【文章內(nèi)容簡介】 小的2i時間是 ，則流過 Ns 的電流增量為t? （ 22）tLUio??2開關(guān)管 S 截止期間， Np 上感應(yīng)電壓與電源電壓 一起加在開關(guān)管 S 的inDS 級上，DS 級承受的電壓為 （ 23）spoinDSNU??2．連續(xù)工作模式如果電流連續(xù)， ，輸出電壓的表達式為Ttof)1(??DNUpsio? （ 24）TLITLDII inopsino 11(max)1 22????3．斷續(xù)工作模式S 導(dǎo)通期間，變壓器初級繞組儲存的能量 ，所以電源輸入/2(max)1IWj?功率 為iP （ 25）2(ax)1ILTPji?如果電流斷續(xù)，S 導(dǎo)通時起始電流為 0，則 ，假設(shè)電路沒有oniTLU1(max)1?損耗，輸入功率 應(yīng)與輸出功率 相等，設(shè)輸出負載電阻為 ，則有i o R （ 26）LoniRTUP212?從而可以得到斷續(xù)模式輸出電壓的表達式為 （ 27）TLRUonio12?由式（27 ）可知，在斷續(xù)模式下，輸出電壓與輸入電壓和導(dǎo)通時間成正比，與負載電阻的平方根成正比。因此，斷續(xù)模式下負載不能開路。 [4]第 三 章 系 統(tǒng) 設(shè) 計 技 術(shù) 指 標本課題是針對現(xiàn)代電子設(shè)備對供電電源的需求，以 220V 市電為能源供應(yīng)，經(jīng)整流濾波、高頻變壓器、再經(jīng)過輸出整流濾波，得到電子設(shè)備所需的 5V、?12V、+24V 等電壓。本課題設(shè)計的電源主電路拓撲采用單端反激式變換器結(jié)?構(gòu)，采用 UC3844 作為 PWM 主控 IC，以實現(xiàn)電壓和電流的雙閉環(huán)控制，從而提高負載調(diào)整率，電壓調(diào)整率，以達到電子設(shè)備對電源電壓穩(wěn)定性的要求，本電源開關(guān)頻率設(shè)定在 50kHz，同時輸出 7 路相互隔離的電壓。技術(shù)指標如下：1．輸入：AC185~250V，50/60Hz2．輸出： 5V/（4 路）， 12V/1A，+24V/1A??3．開關(guān)頻率：50kHz4．效率：大于 80%5．輸出文波：最大 100mV（峰峰值）6．輸出精度： 5V， 12V：最大 5%??24V：最大 10%7．最大占空比：45% 黑 箱 設(shè) 計1．總輸出功率： =58WoutP2．估算輸入功率： = =?t3．直流輸入電壓： = = VilV2185?AC6D= = Vinh03544．平均輸入電流：a．最大平均輸入電流： = =b．最小平均輸入電流： = =5．估算峰值電流： = =6．散熱：根據(jù) MOSFET 反激式變換器經(jīng)驗方法：損耗的 35%是由 MOSFET 產(chǎn)生的，損耗的 60%是由整流部分產(chǎn)生的，5% 是由其他部分產(chǎn)生的。 效率 80%時的損耗為 。a．MOSFET： =b．整流部分： = = = 開 關(guān) 電 源 電 路 圖設(shè)計的完整開關(guān)電源電路圖如下：N T C RF UG N DA C 1A C 2V S R C 1 C 2C 5C 3 C 4L 1D 1D 2D 3D 4G N D+ V oG N D+ 5 VG N DG N DG N DG N DG N DG N D 5 V 5 V+ 1 2 V 1 2 V+ 2 4 V+ 5 V+ 1 2 V + 2 4 VC 6 C 7C 1 5 C 1 6C 1 7 C 1 8C 1 9 C 2 0C 2 1 C 2 2C 2 3 C 2 4C 2 5C 2 6R 1 R 2R 3R 8R 9R 1 0R 1 1 R 1 2 R 1 3D 6D 7D 8D 9D 1 0D 1 1D 1 2D 1 3T L 4 3 1P C 8 1 7T+ V oL 3L 4L 5L 6L 7L 8C 8C 9C 1 0C 1 1C 1 2R 4R 5R 6R 7D 1 4D 1 5U C 3 8 4 412345678+12VR 1 4C 2 7+ 5 VG N DC 1 3 C 1 4D 5L 2R 1 5R 1 6圖 31 本 設(shè) 計 開 關(guān) 電 源 電 路 圖 關(guān) 鍵 元 器 件 的 選 擇 與 設(shè) 計 控 制 器 芯 片 UC3844UC3844 PWM 控制 IC 是高性能頻率固定的電流型 PWM 控制器，它為實際設(shè)計提供了一種電路簡單、外圍元件少、帶負載能力強而又經(jīng)濟的解決方案。