【正文】 共 45 頁 第 27 頁 第四章 利用 UC3842 設(shè)計(jì)開關(guān)穩(wěn)壓電源 電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 要求該電源在電阻負(fù)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(shí)，電壓調(diào)整率 SU≤2%（ IO=2A）； （ 4） IO從 0 變到 2A 時(shí)，負(fù)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(hù)功能，動(dòng)作電流 IO（ th） =177。輸入經(jīng)負(fù)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。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。 在驅(qū)動(dòng)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。 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。該振蕩器頻率設(shè)定為 120KHz。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。在驅(qū)動(dòng)脈沖 Tn截止后，經(jīng)過設(shè)定的死區(qū)時(shí)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。 反饋比較電 路信號(hào)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。工 作過程是：開關(guān)開通后， V 處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長，電感儲(chǔ)能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過次級(jí)繞組和 V 向輸出端釋放。誤差放大器輸入構(gòu)成主 PWM 控制系統(tǒng) ，可使負(fù)載變動(dòng)在 30％～ 100％時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在 8 ％以下，負(fù)載變動(dòng)在 70％～ 100％時(shí)負(fù)載調(diào)整率在 3％以下。 (2) 啟動(dòng)電壓大于 16 V，啟動(dòng)電流僅 1 mA 即可進(jìn)入工作狀態(tài)。這實(shí)際上是一個(gè)過流保護(hù)電路。 ⑤ 腳為接地端。其特點(diǎn)是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。 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。為了減小漏電流， C C3 宜選用陶瓷電容器。 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(duì)變化的百分值。 ii． 最大輸入－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(biāo)。這些 共 45 頁 第 14 頁 為 21 世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色 開關(guān)電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。 （ 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(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。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(jìn)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。這種電源的特點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)試方便、可靠性高。電路的過壓保護(hù)也是依據(jù)這一部分所提供的取樣信號(hào)來進(jìn)行的。實(shí)際上就是并聯(lián) 型開關(guān)穩(wěn)壓電源。 使用兩個(gè)開關(guān)晶體管，將其連接成推挽功率放大器形式。 通過調(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)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。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(jìn)水平，最根本的是要提高我國的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。 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。但是，當(dāng) 頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路中的元件又有了新的要求。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。 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(xué)家羅耶（ ）首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。 共 45 頁 第 7 頁 圖 12. 開關(guān)電源的特點(diǎn) 開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： (1) 效率高。 開關(guān)電源的基本原理 開關(guān)穩(wěn)壓電源（簡(jiǎn)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(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。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(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求 ,從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。發(fā)電機(jī)能把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能 .發(fā)電機(jī) .電池本身并不帶電 ,它的兩極分別有正負(fù)電荷 ,由正負(fù)電荷產(chǎn)生電壓 (電流是電荷在電壓的作用下定向移動(dòng)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(dāng)電池兩極接上導(dǎo)體時(shí)為了產(chǎn)生電流而把正負(fù)電荷釋放出去 ,當(dāng)電荷散盡時(shí) ,也就 電 荷 流 (壓 )消了 .干電池等叫做電源。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。設(shè)計(jì)分為三個(gè)模塊進(jìn)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(jì)的核心。晶體三極管能把前面送來的信號(hào)加以放大，又把放大了的 信號(hào)傳送到后面的電路中去。 共 45 頁 第 6 頁 圖 對(duì)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。高頻化使開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此，研究、開發(fā)高質(zhì)量的開關(guān)電源就變得十分必要，尤其在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。開關(guān)電源的交流輸入電壓在 90~270 V 內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在 177。