝位電平所需的輸出電壓（ Voh）： Rf（ min）≈ [（ ） +]/=8800Ω 圖 軟啟動(dòng)電路 畢業(yè)論文 13 圖 帶有軟啟動(dòng)的箝位電平可調(diào)節(jié)緩沖降低 （三）電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖存器 UC3842 作為電流模式控制器工作，輸出開(kāi)關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng) 峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出 /補(bǔ)償（管腳 1）建立的門(mén)限電平時(shí)中止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差信號(hào)控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器 脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個(gè)單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過(guò)插入一個(gè)與輸出開(kāi)關(guān) Q1 的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻 Rs 轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入（管腳 3）監(jiān)視并與來(lái)自誤差放大器的輸出電平相比較。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳 1上的電壓控制，其中： Ipk(max)=[V(pin1)]/3Rs 當(dāng)電源輸出過(guò)載或者如果輸出電壓取樣丟 失時(shí)，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流取樣比較器門(mén)限將被內(nèi)部箝位至 。因此最大峰值開(kāi)關(guān)電流為： Ipk(max)=當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)大功率開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)為了保持 Rs 的功耗在一個(gè)合理的水平上希望降低內(nèi)部箝位電壓。調(diào)節(jié)此電壓的簡(jiǎn)單方法如圖 所示。使用了兩個(gè)外部二極管來(lái)畢業(yè)論文 14 補(bǔ)償內(nèi)部二極管，以便在溫度范圍內(nèi)有固定箝位電壓。如果 Ipk(max)箝位電壓降低過(guò)多將導(dǎo)致由于噪聲拾取而產(chǎn)生的不誤操作。 圖 箝位電平可調(diào)節(jié)降低 圖 電流波形尖脈沖抑制 通常在電流波形的前沿可以 觀察到一個(gè)窄尖脈沖，當(dāng)輸出負(fù)載較輕時(shí)，它可能會(huì)引起電源不穩(wěn)定。這個(gè)尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流管恢復(fù)時(shí)間造成的。在電流取樣輸入端增加一個(gè) RC 濾波器，使它的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，通常將消除不穩(wěn)定性（參見(jiàn)圖 ）。 畢業(yè)論文 15 （四） 欠壓鎖定 采用了兩個(gè)欠壓鎖定比較器來(lái)保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前，集成電路已完全可用。正電源端（ Vcc）和參考輸出（ Vref）各由分離的比較器監(jiān)視。每個(gè)都具有內(nèi)部的滯后，以防止在通過(guò)它們各自的門(mén)限時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出動(dòng)作。 Vcc 比較器上下門(mén)限分別為：UC3842 16V/10V。 Vref 比較器高低門(mén)限為 。 （五） 輸出 這些器件有一個(gè)單圖騰柱輸出級(jí)，是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的，在 負(fù)載下時(shí)，它能提供高達(dá)177。 的峰值驅(qū)動(dòng)電路和典型值為 50nS 的上升、下降時(shí)間。還附加了一個(gè)內(nèi)部電路，使得任何時(shí)候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌模式，這個(gè)特性使外部下拉電阻不再需要。 SO14 表面貼裝封裝為 Vc（輸出電壓）和電源地提供了分離的管腳，恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用可以顯著地減小加到控制電路的開(kāi)關(guān)瞬態(tài)噪聲。這在降低 Ipk（ max）箝位電平時(shí)特別有用。分離的 Vc 電壓輸入允許設(shè)計(jì)者在不受 Vcc影響而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)具有更多靈活性。當(dāng)在 Vcc 大于 20V 的系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 時(shí)，通常在該輸入端連接一個(gè)齊納箝位。 （六） 參考電壓 帶隙參考電壓在 Tj=25℃時(shí)調(diào)整誤差至：177。 %，它首要的目的是為振蕩器定時(shí)電容提供充電電流。參看部分具有短路保護(hù)功能并能向附加控制電路供電提供超過(guò) 20mA 的電流。 主電路的設(shè)計(jì) 本 設(shè)計(jì) 以 UC3842 為核心控制部件，設(shè)計(jì)一款單端反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn) 變成單極點(diǎn)，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。 主要的功能模塊包括：?jiǎn)?dòng)電路、過(guò)流過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、反饋電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析。 電路原理圖如 附錄圖 1所示 。 畢業(yè)論文 16 啟動(dòng)電路 如 附錄圖 1 所示 ， 交流電由 CX1,RA+RB,LF1 進(jìn)行低通濾波，組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲； 而 CY3,CY4,CY5 組成 EMI 濾波器，作為 抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對(duì)電磁干擾 有 很強(qiáng)的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng) D1～ D4 橋式整流以 及電解電容 C1濾波后變成 400V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng) R1A 降壓后給 C2 充電，當(dāng) C2的電壓達(dá)到 UC3842 的啟動(dòng)電壓門(mén)檻值時(shí)， UC3842 開(kāi)始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由腳 6輸出推動(dòng)開(kāi)關(guān)管工作。