這種控制 IC 的特點是：有一個可微調(diào)的振蕩器，用來精確地控制占空比；有一個經(jīng)過高溫補償?shù)幕鶞孰妷海灰粋€高增益誤差放大器和一個電流感應(yīng)比較器；一個適用于功率 MOSFET 的圖騰柱大電流推挽輸出以及過壓過流保護功能。 UC3844 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 及 管 腳 功 能圖 32 UC3844 的 引 腳 圖 圖 33 UC3844 的 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu)該芯片雖然只有 8 個管腳，但是卻有兩個閉環(huán)控制回路，一個為內(nèi)部誤差放大器所構(gòu)成的電壓閉環(huán)控制回路，它將輸出電壓反饋到第 2 管腳，同 基準電壓比較，形成誤差電壓。另一個為內(nèi)部電流感應(yīng)比較器所構(gòu)成的電流閉環(huán)控制回路，變壓器初級繞組中的電流在反饋電阻 Rs 上產(chǎn)生的壓降，通過第 3腳，與誤差電壓進行比較，調(diào)節(jié) PWM 波的占空比。這兩個控制回路都是在固定頻率下工作的。1 腳為補償端，該管腳為誤差放大器的輸出，外接 RC 網(wǎng)絡(luò)對誤差放大器的頻率響應(yīng)進行補償。2 腳為電壓反饋端，取樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端，與 的基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓。3 腳為電流檢測輸入腳，外接電流檢測電阻，將流過初級繞組上的電流實時反饋到控制器，當 3 腳電壓等于或高于 1V 時，電流檢測比較器輸出高電平，復(fù)位 PWM 鎖存器，從而關(guān)閉輸出脈沖，起到過流保護作用。4 腳外接定時 RC 網(wǎng)絡(luò)，用以確定振蕩器的工作頻率，其頻率通過式確定。)(?5 腳是地，是控制電路和電源的公共地。6 腳為輸出端，采用圖騰柱式輸出，最大峰值電流為 1A，能直接驅(qū)動功率MOSFET 的柵極。7 腳為集成電路的正電源，其開啟電壓為 16V，關(guān)閉閥值為 10V。一旦芯片開始工作，該芯片就能在 1016V 之間波動的電源供電條件下正常工作，6V的差值電壓可有效地防止電路在給定工作電壓附近振蕩。當開關(guān)電源通電瞬間，高壓直流電通過一個大阻值的電阻降壓供給 UC3844，當 7 腳的電壓大于 16V時，芯片立即啟動，此時啟動電流小于 1mA，此時無輸出，6 腳輸出正脈沖，使變壓器也啟動工作，變壓器一路輸出繞組專門給 UC3844 供電，以保持芯片繼續(xù)正常工作，此時的工作電流約為 15mA。在第 7 腳設(shè)有一個 34V 的齊納管穩(wěn)壓管，用于保證其內(nèi)部電路絕對工作在 34V 以下，防止高壓可能帶來的損壞。8 腳為基準電壓輸出，產(chǎn)生精確的+5V 基準電壓，并具有一定的帶載能力，帶載能力可達 50mA。通常我們通過測量該腳是否有穩(wěn)定的+5V 輸出來判斷該IC 是否正常工作。UC3844 的最大的優(yōu)點就是外圍元件少，外電路裝配簡單，且成本低，適用于 20~100W 小功率開關(guān)電源的驅(qū)動電路設(shè)計。 UC3844 的 特 點UC3844 具有如下特點：(1)電壓調(diào)整率(抗電壓波動能力) 非常好(2)有很好的負載調(diào)整率(3)頻響特性好，穩(wěn)定幅度大(4)過流限制特性好(5)具有過壓保護和欠壓鎖定功能。(6)UC3844 控制的開關(guān)電源工作占空比 D50%[5] 線 性 光 耦 合 器 PC817光電耦合器是以光為媒介來傳播電信號的器件。通常是把發(fā)光器（發(fā)光二極管 LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)如圖 34。