【文章內(nèi)容簡介】 （36）（滿足要求）這里選用MPP環(huán)形磁芯，開關(guān)導(dǎo)通的每個周期中，存儲在磁芯的能量為： （37） 據(jù)此估計所需的磁芯大小，選擇磁芯為125的磁芯，其型號為55310A2，這種磁芯的為90mH/1000匝。一次繞組的匝數(shù)為 （38） （取29匝） 輸出電壓（+5V）的二次繞組匝數(shù) （39） （取7匝）其中為最大占空比，這里我們?nèi)?0%。對UC3842供電的繞組匝數(shù)，考慮到正常工作時，該繞組要對UC3842供電所以其匝數(shù)應(yīng)與一次側(cè)相當，在這里取25匝。在這里，二次側(cè)采用自耦變壓器的結(jié)構(gòu)，這樣低電壓輸出端的繞組會包含在高電壓輸出端的繞組中。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， 22AWGUC3842供電繞組 ： 25匝， 23AWG 第4章 控制單元的選擇 UC3842的簡介UC3842電流型脈寬調(diào)制器是由美國Unitrode公司生產(chǎn)。UC384x系列是一種應(yīng)用廣泛的定頻電流模式控制器，力求使用最少的外部元件獲得最大的成本效益。其特點是價格低廉、性能良好、外接線路簡單，并且具有溫度補償、欠壓鎖定、過流限制及過壓保護等功能。能直接驅(qū)動雙極型功率管或場效應(yīng)管，由于在結(jié)構(gòu)上具有電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有所提高，%，工作頻率高達500KHZ，啟動電流小于1mA，正常工作電流為15mA，并可利用高頻變壓器實現(xiàn)與電網(wǎng)隔離。它適用于無工頻變壓器的2080W的小功率開關(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)計選用UC3842型控制芯片。 UC3842的封裝形式UC3842的封裝形式有8腳雙列直插（DIP8）和14腳的表面貼（SO14）兩種。本設(shè)計采用的是DIP8的封裝形式，其外形和管腳排列如圖41所示。圖41 UC3842外形圖和管腳排列圖 UC3842內(nèi)部電路框圖介紹圖43為UC3842的內(nèi)部電路框圖，主要包括振蕩器、脈寬調(diào)制鎖存器、參考穩(wěn)壓器、電流檢測比較器、誤差放大器等。芯片的各個引腳及用法介紹如下 圖42 UC3842內(nèi)部電路框圖1腳COMP：輸出/補償端，誤差放大器的輸出端，外接阻容元件，主要用于對環(huán)路進行補償；2腳VFB：反饋電壓輸入端，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；3腳IS：電流檢測輸入端，通過一個和開關(guān)管串聯(lián)的電阻將流過變壓器初級的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號，將此電壓送入3腳，從而來調(diào)節(jié)脈沖寬度。并且當取樣電壓大于1V時，芯片停止工作，起到保護開關(guān)管作用；4腳RT/CT：定時器端，將RT和8腳Vref連接，CT和地相連，以確定振蕩器的頻率，f =（RT*CT）；5腳GND：公共地端；6腳OUTPUT：推挽輸出端，圖騰柱式輸出，上升下降時間僅為50ns，驅(qū)動能力177。1A；7腳Vcc：直流電源供電端，該芯片的啟動電壓為16V，低壓鎖定門限10V；8腳Vref：基準電壓輸出端，提供5V基準電壓，有50mA的帶載能力。 UC3842的工作原理在UC3842所構(gòu)成的控制電路中，有電壓、電流兩個控制閉環(huán)回路，電壓控制環(huán)是由反饋電壓回饋到誤差放大器。和芯片內(nèi)部基準電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓；電流控制環(huán)是由變壓器初級電流經(jīng)采樣電阻產(chǎn)生的采樣電壓與誤差電壓進行對比，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，調(diào)節(jié)開關(guān)管的通斷，當輸出電壓變低時，就會延長開關(guān)管的導(dǎo)通時間，增大占空比，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。芯片內(nèi)部具體工作過程分析：反饋電壓與基準電壓經(jīng)誤差放大器后，得到的誤差電壓作為門限電壓Ve，與采樣電阻上得到的采樣電壓Vs一起接到電流比較器，當VsVe時，比較器輸出高電平給SR鎖存器復(fù)位端R，則Q為高電平，此時或非門輸出為低電平，開關(guān)管關(guān)斷：隨后R變?yōu)榈碗娖?，S也為低電平，所以Q保持高電平，開關(guān)管保持關(guān)斷；當振蕩器脈沖變?yōu)楦唠娖綍r，或非門的輸出將始終為低電平，開關(guān)管仍舊關(guān)斷，但此時S為高電平Q將變?yōu)榈碗娖?；當振蕩器脈沖再次變換為低電平時，由于S、R均為低電平信號，Q保持低電平狀態(tài)，此時或非門輸出為高電平，開關(guān)管再次導(dǎo)通。如此周期性調(diào)節(jié)，實現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。 UC3842功能介紹（1）振蕩頻率的設(shè)置振蕩器的頻率是由定時元件RT和CT決定的。5V基準電壓通過RT給CT充電，，在CT放電過程中產(chǎn)生一個消隱脈沖保持或非門輸入為高電平，致使輸出低電平，產(chǎn)生一個長度可控的靜區(qū)時間。圖44是RT和振蕩頻率的關(guān)系曲線，圖45是輸出靜區(qū)時間和振蕩頻率的關(guān)系曲線。需要注意的是雖然很多RT和CT的組合都能產(chǎn)生同一頻率，但是只有一種組合可以滿足在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。 圖43 RT和振蕩頻率的關(guān)系曲線圖44 輸出靜區(qū)時間和振蕩頻率的關(guān)系曲線（2）誤差放大器UC3842提供一個有可訪問反向輸入和輸出的全補償誤差放大器。典型情況下變換器輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視，它將引起輸入電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。誤差放大器輸出（管腳1）用于外部回路補償。輸出電壓因兩個二極管壓降而失調(diào)（≈）并在連接至電流取樣比較器的反向輸入之前被三分。這將在管腳1處于其最低狀態(tài)時，保證在輸出（管腳6）不出現(xiàn)驅(qū)動脈沖。（3）電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖存器UC3842作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當峰值電感電流到達誤差放大器輸出/補償（管腳1）建立的門限電平時終止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差控制峰值電感電流。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)，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個與輸出開關(guān)Q1的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入（管腳3）監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平相比較。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳1上的電壓控制，當電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下。