隨著 UC3842 的啟動(dòng)， R1A 的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組 TLB，由反饋繞組 TLB產(chǎn)生電壓給 UC3842供電。由于輸入電壓超過(guò)了 UC3842 的工作，為了避免意外，用 D7穩(wěn)壓管限定 UC3842的輸入電壓，否則將出現(xiàn) UC3842 被損壞的情況。 短路過(guò)流、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或 者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過(guò)壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如附錄圖 1所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過(guò)流，開(kāi)關(guān)管的漏極電流將大幅度上升， R1 兩端的電壓上升， UC3842 的腳 3 上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過(guò)正常值 0． 3V 達(dá)到 1V(即電流超過(guò) 1． 5A)時(shí)， UC3842 的 PWM 比較器輸出高電平，使PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時(shí)， UC3842 的腳 6 無(wú)輸出， MOS 管 Q1 截止，從而保護(hù)了電路。如果供電電壓發(fā)生過(guò)壓 (在 265V 以上 )， UC3842 無(wú)法 調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級(jí)繞組電壓大大提高， UC3842 的腳 7 供電電壓也急劇上升，其腳 2 的電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)的電壓低于 85V， UC3842 的腳 1 電壓也下降，當(dāng)下降 lV(正常值是 3． 4V)以下時(shí)， PWM 比較器輸出高電平，使 PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。因此，此電路具有短路過(guò)流、過(guò)壓、欠壓三重保護(hù)。 反饋電路 反饋電路采用精密穩(wěn)壓源 TL431 和線性光耦 PC817。利用 TL43l 可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過(guò)線性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖 所示，R13A,R13B,R13C是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和 TL431一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓 VR5 也隨之升高，設(shè)定電壓畢業(yè)論文 17 大于基準(zhǔn)電壓 (TL431 的基準(zhǔn)電壓為 2． 5V)，使 TL431 內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓 Vo下降，最后 Vo趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時(shí)，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高，最終使得 UC3842 的腳 1 的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對(duì) PWM 比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變 占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 整流濾波電路 輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開(kāi)關(guān)電源輸出端中對(duì)波紋幅值的影響主要有以下幾個(gè)方面 。 （ 1） 輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容 C8，以濾除此噪聲干擾。 （ 2） 高頻信號(hào)噪聲，開(kāi)關(guān)電源中對(duì)直流輸入進(jìn)行高頻的斬波，然后通過(guò)高頻的變壓器進(jìn)行傳輸，在這個(gè)過(guò)程中，必然會(huì)摻 入 高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中引起的高頻噪聲。對(duì)于這類(lèi)高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用 π 型濾波的方式。 （ 3） 采用快速恢復(fù)二極管 DR 整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。 主要器件的選擇及其功能 TL431 TL431 是一個(gè)良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（ CATHODE）、陽(yáng)極（ ANODE）、參考端（ REF）。其 芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以可以用來(lái)制作多種穩(wěn)壓器件。 其具體功能可用圖 的功能模塊示意。由圖可看出， VI 是一個(gè)內(nèi)部的 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放 特性可知，只有當(dāng) REF 端的電壓十分接近VI 時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過(guò)三極管，電流將從 1 到 100mA 變化。 畢業(yè)論文 18 +REFVI(ref)ANODECATHODE 圖 TL431的功能模塊示意圖 在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，一般輸出經(jīng)過(guò) TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431 的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來(lái)調(diào)整一個(gè)電流模式的 PWM 控制器的開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。 