當輸入端加電信號時，發(fā)光器（發(fā)光二極管）發(fā)出強弱光線，照射在受光器（光敏晶體管）上，受光器接受強弱不同的光線后導(dǎo)通程度也不同，產(chǎn)生不同強度的電流從輸出端輸出，實現(xiàn)了“電光 電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦只能傳輸開關(guān)信號，不能傳輸模擬信號。線性光電耦是一種與普通光耦不同的新型光電轉(zhuǎn)換器件，它可以傳輸模擬電壓或電流信號，輸入信號的強弱不同，發(fā)光器產(chǎn)生相應(yīng)強弱的光信號，從而使受光器的導(dǎo)通程度也隨光信號強弱的不同而輸出的電壓或電流強度也隨之不同并具有線性的對應(yīng)關(guān)系。 PC817 屬于線性光電耦合器，可以傳輸模擬信號。 [7]PC817 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 34 所示：圖 34 PC817 內(nèi) 部 框 圖圖 35 為 PC817 集電極發(fā)射極電壓 V 與發(fā)光二極管正向電流 的關(guān)系：fI圖 35 PC817 集 電 極 發(fā) 射 極 電 壓 V 與 發(fā) 光 二 極 管 正 向 電 流 關(guān) 系fI 可 調(diào) 精 密 并 聯(lián) 穩(wěn) 壓 器 TL431本課題所設(shè)計的基準電壓和反饋電路采用三端穩(wěn)壓器 TL431 構(gòu)成。在反饋電路中用 TL431 與輸出采樣電壓進行比較，再通過光電耦合器 PC817 把電壓反饋到 UC3844 的電壓反饋端。TL431 是 ～36V 可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其價格低廉，可廣泛應(yīng)用于精密線性穩(wěn)壓電源和單片精密開關(guān)電源中。它可以輸出 ~36V 連續(xù)可調(diào)電壓，工作電流范圍寬達 ～100mA，動態(tài)電阻典型值為 歐，輸出雜波低。TL431 的電路圖形符號和基本接線如圖 36 所示。圖 36 TL431 的 電 氣 符 號 圖 和 等 效 電 路 圖圖中，A 為陽極，需接地使用；K 為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；是輸出電壓 的設(shè)定端，根據(jù) ，外接電阻分壓器選擇refUo refoUR)/(21??不同的 和 的值可以得到從 ~36V 范圍內(nèi)連續(xù)輸出電壓。需要注意的是，1R2在選擇電阻時必須保證陰極電流要大于 1mA，以保證 TL431 正常工作。 [6] 高 頻 變 壓 器 的 設(shè) 計 高 頻 變 壓 器 作 用高頻變壓器是開關(guān)電源的重要組成部件，它不僅是能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)闹饕骷?，而且能夠?qū)崿F(xiàn)輸入與輸出的電器隔離。其性能的好壞不僅影響變壓器本身的效率和發(fā)熱量，而且還會對開關(guān)電源的整體性能和可靠性產(chǎn)生極大的影響。因此，全面分析設(shè)計變壓器的材料、損耗、磁通密度、制造工藝就顯得尤為重要。當控制 IC 輸出一個導(dǎo)通脈沖到 MOSFET 的柵極時，MOSFET 飽和導(dǎo)通，變壓器初級繞組中電流逐漸增加，而此時初級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使輸出回路的整流二極管截止，次級繞組中無電流，能量以磁能的形式存儲在初級繞組中。當截止脈沖到來時，根據(jù)楞次定律，次級產(chǎn)生與之前方向相反的感應(yīng)電壓，使整流二極管立即導(dǎo)通，次級線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓向輸出濾波電容充電，即把能量從初級繞組傳遞到次級的輸出電容中，并給負載供電。變壓器周而復(fù)始的經(jīng)歷上述能量的存儲轉(zhuǎn)換過程，從而實現(xiàn)了能量的傳輸。 高 頻 變 壓 器 的 設(shè) 計選擇變壓器的磁芯及材料用于開關(guān)電源的高頻變壓器磁芯都是鐵磁合金，實際應(yīng)用的磁芯材料有鐵氧體、超微晶合金等。選擇磁芯時最重要的考慮因素是在工作頻率點處的損耗和磁密，因此正確的選擇高頻變壓器磁芯，對變壓器性能發(fā)揮至關(guān)重要?？紤]到價格的因素，本設(shè)計選用國產(chǎn) NCDLPZ