【導讀】電氣自動化專業(yè)畢業(yè)論文--直流開關(guān)電源設(shè)計。源的優(yōu)點并對其當前的發(fā)展以及在發(fā)展中存在的問題進行了描述然后在對開關(guān)。電源的整體結(jié)構(gòu)進行了介紹的基礎(chǔ)上對開關(guān)電源的主回路和控制回路進行設(shè)計。在主回路中整流電路采用單相橋式功率轉(zhuǎn)換電路采用單端正激功率轉(zhuǎn)換電路采。用增加副邊繞組的方法實現(xiàn)多路輸出其中功率轉(zhuǎn)換電路DCDC變換器是開關(guān)電源。的核心部分對此部分進行了重點設(shè)計控制電路采用PWM控制控制器采用UC3824. 設(shè)計了過壓保護電路電壓檢測電路和電流檢測電路對各個部分的參數(shù)進行了計。算并進行了元器件的選型。關(guān)鍵詞DCDC變換器PWM控制整流濾波。21整流電路的選擇5. 22防止電流沖擊的設(shè)計7. 31控制方式的選擇11. 33單端正激變換器的設(shè)計15. 生線圈P2的工作原理17. 峰值電流模式控制25. 領(lǐng)域程控交換機通訊電子檢測設(shè)備電源控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)。護電路噪聲濾波器等組成部分反饋回路檢測其輸出電壓并與基準電壓比較其誤。的技術(shù)含量大大提高使之更加可靠成熟經(jīng)濟實用

　　

【正文】 的控制電壓值 Vc 由輸出電壓與基準電壓的差值放大得到它控制開關(guān)器件的關(guān)斷時刻第二個較低電壓值 Vch 由控制電壓 Vc 減去一個固定電壓值 Vh 得到 Vh叫做滯環(huán)帶 Vch 控制開關(guān)器件的開啟時刻滯環(huán)電流模式控制是由輸出電壓值 Vout控制電壓值 Vc 及 Vch三個電壓值確定一個穩(wěn)定狀態(tài)比電流模式控制多一個控制電壓值 Vch 去除了發(fā)生次諧波振蕩的可能性其優(yōu)點①不需要斜波補償②穩(wěn)定性好不容易 因噪聲發(fā)生不穩(wěn)定振蕩缺點①需要對電感電流全周期的檢測和控制②變頻控制容易產(chǎn)生變頻噪聲相加模式控制 PWM Summingmode control PWM 與電壓模式控制有些相似但有兩點不同一是放大器 ea 是比例放大器沒有電抗性補償元件控制電路中電容 C1 較小起濾除高頻開關(guān)雜波作用主電路中的較小的濾波電路也起減小輸出高頻雜波作用若輸出高頻雜波小的話均可以不加因此電壓誤差放大沒有延時環(huán)節(jié)電流放大也沒有大延時環(huán)節(jié)二是經(jīng)過濾波后的電感電流信號 Vi 也與電壓誤差信號 Ve 相加在一起構(gòu)成一個總和信號 V∑與三角鋸齒波比較得到 PWM 控制脈沖寬度相加模式控制 PWM 是單環(huán)控制但它有輸出電壓輸出電流兩個輸入?yún)?shù)如果輸出電壓或輸出電流變化那么占空比將按照補償它們變化的方向而變化其優(yōu)點是動態(tài)響應快比普通電壓模式控制快 3– 5 倍動態(tài)過沖電壓小輸出濾波電容需要較少相加模式控制中的 Vi 注入信號容易用于電源并聯(lián)時的均流控制缺點是需要精心處理電流電壓取樣時的高頻噪聲抑制 PWM 早期 PWM 多為電壓型缺點是瞬念響應不好電流控制型 PWM 的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型國外新生產(chǎn)的電流 PWM控制器品種和數(shù)量最多有完全取代電壓控制型的趨勢 UC3842 的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)和特點 UC3842是美國 Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片 UC3842 為 8 腳雙列直插式封裝其內(nèi)部原理框圖如圖 1 所示主要由 50V 