【正文】 開關管以 UC3842 設定的頻率周期開閉，使電感 L 儲存能量并釋放能量。 R C3 的取值取決于 UC3842 環(huán)路電壓增益、額定輸出電流和輸出電容， 共 45 頁 第 32 頁 通過改變 R C3 的值可改變放大器閉環(huán)增益和頻響。如圖 4－ 3 所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關管的漏極電流將大幅度上升， R6 兩端的電壓上升，其中 R19 和 C8 組成濾波電路防止脈沖尖峰使電路誤操作， UC3842 的腳 3 上的電壓也上升。 （ 2） 濾波電容的選擇 在經(jīng)過電路仿真和經(jīng)驗可以得到所需要的濾波電容： C1=68uF, C2=22uF 共 45 頁 第 29 頁 （ a）濾波整流電路 （ b）濾波整流電路波形 圖 圖 41 濾波整流電路 仿真結果，經(jīng)過整流濾波后的輸出電壓是 ，雖有誤差，但是在允許的范圍內(nèi)。超出此限制，開關電源呈欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，無驅動脈沖輸出。； 設計思路 ： 開關電源由隔離變壓器、整流濾波和 DC—DC 變換網(wǎng)絡組成。當 VT7 導通時，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。當 VT7 截止時， L5 產(chǎn)生的自感電勢與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過升壓二極管 V 電容 C7 向負載供電。此時 VT1的 N 溝道 FET 管截止。 為了實現(xiàn) VT VT 3 的輪流導通，電路中由雙場效應管 VT 1 組成驅動脈沖相位分離電路。 ⑤ 腳為共地端。比較器的反向輸入端在集成電路內(nèi)部，由 5V 基準電壓分壓得到 基準電壓。低內(nèi)阻的 MOSFET 管 D－ S 極 并聯(lián)接入續(xù)流二極管，使電路等效內(nèi)阻大幅度降低，儲能電感能量釋放電流增大，向負載放電。 C R7 構成信號的有源濾波。 圖 33 是反激式開關電源原理圖，其中的控制芯片采用 UC3842。 共 45 頁 第 22 頁 (6) 過流檢測輸入端可對每個脈沖進行控制，直接控制每個周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達到 %／ V。處于正常工作狀態(tài)時，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負載電流為 15 mA。 （ 6） 欠壓鎖定電路 VVLO：開通閾值 16V，關閉 閾值 10V。 ⑥ 腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為 50ns 驅動能力為 177。典型的 UC3842 就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關電源中。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器 TL431 和光電耦合器反饋到 UC3842 的 ⑴ 腳，調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可設定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達到較高的穩(wěn)壓精度。 反饋電路 電流反饋電路 電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測開關管上的電流作為采樣電流，原理如圖 22 所示。 （ 3） 極限指標 i． 最大輸入電壓 是保證直流 穩(wěn)壓電源安全工作的最大輸入電壓。 －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，所需的最小輸入－輸出之間的電壓差值。 總而言之 , 開關電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實現(xiàn) , 將標志著開關電源技術的成熟 , 實現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結合。在六、七十年代 , 電力電子技術完全是建立在模擬 電路基礎上的。由于功率電子器件工作頻率上限的逐步提高 , 促使許多原來采用電子管的傳統(tǒng)高頻設備固態(tài)化 , 帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟效益 , 更可體現(xiàn)技術含量的價值。 以上五花八門的開關穩(wěn)壓電源的品種都是站在不同的角度， 以 開關穩(wěn)壓電源不同的特點命名的。 型 這種形式的開關電源是在輸入回路與逆變電路之間，經(jīng)過高頻變壓器（也可稱為開關變壓器），利用磁場的變化實現(xiàn)能量傳遞，沒有電流間的直接流通。 輸出電壓比輸入電壓低。這種電路的特點是開關變壓器必須具有中心抽頭。 （ 3） 按開關管電流的工作方式劃分 用開關晶體管把直流變成高頻標準方波。 開關電源的分類 現(xiàn)在，電子技術和應用迅速的發(fā)展，對電子儀器和設備的要求是：在性能上，更加安全可靠；在功能上，不斷地增加；在使用上，自動化程度要越來越高；在體積上，要日趨小型 化。到60 年代中期進入了實用階段， 70 年代初期開始研制無工頻降壓變壓器開關穩(wěn)壓電源。例如，高頻電容、開關管、開關變壓器、儲能電感等都會出現(xiàn)新的問題。開關穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。此后，利用這一技術的各種形式的晶體管直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來。開關電源的功率開關調(diào)整管工作在開關狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在 80%～ 90%，高的可達 90%以上； (2) 重量輕。 開 關 電源 一般多采用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制方式。 開關電源的基本原理與組成特點 開關穩(wěn)壓電源的基本工作原理 開關式穩(wěn)壓電源的控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種 , 實際應用中 , 調(diào)寬式使用的較多 , 在目前開發(fā)和使用的開關電源集成電路中 , 絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。開關電源是一種新型的電源設備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟效益。 本文在介紹了開關電源的各種工作方式、其優(yōu)劣勢、設計方法及未來發(fā)展方向等的基礎上，對開關穩(wěn)壓電源進行設計。能 提供信號的電子設備叫做信號源。調(diào)寬式開關穩(wěn)壓電源的基本原理如圖 11 所示。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，開關電源逐步向高頻化方向發(fā)展。由于開關電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的 1/5，體積也大大縮小了； (3) 穩(wěn)壓范圍寬。