（4）欠壓鎖定UC3842采用了兩個欠壓鎖定比較器來保證在輸出級被驅(qū)動之前，集成電路已完全可用。正電源端（VCC）和參考輸出（Vref）各由分離的比較器監(jiān)視。每個都具有內(nèi)部的滯后，以防止在通過他們各自的門限時產(chǎn)生誤輸出動作。VCC比較器上下門限分別為16V和10V。（5）輸出UC3842有一個單圖騰柱輸出級，是專門用來直接驅(qū)動功率MOSFET的，它能提供高達177。、下降時間。還附加了一個內(nèi)部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效，輸出就進入灌電流模式，這個特性使外部下拉電阻不再需要。（6）參考電壓，在TJ=25℃時調(diào)整誤差至：177。%，它首要的目的是為振蕩器定時電容提供充電電流。參考部分具有短路保護功能并能向附加控制電路供電，提供超過20mA的電流。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： (41)假若工作頻率小于20kHz進入音頻范圍則噪聲較大，紋波增大。若開關(guān)頻率較高時，開關(guān)損耗增大，系統(tǒng)效率降低。因此確定工作頻率時要折衷考慮，實際選擇工作頻率為40kHz。RT選值為220K，CT選值為200pF的電容。本文中RT、CT分別為R1C16。第5章 開關(guān)電源設(shè)計 開關(guān)器件的選擇 開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征：
(1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠大于處理信息的電子器件。(2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。 (3) 開關(guān)器件的動態(tài)特性也是很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替實際開關(guān)。 (4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的信號進行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動電路。(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作時一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。 器件TL431TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。，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，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等。 其具體功能可用圖52的功能模塊示意。由圖可看出，接在運放的反相輸入端。由運放特性可知，只有當REF端的電壓十分接近VI時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管，電流將從1到100mA變化，TL431需要最少1mA電流流過才能工作。TL431特點： （1）最大輸出電壓為36V； （2）電壓參考誤差：177。％，典型值@25℃（TL431B）； （3）低動態(tài)輸出阻抗，； （4） ~ 100mA；（5）等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/℃典型； （6）溫度補償操作全額定工作溫度范圍； （7）低輸出噪聲電壓。圖51 TL431的引腳圖52 TL431的功能模塊示意圖 在開關(guān)電源設(shè)計中，一般輸出經(jīng)過TL431（可控分流基準）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動一個光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個電流模式的PWM控制器的開關(guān)時間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。 電力二極管 電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。
(1) 普通二極管(General Purpose Diode) 普通二極管又稱為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時間較長，一般在5s以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達到很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上。 (2) 快恢復(fù)二極管(FRD) 快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管?？焖俣O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)，有的采用改進的PiN結(jié)構(gòu)。采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，F(xiàn)RED)，其反向恢復(fù)時間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低( V左右)，但其反向耐壓多在400 V以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級，前者反向恢復(fù)時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100 ns以下，有的甚至達到20~30 ns。(3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管(SBD)，簡稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點很多，主要是：反向恢復(fù)時間很短(10~40 ns)，正向恢復(fù)過程中不會有明顯的電壓過沖；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；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當反向耐壓提高時，其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200 V以下；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度。 光耦PC817PC817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,PC817光電耦合器不但可以起到反饋作用還可以起到隔離作用。 主要應(yīng)用范圍：開關(guān)電源、適配器、充電器、UPS、DVD、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品。圖53 PC817的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上圖中： 1腳為陽極，2腳為陰極，3為發(fā)射極，4為集電極。特點：電流傳輸比：CTR 最小50%在If=5mA，Vce=5V時輸入和輸出之間的隔絕電壓高Viso（rms）: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 啟動電路和PWM脈沖控制驅(qū)動電路UC3842啟動閾值電壓為16V，輸入為24V直流電，可直接啟動UC3842工作，本次設(shè)計直接將24V輸入經(jīng)電阻接在芯片的7腳上，同時加上一個二極管，濾除芯片工作時產(chǎn)生的震蕩，消除其對輸入電壓的影響。但是考慮到啟動電壓較高，