基準電壓源用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器降壓器電流測定比較器 PWM 鎖存器高增益 EA誤差放大器和適用于驅(qū)動功率 MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成端1 為 COMP 端端 2 為反饋端端 3 為電流測定端端 4 接 RtCt 確定鋸齒波頻率端 5 接地端 6為推挽輸出端有拉灌電流的能力端 7為集成塊工作電源電壓端可以工作在8～ 40V 端 8 為內(nèi)部供外用的基準電壓 5V 帶載 能力 50mA 2． 2 電路結(jié)構(gòu)與工作原理 圖 2所示為筆者在實際工作中使用的電路圖輸入電壓為 24V直流電三路直流輸出分別為 5V4A12V03A和 12V03A所有的二極管都采用快速反應二極管核心 PWM器件采用 UC3842 開關(guān)管速大功率場效應管 21 啟動過程 首先由電源通過啟動電阻 R 1提供電流給電容 C2充電當 C2電壓達到 UC3842的啟動電壓門檻值 16V 時 UC3842 開始工作并提供驅(qū)動脈沖由 6 端輸出推動開關(guān)管工作輸出信號為高低電壓脈沖高電壓脈沖期間場效應管導通電流通過變壓器原邊同時把能量儲存在變壓器中根據(jù)同名 端標識情況此時變壓器各路副邊沒有能量輸出當 6 腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時場效應管截止根據(jù)楞次定律變壓器原邊為維持電流不變產(chǎn)生下正上負的感生電動勢此時副邊各路二極管導通向外提供能量同時反饋線圈向 UC3842供電 UC3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路其開啟和關(guān)閉閾值分別為 16V 和 10V 如圖 3 所示在開啟之前 UC3842 消耗的電流在 1mA 以內(nèi)電源電壓接通之后當 7 端電壓升至 16V 時 UC3842 開始工作啟動正常工作后它的消耗電流約為 15mA 因為 UC3842 的啟動電流在 1mA 以內(nèi)設(shè)計時參照這些參數(shù)選取R1 所以 R1 上的功耗很小 當然 若 VCC端電壓較小時在 R1上的壓降很小全部供電工作都可由 R1降壓后來完成但是通常情況下 VCC 端電壓都比較大這樣完全通過 R1 來提供正常工作電壓就會使 R1自身功耗太大對整個電源來說效率太低一般來說隨著 UC3842的啟動R1 的工作也就基本結(jié)束余下的任務(wù)交給反饋繞組由反饋繞組產(chǎn)生電壓來為UC3842 供電故 R1 的功率不必選得很大 1W2W 就足夠了筆者認為雖然理論上UC3842啟動電流在 1mA以內(nèi)但實際應用時按 16～ 20mA設(shè)計則工作比較便利即當VCC 端電壓為 U 伏時 22 穩(wěn)壓過程 從圖 2 中可知當場效應管導通時整流電壓加 在變壓器 T 初級繞組 Np 上的電能變成磁能儲存在變壓器中在場效應管導通結(jié)束時 Np 繞中電流達到最大值 Ip根據(jù)法拉第電磁感應定律 式中 E 整流電壓 Lp 變壓器初級繞組電感 Ton 場效應管導通時間 在場效應管關(guān)閉瞬間變壓器次級繞組放電電流為最大值 Is 若忽略各種損耗應為 式中 n 變壓器變比 n NpNsNpNs 為變壓器初次級繞組匝數(shù) 高頻變壓器在場效應管導通期間初級繞組儲存的能量與場效應管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等 式中 Ls 變壓器次級繞組電感 Uo 輸出電壓 Toff 場效應管關(guān)閉時間 上式說明輸出電壓 Uo與 Ton成正比與匝比 n及 Toff成反比比如由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓降低時反饋線圈的輸出電壓則會變低從而使2端電壓變低則脈寬調(diào)制器會相應的增大輸出 