【正文】 開關(guān)管以 UC3842 設(shè)定的頻率周期開閉，使電感 L 儲(chǔ)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(yè) 第 32 頁(yè) 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(guān)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(yàn)可以得到所需要的濾波電容： C1=68uF, C2=22uF 共 45 頁(yè) 第 29 頁(yè) （ 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(jié)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(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。； 設(shè)計(jì)思路 ： 開關(guān)電源由隔離變壓器、整流濾波和 DC—DC 變換網(wǎng)絡(luò)組成。當(dāng) VT7 導(dǎo)通時(shí)，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?chǔ)于 L5。當(dāng) VT7 截止時(shí)， L5 產(chǎn)生的自感電勢(shì)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(fù)載供電。此時(shí) VT1的 N 溝道 FET 管截止。 為了實(shí)現(xiàn) VT VT 3 的輪流導(dǎo)通，電路中由雙場(chǎng)效應(yīng)管 VT 1 組成驅(qū)動(dòng)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(zhǔn)電壓分壓得到 基準(zhǔn)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(chǔ)能電感能量釋放電流增大，向負(fù)載放電。 C R7 構(gòu)成信號(hào)的有源濾波。 圖 33 是反激式開關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用 UC3842。 共 45 頁(yè) 第 22 頁(yè) (6) 過流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到 %／ V。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。 （ 6） 欠壓鎖定電路 VVLO：開通閾值 16V，關(guān)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(shí)間僅為 50ns 驅(qū)動(dòng)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(guān)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(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)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(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖 22 所示。 （ 3） 極限指標(biāo) 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(biāo)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(guān)電源高頻化、模塊化、數(shù)字化、綠色化等的實(shí)現(xiàn) , 將標(biāo)志著開關(guān)電源技術(shù)的成熟 , 實(shí)現(xiàn)高效率用電和高品質(zhì)用電相結(jié)合。在六、七十年代 , 電力電子技術(shù)完全是建立在模擬 電路基礎(chǔ)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(shè)備固態(tài)化 , 帶來顯著節(jié)能、節(jié)水、節(jié)約材料的經(jīng)濟(jì)效益 , 更可體現(xiàn)技術(shù)含量的價(jià)值。 以上五花八門的開關(guān)穩(wěn)壓電源的品種都是站在不同的角度， 以 開關(guān)穩(wěn)壓電源不同的特點(diǎn)命名的。 型 這種形式的開關(guān)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(guān)變壓器），利用磁場(chǎng)的變化實(shí)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(diǎn)是開關(guān)變壓器必須具有中心抽頭。 （ 3） 按開關(guān)管電流的工作方式劃分 用開關(guān)晶體管把直流變成高頻標(biāo)準(zhǔn)方波。 開關(guān)電源的分類 現(xiàn)在，電子技術(shù)和應(yīng)用迅速的發(fā)展，對(duì)電子儀器和設(shè)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(dòng)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(jìn)入了實(shí)用階段， 70 年代初期開始研制無工頻降壓變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源。例如，高頻電容、開關(guān)管、開關(guān)變壓器、儲(chǔ)能電感等都會(huì)出現(xiàn)新的問題。開關(guān)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(shù)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(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)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(dá) 90%以上； (2) 重量輕。 開 關(guān) 電源 一般多采用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制方式。 開關(guān)電源的基本原理與組成特點(diǎn) 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理 開關(guān)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(shí)際應(yīng)用中 , 調(diào)寬式使用的較多 , 在目前開發(fā)和使用的開關(guān)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(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 本文在介紹了開關(guān)電源的各種工作方式、其優(yōu)劣勢(shì)、設(shè)計(jì)方法及未來發(fā)展方向等的基礎(chǔ)上，對(duì)開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)行設(shè)計(jì)。能 提供信號(hào)的電子設(shè)備叫做信號(hào)源。調(diào)寬式開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本原理如圖 11 所示。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，開關(guān)電源逐步向高頻化方向發(fā)展。由于開關(guān)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(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)式和機(jī)械振子式換流設(shè)備。 