由于晶體管直流變換器中的 共 45 頁 第 8 頁 功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制 成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時(shí)被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備上。 （ 2）目前正在克服的困難 隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子的高速發(fā)展、集成度高、功能強(qiáng)的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷的縮小 ，重量在不斷的減輕。 工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用因而串聯(lián)閑心穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且波紋電壓輸出較小。近 10 多年來，我國的許多研 究所、工廠及高等院校已研制出多種型號(hào)的工作頻率在 20KHz 左右、輸出在功率在 1000W 一下的無工頻降壓變氣開關(guān)穩(wěn)壓電源，并應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視等方面，取得了較好的效果。所以，開關(guān)穩(wěn)壓電源在計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等方面都得到了越來越廣泛的應(yīng)用。這種電路的特點(diǎn)是直接輸入交流電不需要一次整流部分。它的特點(diǎn)是適應(yīng)于輸入電壓較高的場(chǎng)合。 （ 8） 按工作方式劃分 所謂可控整流型開關(guān)穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作為調(diào)整開關(guān)，可由交流市電電網(wǎng)直接供電，也可采用變壓器變壓后供電。電路從輸出點(diǎn)取樣，經(jīng)放大器后反饋到開關(guān)控制器，控制驅(qū)動(dòng)電路的工作，最后達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。儲(chǔ)能電感的連接方式、開關(guān)管的器件類型以及串并聯(lián) 的結(jié)構(gòu)等各不相同，但是他們最后總可以歸結(jié)為串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源這兩大類。我們常見的器件模塊 , 含有一單元、 兩單元、六單元直至七單元 , 包括開關(guān)器件和與之反并聯(lián)的續(xù)流二極管 , 實(shí)質(zhì)上都屬于 標(biāo)準(zhǔn) 功率模塊 ( S P M ) 。所以 , 在八、九十年代 , 對(duì)于各類電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來說 , 模擬技術(shù)還是有用的 ,特別是 : 諸如印制版的布圖、電磁兼容 (EMC) 問題以及功率因數(shù)修正 (PFC)等問題的解決 , 離不開模擬技術(shù)的知識(shí) , 但是對(duì)于智能化的開關(guān)電源 , 需要用計(jì)算機(jī)控制時(shí) , 數(shù)字化技術(shù)就離不開了。開關(guān)電源代替線性電源和相控電源是大勢(shì)所趨 , 因此 , 同樣具有幾十億產(chǎn)值需求的電力操作電源系統(tǒng)的國內(nèi)市場(chǎng)正在啟動(dòng) , 并將很快發(fā)展起來。 （ 2） 質(zhì)量指標(biāo) SV 電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，它表征當(dāng)輸入電壓 VI 變化時(shí)直流穩(wěn)壓電源輸出電壓 VO 穩(wěn)定 共 45 頁 第 15 頁 的程度，通常以單位輸出電壓下的輸入和輸出電壓 的相對(duì)變化的百分比表示。 共 45 頁 第 16 頁 第二章 開關(guān)變換電路 濾波電路 輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使 UR2 變化， UR2接入 UC3842 的保護(hù)輸入端 ⑶ 腳，當(dāng) UR2＝ 1V時(shí)， UC3842 芯 片的輸出脈沖將關(guān)斷。同樣如果輸出電壓UO 減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。 UC3842 為 8 腳 雙列直插式封裝 ，其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示。 ⑧ 腳為內(nèi)部 5V 基 準(zhǔn)電壓輸出端，有 50mA 的負(fù)載能力。 （ 7） PWM 鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。 (3) 內(nèi)設(shè) 5 V(50 mA)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng) 2∶ 1 分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。利用 ① 腳和 ③ 腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開 /閉，使鎖存器每個(gè)周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。該電路變換器是一個(gè)降壓型開關(guān)電路。芯片輸出部分由OUT 端驅(qū)動(dòng)單 MOSFET 管， C V3 對(duì)開關(guān)管有電壓鉗位作用。由于 MOSFET管無存儲(chǔ)效應(yīng)，可以將死區(qū)時(shí)間 TD設(shè)置短一些，更利于在穩(wěn)壓電路的控制下大范圍改變脈寬速度，以實(shí)現(xiàn)更大的穩(wěn)壓范圍。在 1V以下，可以控制輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，達(dá)到 1V，則瞬間關(guān)斷輸出脈沖。 ⑦ 腳為供電端，接入 8～ 16V 輸入電壓。當(dāng) IC1⑥ 腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖為高電平時(shí)， VT 1內(nèi)部 P 溝道 FET 管截止， N 溝道 FET 管導(dǎo)通， VT2柵極通過 R VT 1⑦ 腳和 ① 腳得到電壓， VT 2 導(dǎo)通，輸入電壓通過 VT 2 源 ——漏極加到 L2左端，由電源向 L2 存儲(chǔ)磁能，同時(shí)向負(fù)載供電。此部分電路中，利用 MOS FET 管的快速開關(guān)特性對(duì) VT VT3的導(dǎo)通／截止進(jìn)行控制，使VT VT3開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。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(dòng)切換電路 。 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，可以控制升壓幅度。芯片內(nèi)部集成了振蕩器 (由外接電 阻電容來決定頻率 )，誤差比較器， PWM 調(diào)制 器等，有的甚至有保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路。 因?yàn)椴捎萌珮蛘?，所以?222 ??UUn 解此算式可以得到 Un2= 計(jì)算變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的線圈比 N1/N2 電路的輸入電壓是市電交流電壓 220V 所以： N1/N2=Un1/Un2 即： N1/N2=220/= 根據(jù)需要和選擇期間的方便，取 N1/N2= 當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體時(shí) ,電流將集中在導(dǎo)體表面流過 ,這種現(xiàn)象叫集膚效應(yīng)。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時(shí)把能量儲(chǔ)存在變壓器中。這時(shí)， UC3842 的腳 ⑥ 無輸出， MOS管 Q1 截止，從而保護(hù)了電路。 保護(hù)電路 當(dāng) UC3842 的腳 ③ 電壓升高超過 1V或腳 1 電壓降到 1V以下，都可使 PWM比較器輸出高電平，造成 PWM 鎖存器復(fù)位。當(dāng)開關(guān)截