PC817 PC817是 一個(gè)比較常用 的光電耦合 器 ,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ，其中腳 1為陽(yáng)極，腳 2 為陰極，腳 3為發(fā)射極，腳 4 為集電極。 在開(kāi)關(guān)電源中，當(dāng)電流流過(guò)光二極管時(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管， 對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整 ，從而控制 UC3842 的工作。同時(shí) PC817 光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用 。 1234 圖 PC817內(nèi)部框圖 場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFET 本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的是 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET,它具有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高達(dá)200kHz 以上，從而可進(jìn)一步減小開(kāi)關(guān)電源的體積和重量；同時(shí)它還具有工作速度快、畢業(yè)論文 19 功率大、耐壓高、增益 高，幾乎不存在存儲(chǔ)時(shí)間，沒(méi)有熱擊穿等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)功率 MOSFET用作開(kāi)關(guān)器件時(shí)，漏源極間電壓降與漏極電流成正比。也就是說(shuō)，功率 MOSFET 工作在恒定電阻區(qū)，因此它實(shí)際上 像 電阻一樣起作用。 高頻變壓器 PWM 型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的高頻變壓器，并不需要像脈沖變壓器那樣不失真地傳遞原邊的脈沖波形，其主要作用是電壓變換、功率傳送、實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的隔離。 PWM脈寬調(diào)制方式，也就是占空比控制方式，通常是在固定開(kāi)關(guān)頻率的條件下，直接改變主功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間寬度。通過(guò)取樣、比較放大、驅(qū)動(dòng)電路控制開(kāi)關(guān)周期的占空比 ，把電網(wǎng)輸入整流濾波后的直流高壓．變成了高頻交變開(kāi)關(guān)脈沖并傳遞到副邊，再經(jīng)二次整流濾波輸出客戶(hù)所需要的特定直流電壓和電流值。 變壓器完成的功能有 3 個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。此外，變壓器還提供其它重要的功能：① 通過(guò)改變初級(jí)與次級(jí)匝比，獲得所需要的輸出電壓；② 增加多個(gè)不同匝數(shù)的次級(jí)，獲得不同的多路輸出電壓；③ 為了安全，要求離線供電或高壓和低壓不能共地，變壓器方便地提供安全隔離。 5 制作電路板 印刷電路板（ Printed circuit board， PCB）幾乎會(huì)出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中。如 果在某樣設(shè)備中有電子零件，那么它們也都是鑲在大小各異的 PCB 上。除了固定各種小零件外， PCB 的主要功能是提供上頭各項(xiàng)零件的相互電氣連接。隨著電子設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，需要的零件越來(lái)越多， PCB 上頭的線路與零件也越來(lái)越密集了。 板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細(xì)小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的，而在制造過(guò)程中部份被蝕刻處理掉，留下來(lái)的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱(chēng)作導(dǎo)線（ conductor pattern）或稱(chēng)布線，并用來(lái)提供 PCB 上零件的電路連接。 制 作電路板的基本流程：①利用原理圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表（元件清單表如附錄表 1 所示）；②畫(huà)出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫(kù)；③設(shè)置 PCB 設(shè)計(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類(lèi)型，光標(biāo)類(lèi)型，版層參數(shù)，布線參數(shù)，電路畢業(yè)論文 20 版的邊框等；④布置零件封裝的位置，也稱(chēng)零件布局，并布線；⑤放置覆銅區(qū)；⑥做DRC 檢測(cè)。 PCB 設(shè)計(jì)規(guī)則：①板型大?。?*；②走線間距約束： ；③走線拐角模式： 45o；④布線工作層：頂層、底層；⑤過(guò)孔類(lèi)型：通孔、焊盤(pán)大?。?，通孔直徑： ；⑥走線寬度 :最小 ，最大 5mm，最佳 ；⑦其它設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)。 PCB 板覆銅圖如 所示： 圖 PCB板覆銅圖 PCB 板效果圖如圖 所示： 圖 PCB板效果圖 畢業(yè)論文 21 結(jié) 論 UC3842 是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)晶體管和 MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn) 單、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在 100W 以下的開(kāi)關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。 本文利用集成芯片 UC3842 設(shè)計(jì)的電流制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低的缺點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、體積小、易實(shí)現(xiàn)。該穩(wěn)壓電源是目前實(shí)用和理想的穩(wěn)壓電源，具有很大的發(fā)展前景。 畢業(yè)論文 22 參 考 文 獻(xiàn) 1 孫樹(shù)樸，鄭征等 .電子電子技術(shù) .徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 .202