【導(dǎo)讀】摘要:以UC3844芯片為控制核心，設(shè)計(jì)并制作了多路輸出反激式開(kāi)關(guān)電源。動(dòng)電路、電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù)電路等。合理選擇、設(shè)計(jì)和分配了開(kāi)關(guān)電源各電路參。計(jì)的樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。

　　

【正文】 ，以峰值電流的一半代替平均電流計(jì)算，再考慮占空比只有 45%，那么電流就還要再小一倍，得出放電電流大約是： 。在 10ms 內(nèi)以 放電，可以放掉的電荷量： )( 3 C???? （ 345） 那么 FVQC 3 ????? ? （ 346） 不過(guò)考慮到鋁電解電容 20%的容量誤差和容量會(huì)隨著時(shí)間推移逐漸減少，這里我選擇 220uF 的電容。在大功率的電源里，這個(gè)電容的存在會(huì)影響電源的功率因數(shù)，所以有的電源設(shè)計(jì)里在電容前會(huì)加上一個(gè)電感來(lái)修正功率因數(shù)，稱(chēng)為 PFC南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 20 （ Power Factor Correction，功率因數(shù)校正），這個(gè)概念相當(dāng)于用電感和電容構(gòu)成一個(gè)串聯(lián)諧振電路，使這個(gè)回路對(duì) 50Hz 的頻率諧振，從而對(duì)外呈現(xiàn)純電阻性質(zhì)的負(fù)載，而不影響功率因數(shù)。 本次設(shè)計(jì)采用了簡(jiǎn)單的橋式整流和一個(gè) 220uF/400V 的鋁電解電容。輸入整流濾波電路如圖 39 所示。 反饋電路設(shè)計(jì) 反饋電路是這個(gè)電源設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常用的有電流反饋回路和電壓反饋回路。在 UC3844 的數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的典型應(yīng)用是通過(guò)饋電繞組向芯片提供電壓的反饋的，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)反饋，采用了 TL431 和 PC817 構(gòu)成一種新型精準(zhǔn)的反饋回路。 V C CO U TV R E FR T / C TV F BI S E NC M P E NG N D76842315U C 3 8 4 4R 1 5 1 0 0 KR 1 04 . 7 KR 1 31 0 KR 1 45 . 1 KC 2 4 1 0 n FV r e fP C 8 1 7O P 1O P 2RO P 1O P 2R 1 73 . 7 KT L 4 3 1R 1 81 0 KR W 15 K1 5 V 圖 310 電壓反饋電路 首先定性地說(shuō)明這個(gè)電路工作的原理，由 R18 和 RW1 組成電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，使 TL431 的 1 腳電壓與電源輸出的電壓相關(guān)。當(dāng)由于負(fù)載消耗電能造成輸出電壓下降，使 TL431 的 1 腳上的電壓低于 時(shí)， TL431 開(kāi)始起作用并在 3 腳吸入電流，這樣光耦 PC817 的發(fā)光管就會(huì)亮起來(lái)，使得 PC817 的光敏管一端開(kāi)始導(dǎo)通流過(guò)電流，并在 R13 上形成反饋電壓送到誤差放大器的輸入端。而誤差放大器的輸出又管著芯片開(kāi)關(guān)輸出的關(guān)斷（ RS 觸發(fā)器的 R 端），這樣直到：輸出電壓達(dá)到 12V 或開(kāi)關(guān)管電流達(dá)到限制或芯片本身限定的占空比的極限。 在此 之前輸出的開(kāi)關(guān)波形都不會(huì)關(guān)斷， MOS 管都會(huì)處于開(kāi)通狀態(tài)。至此完成電壓反饋的過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸出電壓降低時(shí)加大開(kāi)關(guān)波形占空比的目的。 下面是元器件參數(shù)的選擇： R18 和 RW1，一般都是 RW1 用精密可調(diào)電位器。R18 選 10K，這個(gè)比較簡(jiǎn)單，而 RW1 的值應(yīng)該滿(mǎn)足這個(gè)條件： ?????? ??? 1181 RWRV refV out （ 347） 用 Vout=15V， Vref=（ TL431 的參考電壓）， R18=10K 代入計(jì)算 RW1=2K；為了便于調(diào)節(jié)，選擇 5K 的精密可調(diào)電位 器。 