【導(dǎo)讀】摘要:以UC3844芯片為控制核心，設(shè)計并制作了多路輸出反激式開關(guān)電源。動電路、電流檢測和過流保護電路等。合理選擇、設(shè)計和分配了開關(guān)電源各電路參。計的樣機進行測試驗證。

　　

【正文】 ，以峰值電流的一半代替平均電流計算，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） 不過考慮到鋁電解電容 20%的容量誤差和容量會隨著時間推移逐漸減少，這里我選擇 220uF 的電容。在大功率的電源里，這個電容的存在會影響電源的功率因數(shù)，所以有的電源設(shè)計里在電容前會加上一個電感來修正功率因數(shù)，稱為 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），這個概念相當(dāng)于用電感和電容構(gòu)成一個串聯(lián)諧振電路，使這個回路對 50Hz 的頻率諧振，從而對外呈現(xiàn)純電阻性質(zhì)的負(fù)載，而不影響功率因數(shù)。 本次設(shè)計采用了簡單的橋式整流和一個 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 反饋電路是這個電源設(shè)計的一個關(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)手冊中給出的典型應(yīng)用是通過饋電繞組向芯片提供電壓的反饋的，為了實現(xiàn)這個反饋，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 首先定性地說明這個電路工作的原理，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， TL431 開始起作用并在 3 腳吸入電流，這樣光耦 PC817 的發(fā)光管就會亮起來，使得 PC817 的光敏管一端開始導(dǎo)通流過電流，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 之前輸出的開關(guān)波形都不會關(guān)斷， MOS 管都會處于開通狀態(tài)。至此完成電壓反饋的過程，并實現(xiàn)當(dāng)輸出電壓降低時加大開關(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，這個比較簡單，而 RW1 的值應(yīng)該滿足這個條件： ?????? ??? 1181 RWRV refV out （ 347） 用 Vout=15V， Vref=（ TL431 的參考電壓）， R18=10K 代入計算 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， 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)該在正常輸出時讓 PC817 的發(fā)光端有 3mA 的電流，這樣就可以開始計算： 3 KI VVV o utRffr e f ?? ??????? ? （ 348） 按 E24 系列有 的電阻值。 圖中有一個 R 電阻，這是因為 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 的類型，在輸出電壓比較低時，可能通過 PC817 的電流無法滿足 1mA 的偏置電流的要求，此時需要一個額外的電阻為 TL431 提供基本的偏置電流。這個電阻的選擇很簡單，按 1mA 的電流去算就可以了。本次設(shè)計的這個電源是 15V，所以實際的電路中不用這個電阻也沒有問題。 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，在這里加一個電阻適當(dāng)降低電路的增益，再用一個電容對信號進行相位補償。這個部分對單端反激電源很重要，因為反激的結(jié)構(gòu)使 得電路很容易發(fā)生振蕩，必須對反饋環(huán)路進行相位補償以避免發(fā)生振蕩。電源出來以后，通過更換不同值的電容直到電路在各種條件下都不振蕩。 電流檢測和過流保護電路 在功率電路中，電壓的檢測相對于電流的檢測要簡單和容易得多電壓的檢測可以很方便地進行而不會對電路性能產(chǎn)生明顯影響而對電流的檢測卻要復(fù)雜得多，電流的檢測必須引入測量電流的檢測器，檢測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方案，并進行正確的電路設(shè)計，是功率電路設(shè)計成敗的關(guān)鍵之一 。 在開關(guān)電源設(shè)計中，電流檢測技術(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 電流檢測和過流保護電路 本次設(shè)計中，電流的檢測采用取樣電阻 R8 的電壓信號來完成，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， UC3844 停止輸出，起到保護電路的作用。如圖 311，其中 R6 和C13 濾波器的時間常數(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 軟啟動電路 本 設(shè)計給電源加上了一個絕對必要的保護手段：軟啟動。電路如下圖 312 所示，這種連接方法將使電源獲得軟啟動的功能。 芯片輸出的開關(guān)波形受到 芯片 1 腳上電壓的限制，將這個電路連接到 1 腳后，1 腳上的電壓就被 C31 上的電壓所箝位。 