【正文】 圖 對于單極性矩形脈沖來說 , 其直流平均電壓 U0 取決于矩形脈沖的寬度 , 脈沖越寬 , 其直流平均電壓值就越高。 電力電子技術(shù)的發(fā)展 ,特別是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速發(fā)展 ,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當高的水平 ,使其具有高穩(wěn)定性和高性價比等特性。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大，又把放大了的 信號傳送到后面的電路中去。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。設(shè)計分為三個模塊進行，分別 為輔助電源模塊、 PWM 控制模塊、升壓電路部分，其中 PWM 控制電路為電源設(shè)計的核心。在信息時代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對 電源 產(chǎn)業(yè)提出個更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。確定電路設(shè)計方案后，使用 Multisim 10 對電路進行仿真，并對電路的參數(shù)進行配比，盡量使電路的參數(shù)達到最佳、使輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而達到設(shè)計要求。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學能轉(zhuǎn)換成電能 .發(fā)電機 .電池本身并不帶電 ,它的兩極分別有正負電荷 ,由正負電荷產(chǎn)生電壓 (電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的 ),電荷導(dǎo)體里本來就有 ,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可 ,當電池兩極接上導(dǎo)體時為了產(chǎn)生電流而把正負電荷釋放出去 ,當電荷散盡時 ,也就 電 荷 流 (壓 )消了 .干電池等叫做電源。晶體三極管對后面的電路來說，也可以看 作 是信號源。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。其中有 :U0=UmT1/T 式中 , Um 為矩形脈沖的最大電壓值 。 開關(guān)電源的基本原理 開關(guān)穩(wěn)壓電源（簡稱 開 關(guān) 電源 ）是利用現(xiàn)代 電力電子 技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。 開關(guān)穩(wěn)壓電源具有， 效率高， 輸出功率大， 輸入電壓變化范圍寬， 節(jié)約能耗等優(yōu) 點， 而被廣泛使用在各個行業(yè)和領(lǐng)域中。 共 45 頁 第 7 頁 圖 12. 開關(guān)電源的特點 開關(guān)電源具有如下特點： (1) 效率高。2%以下。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展 國際發(fā)展史狀況 （ 1）發(fā)展史 1955 年美國的科學家羅耶（ ）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進行自激振蕩的晶體管直流變換器。由于那時的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作耐壓較高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也能太高。省掉了工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn) 壓電源的體積和重量大為減小。所有從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途徑來取代開關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備為小型化的需要。但是，當 頻率提高以后，對整個電路中的元件又有了新的要求。但是，在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會通過電路中的元器件產(chǎn)生較強的尖峰干擾和諧振干擾。 國內(nèi)發(fā)展情況 我國的晶體管直流變換器及開關(guān)穩(wěn)壓電源研制工作始于 60 年代初期。工作頻率為 100KHz~~200KHz 的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于 80 年代初期就已開始試制， 90 年代初期就已試制成功。所以我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進水平，最根本的是要提高我國的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。發(fā)揮了巨大的作用，這大大促進了開關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展，從事這方面研究和生產(chǎn)的人員也在不斷的增加，開關(guān)穩(wěn)壓電源的品種和類型也越來越多。 通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時間的振蕩頻率來完成調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓幅度的目的。 （ 5） 負載的連接方式劃分 儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間 。 使用兩個開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。 使用四個開關(guān)晶體管。實際上就是并聯(lián) 型開關(guān)穩(wěn)壓電源。（這種供電方式在開關(guān)穩(wěn)壓電源剛興起的初期常常采用，目前基本上不太采用。電路的過壓保護也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號來進行的。 （ 9） 按電路結(jié)構(gòu)劃分 整個 開關(guān)穩(wěn)壓電源電路都是采用分立式元器件組成的，它的電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，可靠性差。這種電源的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便、可靠性高。 穩(wěn)壓 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢 隨著穩(wěn)壓開關(guān)電源的發(fā)展，技術(shù)日益成熟， 發(fā)展的方向也各不相同，但總的有以下四種方向。同樣 , 傳統(tǒng) 整流行業(yè) 的電鍍、電解、電加工、充電、浮充電等各種直流電源也可以根據(jù)這一原理進行改造 , 成為 開關(guān)變換類電源 , 其主要材料可以節(jié)約 9 0 % 或更高 , 還可節(jié)電 3 0 % 或更多。近年 ,有些公司把開關(guān)器件的驅(qū)動保護電路也裝到功率模塊中去 , 構(gòu)成了 智能化 功率模塊 ( I P M ) , 不但縮小了整機的體積 , 更方便了整機的設(shè)計制造。 （ 3） 數(shù)字化 在傳統(tǒng)功率電子技術(shù)中 , 控制部分是按模擬信號來設(shè)計和工作的。 （ 4） 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 : 首先是顯著節(jié)電 , 這意味著 發(fā)電容量的節(jié)約 , 而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因 , 所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染 。