從而取代了早期采用的壽命短、可靠性差、轉換效率低的旋轉式和機械振子式換流設備。 70 年代以后，于這種技術有關的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關二極管，開關變壓器鐵心等元器件也不斷地被研制和生產(chǎn)出來，使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛應用于電子計算機、通信、航天、彩色電視機等領域中，從而使無工頻變壓器開關穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。進一步研制適應高頻率工作的有關電路元器件，是從事開關穩(wěn)壓電源研制的科技人員要解決的問題。 1974 年研制成功了工作頻率為 10kHz、輸出電壓為 5V 的無工頻降壓變壓器開關穩(wěn)壓電源。這是采用具有眾多優(yōu)點的開關電源就顯得更加重要了。 開關晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標準的正弦方波電路形式是類是與它激式 （ 4） 晶體管的類型劃分 采用晶體管作為開關管 采用可控硅作為開關管。 使用兩個開關晶體管，將其連接成半橋的形式。實際上就是串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電源。 共 45 頁 第 12 頁 隔離型開關穩(wěn)壓電源采用直流供電，經(jīng)過開關電路，將直流電變成頻率很高的交流電，在經(jīng)過變壓隔離器、變壓（升壓或降壓），然后經(jīng)整流器整流，最后就可以得到新的、極性和數(shù)值各不相同的多組直流輸出電壓。盡管各種電路的激勵方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)方式。 共 45 頁 第 13 頁 （ 2） 模塊化 模塊化有兩方面的含義 , 其一是指功率器件的模塊化 , 其二是指電源單元的模塊化。但是 , 現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要 , 數(shù)字信號處理技術日趨完善成熟 , 顯示出越來 越多的優(yōu)點 : 便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾 ( 提高抗干擾能力 ) 、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào) , 也便于自診斷、容錯等技術的植入。這幾年 , 隨著通信行業(yè)的發(fā)展 , 以開關電源技術為核心的通信用開關電源 , 吸引了國內(nèi)外一大批科技人員對其進行開發(fā)研究。 負載電流 范圍 輸出負載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應能保證符合指標規(guī)范所給出的指標。 ii． 最大輸出電流 是保證穩(wěn)壓器安全工作所允許的最大輸出電流。電流互感器的輸出分為電流瞬時值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反映電流瞬時值。如果輸出電壓 UO 升高，集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即 UC3842⑴ 腳對地的分流變大， UC3842 的輸出脈寬相應變窄，輸出電壓 UO 減小。 UC3842 是美國 Unitrode 公司 [14]生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。l A； ⑦ 腳為啟動 /工作電壓輸入端腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為 15mW。具有滯回特性。超出此限制，開關電源呈欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，無驅動脈沖輸出。如果 ③ 腳電壓大于 1 V 或 ① 腳電壓小于 1 V，PWM 比較器輸出高電平使鎖存器復位，直到下一個脈沖到來時才重新置位。電源的輸出電壓等級有三種：＋ 5V、＋ 12V、－ 12V。開關管電流被 R10 取樣后，經(jīng) R C7 濾波，送芯片 ISENSE 端，當反饋信號值超過閾值 1V 時，確認過載，關斷電源輸出。死區(qū)時間的設定，是為了避免兩只不同功能開關管形成瞬間共態(tài)導通，造成供電電路短路損壞開關管。 ③ 腳為高電平保護輸入端，其輸入電平保護閾值為 1V。 ⑥ 腳為 PWM 驅動脈沖輸出端，用以驅動 PN 溝道對管 VTl 組成的移相驅動器。 VT1內(nèi)部由 P 溝道和 N 溝道 FET 對管組成。使 VT2也截止， L2釋放磁場能量， V2正偏導通， VT 1⑤ 腳漏極輸出高電平經(jīng)過 R7，使 VT 3導通，其漏源極低內(nèi)阻并聯(lián)在續(xù)流二極管 V2 兩端，使 L2 的釋放電流 增大。 VT7 導通時間正比于 L5 存儲能量，因此，控制 VT7 通斷占空比，可以控 共 45 頁 第 26 頁 制升壓幅度。當 VT7 截止時，L5 產(chǎn)生的自感電勢與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過升壓二極管 V 電容 C7向負載供電。設計的關鍵是 DC～ DC 變換器，它包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器等所有功率器件和控制模塊，而控制模塊的設計又是DC/DC 的核心，一般 DC/DC 變換的控制模塊使用 PWM 調(diào)制的專用芯片，如TL494， UC3842 等。 元件參數(shù)選擇： （ 1） 變壓器的選擇： 要輸出 U2=18V 的直流電，全橋整流電路的二次側輸出電 Un2。 PWM 脈沖控制驅動電路 圖 4－ 3 由分壓電阻 R 提供分得的電壓接入 uc3842 的 ⑦ （ Vcc）管腳， uc3842啟動工作， 由 ⑥ 端（ output）輸出推動開關管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。當該腳的電壓超過正常值 達到 1V(即電流超過 1． 5A)時， UC3842 的 PWM 比較器輸出高電平，使 PWM 鎖存器復位，關閉輸出。為使環(huán)路得到最佳補償，可測試環(huán)路的穩(wěn)定度，測量 I0 脈動時輸出電壓 V0 的瞬態(tài)響應來加以判斷。當開關管導通時，電感以 Vi／ L 的速度充電，把能量儲存在 L 中。 升壓斬波電 路 的基本原理 升壓斬波電路的結構如圖 44。 外補償網(wǎng)絡 UC3842 誤差放大器的輸出端腳 l 與反相輸入端腳 2 之間外接補償網(wǎng)絡 RC3。 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導致電路出現(xiàn)短路、過壓、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功能。選擇的 AWG 導線規(guī)格為 21，直徑為 （含漆皮） .磁芯選擇鐵鎳鉬磁芯，該磁芯具有高的飽和磁通密度，在較大的磁化場下不易飽和，具有較高的導磁率、磁性能穩(wěn)定性好（溫升低，耐大電流、噪聲小），適用在開關電源上。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。