C31 是在芯片開始工作，有了參考電壓輸出以后再通過一個 1MΩ的電阻充電，這樣直到 C31 上的電壓達(dá)到 之前，都會對芯片的開關(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 軟啟動電路 電路中 C31 充電到 用時大約是 80ms，也就是說電源的輸出是在 80ms 內(nèi)平穩(wěn)上升的，這樣可以避免在電源剛開始工作時，由于沒有電壓反饋，而造成芯片以大占空比工作而導(dǎo)致的輸 出過沖；此外如果負(fù)載短路使得芯片保護而 Vref 消失，此時 C31 通過電容 D14 迅速放電，并在 Vref 恢復(fù)后再次開始軟啟動的過程。這樣在負(fù)載短路時電路就會受到保護。 MOS 管瞬態(tài)抑制保護電路 由于 MOS 管的耐壓實際上足夠，這個緩沖電路并不是必須的，但是通常還是需要這個電路的，會對 MOS 管起到一些保護，實際上這個緩沖電路的存在為電源的整體可靠性又爭得了一些裕量。 D 2 0 圖 313 保護 MOS 管的緩沖電路 這個電路的基本原理是：當(dāng) 開關(guān)管斷開的瞬間，會在原邊繞組上激起一個反電動勢，這個電動勢的值前面講過大概是輸入電壓的 2 倍。此時如果電路中存在上面的緩沖電路，這個反電動勢會通過二極管加在電容上對電容充電，而后電容上的電能再慢慢地通過電阻釋放掉。因為關(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，再進行綜合調(diào)試。調(diào)試過程是關(guān)鍵，在調(diào)試過程中，首先必須明確調(diào)試順序。例如：本設(shè)計是在 UC3844 系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立起來的，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，并確保沒有任何方面的錯誤，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，用萬用表測其數(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。檢查的方法是對照電路圖，按一定 的順序逐級對應(yīng)檢查。特別是注意電源是否接錯，電源與地是否有短接，集成電路和晶體管的引腳是否接錯，輕輕撥一撥元器件，觀察焊點是否牢固等。 這個電路中，還要特別檢查一下一些電解電容有沒接反，因為用到的電容都比較大，接反了后通電就會引起爆炸，很危險。 。 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，測量每個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關(guān)電源系統(tǒng)實物圖。 空載輸出電壓波形測量 如圖所示，空載時輸出波形如圖 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，說明各電路模塊選取的參數(shù)符合設(shè)計要求。 紋波測量與分析 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。計算 15V 輸出紋波系數(shù)為： %%100 ???? （ 43） 由下面的紋波測量數(shù)據(jù)及紋波系數(shù)計算可以得到，本設(shè)計開關(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)計開關(guān)電源紋波設(shè)計要求。 圖 41 多路輸出反激式開 關(guān)電源系統(tǒng)實物 圖 42 空載時 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 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 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)計任務(wù)書中的要求，進行了方案論證，確定了設(shè)計方案：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)計方案與元器件參數(shù)確定后，就開始采購元器件，然后進行硬件制作。在制作硬件的過程中，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了元器件的型號，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， 開始調(diào)試 。這個過程相當(dāng)復(fù)雜艱難，出現(xiàn)了很多問題，例如 控制芯片工作一會后發(fā)燙很厲害 ， 實際輸出與理論不符 等。遇到這些問題后，首先檢測硬件電路，對硬件電路 的連接 確定無誤后 若還不對 ， 就要考慮是否參數(shù)選擇不對，必須重新計算后再選， 直到出現(xiàn)所需要的實驗結(jié)果。 因為要做出 開關(guān)電源實物 ，所以設(shè)計與調(diào)試的過程很辛苦，但我體會更多的是學(xué)到知識與能力提高之 后的喜悅。大學(xué) 四 年的學(xué)習(xí)過程中，雖然進行了較多的實驗與實習(xí)，但多數(shù)是是驗證性的，很簡單，很少有自己的設(shè)計。本次設(shè)計，從方案論證、參數(shù)設(shè)計、器件購買、硬件制作所有的過程都是自己一手完成，能將系統(tǒng)實物調(diào)試成功，本人的自信心大大增強。 通過本次設(shè)計，本人的知識領(lǐng)域得到進一步擴展，專業(yè)技能得到進一步提高，分析和解決實際問題的綜合