15v開關(guān)電源設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-01-09 01:39 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，這種結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu)。 圖 2 Buck 變換器的基本結(jié)構(gòu) 2. Boost 變換器 。又稱升壓式變換器。 圖 3 Boost 變換器的基本結(jié)構(gòu) 3. 正激式變換器。 圖 4 正激式變換器 的基本結(jié)構(gòu) 4. 反激式變換器 。 圖 5 反 激式變換器 5. 其它 結(jié)構(gòu)的 變換器。此外還有自激式、反轉(zhuǎn)式、 推挽式 等變換器拓?fù)洹? 對(duì)于 本論文 所 設(shè)計(jì)的開關(guān)電源 ，假定 輸入 為 220V/50Hz 交流，輸出為 15V 直流。通過對(duì)上述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)， 相比 于其它的結(jié)構(gòu) ， 反激式 變換器 優(yōu)點(diǎn) 較 多， 其 輸入電壓范圍大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需器件少， 可以實(shí)現(xiàn)隔離作用， 恰好符合本論文所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源 的設(shè)計(jì)要求 ，因此 本論文 采用反激式變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 反激式開關(guān)電源的控制反饋模式 開關(guān)電源主要有兩種控制模式， 分別是 電壓控制 模式 與電流控制 模式 電壓控制模式 電壓控制模式 的原理圖如下圖所示，主要構(gòu)成 單 閉環(huán)電壓反饋 控制系統(tǒng) 。 圖 6 電壓控制模式原理圖 電流控制模式 電流控制模式原理如下圖所示。相比于上一種控制方式， 電流控制模式 是 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)， 具有 電壓調(diào)整率高，響應(yīng)快，輸出 穩(wěn)定 等優(yōu)點(diǎn) ， 并 帶有限電流保護(hù) 。 圖 7 電流控制模式原理圖 到此為止 ， 通過 對(duì)開關(guān)電源電路 以上 的 分析， 我們 決定 變換電路采用 反激式變換器，控制模式選擇 電流模式 PWM 控制。 3 基于 UC3842 的反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì) 主 電路設(shè)計(jì) 主電路主要包括輸入整流濾波電路、開關(guān)變換電路和輸出整流濾波電路三大部分。 輸入整流濾波電路 EMI 濾波電路設(shè)計(jì) 開關(guān)電源的輸入為 220V/50Hz 交流電，其不可避免地?fù)诫s了來自電網(wǎng)的干擾和外部的其它干擾。EMI 濾波電路 的良好設(shè)計(jì) 可以有效地抑制來自電網(wǎng) 干擾 和開關(guān)操作 干擾 以及 環(huán)境中混入的不同噪聲 ，提高 了 系統(tǒng)的抗干擾能力 ，可靠性大為提高 。 EMI 濾波電路的基本電路結(jié)構(gòu)如 圖 8 所示。 圖 8 開關(guān)電源的 EMI 濾波器結(jié)構(gòu) 整流濾波電路設(shè)計(jì) 在眾多整流電路形式中，鑒于橋式整流電路的優(yōu)良特性，我們使用橋式整流電路作為輸入輸出整流電路的形式， 并 配合電感、電容 等基本元器件 組成相應(yīng)的濾波電路。 圖 9 單相橋式全波整流電路及其波形 開關(guān)變換電路 如前面所說， 開關(guān)變換電路是開關(guān)電源系統(tǒng)的核心 和 心臟部分。主要包括功率開關(guān)管的選擇和高頻變壓器的設(shè)計(jì)。 功率開關(guān)管的選擇 功率開關(guān)管的不同的開通和關(guān)斷時(shí)間，將直流電轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)的交流電，是電路的關(guān)鍵性部分。 