【正文】 壓器、壓電變壓器及新型電容器等元器件的發(fā)展，也將對電源技術(shù)的發(fā)展起到重要作用。新型磁性材料和新型變壓器的開發(fā)、新型電容器和EMI濾波器技術(shù)的進步以及專用集成控制芯片的研制成功，使開關(guān)電源實現(xiàn)了小型化，并提高了EMC性能。20世紀80年代開關(guān)電源的特點是采用20kHz脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，效率可達65%70%。 高頻開關(guān)電源的發(fā)展情況目前我國通信、信息、家電和國防等領(lǐng)域的電源普遍采用高頻開關(guān)電源，相控電源將逐漸被淘汰。 研究的目的及意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人類已經(jīng)進入工業(yè)時代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時期，電源是向負載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)。到1980年，功率在50W以上就具有競爭力了。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。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。開關(guān)電源高頻化的實現(xiàn)，與磁性元件和半導(dǎo)體功率器件的發(fā)展狀況有著密切的關(guān)系。 ②提高可靠性，提高集成度，增加保護功能，拓寬輸入電壓范圍，提高平均無故障時間。內(nèi)部工作原理簡介 22 工作描述 23 UC3842常用的電壓反饋電路 276 結(jié)論 30 成果與結(jié)論 30 30 PWM集成控制器的設(shè)計 30 30 進一步工作設(shè)想 31致謝 32參考文獻 33附錄1: 英語翻譯 34 附錄2: 單端反激式開關(guān)電源圖示 44 1 緒論 課題研究的背景隨著大規(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(dǎo)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。 ③隨著頻率提高，開關(guān)電源的噪聲隨之增大，降低噪聲也是高頻開關(guān)電源的研究方向。隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。隨著半導(dǎo)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。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(dǎo)之勢。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。本論文的目的就是查閱相關(guān)資料，掌握開關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計小功率開關(guān)電源的方法，這以后從事相關(guān)事業(yè)打下基礎(chǔ)，開闊視野，從而提高自身的能力。國內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，基本上起源于20世紀70年代末和80年代初。經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)有了重大進步和突破。微處理器監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，提高了電源的可靠性，也適應(yīng)了市場對其智能化的要求。另外，集成化是開關(guān)電源的一個重要發(fā)展方向?？傊?，回顧開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展過程，可以看到，高效率、小型化、集成化、智能化以及高可靠性是大勢所趨，也是今后的發(fā)展方向，因此高頻開關(guān)電源的發(fā)展很具研究意義！在開關(guān)電源領(lǐng)域，我國的民族產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)一直占有舉足輕重的地位。這是我國開關(guān)電源技術(shù)不斷成熟的表現(xiàn)。（2）軟開關(guān)技術(shù)使高頻率開關(guān)變換器的實現(xiàn)有了可能PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作(開/關(guān)過程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊)，因而開關(guān)損耗大。70年代諧振開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)，以后新的軟開關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準諧振(80年代中)，全橋ZVSPWM 、恒頻ZVSPWM/ZCSPWM (80年代末)、ZVSPWM有源鉗位；ZVTPWM/ZVCTPWM(90年代初)；全橋移相ZVZCSPWM(90年代中)等，我國己將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6KW通信電源中，效率達93%。（5）磁性組件新型材料和新型變壓器的開發(fā)，例如集成磁路，平面型磁心，超薄型(Low profile)變壓器。90年代末又提出了新型開關(guān)電源的研制開發(fā)，這也是新世紀開關(guān)電源的遠景。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。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關(guān)組件，比如開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管(MOSFET)等組件，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。 2 高頻開關(guān)電源的總體設(shè)計 主電路的選擇開關(guān)電源的電路組成開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。鑒于上面分析，主電路選用單端反激式電路。該方案主要由軟件實現(xiàn)，控制算法比較復(fù)雜，速度慢，輸出電壓穩(wěn)定性不好，若想實現(xiàn)自動恢復(fù)，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。采用這種芯片控制所需元件也少應(yīng)用廣泛，特別適于構(gòu)成無工頻變壓器的20—80W小功率開關(guān)電源。這種模式的設(shè)計要考慮電感的儲能時間，不容易控制，所發(fā)實現(xiàn)起來是很復(fù)雜的。但是這種模式工作設(shè)計不復(fù)雜。