基于uc3842的反激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)word格式源文件(編輯修改稿)
2024-12-23 21:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)成框圖 橋 式 全波 整 流及 濾 波D C — D C變 換 器E M I濾 波交 流輸 入輸 出濾 波1 2 V直 流輸 出閉 環(huán)反 饋 圖 22 系統(tǒng) 構(gòu)成 框圖 湖北師范學(xué)院 2020 屆物理與電子科學(xué)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 各部分電路功能概述 整 體 電路可分為主電路和控制電路兩部分 ： 主電路 ： 由交流輸入 EMI 防電磁干擾電源濾波器、二極管整流與電容濾波、 DC/ DC 功率變換器三個(gè)部分組成。 控制電路 ： 通過(guò)反饋信號(hào)與給定信號(hào)相比較的結(jié)果產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào) , 并對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行隔離與放大 , 以保證能控制與驅(qū)動(dòng)主電路正常工作 , 使得輸出符合要求 , 同時(shí)也起到對(duì)主電路保護(hù)的作用。 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源將來(lái)自市電整流濾波不穩(wěn)定的直流電壓變換成交變的電壓，然后又將交變的電壓轉(zhuǎn)換成各種數(shù)值穩(wěn)定的直流電壓輸出，因此開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源又稱為 DC/DC 變換器（或稱為直流直流變換器）。 DC/DC 變換器是開(kāi)關(guān)電源中最主要的功率變換環(huán)節(jié)。 DC/DC 變換器有輸入輸出無(wú)隔離即直通型和輸入輸出隔離型兩種類型。 直通型 DC/ DC 變換器典型的電路有 Buck (降壓 )型、 Boost (升壓 )型、 Buck— Boost(升降壓 )式和 Cuk 型等幾種類型 。 輸入與輸出隔離型的 DC/DC 變換器典型的電路有單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式等幾種類型。但無(wú)論哪種類型的 DC/DC 變換器的開(kāi)關(guān)電源其基本原理都是開(kāi)關(guān)管工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)下 , 通過(guò)改變開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通 與關(guān)斷的時(shí)間關(guān)系來(lái)改變輸出電壓的。輸出電壓的穩(wěn)定依靠電容電感的濾波和反饋電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本 次設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源為單端反激式， 實(shí)現(xiàn)的是交流 85V~265V /50HZ 寬范圍輸入 ，輸出電壓 12V 最大電流 5A。 電路中 輸入的工頻電通過(guò) EMI 濾波，能夠?qū)?lái)自電網(wǎng)電源線的外來(lái)噪聲進(jìn)行 衰減， 減小電磁干擾， 防止下級(jí)連接的電路或部件以及接于輸出端的設(shè)備產(chǎn)生勿動(dòng)作 。 橋式 全波整流 是將交流電變換成紋波較小的脈動(dòng)直流給 DC / DC變換器提供輸入 。 湖北師范學(xué)院 2020 屆物理與電子科學(xué)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 DC / DC 變換器是整個(gè)電路的核心，也是本設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，它是實(shí)現(xiàn) 開(kāi)關(guān) 電源高效率、小體 積的關(guān)鍵 。 輸出濾波電路是為了將開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)噪聲或輻射噪聲進(jìn)行衰減，不至于對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾 。 閉環(huán)反饋是 選用的是 電壓負(fù)反饋 ，因?yàn)樨?fù)反饋 可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓 的作用，電壓反饋可以 降低輸出阻抗 ，提高帶負(fù)載的能力 。 總體實(shí)現(xiàn)電路圖 系統(tǒng)總體簡(jiǎn)化圖 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)分幾個(gè)模塊，從輸入到輸出方向來(lái)看，分別為 EMI 濾波電路的設(shè)計(jì)，鉗位電路的設(shè)計(jì)，開(kāi)關(guān)控制電路的設(shè)計(jì)，變壓器參數(shù)設(shè)計(jì)，輸出濾波電路設(shè)計(jì)，反饋取樣電路設(shè)計(jì)等構(gòu)成。 