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 21 下面是 R17 的值： TL431 正常工作時(shí)， 3 腳的電壓總是 ， PC817 的發(fā)光管的導(dǎo)通電壓為 ，為了讓 PC817 良好工作，應(yīng)該在正常輸出時(shí)讓 PC817 的發(fā)光端有 3mA 的電流，這樣就可以開(kāi)始計(jì)算： 3 KI VVV o utRffr e f ?? ??????? ? （ 348） 按 E24 系列有 的電阻值。 圖中有一個(gè) R 電阻，這是因?yàn)? TL431 有兩種，一種必須有 1mA 的偏置電流，而另一種則只需要 1uA。如果是用 1mA 的類(lèi)型，在輸出電壓比較低時(shí)，可能通過(guò) PC817 的電流無(wú)法滿(mǎn)足 1mA 的偏置電流的要求，此時(shí)需要一個(gè)額外的電阻為 TL431 提供基本的偏置電流。這個(gè)電阻的選擇很簡(jiǎn)單，按 1mA 的電流去算就可以了。本次設(shè)計(jì)的這個(gè)電源是 15V，所以實(shí)際的電路中不用這個(gè)電阻也沒(méi)有問(wèn)題。 在 PC817 的輸出端，由芯片的參考電壓輸出提供電源。這里注意要采用射極電壓輸出的形式，以便保持反饋電壓的相位的正確。關(guān)鍵的是由誤差放大器輸出到反相輸入端的反饋，在這里加一個(gè)電阻適當(dāng)降低電路的增益，再用一個(gè)電容對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償。這個(gè)部分對(duì)單端反激電源很重要，因?yàn)榉醇さ慕Y(jié)構(gòu)使 得電路很容易發(fā)生振蕩，必須對(duì)反饋環(huán)路進(jìn)行相位補(bǔ)償以避免發(fā)生振蕩。電源出來(lái)以后，通過(guò)更換不同值的電容直到電路在各種條件下都不振蕩。 電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù)電路 在功率電路中，電壓的檢測(cè)相對(duì)于電流的檢測(cè)要簡(jiǎn)單和容易得多電壓的檢測(cè)可以很方便地進(jìn)行而不會(huì)對(duì)電路性能產(chǎn)生明顯影響而對(duì)電流的檢測(cè)卻要復(fù)雜得多，電流的檢測(cè)必須引入測(cè)量電流的檢測(cè)器，檢測(cè)器的引入將影響電路的性能根據(jù)具體的電路，選擇合適的電流檢測(cè)方案，并進(jìn)行正確的電路設(shè)計(jì)，是功率電路設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵之一 。 在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，電流檢測(cè)技術(shù)起著至關(guān)重要的作用 。 V C CO U TV R E FR T / C TV F BI S E NC M P E NG N D76842315R 6 1 KC 1 31 0 0 0 P FR 80 . 7 5 Ω / 2 W 圖 311 電流檢測(cè)和過(guò)流保護(hù)電路 本次設(shè)計(jì)中，電流的檢測(cè)采用取樣電阻 R8 的電壓信號(hào)來(lái)完成，經(jīng) R6 和 C13消除尖峰脈沖后送入引腳 3，形成了電流的反饋回路并調(diào)節(jié)輸出脈沖。一旦采樣電壓大于 1V 時(shí)， UC3844 停止輸出，起到保護(hù)電路的作用。如圖 311，其中 R6 和C13 濾波器的時(shí)間常數(shù)通常為幾百納秒 . 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 22 軟啟動(dòng)電路 本 設(shè)計(jì)給電源加上了一個(gè)絕對(duì)必要的保護(hù)手段：軟啟動(dòng)。電路如下圖 312 所示，這種連接方法將使電源獲得軟啟動(dòng)的功能。 芯片輸出的開(kāi)關(guān)波形受到 芯片 1 腳上電壓的限制，將這個(gè)電路連接到 1 腳后，1 腳上的電壓就被 C31 上的電壓所箝位。 C31 是在芯片開(kāi)始工作，有了參考電壓輸出以后再通過(guò)一個(gè) 1MΩ的電阻充電，這樣直到 C31 上的電壓達(dá)到 之前，都會(huì)對(duì)芯片的開(kāi)關(guān)波形有影響。 