構(gòu)成的單端反激式開關(guān)電源電路，220V整流、C2提供啟動電壓，電路啟動后變壓器的付繞組③④的整流濾波電壓一方面為UC3842④腳和⑧腳外接的RC8分壓后驅(qū)動MOSFEF濾濾后送入UC3842的③腳電壓高于1V　 輸入濾波、整流電路原理輸入濾波電路：CLCC3組成的雙π型濾波網(wǎng)絡(luò)主要是對輸入電源的電磁噪聲及雜波信號進行抑制，防止對電源干擾，同時也防止電源本身產(chǎn)生的高頻雜波對電網(wǎng)干擾。 ，兩種輸入交流電壓的轉(zhuǎn)換由開關(guān)S1來完成，此外，本電路中的壓敏電阻RV和可控硅VS具有浪涌電流抑制、瞬間輸入電壓保護的功能。這樣，電路輸出的直流電壓應(yīng)該是電容器C1和C2上充電電壓之和．即160V十160V＝320V。如果不采取任何保護措施，浪涌電流可接近幾百安培。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后．由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對其進行分流。用了RTC熱敏電阻的電阻—。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。 輸出過壓保護電路的作用是：當(dāng)輸出電壓超過設(shè)計值時，把輸出電壓限定在一安全值的范圍內(nèi)。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達5kv。 4 開關(guān)電源主電路設(shè)計 單端反激式變換器電路的工作原理單端反激式變換器電路在其輸入和輸出回路之間加入安全隔離措施。 。由于隔離變壓器T除了具有初、次級間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值。合理地選擇開關(guān)管的額定電壓直接影響著變換器的性能，通過了解主開關(guān)的電壓波形就可以比較準確地預(yù)計出主開關(guān)的電壓峰值。橋式變換器：500—600V；推挽式變換器：900—1000V；單端正/反激式變換器：800V；單端正激式變換器帶有有源箝位：800V；（3） 直流48V電壓系統(tǒng)橋式變換器：80V；推挽式變換器：200V；單端正/反激式變換器：200V；反激式開關(guān)電源的開關(guān)管額定電流的選擇：在交流電220V電壓應(yīng)用條件下，如果考慮電源電壓變化范圍在20%—+20%。20%)V，這樣設(shè)計就沒有帶PFC時優(yōu)化。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時間與晶體管的一個工作周期(導(dǎo)通時間十截止時間)之比。 第二個設(shè)計準則是必須滿足晶體管在導(dǎo)遏時的集電極電流的需求。在這里，我們只是強調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴大其有效體積，傳輸變壓器有效體積v的計算公式如下： （4－5）Ilamx：最大負載電流。Bmax：磁芯的最大磁通密度。并對較難理解部分做了詳細解釋。最初傳遞到副邊的電流在副邊的分配原則是：大多數(shù)會傳遞到漏感最小的那一路輸出。計算變壓器，一般選擇最低的交流輸入電壓，最大的輸出功率做為工作點，這個是最苛刻的一個點?？紤]實際線路中，＋12V線圈接于5V整流管后，為方便調(diào)試，實際變壓器取了3乍。選定原則：變壓器磁通在滿足△Bac+△Bdc Bs，取Iac較小值，保證較小損耗的正常工作。20%)V，效率為80%時，—。普通電解電容器作為工頻整流濾波是可以完全勝任的，但是隨著開關(guān)電源的開關(guān)頻率的不斷提高，普通電解電容器的ESR和寄生電感將不能很好的適應(yīng)高頻整流濾波的要求。與電壓控制方式相比在負載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。 示出了UC3842基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，⑤腳為公共地端；提供芯片工作參考地端； 驅(qū)動能力為177。的負載能力，該電壓源具有極好的溫度穩(wěn)定性。： UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖振蕩器：振蕩器頻率由定時組件RT和CT選擇值決定。注意盡管許多的Rt和Ct值都可以產(chǎn)生相同的振蕩器頻率，但只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。這可通過將時鐘信號加到圖2 0所示的電路來完成。 。輸出電壓因兩個二極管壓降而失調(diào)(≈1．4V)并在連接至電流取樣比較器的反相輸入之前被三分，這將在管腳l處于其最低狀態(tài)時(V0l)，保證在輸出(管腳6)不出現(xiàn)驅(qū)動脈沖。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)，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。在這些條件下，電流取樣比較器門限將被內(nèi)部箝位至1．0V。通常正電流波形的前沿可以觀察到一個窄尖脈沖，當(dāng)輸出負載較輕時，它可能會引起電源不穩(wěn)定。正電源端(Vcc)和參考輸出(Vref)各由分離的比較器監(jiān)視。大滯后和小啟動電流使得UCX842A特別適合干需要有效的自舉啟動技術(shù)的離線變換器應(yīng)用中。驅(qū)動電路的基本任務(wù)是將控制電路發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為加在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開通或者關(guān)斷的信號。但不同的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩(wěn)定精度是不同的。誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得UC3842的輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)D1，D2，C1，C2，C3，R9組成的整流、濾波和穩(wěn)壓后得到16V的直流電壓給UC3842缺點是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。因為，UC3842的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益（可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻）。開關(guān)變換器是本系統(tǒng)主電路的核心部分，根據(jù)所設(shè)計的系統(tǒng)的頻率和功率要求，選用IGBT作為主電路的功率變換器器件，并且采用變壓器進行隔離，構(gòu)成了完整的橋式開關(guān)變換器，完成DCAC的變換。輸出的兩路PWM信號互補，占空比控制在0%40%之間。電壓反饋信號和電流反饋信號都是從主電路的輸出端實時采集，分別與電壓設(shè)定值和電流設(shè)定值進行比較后經(jīng)過光禍輸入到UC3842的INV(誤差反向輸入端)，控制脈沖信號的占空比，達到閉環(huán)調(diào)節(jié)的目的。在這種工作方式下，開關(guān)器件按照外加的脈沖信號，周期的進行開通和關(guān)斷。 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