這些 共 45 頁 第 14 頁 為 21 世紀批量生產(chǎn)各種綠色 開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。還有其它許多以開關(guān)電源技術(shù)為核心的專用電源、工業(yè)電源正在等待著人們?nèi)ラ_發(fā)。 ii． 最大輸入－輸出電壓差 該指標表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入－輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標。電壓調(diào)整率公式見圖 2－ 2－ 1。 iv． 溫度穩(wěn)定性 K 集成直流穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性是以在所規(guī)定的直流穩(wěn)壓電源工作溫度 Ti最大變化范圍內(nèi)（ Tmin≤Ti≤Tmax）直流 輸出電壓的相對變化的百分值。圖 21所示濾波電路是一種復(fù)合式 EMI 濾波器， L L2 和 C1 構(gòu)成第一級濾波，共模電感 L3 和電容 C C3 進行第二級濾波。為了減小漏電流， C C3 宜選用陶瓷電容器。通過調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期比較，屬于限流式保護。 共 45 頁 第 17 頁 圖 22 電流反饋電路 電壓反饋電路 電壓反饋電路如圖 23 所示。 圖 23 電壓反饋電路 電壓保護電路 圖 24 所示為輸出過電壓保護電路。其特點是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護輸入和穩(wěn)定的基準電壓發(fā)生器，同時還具有小電流啟動功能。主要由 基準電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差放大器和適用于驅(qū)動功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。 ⑤ 腳為接地端。 UC3842 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3842 為雙列 8 腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、 PWM 鎖存電路、 5VC 基準電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等，見圖 32。這實際上是一個過流保護電路。另外， VCC 與 GND 之間的穩(wěn)壓管用于保護，防止器件損壞。 (2) 啟動電壓大于 16 V，啟動電流僅 1 mA 即可進入工作狀態(tài)。 （ 4） 輸出電流為 200 mA，峰值為 1 A，既可驅(qū)動雙極型三極管也可驅(qū)動MOSFET 管。誤差放大器輸入構(gòu)成主 PWM 控制系統(tǒng) ，可使負載變動在 30％～ 100％時輸出負載調(diào)整率在 8 ％以下，負載變動在 70％～ 100％時負載調(diào)整率在 3％以下。因此，電路的抗干擾性極強，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，提高了可靠性。工 作過程是：開關(guān)開通后， V 處于斷態(tài)，初級繞組的電流線性增長，電感儲能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過次級繞組和 V 向輸出端釋放。由單管驅(qū)動隔離變壓器 TC 主繞組 N1電流， C R3可以提供變壓器原邊泄放的通路。 反饋比較電 路信號是從輔助繞組 N3 經(jīng)過 V V C C4 等整流濾波后得到的 Vcc 分壓提取的。 共 45 頁 第 23 頁 圖 33 UC3842 組成的反激式電源 UC3842 控制的同步整流電路 圖 3－ 4 為使用它激式驅(qū)動電路 UC3842 組成的 5V／ 10A 開關(guān)穩(wěn)壓電源。在驅(qū)動脈沖 Tn截止后，經(jīng)過設(shè)定的死區(qū)時間 TD，脈沖間歇期的低電平輸出通過控制電路，使續(xù)流二極管上并聯(lián)的開關(guān)管導(dǎo)通。 共 45 頁 第 24 頁 圖 34 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842 采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下： ① 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤差檢測輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。穩(wěn)壓器輸出 5V 電壓，由 R R1 分壓，正常穩(wěn)壓狀態(tài)為 取樣電壓。在圖 412 中，由電流互感器 T1 對開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通電流取樣，經(jīng) V1 整流， R R6 分壓后，送入集成電路 ⑵ 腳作為開關(guān)管過流保護。該振蕩器頻率設(shè)定為 120KHz。 共 45 頁 第 25 頁 該電路的同步整流器由 VT VT2和 VT 3組成。 VT 3 導(dǎo)通后，與 V2 并聯(lián)，將此電壓降低到 100mV，大大降低了開關(guān)管的損耗。電流呈線性增長。 在驅(qū)動脈沖的截止期， IC1⑥ 腳輸出低電平， VT 1內(nèi)部 P 溝道 FET 管導(dǎo)通，將 VT 2的柵源極短路。由于 L2在磁 電的存儲／釋放過程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容 C12 為 6 只 100μF 的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感，使其高次諧波的濾波性能更好。當 VT7 導(dǎo)通時，輸入整流電壓經(jīng) L VT7 漏源極、 R6 完成回路，輸入整流電壓全部加在 L5 兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯τ?L5。 圖 35 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖 35 中，升壓電路由 UC3842 為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。輸入經(jīng)負溫度系數(shù)電阻 NTC、橋式整流器、電容 C4，成為直流電壓，正極經(jīng) L5 并聯(lián)接入VT7。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入 110/220 V 自動切換電路。 共 45 頁 第 27 頁 第四章 利用 UC3842 設(shè)計開關(guān)穩(wěn)壓電源 電源設(shè)計指標 要求該電源在電阻負載條件下滿足： （ 1） 輸出電壓 UO可調(diào)范圍： 30V～ 36V； （ 2） 最大輸出電流 I0max： 2A； （ 3） U2從 15V 變到 21V 時，電壓調(diào)整率 SU≤2%（ IO=2A）； （ 4） IO從 0 變到 2A 時，負載調(diào)整率 SI≤5%（ U2=18V）； （ 5） DCDC 變換器的效率 ?≥70%（ U2=18V,UO=36V,IO=2A）； （ 6） 具有過流保護功能，動作電流 IO（ th） =177。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。處于正常 共 45 頁 第 28 頁 工作狀態(tài)時，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負載電流為 15 mA。電流或電壓以頻