V C CO U TV R E FR T / C TV F BI S E NC M P E NG N D76842315V r e fR 2 01 MD1 4B A T 5 4C 3 10 .1 u fD 1 5B A T 5 4U C 3 8 4 4 圖 312 軟啟動(dòng)電路 電路中 C31 充電到 用時(shí)大約是 80ms，也就是說(shuō)電源的輸出是在 80ms 內(nèi)平穩(wěn)上升的，這樣可以避免在電源剛開(kāi)始工作時(shí)，由于沒(méi)有電壓反饋，而造成芯片以大占空比工作而導(dǎo)致的輸 出過(guò)沖；此外如果負(fù)載短路使得芯片保護(hù)而 Vref 消失，此時(shí) C31 通過(guò)電容 D14 迅速放電，并在 Vref 恢復(fù)后再次開(kāi)始軟啟動(dòng)的過(guò)程。這樣在負(fù)載短路時(shí)電路就會(huì)受到保護(hù)。 MOS 管瞬態(tài)抑制保護(hù)電路 由于 MOS 管的耐壓實(shí)際上足夠，這個(gè)緩沖電路并不是必須的，但是通常還是需要這個(gè)電路的，會(huì)對(duì) MOS 管起到一些保護(hù)，實(shí)際上這個(gè)緩沖電路的存在為電源的整體可靠性又爭(zhēng)得了一些裕量。 D 2 0 圖 313 保護(hù) MOS 管的緩沖電路 這個(gè)電路的基本原理是：當(dāng) 開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)的瞬間，會(huì)在原邊繞組上激起一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的值前面講過(guò)大概是輸入電壓的 2 倍。此時(shí)如果電路中存在上面的緩沖電路，這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)會(huì)通過(guò)二極管加在電容上對(duì)電容充電，而后電容上的電能再慢慢地通過(guò)電阻釋放掉。因?yàn)殛P(guān)系到原邊變壓器的電感量，這些元件的值留待變壓器設(shè)計(jì)完成后再確定。 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 23 4 系統(tǒng)調(diào)試 該開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)的調(diào)試為硬件部分。一般的方法就是排除明顯的硬件故障，再進(jìn)行綜合調(diào)試。調(diào)試過(guò)程是關(guān)鍵，在調(diào)試過(guò)程中，首先必須明確調(diào)試順序。例如：本設(shè)計(jì)是在 UC3844 系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，所以必須先確定 UC3844 及外圍電路組成的控制電路能否正常工作。接下來(lái)檢查主功率電路及輸出電路。 硬件調(diào)試 拿到 PCB 板后，首先要檢查質(zhì)量，并確保沒(méi)有任何方面的錯(cuò)誤，如短路和斷路，尤其要避免電源短路；元器件在安裝前要逐一檢查，用萬(wàn)用表測(cè)其數(shù)值，看是否與所用相同；完成焊接后，應(yīng)先空載上電（芯片座上不插芯片），并檢查各引腳的電位是否正確。若一切正常，方可在斷電的情況下將芯片插入，再次檢查各引腳的電位及其邏輯關(guān)系。 。 任何組裝好的電子電路，在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線是否有誤。檢查的方法是對(duì)照電路圖，按一定 的順序逐級(jí)對(duì)應(yīng)檢查。特別是注意電源是否接錯(cuò)，電源與地是否有短接，集成電路和晶體管的引腳是否接錯(cuò)，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點(diǎn)是否牢固等。 這個(gè)電路中，還要特別檢查一下一些電解電容有沒(méi)接反，因?yàn)橛玫降碾娙荻急容^大，接反了后通電就會(huì)引起爆炸，很危險(xiǎn)。 。 先調(diào)試好所需電源電壓數(shù)值，然后再給電路接通電源。電源一經(jīng)接通，先要觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，應(yīng)立即關(guān)斷電源，待故障排除后，方可重新接通電源。然后，測(cè)量每個(gè)集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確信集成電路是否已 通電工作。 圖 41為多路輸出反激式開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)實(shí)物圖。 空載輸出電壓波形測(cè)量 如圖所示，空載時(shí)輸出波形如圖 42 和 43 所示， 5V 輸出為 ， 15V 輸出為 ，輸出電壓穩(wěn)定、正常，各路電壓準(zhǔn)確度均較高，說(shuō)明各電路模塊選取的參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。 