【正文】 希望在以后的日子里母校蒸蒸日上，祝愿老師和同學(xué)們，工作順利，身體健康。并采用多路反饋，控制更加有效，可以適用于各種負(fù)載。當(dāng)開關(guān)電源輸出的電壓下降時(shí)，上述控制過程正好相反。其中， 8 腳產(chǎn)生的 5V基準(zhǔn)電壓通過 14R 對(duì) 27C 進(jìn)行充電，在第 4 腳上形成鋸齒波電壓信號(hào)，其頻率就是電源的工作頻率。短路現(xiàn)象消失后，電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作。其特性為其阻值隨溫度升高而降低。一般采用陶瓷電容，電容量在 2200~4200pF 之間。 1R 阻值的計(jì)算：穩(wěn)壓管 IN4746的穩(wěn)定電流為 UC3844的啟動(dòng)電流小于 1mA，按 1mA 計(jì)算，則 ??? ??? ?? kmAmA VVII VVR Ds t a r t Din 18262( m i n )1 1( m i n )1 （ 314） 輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì) 電路原理圖 對(duì)于市電供電的開關(guān)穩(wěn)壓電源，輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì)是必須的，但是相對(duì)于其他電路部分，輸入整流電路的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)于電源 的可靠性和對(duì)電網(wǎng)的影響也有較大的影響。若只對(duì)一路輸出進(jìn)行反饋，則當(dāng)未檢測(cè)輸出端負(fù)載變化時(shí)，被檢測(cè)的輸出端電壓波動(dòng)很小，但未檢測(cè)的輸出端電壓的變化并不能完全通過變壓器耦合到反饋端，因此不能對(duì)其有效調(diào)節(jié)，導(dǎo)致其他輸出端電壓波動(dòng)較大。為了完成此功能，功率 MOSFET 需要工作在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)，這樣可降低功率器件損耗。無(wú)源輸出級(jí)就是基于傳統(tǒng)的無(wú)源半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的。當(dāng)截止脈沖到來(lái)時(shí)，根據(jù)楞次定律，次級(jí)產(chǎn)生與之前方向相反的感應(yīng)電壓，使整流二極管立即導(dǎo)通， 次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓向輸出濾波電容充電，即把能第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 量從初級(jí)繞組傳遞到次級(jí)的輸出電容中，并給負(fù)載供電。它可以輸出 ~36V 連續(xù)可調(diào)電壓，第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 工作電流范圍寬達(dá) ～ 100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為 歐，輸出雜波低。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器（發(fā)光二極管）發(fā)出 強(qiáng)弱 光線，照射在受光器（光敏晶體管）上，受光器接受 強(qiáng)弱不同的 光線后導(dǎo)通 程度也不同 ，產(chǎn)生 不同強(qiáng)度的 電流從輸出端輸出，實(shí)現(xiàn)了 “電 光 電 ”的轉(zhuǎn)換。當(dāng)開關(guān)電源通電瞬間，高壓直流電通過一 個(gè)大阻值的電阻降壓供給 UC3844，當(dāng) 7 腳的電壓大于 16V時(shí)，芯片立即啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)電流小于 1mA，此時(shí)無(wú)輸出， 6 腳輸出正脈沖，使變壓器也啟動(dòng)工作，變壓器一路輸出繞組專門給 UC3844 供電，以保持芯片繼續(xù)正常工作，此時(shí)的工作電流約為 15mA。 1 腳為補(bǔ)償端，該管腳為誤差放大器的輸出，外接 RC 網(wǎng)絡(luò)對(duì)誤差放大器的頻率響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。本課題設(shè)計(jì)的電源主電路拓?fù)洳捎脝味朔醇な阶儞Q器結(jié)構(gòu)，采用 UC3844 作為 PWM 主控 IC，以實(shí)現(xiàn)電壓和電流的雙閉環(huán)控制，從而提高負(fù)載調(diào)整率，電壓 調(diào)整率，以達(dá)到電子設(shè)備對(duì)電源電壓穩(wěn)定性的要求，本電源開關(guān)頻率設(shè)定在 50kHz，同時(shí)輸出 7 路相互隔離的電壓。當(dāng) S 截止時(shí)，初級(jí)感應(yīng)電壓 極性反向，使次級(jí)繞組感應(yīng)電壓極性反轉(zhuǎn)，二極管 D 導(dǎo)通，儲(chǔ)存在變壓器中的能量傳遞給輸出電容 C，同時(shí)給負(fù)載供電，磁能轉(zhuǎn)化為電能釋放出來(lái)。 [3] 第二章 開關(guān)電源的原理 5 開關(guān)電源的組成 圖 21 所示為開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖： 功 率 變 換 電 路 高 頻 變 壓 器 輸 出 整 流 濾 波電 路 振 蕩 器 脈 寬 調(diào) 制 比 較 器 取 樣 器 基 準(zhǔn) 電 壓 D C D C 控 制 電 路 前 置 濾 波 電 路A C輸 入 整 流 電 路 濾 波 電 路 圖 21 開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)框圖 AC/DC 轉(zhuǎn)換電路是整流濾波電路。在這兩種狀態(tài)中，加在功率開關(guān)管上的伏安乘積 總是很?。ㄔ趯?dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?。 設(shè)計(jì)流程： 1． 熟悉 UC384 PC81 TL431 的結(jié) 構(gòu)原理及作用。例如 電壓低達(dá) ~，而電流 高 達(dá) 50~100A 的開關(guān)電源。主要研究 典型電路與系統(tǒng)的 電磁 干擾建模； PCB 板和電源 EMC 優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件；強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體的 危害 ；大功率開關(guān)電源 EMC 測(cè)量方法的研究等。許多國(guó)家都步入 MHz 級(jí)別，涌現(xiàn)出眾多新型高頻磁性材料，其寄生參數(shù)和磁損耗減小，散熱性增強(qiáng)， 如 5~6181。損 耗小使得電子設(shè)備內(nèi)部溫度也相對(duì)較低，避免了元件長(zhǎng)期在高溫環(huán)境下?lián)p壞，這對(duì)電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性的提升有明顯的作用。開關(guān)電源因其體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源，被譽(yù)為高效節(jié)能電源，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。于是， 20 世紀(jì) 60 年代開關(guān)電源誕生了。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新， 目前，涌現(xiàn)出許多開關(guān)電源的新技術(shù)和新產(chǎn)品 。如 高性能碳化硅（ S iC）功率半導(dǎo)體器件 ，其優(yōu)點(diǎn)是： 禁帶寬，工作溫度高（可達(dá) 600176。許多國(guó)家也在研究性價(jià)比較高的功率因數(shù)校正技術(shù)。這使得各種電子設(shè)備不同功 能的需要都可以得到滿足。 6．輸入整流濾波電路和輸入啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。通過改變高頻變 壓器的二次繞組個(gè)數(shù)就可以改變電壓的輸出路數(shù)。 單端反激式變換器又稱電感儲(chǔ)能式變換器，其變壓器兼有儲(chǔ)能、變壓、隔離三重作用。 開關(guān)管 S 截止期間，流過次級(jí)繞組 Ns 的電流 2i 線性減小，設(shè)電流減小的時(shí)間是 t? ，則流過 Ns 的電流增量為 tLUi o ??? 22 （ 22） 開關(guān)管 S 截止期間， Np 上感應(yīng)電壓與電源電壓 inU 一起加在開關(guān)管 S 的 DS級(jí)上， DS 級(jí)承受的電壓為 spoinDS NNUUU ?? （ 23） 2． 連續(xù)工作模式 如果電流連續(xù)， TDTt off )1( ???? ，輸出電壓的表達(dá)式為 DDNNUU psio ?? 1 DTLUDINNDTLUDU IUI inopsin oo 111( m a x )1 212 ????? （ 24） 3． 斷續(xù)工作模式 S 導(dǎo)通期間，變壓器初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量 2/2(max)11ILWj ? ，所以電源輸入功率 iP 為 2(ma x)1121 ILTTWP ji ?? （ 25） 如果電流斷續(xù)， S 導(dǎo)通時(shí)起始電流為 0，則oni TLUI 1(max)1 ?，假設(shè)電路沒有損耗，輸入功率 iP 應(yīng)與輸出功率 oP 相等， 設(shè)輸出負(fù)載電阻為 LR ，則有 Loonino RUTLTUP 21222 ?? （ 26） 第二章 開關(guān)電源的原理 8 從而可以得到斷續(xù)模式輸出電壓的表達(dá)式為 TLRTUU Lonino 12? （ 27） 由式（ 27）可知，在斷續(xù)模式下，輸出電壓與輸入電壓和導(dǎo)通時(shí)間成正比，與負(fù)載電阻的平方根成正比。 