【正文】 ............................................ 32 電路整體分析 ........................................................................................... 37 第五章 電源的測試及仿真 .......................................... 38 仿真軟件 Multisim 10 概述 ................................................................... 38 共 45 頁 第 4 頁 電路測試 ................................................................................................. 38 仿真結(jié)果 .............................................................................................. 40 設(shè)計問題及解決方法 ...................................................................... 42 總 結(jié) ............................................................ 43 參考資料 .......................................................... 44 致 謝 ............................................................ 45 共 45 頁 第 5 頁 第一章 開關(guān)電源簡介 開關(guān)電源的發(fā)展背景 電源 [power supply。 power source] 向電子設(shè)備提供功率的裝置。由此可知 , 當(dāng) Um 與 T不變時 , 直流平均電壓 U0 將與脈沖寬度 T1 成正比。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護電路，因此當(dāng)電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠； (5) 功耗小。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的，并且開關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開關(guān)變壓器以后，才能使之有一組輸入得到極性、大小各不相同得多組輸出。許多年來，雖然我國在無工頻將開關(guān)穩(wěn)壓電源方面做了巨大的努力，并取得了可喜的成果，但是，目前我國的開關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)與一些先進的國家相比仍然有角的差距。 （ 6） 按晶體管的連接方式劃分 共 45 頁 第 11 頁 僅使用一個晶體管作為電路中的開關(guān)管。 斬波型開關(guān)穩(wěn)壓電源是指直流供電，輸入直流電壓加到開關(guān)電路上，在開關(guān)電路的輸出端得到單向的脈動直流，經(jīng)過濾波得到與輸入電壓不同的直流輸出電壓。所以當(dāng)我們把頻率從工頻 50Hz 提高到 20kHz,提高400 倍的話 , 用電設(shè)備的體積重量大體下降至工頻設(shè)計的 5 ~ l 0 % 。事實上 ,許多功率電子節(jié)電設(shè)備 , 往往會變成對電網(wǎng)的污染源 : 向電網(wǎng)注入嚴(yán)重的高次諧波電流 ,使總功率因數(shù)下降 , 使電網(wǎng)電壓耦合許多毛刺尖峰 , 甚至出現(xiàn)缺角和畸變。它表征當(dāng)輸入電壓不變時，直流穩(wěn)壓電源對由于負載電流（輸出電流）變化而引起的輸出電壓的波動的抑制能力，在規(guī)定的負載電流變化的條件下，通常以單位輸出電壓下的輸出電壓變化值的百分比來表示直流穩(wěn)壓電源的電流調(diào)整率。兩種過流保護互為補充，使電源更為安全可靠。 UC3842 的引腳及其功能 U c 3 8 4 2V c c7V r e f8R t / C t4V f b2C o m p1O u t6G n d5I S E N S E3 圖 3－ 1 UC3842 的引腳 UC3842 的引腳 如圖 3－ 1 所示 ，其中： ① 腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和 共 45 頁 第 20 頁 頻率特性 。200mA，峰值可達 177。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過 ④ 腳引入外同步。 設(shè)驅(qū)動脈沖在 Tn 期間，變換器開關(guān)管導(dǎo)通，向電感存儲磁能。 ④ 腳為內(nèi)部振蕩器的外接定時電路端子， 5V 基準(zhǔn)電壓通過電阻向電容器 C10 充電。在 VT2導(dǎo)通的同時， VT 1導(dǎo)通，其 ⑦ 腳和 ① 腳將 VT 3柵源極短路，使 VT3 截止。 UC3842在該開由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖 35。當(dāng)取樣的電流超過指定的范圍，立即切斷負載，或者降低輸出電壓，然后過一段時間再自動啟動，接上負載，由繼電器來控制負載的連通性。同時反饋線圈向 UC3842 供電。 電路輸出部分的設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求，輸出電路部分采用升壓式斬波電路。根據(jù) UC3842 關(guān)閉特性，可以很容易在電路中設(shè)置過壓保護和過流保護。根據(jù)同名端標(biāo)識情況，此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。 圖 35 由 UC3842 組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖 35 中，升壓電路由 UC3842 為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。電流呈線性增長。在圖 412 中，由電流互感器 T1 對開關(guān)管 VT2 導(dǎo)通電流取樣，經(jīng) V1 整流， R R6 分壓后，送入集成電路 ⑵ 腳作為開關(guān)管過流保護。 共 45 頁 第 23 頁 圖 33 UC3842 組成的反激式電源 UC3842 控制的同步整流電路 圖 3－ 4 為使用它激式驅(qū)動電路 UC3842 組成的 5V／ 10A 開關(guān)穩(wěn)壓電源。因此，電路的抗干擾性極強，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，提高了可靠性。另外， VCC 與 GND 之間的穩(wěn)壓管用于保護，防止器件損壞。主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差放大器和適用于驅(qū)動功率 MOSFET 的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。通過調(diào)節(jié) R R2 的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期比較，屬于限流式保護。電壓調(diào)整率公式見圖 2－ 2－ 1。 （ 4） 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 : 首先是顯著節(jié)電 , 這意味著 發(fā)電容量的節(jié)約 , 而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因 , 所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染 。 穩(wěn)壓 開關(guān)電源的發(fā)展趨勢 隨著穩(wěn)壓開關(guān)電源的發(fā)展，技術(shù)日益成熟， 發(fā)展的方向也各不相同，但總的有以下四種方向。（這種供電方式在開關(guān)穩(wěn)壓電源剛興起的初期常常采用，目前基本上不太采用。 （ 5） 負載的連接方式劃分 儲能電感串聯(lián)在輸入與輸出電壓之間 。工作頻率為 100KHz~~200KHz 的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源于 80 年代初期就已開始試制， 90 年代初期就已試制成功。所有從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)變壓器還感到不是十分理想，他們正致力于研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途徑來取代開關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備為小型化的需要。2%以下。其中有 :U0=UmT1/T 式中 , Um 為矩形脈沖的最大電壓值 。確定電路設(shè)計方案后，使用 Multisim 10 對電路進行仿真，并對電路的參數(shù)進行配比，盡量使電路的參數(shù)達到最佳、使輸出電壓趨于穩(wěn)定，從而達到設(shè)計要求。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。這樣 , 只要設(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄 , 就可以達到穩(wěn)定電壓的目的。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在 20 kHz 以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散 熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性。要進一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的 工作頻率 。此外，這些年來，我國雖然把無工頻變 壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率從數(shù)十 KHz 提高到數(shù)百 KHz，把輸出功率由數(shù)十瓦提高到數(shù)千瓦，但是，由于我國半導(dǎo)體技術(shù)與工藝跟不上時代的發(fā)展，導(dǎo)致我們自己研制和生產(chǎn)出的無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管大部分采用的仍是進口的晶體管。這種電路的特點是價格低、電路結(jié)構(gòu)簡單，單輸出功率不能提高。電路還從輸出電壓取樣，經(jīng)過比較、放大，控制脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖信號，用以控制調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通時間和截止時間的長短或開關(guān)的工作頻率，最后達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。無論是逆變式整流焊機 , 還是通訊電源用的開關(guān)式整流器 , 都是基于這一原理。 2 0 世紀(jì)末 , 各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生 , 有了多種修正功率因數(shù)的方法。 iii． 紋波抑制比 SR 紋波抑制比反映了直流 穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰－峰值與輸出紋波電壓峰－峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示，但是有時也可以用百分數(shù)表示，或直接用兩者的比值表示。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個電源的效率。 ② 腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度； ③ 腳為 PWM 比較器的另一輸入端，當(dāng)檢測電壓超過 l V 時停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)； ④ 腳為定時電容 CT 端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=／ (RTC T)。1 A。 ④ 腳和 ⑧ 腳外接 RT、 CT 構(gòu)成定時電路， CT的充電與放電過程構(gòu)成一個振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出： TTTT RCCRTcf 11 ??? （ 31） UC3842 的典型應(yīng)用電路 反激式開關(guān)電源 反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。存儲能量正比于 Tn 的脈沖寬度。 R C10 設(shè)定振蕩器的脈沖頻率。在 L2 存儲能量期間， VT2 也反偏截止。儲能電感 L開關(guān)管 VT7 組成斬波式開關(guān)穩(wěn)壓器， UC3842 構(gòu)成開關(guān)控制電路。 具體電路設(shè)計 啟動電路 啟動電路圖如圖 42，輸入的 220V 交流電經(jīng)過橋式整流以及 C1C2 濾波過后變成脈動的直流電壓，此 電壓經(jīng)通過電阻 R2 分壓給 UC3842 提供啟動電壓，當(dāng)電壓達到 16v 時達到芯片的啟動電壓， UC3842 開始工作并提供驅(qū)動脈沖， uc3842 的啟動電壓大于 16 V，啟動電流僅 1 mA 即可進入工作狀態(tài)。 UC3842 內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別為 16V 和 10V，電源電壓接通之后，當(dāng) ⑦ 端電壓升至 16V 時UC3842 開始工作，啟動正常工作后，它的消耗電流約為 15mA。這一部分電路由電感、續(xù)流二級管、電容及負載電阻組成。 保護電路 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。高電壓脈沖期間，場效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時把能量儲存在變壓器中。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，有的甚至有保護電路和驅(qū)動電路。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 自動切換電路 。當(dāng) IC1⑥ 腳輸出驅(qū)動脈沖為高電平時， 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 存儲磁能，同時向負載供電。在 1V以下，可以控制輸出驅(qū)動脈沖的脈寬，達到 1V，則瞬間關(guān)斷輸出脈沖。芯片輸出部分由OUT 端驅(qū)動單 MOSFET 管， C V3 對開關(guān)管有電