PWM波形的占空比使大功率晶體管導通的時間變長反之當電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時則脈寬調(diào)制器會相應的減小 PWM 輸出脈沖波形的占空比使大功率晶體管導通的時間變短從而維持輸出電壓為一恒定值 UC3842 為固定工作頻率脈寬調(diào)制方式輸出電壓或負載變化時僅調(diào)整占空比控制場效應管的導通時間反饋電壓輸入 2腳此腳電壓與內(nèi)部 25V基準進行比較產(chǎn)生控制電壓從而控制脈沖寬度輸出脈沖的 頻率由 4 腳外接定時電阻 Rt 及定時電容 Ct 決定 f 的單位取 kΩ Ct取μ F3腳為電感電流傳感器端當取樣超過 1V時縮小導通脈寬使電源處于間隙工作狀態(tài) 6 腳輸出端內(nèi)部為圖騰柱式上升下降時間僅50ns驅(qū)動能力為177。 1A7腳供電輸入起振后工作電壓為 10～ 13V低于 10V停止工作功耗為 15mW8 腳內(nèi)部基準 5V 50mA 23 過流保護原理 當負載電流超過額定值或短路時場效應管電流增加 R9 上的電壓反饋至 3 腳 電壓大于 1V 通過內(nèi)部電流放大器使導通寬度變窄輸出電壓下降直至使 UC3842停止工作沒有觸發(fā)脈沖輸出使場效應管截止 達到保護功率管的目的短路現(xiàn)象消失后電源自動恢復正常工作 24 過壓保護原理 當因某種原因使輸出電壓過高時由反饋繞組形成的電壓也高從而使 2 腳的電壓過高內(nèi)部保護電路起動使 6 腳輸出脈沖高電平時間變短或不輸出高電平使開關(guān)管截止 25 開關(guān)管保護電路 由 D3R10C1 及 R11C14D4 構(gòu)成消除由變壓器漏感產(chǎn)生的反峰電壓從而使開關(guān)工作電壓 3 設(shè)計中的注意事項 起動電路的設(shè)計 電路如圖 4所示電容 C2儲存的能量要能滿足電源開始正常 工作的需要使得 UC3842 第 7 腳有穩(wěn)定充足的輸入供給即電容 C2 的放電時間要大于 UC3 842輸出脈沖的高電平持續(xù)時間否則電源將出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象因此電容 C2 的容量和 質(zhì)量的選取非常重要筆者在實際設(shè)計過程中 C2 曾用 100μ F 鋁電解電容經(jīng)常發(fā)現(xiàn) 電源打嗝測量反饋端電壓總是太低以至于反饋端的整流二極管都沒有工作說明反饋 端電壓幅度不夠原因在于 C2 容量不夠不能提供足夠的能量來使 UC3842 充分工作因此 容量最好在 100μ 32 反饋繞組的設(shè)計 當 UC3842 啟動后若反饋繞組不能提供足夠的 UF 電路就會不停地起動 出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象另外根據(jù)筆者的經(jīng)驗若 UF大于 175V時 也會引起 UC3842工作異常導致輸出脈沖占 空比變小輸出電壓變低故而反饋繞組匝數(shù)的 選取及其纏繞是非常重要的一般可按 13～ 15V 設(shè)計使 UC3842 正常工作時 7 腳的電壓維持 在 13V左右 結(jié)束語 UC3842 是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器假如由于某種原因使輸出電壓升高時脈 寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度亦即占空比 D 使斬波后的平均 值電壓下降從而達到穩(wěn)壓目的反之亦然 UC3842 可以直接驅(qū)動 MOS 管IGBT等適合于 制作 20～ 80W小功率開關(guān)電源由于器件設(shè)計巧妙由主電源電壓直接啟動構(gòu)成電路所需 元件少非常符合電路設(shè)計中簡潔至上的原則 UC3842 開關(guān)電源 1 DCDC 變換器 取樣 比較 放大 參考 電壓 PWM 驅(qū)動器