【正文】 電源概述 開(kāi)關(guān)電源的工作原理 開(kāi)關(guān)電源主要是進(jìn)行交流 /直流、直流 /直流、直流 /交流功率轉(zhuǎn)換的裝置，通過(guò)了對(duì)主變換回路以及控制回路的控制完成一系列的變換。 xx 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 4 圖 22 開(kāi)關(guān)電源的 工作原理 上圖中， a 圖為電路圖， b 圖為波形圖。在各種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。 圖 24 開(kāi)關(guān)電源 的基本組成 圖 25 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn) 開(kāi)關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： (1) 效 率高。因此采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。 推挽式電壓變換器 如圖 27 所示，推挽變換器是由兩個(gè)正激變換器組合而來(lái)。其高頻變壓器的鐵芯只工作在磁化曲線第一象限，而且由于它是正激工作方式，本身不具有磁復(fù)位的功能，因此，為了能防止磁累積造成的磁飽和，需要添加磁復(fù)位電路。 圖 29 半橋變換電路 工作原理：由于 C1=C2，每個(gè)電容上分得 Vin 的一半，當(dāng) Q1 導(dǎo)通 Q2 關(guān)斷時(shí)， VD1正向偏置，工作原理和單端正激式相同；當(dāng) Q2 導(dǎo)通 Q1 關(guān)斷時(shí)，亦是如此。在選擇變壓器時(shí)，由于其涉及到磁芯材料、漏感、功率大小、電感量、溫升、電壓電流等等，所以不像其他元器件一樣可以在電子市場(chǎng)買(mǎi)到，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)。 xx 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 12 剛開(kāi)始，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)可以把一次繞組看作是一個(gè)電 感器件，所以 一次側(cè)最大電感 ： HA sVI TVL pk oninp r i ?? ???? （ 35） 其中 為開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通周期）onT 計(jì)算磁芯功率的吞吐量： 2 2)( pkpriestout IfLP ? （ 36） 2 )( 0 0 0 0 2??? HHz ? ? （滿足要求） 這里選用 MPP 環(huán)形磁芯， 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的每個(gè)周期中，存儲(chǔ)在磁芯的能量為： pkpril ILLIE ?? 2 （ 37） 2)( AH ?? ? ? 據(jù)此估計(jì)所需的磁芯大小， 選擇磁芯為 125 的磁芯，其型號(hào)為 55310A2，這種磁芯的 AL 為 90mH/1000 匝。它適用于無(wú)工頻變壓器的 2080W 的小功率開(kāi)關(guān)電源，其工作溫度為 0+70℃ ，最高輸入電壓為 30V，最大輸出電流為 1A，最大占空比100%，多用于反激式變換器，故本設(shè)計(jì)選用 UC3842 型控制芯片。和芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓；電流控制環(huán)是由變壓器初級(jí)電流經(jīng)采樣電阻產(chǎn)生的采樣電壓與誤差電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的通斷，當(dāng)輸出電壓變低時(shí)，就會(huì)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，增大占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。此放大器具有90dB 的典型直流電壓增益和具有 57o 相位余量的 的增益為 1 帶寬。所用的電流取樣比較器脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個(gè)單脈沖出現(xiàn)在輸出端。 VCC 比較器上下門(mén)限分別為 16V 和 10V。 外圍電路設(shè)計(jì) 工作頻率設(shè)計(jì) 振蕩器頻率由接在 3842 的 4 腳上的電阻 RT 和電容 CT 決定，頻率為： TTCRf? (41) 假若工作頻率小于 20kHz 進(jìn)入音頻范圍則噪聲較大，紋波增大。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替實(shí)際開(kāi)關(guān)。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 歐姆 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電 源，開(kāi)關(guān)電源等。 (1) 普通二極管 (General Purpose Diode) 普通二極管又稱為整流二極管 (Rectifier Diode)，多用于開(kāi)關(guān)頻率不高 (1kHz 以下 )的整流電路中。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短 (10~40 ns)，正向恢復(fù)過(guò)程中不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。 特點(diǎn)： 電流傳輸比： CTR 最小 50%在 If=5mA， Vce=5V 時(shí) 輸入和輸出之間的隔絕電壓高 Viso（ rms） : xx 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 54 PC817 集射電壓 Vce 與正向電流 If 的關(guān)系 圖 55 與 TL431 配合的電源反饋電路 xx 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 22 啟動(dòng)電路 和 PWM 脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) UC3842 啟動(dòng)閾值電壓為 16V，輸 入為 24V 直流電，可直接啟動(dòng) UC3842 工作，本次設(shè)計(jì)直接將 24V 輸入經(jīng)電阻接在芯片的 7 腳上，同時(shí)加上一個(gè)二極管，濾除芯片工作時(shí)產(chǎn)生的震蕩，消除其對(duì)輸入電壓的影響。 普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。快速二極管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用 PN 結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的 PiN 結(jié)構(gòu)。 TL431 特點(diǎn)： （ 1）最大輸出電壓為 36V； （ 2）電壓參考誤差： 177。導(dǎo)通時(shí)，器件 上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開(kāi)關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗。本文中 RT、 CT 分別為 R1C16。還附加了一個(gè)內(nèi)部電路，使得任何時(shí)候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌電流模式，這個(gè)特性使外部下拉電阻不再需要。在這些條件下，電流取樣比較門(mén)限將被內(nèi)部箝位至 。輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（ ≈）并在連接至電流取樣比較器的反向輸入之前被三分。 5V 基準(zhǔn)電壓通過(guò) RT 給 CT 充電，充到 ，在通過(guò)內(nèi)部放電至 ，在 CT 放電過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)消隱脈沖保持或非門(mén)輸入為高電平，致使輸出低電平，產(chǎn)生一個(gè)長(zhǎng)度可控的靜區(qū)時(shí)間。