紋波測(cè)量與分析 紋波系數(shù)是指在額定電流下，輸出紋波電壓的有效值 RMSU 與輸出直流電壓 OU 的比值，計(jì)算公式為 %100??ORMSUU? （ 41） 5V 輸出紋波如圖 44 所示，從波形中可讀出 5V 紋波的大小約為 32mV。計(jì)算 5V 輸出紋波系數(shù)為： 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 24 %%100 ???? （ 42） 15V 輸出紋波如圖 45 所示，從波形中可讀出 15V 紋波的大小約為 65mV。計(jì)算 15V 輸出紋波系數(shù)為： %%100 ???? （ 43） 由下面的紋波測(cè)量數(shù)據(jù)及紋波系數(shù)計(jì)算可以得到，本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源紋波比較小，均小于 80mV，紋波系數(shù)均小于 1%，符合本設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源紋波設(shè)計(jì)要求。 圖 41 多路輸出反激式開(kāi) 關(guān)電源系統(tǒng)實(shí)物 圖 42 空載時(shí) 5V 輸出端輸出波形 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 25 圖 43 空載時(shí) 15V 輸出端輸出波形 圖 44 5V 輸出紋波 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 26 圖 45 15V 輸出紋波 南通農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生畢業(yè)論文 27 5 結(jié) 束 語(yǔ) 拿到課題后，首先查閱了大量相關(guān)資料，再結(jié)合 課程 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)中的要求，進(jìn)行了方案論證，確定了設(shè)計(jì)方案：將 系統(tǒng) 主要 分為 輸入 模塊、 控制 模塊、 輸出 模塊三 部分。 設(shè)計(jì)方案與元器件參數(shù)確定后，就開(kāi)始采購(gòu)元器件，然后進(jìn)行硬件制作。在制作硬件的過(guò)程中，每 制作一步，都要檢查這一步的正確性，可靠性。硬件制作全部完成后，根據(jù)硬件電路圖再次核對(duì)了元器件的型號(hào)，極性，安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路圖一致。 硬件電路制作完畢后， 開(kāi)始調(diào)試 。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜艱難，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，例如 控制芯片工作一會(huì)后發(fā)燙很厲害 ， 實(shí)際輸出與理論不符 等。遇到這些問(wèn)題后，首先檢測(cè)硬件電路，對(duì)硬件電路 的連接 確定無(wú)誤后 若還不對(duì) ， 就要考慮是否參數(shù)選擇不對(duì)，必須重新計(jì)算后再選， 直到出現(xiàn)所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 因?yàn)橐龀?開(kāi)關(guān)電源實(shí)物 ，所以設(shè)計(jì)與調(diào)試的過(guò)程很辛苦，但我體會(huì)更多的是學(xué)到知識(shí)與能力提高之 后的喜悅。大學(xué) 四 年的學(xué)習(xí)過(guò)程中，雖然進(jìn)行了較多的實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)，但多數(shù)是是驗(yàn)證性的，很簡(jiǎn)單，很少有自己的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)，從方案論證、參數(shù)設(shè)計(jì)、器件購(gòu)買(mǎi)、硬件制作所有的過(guò)程都是自己一手完成，能將系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試成功，本人的自信心大大增強(qiáng)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，本人的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專(zhuān)業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，分析和解決實(shí)際問(wèn)題的綜合