70 年代以后，于這種技術(shù)有關(guān)的高頻、高反壓的功率晶體管，高頻電容，開關(guān)二極管，開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展，并且被廣泛應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等領(lǐng)域中，從而使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。進(jìn)一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開關(guān)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(guān)穩(wěn)壓電源。這是采用具有眾多優(yōu)點(diǎn)的開關(guān)電源就顯得更加重要了。 開關(guān)晶體管與 LC 諧振回路將直流變成標(biāo)準(zhǔn)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(guān)管 采用可控硅作為開關(guān)管。 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成半橋的形式。實(shí)際上就是串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源。 共 45 頁(yè) 第 12 頁(yè) 隔離型開關(guān)穩(wěn)壓電源采用直流供電，經(jīng)過開關(guān)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(lì)方法、輸出直流電壓的調(diào)節(jié)方式。 共 45 頁(yè) 第 13 頁(yè) （ 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(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要 , 數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟 , 顯示出越來 越多的優(yōu)點(diǎn) : 便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾 ( 提高抗干擾能力 ) 、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào) , 也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。這幾年 , 隨著通信行業(yè)的發(fā)展 , 以開關(guān)電源技術(shù)為核心的通信用開關(guān)電源 , 吸引了國(guó)內(nèi)外一大批科技人員對(duì)其進(jìn)行開發(fā)研究。 負(fù)載電流 范圍 輸出負(fù)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(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范所給出的指標(biāo)。 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(shí)值反饋和電流平均值反饋兩路， R2 上的電壓反映電流瞬時(shí)值。如果輸出電壓 UO 升高，集成穩(wěn)壓器 TL431 的陰極到陽(yáng)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(duì)地的分流變大， UC3842 的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓 UO 減小。 UC3842 是美國(guó) 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(dòng) /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(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)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(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來時(shí)才重新置位。電源的輸出電壓等級(jí)有三種：＋ 5V、＋ 12V、－ 12V。開關(guān)管電流被 R10 取樣后，經(jīng) R C7 濾波，送芯片 ISENSE 端，當(dāng)反饋信號(hào)值超過閾值 1V 時(shí)，確認(rèn)過載，關(guān)斷電源輸出。死區(qū)時(shí)間的設(shè)定，是為了避免兩只不同功能開關(guān)管形成瞬間共態(tài)導(dǎo)通，造成供電電路短路損壞開關(guān)管。 ③ 腳為高電平保護(hù)輸入端，其輸入電平保護(hù)閾值為 1V。 ⑥ 腳為 PWM 驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端，用以驅(qū)動(dòng) PN 溝道對(duì)管 VTl 組成的移相驅(qū)動(dòng)器。 VT1內(nèi)部由 P 溝道和 N 溝道 FET 對(duì)管組成。使 VT2也截止， L2釋放磁場(chǎng)能量， V2正偏導(dǎo)通， VT 1⑤ 腳漏極輸出高電平經(jīng)過 R7，使 VT 3導(dǎo)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(dǎo)通時(shí)間正比于 L5 存儲(chǔ)能量，因此，控制 VT7 通斷占空比，可以控 共 45 頁(yè) 第 26 頁(yè) 制升壓幅度。當(dāng) VT7 截止時(shí)，L5 產(chǎn)生的自感電勢(shì)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(fù)載供電。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是 DC～ DC 變換器，它包含了開關(guān)電源中的開關(guān)器件、儲(chǔ)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(shè)計(jì)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(cè)輸出電 Un2。 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)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(dòng)工作， 由 ⑥ 端（ output）輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。當(dāng)該腳的電壓超過正常值 達(dá)到 1V(即電流超過 1． 5A)時(shí)， UC3842 的 PWM 比較器輸出高電平，使 PWM 鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。為使環(huán)路得到最佳補(bǔ)償，可測(cè)試環(huán)路的穩(wěn)定度，測(cè)量 I0 脈動(dòng)時(shí)輸出電壓 V0 的瞬態(tài)響應(yīng)來加以判斷。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感以 Vi／ L 的速度充電，把能量?jī)?chǔ)存在 L 中。 升壓斬波電 路 的基本原理 升壓斬波電路的結(jié)構(gòu)如圖 44。 外補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò) 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(shí)會(huì)導(dǎo)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(hù)功能。選擇的 AWG 導(dǎo)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(chǎng)下不易飽和，具有較高的導(dǎo)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(guān)電源上。處于正常 共 45 頁(yè) 第 28 頁(yè) 工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。