芯片的各個(gè)引腳及用法介紹如下 xx 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 42 UC3842 內(nèi)部電路框圖 1 腳 COMP：輸出 /補(bǔ)償端，誤差放大器的輸出端，外接阻容元件，主要用于對(duì)環(huán)路進(jìn)行補(bǔ)償； 2 腳 VFB：反饋電壓輸入端，管腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； 3 腳 IS：電流檢測(cè)輸入端，通過(guò)一個(gè)和開(kāi)關(guān)管串聯(lián)的電阻將流過(guò)變壓器初級(jí)的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將此電壓送入 3 腳，從而來(lái)調(diào)節(jié)脈沖寬度。這些繞組的匝數(shù)和線規(guī)瑞如下： 輸出端 +5V ： 7 匝 ， 17AWG 輸入端 +24V ： 29 匝， 22AWG UC3842 供電 繞組 ： 25 匝， 23AWG xx 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 14 第 4 章 控制單元 的選擇 UC3842 的簡(jiǎn)介 UC3842 電流型脈寬調(diào)制器是由美國(guó) Unitrode 公司生產(chǎn)。 輸入峰值電流： AV WVKPI ino u tpk ???? （ 34） 其中 反激式電路 的 K 值 取 電源的工作頻率選定為 40KHz(即 sTon ?? ) 設(shè)計(jì)反激式變壓器 反激式變壓器的工作與正激式變壓器不同。全橋變換器也是雙極性變換器，可以自行磁復(fù)位，同時(shí)也存在偏磁現(xiàn)象。多應(yīng)用于中小功率場(chǎng)合。推挽變換器具有磁芯利用率高，脈動(dòng)電壓小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是由于兩只開(kāi)關(guān)管特性不能完全一致，變壓器的磁通會(huì)發(fā)生偏移，造成直流磁偏現(xiàn)象致使磁飽和。反激式變換器的高頻變壓器為保證在能量不完全傳遞的情況下磁芯不飽和，必須加入氣隙，而且又要滿足在二次側(cè)電流不連續(xù)，即在能量沒(méi)有完全傳送的條件下穩(wěn)定輸出電壓 Vout 的要求，也必須增加氣隙來(lái)調(diào)整電感量，而隨之帶來(lái)的缺點(diǎn)就是在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)會(huì)引起電壓尖峰，損害開(kāi)關(guān)管，因此必要時(shí)要在電路中增加吸收電路。2%以下。除此 之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、輸入濾波、輸出采樣 功能指示等電路。由于 PWM 式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此 PWM 式開(kāi)關(guān)電源用得較多。開(kāi)關(guān)電源的工作原理框圖如圖21 所示。隨著各種類型單片開(kāi)關(guān)電源集成電路的問(wèn)世。 總之，伴隨著越來(lái)越廣闊的市場(chǎng)需求，人們對(duì)開(kāi)關(guān)電源的各項(xiàng)性能要求也日益提高，研究人員需要對(duì)新技術(shù)、新材料、新控制方式以及電路拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化整合，才能 不斷提高開(kāi)關(guān)電源的各項(xiàng)性能，生產(chǎn)出市場(chǎng)需求的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。但是隨著開(kāi)關(guān)電源的模塊化、集成化，電源電路將大幅簡(jiǎn)化，可靠性也將大大提高。另外研究人員還致力于研制出體積更小，重量更輕的高頻變壓器，再或者通過(guò)別的方法來(lái)取代電源電路中的變壓器，從而實(shí)現(xiàn)小型化。 我國(guó)無(wú)工頻變壓器 的開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始于 20 世紀(jì) 70 年代初期，當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開(kāi)關(guān)電源技術(shù)還停留在高校和科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段。在這種大背 景下，開(kāi)關(guān)電源以其高效、環(huán)保、安全、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)已成為人們爭(zhēng)相研究的一個(gè)熱點(diǎn)。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。高效率、高功率因數(shù)、低噪音是普遍關(guān)注的品質(zhì)，而安全可靠是必須加以保證的 。高頻開(kāi)關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小和重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。 UC3842 可以直接驅(qū)動(dòng)MOS 管、 IGBT 等，適合于制作 20～ 80W 小功率開(kāi)關(guān)電源。xx 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及創(chuàng)新，使得開(kāi)關(guān)電源這一項(xiàng)技術(shù)也在不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，由于這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端的移動(dòng)，為開(kāi)關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 關(guān)鍵詞 ：開(kāi)關(guān)電源； UC3842；脈寬調(diào)制 xx 基于 UC3842 的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) II Abstract Along with the Power electronic technology development and innovation,it make that technology Switching power supply is always in the way of developing and innovating, whit the cost of inversion points increasingly to the low output power end mobile,make the Switch power supply provide a broad space for development. Power equipment used to achieve the power conversion and power transmission， which is basic to the various electronic devices working normally,and the high freque ncy and high efficient small switching power supply is an inevitable development trend,which is used more and more in munications,militaryequipment,transportacilities,instrumentation,insustrial equipment,household appliances and other ares. Switching power supply use the Modern electronic technology to control the turnon and turnoff time ratio,maintain the stability of the output voltage of Power power supply used by Pulse width modulation(PWM)Control IC and MOSFET. Switching power supply and Linear power parison,they are cost39。開(kāi)關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線形調(diào)整率精度，后者，較電壓控制型有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)電網(wǎng)污染、無(wú)電磁干擾、省電節(jié)能等綠色指標(biāo)是全球范圍的熱門(mén)話題，并由相關(guān)的國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行約束。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(lái)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，