【正文】 2020 屆畢業(yè)論文 學 號： 095902020196 成 績： 江西城市職業(yè)學院 開關(guān)電源設(shè)計 學 院： 機 電 工 程 學 院 專 業(yè)： 電 子 信 息 工 程 技 術(shù) 姓 名 ： 龔 小 尾 指導教師： 李 俊 開關(guān)電源設(shè)計 2 二〇 一二 年 三 月 摘 要 摘要內(nèi)容： 本論文 題目 是學校根據(jù)學生的實際情況和所學的專業(yè)而設(shè)計的，它體現(xiàn)了學校對學生的理論知識和實踐動手能力的考察。 隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關(guān)電源。隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓。 本論文共分七章，內(nèi)容包括：開關(guān)電源概述 ， 輸入電路 ， 隔離 單端反激式變換器電路 ，UC3842 的原理及技術(shù)參數(shù) ， UC3842 常用的電壓反饋電路 的選用， UC3842 在開關(guān)電源電路的應(yīng)用，電源市場的概況。 【關(guān)鍵詞】 ： 變壓器 濾波 過載 開關(guān)電源設(shè)計 3 目錄 第 1 章 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展 ??????????????????????? 5 隔離式高頻開關(guān)電源 ???????????????????????? 5 開關(guān)電源所用的術(shù)語 ???????????????????????? 6 第 2 章 輸入電路 電壓倍壓整流技術(shù) ………………………………………………………………… 9 輸入保護器件 ……………………………………………………………………… 9 輸入陽間電壓保護 ………………………………………………………………… 10 第 3 章 隔離單端反激式變換器電路 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管 ………………………………………… 12 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組 ………………………………………… 13 第 4章 UC3842的原理及技術(shù)參數(shù) 原理與特點 ………… ……………………………………………………………… 15 工作描述 …………………………………………………………………………… 16 技術(shù)參數(shù) …………………………………………………………………………… 19 第 5 章 UC3842 常用的電壓反饋電路的選用 概述 …………………………………………………………………………… …… 23 UC3842 常用的電壓反饋電路 ……………………………………………………… 23 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入 ……………………… ………… 23 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入 ……… …………………… 24 采用線性光偶改變誤差放大器的輸入誤差電壓 …………………………… 25 結(jié)語 ???????????????????????????? ………… 27 開關(guān)電源設(shè)計 4 第 6 章 UC3842 在 開關(guān)電源電路的應(yīng)用 UC3842 組成的開關(guān)電源電路 ………………………………………………………28 啟動過程 ………………………………………………………………………29 穩(wěn)壓過程 ………… …………………………………………………………… 29 過流保護原理 ………………………………………………………………… 30 過壓保護原理 …………………………………………………………………31 開關(guān) 保護電路 …………………………………………………………………31 起動電路的設(shè)計 ……………………………………………………………… 31 反饋繞組的設(shè)計 ……………………………………………………………… 31 顯示器開關(guān)電源電路 ………………………………… …………………………… 32 特點 …………………………………………………………………………… 32 采用開關(guān)穩(wěn)壓電源激勵行輸出的優(yōu)缺點如下 ……… ……………………… 32 UC3842 在 顯示器電路的應(yīng)用 ……………………………………………… 33 第 7 章 電源市場的概況 直流穩(wěn)壓電源 (出口 )購市場概況 ………………………………………………… 34 開關(guān)電源的市場概況 ……………………………………………………………… 35 7． 2． 1 開關(guān)電源的市場規(guī)模 ………………… ……………………………………… 35 開關(guān)電源的生產(chǎn)傾向 ……… ………………………………………………… 36 致 謝 ……………………………………………………………………………………… … 37 參考文獻 ……………………………………………………………………………………… … 38 附 錄 ……………………………………………………………………………………… … 38 開關(guān)電源設(shè)計 5 第 1 章 開關(guān)電源概述 開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展 隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導體存 儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離式開關(guān)電源。隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓。 早在 70 年代，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成化的開關(guān)電源就已被廣泛地應(yīng)用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設(shè)備、程控交換機、精密儀表等電子設(shè)備。這是由于開關(guān)電源能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對多種電壓和電流的需求。 隨著半導體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體 管使無工頻變壓器的開關(guān)電源迅速實用化。而半導體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展又為開關(guān)電源控制電路的集成化奠定了基礎(chǔ)，適應(yīng)各類開關(guān)電源控制要求的集成開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關(guān)電源的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善的集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列。近年來高反壓 MOS 大功率管的迅速發(fā)展，又將開關(guān)電源的工作頻率從 20kHz 提高到 150 一 200kHz，其結(jié)果是使整個開關(guān)電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關(guān)電源的性能價格比達到了前所未有的水 平，使它在與線性電源的競爭中具有先導之勢。當然開關(guān)電源能被工業(yè)所接受，首先是它在體積、重量和效率上的優(yōu)勢。在 70 年代后期，功率在 100w 以上的開關(guān)電源是有競爭力的。到 1980 年，功率在 50w 以上就具有競爭力了。隨著開關(guān)電源性能的改善，到 80年代后期，電子設(shè)備的消耗功率在 20w 以上，就要考慮使用開關(guān)電源了。過去，開關(guān)電源在小功率范圍內(nèi)成本較高，但進入 90 年代后，其成本下降非常顯著， 當然這包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促進開關(guān)電源發(fā)展的因素之一 。 開關(guān)電源設(shè)計 6 隔離式 高頻開關(guān)電源 隔離式開關(guān)電源的變換器具有多種形式。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。在設(shè)計電源時，設(shè)計者采取那種變換器電路形式，主要根據(jù)成本、要達到的性能指標等因素來決定。各種形式的電源電路的基本功能塊是相同的，只是完成這些功能的技術(shù)手段有所不同。隔離式高頻開關(guān)電源電路的共同特點就是具有高頻變壓器，直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組約脈沖電壓整流濾波而來。開關(guān)電源的基本功能方框如圖 1— 1 所示。 在圖 1— l 中，交流線路電壓無論是來自電 網(wǎng)的，還是經(jīng)過變壓器降壓的．首先要經(jīng)過整流 、濾波電路變成含有 定脈動電壓成分的直流電壓，然后進入高頻變換部分。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關(guān)元件，比如開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管 (MOSFE)等元件，高頻變換部分產(chǎn)生高頻 (20kHz 以上 )高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應(yīng)出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，使得在輸入交流和輸出負載發(fā)生變化時，輸出電壓能保持穩(wěn)定，在這里采用一個叫做脈沖寬度調(diào)制器 (FWM)的電路，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準電壓進行比較 ，根據(jù)比較結(jié)果來控制高頻功率開關(guān)元件的開關(guān)時間比例 (占空比 )，達到調(diào)整輸出電壓的目的。 在方波的上升沿和下降沿．有很多高次諧波，如果這些高次 TB 波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。因此，在交流輸入端，必須要設(shè)置無線頻率干擾 (RFI)濾波器，把高頻干擾減少到可接收的范圍。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設(shè)計輔助電路，主要包括過壓、過流保護電路等 。 開關(guān)電源設(shè)計 7 圖 l— l 隔離式開關(guān)電源酌方框圖