UC3844 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能 圖 32 UC3844 的引腳圖 圖 33 UC3844 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 該芯片雖然只有 8 個(gè)管腳，但是卻有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，一個(gè)為內(nèi)部誤差放大器所構(gòu)成的電壓閉環(huán)控制回路，它將輸出電壓反饋到第 2 管腳，同 基第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 準(zhǔn)電壓比較，形成誤差電壓。 6 腳為輸出端，采用圖騰柱式輸出，最大峰值電流為 1A，能直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET 的柵極。 UC3844 的特點(diǎn) UC3844 具有如下特點(diǎn)： (1)電壓調(diào)整率 (抗電壓波動(dòng)能力 )非常好 (2)有很好的負(fù)載調(diào)整率 (3)頻響特性好，穩(wěn)定幅度大 (4)過流限制特性好 (5)具有過壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。在反饋電路中用 TL431 與輸出采樣電壓進(jìn)行比較，再通過光電耦合器 PC817 把電壓反饋到 UC3844 的電壓反饋端。其性能的好壞不僅影響變壓器本身的效率和發(fā)熱量，而且還會(huì)對(duì)開關(guān)電源的整體性能和可靠性產(chǎn)生極大的影響。 確定磁芯規(guī)格可以根據(jù)制 造廠提供的圖表，按輸出功率來(lái)選擇磁芯，例如下表： 輸出功率 /W MPP 環(huán)形磁芯直徑 /（ in/mm) EE、 EL 等磁芯 (每邊 )/(in/mm) 5 (16) (11) 25 (20) (30) 50 (30) (35) 100 (38) (47) 250 (51) (60) 表 31 輸出功率與大致的磁芯尺寸的關(guān)系 58W 可選用每邊約 35mm 的 EE35/35/10 材料為 PC30 磁芯，磁芯有效截面積 eA =100 2mm ， cwA =188 2mm ， 磁芯重量 W=。 DC ? 5V： FmVk H z ?7010 050 13 ?? ??? ）（ 這里取 100 F? DC ? 12V+24V ： FmVk H zC ?14 010 050 1715 ?? ???? ）（ 這里取 220 F? 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 第二級(jí)經(jīng) LC 濾波使不滿足文波要求的電壓再次濾波。[14] 電壓反饋電路設(shè)計(jì) 電路圖及原理 考慮到控制器的安全性，一般都采用光耦隔離反饋電壓 。 則 ? ? ? ? ????? kmAVVR 取 ?k （ 39） ? ? ? ? ????? kmAVVR 取 ?k （ 310） ? ? ? ? ????? kmAVVR 取 107 ?k （ 311） 取 8R =470? ， TL431 的 kaI =20mA， PC817 的 fI =3mA，則 8R 上的壓降為 VARIV fR 000 ????? （ 312） 由 PC817 芯片資料可知，其發(fā)光二極管的正向?qū)▔航?fV 典型值為 ，則 9R 上 的壓 降 VVVVVV fRR ????? ， 又知 流 過 9R 的電流mAmAmAIII fkaR 173209 ????? ，因此 9R 的值為 ???? 15417/（ 313） 輸入啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 電路圖如下： C 6 C 7R 1 R 2D 1 2D 1 3+ V oC 8D 1 5+12VU C 3 8 4 4 7 腳M O S F E T 第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 圖 310 啟動(dòng)電路圖 電源通過啟動(dòng)電阻 1R 給電容 8C 充電，當(dāng) 8C 電壓達(dá)到 UC3844 的啟動(dòng)電壓門限值（ +16V）時(shí)， UC3844 開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由 6 端輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)管工作。其電感通常取幾毫亨至十幾微亨，視額定電流而定。以下將就幾種保護(hù)電路做個(gè) 詳細(xì)的介紹。壓敏電阻對(duì)沖擊電壓有較好的鉗位作用。以 2R ， 7C ， 12D 為例，其作用是通過 12D 給 7C 充電，把尖峰電壓鉗位在安全值以下，然后通過 2R 將吸收的浪涌尖峰電壓以熱量形式釋放掉，從而保護(hù)了功率 MOSFET。在 UC3844 的控制下，周而復(fù)始的重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換傳輸。 詳細(xì)介紹了高頻變壓器的設(shè)計(jì)流程，包括磁芯選擇、匝數(shù)計(jì)算、導(dǎo)線選擇等。本設(shè)計(jì)是在孫凱 老師 的悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下 完成的。致 謝 32 附 錄 整體電氣原理圖： N T C RF UG N D