功率開關(guān)管在電路中通過反饋控制作用 進(jìn)行 快速 的 開通和快速 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換 ， 使得其引起的電能損耗變小。 開關(guān)管 耐壓性 好，工作在 額定電壓和額定電流 下， 在大小功率應(yīng)用場(chǎng)合均有應(yīng)用。 因?yàn)?MOSFET 具有 較小的驅(qū)動(dòng)功率 ，開關(guān)速度 較 快 。所以本文選擇 MOSFET 作為開關(guān)電源的開關(guān)器件。 高頻變壓器設(shè)計(jì) 高頻變壓 器在整個(gè)電源系統(tǒng)中的作用舉足輕重。它不僅傳遞能量到輸出整流濾波電路，而且起著電氣 隔離的作用 較少了電路的互擾。 高頻變壓器性能的 好壞對(duì)電源的運(yùn)行效率影響甚大 ，其設(shè)計(jì)工作是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。 高頻變壓器設(shè)計(jì)需要考慮以下問題： 磁芯損耗。 主要涉及鐵芯材料的選取， 開關(guān)電源的變壓器常用 EI 型磁芯 。 繞組損耗。 減少損耗一直是變壓器設(shè)計(jì)不斷研究的話題。 溫度變化。 合理控制變壓器工作溫度，提高其工作的穩(wěn)定性。 其具體的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)流程如下： 開 始結(jié) 束計(jì) 算 原 邊 繞 組 流過 的 峰 值 電 流計(jì) 算 原 邊 繞 組 的電 感 值計(jì) 算 最 小 占 空 比 選 擇 鐵 芯 尺 寸計(jì) 算 原 邊 繞 組 匝數(shù)計(jì) 算 副 邊 繞 組 的線 徑計(jì) 算 氣 隙 的 長(zhǎng) 度計(jì) 算 副 邊 繞 組 的匝 數(shù) 輸 出 整流濾波電路 輸出整流濾波電路的作用是 是最終系統(tǒng)輸出的最后一道門檻， 其 將高頻 變 壓器 副邊傳遞過來的 交流電 ，通過 輸出 濾波和整流變成干擾較小 且波形 穩(wěn)定 的 直流電壓。 在 小 功率電源中， 我們選擇同輸入整流濾波大致相似的電路。對(duì)于整流作用， 我們通過 并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓 （如 圖 10）。 對(duì)于濾波作用， 輸出濾波電路的作用是濾除 變壓器 副邊 輸出 整流電路輸出的脈動(dòng)直流中的交流成分， 以便 得到平滑的直流輸出。 一般第 ， 采用一級(jí) LC 濾波電路， 當(dāng)然也可以采用兩級(jí) 或多級(jí) LC 濾波電路 獲得更好的效果 高性能 。 圖 10 輸出整流原理 控制電路設(shè)計(jì) 控制芯片選型 UC3842是 Unitrode 公司 推出 的一種 PWM控制 芯片 ， 其內(nèi)部集成 多個(gè) 電路功能 單元 ，具有良好的控制特性， 而且就目前的應(yīng)用來講，其 在 反激式變換器 電路中應(yīng)用較多 。 該芯片 封裝 如 圖 11 所示。 圖 11 UC3842 管腳封裝圖 圖 12 UC3842 的 DIL 封裝外形尺寸 圖 13 UC3842 管腳圖 圖 14 UC3842 內(nèi)部結(jié)構(gòu) UC3842 內(nèi)部集成了用于 PWM 控制的必須模塊，其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成框圖如 圖 14 所示，具體的引腳 功能說明如下： （ 1） 腳 1（ 補(bǔ)償 ） ：用于外部回路 的補(bǔ)償 。 （ 2） 腳 2（ 反饋 ）： 接反饋電路 。 （ 3） 腳 3（ 過流檢測(cè)） ： 取樣電流由此輸入 。該端與電阻配合，可以 實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù) 電路 。 （ 4） 腳 4（ RT/CT）：振蕩器定時(shí)元件接入端。 （ 5） 腳 5（ GND）：信號(hào)地。 （ 6）
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