EMI 濾波電路 EMI 為電磁干擾的簡(jiǎn)寫， EMI 濾波器作 用是防止電磁干擾， 標(biāo)準(zhǔn)的 EMI濾波器通常由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波電路，其作用是允許設(shè)備正常工作時(shí)的頻率信號(hào)進(jìn)入設(shè)備，而對(duì)高頻的干擾信號(hào)有較大的阻礙作湖北師范學(xué)院 2020 屆物理與電子科學(xué)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 用。 通常 電源線是干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備的主要途徑，通過(guò)電源線，電網(wǎng)的干擾可以傳入設(shè)備，干擾設(shè)備的正常工作，同樣設(shè)備產(chǎn)生的干擾也可能通過(guò)電源線傳到電網(wǎng)上，干擾其他設(shè)備的正常工作。 因此 必須在設(shè)備的電源進(jìn)線處 要 加入 EMI 濾波器。 本系統(tǒng) EMI 濾波電路采用上圖所示電路，因?yàn)樵O(shè)計(jì)輸出的最大功率為60W，屬于中大型功率電路，宜采用上圖所示濾波電路。 鉗位電路 單端反激式開(kāi)關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸入輸出電氣隔離、電壓升／降范圍寬、易于多路輸出、可靠性高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合。然而，反激變換器在功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的瞬間，由于變壓器漏感的存在，會(huì)產(chǎn)生較大的尖峰電壓，這個(gè)電壓可能會(huì)超過(guò)開(kāi)關(guān)管的額定值，從而給變換器帶來(lái)嚴(yán)重危害，同時(shí)在開(kāi)關(guān)管上產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗及電磁干擾。為了消除這些隱患，需要在變壓器原邊側(cè)采用箝位電路和在開(kāi)關(guān)管上并聯(lián)緩沖電路，這里采用 RCD 網(wǎng)絡(luò)作為反激電路的箝位電路和開(kāi)關(guān)管的緩沖電路。 具體參數(shù)的設(shè)計(jì)要等變壓器的參數(shù)確定以后才可以確定 ，后面會(huì)講怎樣計(jì)算 R1， C1 和 D1 參數(shù)的計(jì)算。 湖北師范學(xué)院 2020 屆物理與電子科學(xué)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 開(kāi)關(guān)控制電路 本設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)信號(hào)由 UC3842 芯片的第 6 引腳提供，它產(chǎn)生 PWM 控制信號(hào)給 NMOSFET 管。 UC3842 是一種高性能的固定頻率電流模式控制器，專門為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的理想器件。 UC3842 管腳圖： 芯片功能說(shuō) 明： UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有 8 個(gè)引腳，各腳功能如下： ① 腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性； ② 腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電湖北師范學(xué)院 2020 屆物理與電子科學(xué)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度； ③ 腳為電流檢測(cè)輸入端， 當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò) 1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)； ④ 腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=(RTCT)； ⑤ 腳為公共地端； ⑥ 腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降 時(shí)間僅為 50ns 驅(qū)動(dòng)能力為 177。1A ； ⑦ 腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為 15mW； ⑧ 腳為 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有 50mA 的負(fù)載能力。 變壓器參數(shù)設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)電源比較核心的問(wèn)題就是高頻變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在針對(duì)設(shè)計(jì)要求我們來(lái)一步步設(shè)計(jì)每個(gè)參數(shù) 工作頻率和最大占空比 的 確定 選定開(kāi)關(guān)頻率 f=100kHz，則周期 10T us? 。因?yàn)閷捿斎朔秶?若電路工作于連續(xù)模式將發(fā)生振蕩，因此必須讓它工作于電流斷續(xù)模式，為了保證電路工作于電流斷續(xù)模 式，需要 保證整個(gè)
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