【導(dǎo)讀】電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文--直流開關(guān)電源設(shè)計(jì)。源的優(yōu)點(diǎn)并對(duì)其當(dāng)前的發(fā)展以及在發(fā)展中存在的問(wèn)題進(jìn)行了描述然后在對(duì)開關(guān)。電源的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹的基礎(chǔ)上對(duì)開關(guān)電源的主回路和控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(shí)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(duì)此部分進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)控制電路采用PWM控制控制器采用UC3824. 設(shè)計(jì)了過(guò)壓保護(hù)電路電壓檢測(cè)電路和電流檢測(cè)電路對(duì)各個(gè)部分的參數(shù)進(jìn)行了計(jì)。算并進(jìn)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(jì)7. 31控制方式的選擇11. 33單端正激變換器的設(shè)計(jì)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(jī)通訊電子檢測(cè)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(hù)電路噪聲濾波器等組成部分反饋回路檢測(cè)其輸出電壓并與基準(zhǔn)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(jì)實(shí)用

　　

【正文】 的控制電壓值 Vc 由輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的差值放大得到它控制開關(guān)器件的關(guān)斷時(shí)刻第二個(gè)較低電壓值 Vch 由控制電壓 Vc 減去一個(gè)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(shí)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(gè)電壓值確定一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)比電流模式控制多一個(gè)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(diǎn)①不需要斜波補(bǔ)償②穩(wěn)定性好不容易 因噪聲發(fā)生不穩(wěn)定振蕩缺點(diǎn)①需要對(duì)電感電流全周期的檢測(cè)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(diǎn)不同一是放大器 ea 是比例放大器沒(méi)有電抗性補(bǔ)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(méi)有延時(shí)環(huán)節(jié)電流放大也沒(méi)有大延時(shí)環(huán)節(jié)二是經(jīng)過(guò)濾波后的電感電流信號(hào) Vi 也與電壓誤差信號(hào) Ve 相加在一起構(gòu)成一個(gè)總和信號(hào) 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(gè)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(bǔ)償它們變化的方向而變化其優(yōu)點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)快比普通電壓模式控制快 3– 5 倍動(dòng)態(tài)過(guò)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(hào)容易用于電源并聯(lián)時(shí)的均流控制缺點(diǎn)是需要精心處理電流電壓取樣時(shí)的高頻噪聲抑制 PWM 早期 PWM 多為電壓型缺點(diǎn)是瞬念響應(yīng)不好電流控制型 PWM 的性能和功能均優(yōu)于電壓控制型國(guó)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(shì) UC3842 的內(nèi)部 結(jié)構(gòu)和特點(diǎn) UC3842是美國(guó) 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(zhǔn)電壓源用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器降壓器電流測(cè)定比較器 PWM 鎖存器高增益 EA誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)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(cè)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(zhǔn)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(shí)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(yīng)二極管核心 PWM器件采用 UC3842 開關(guān)管速大功率場(chǎng)效應(yīng)管 21 啟動(dòng)過(guò)程 首先由電源通過(guò)啟動(dòng)電阻 R 1提供電流給電容 C2充電當(dāng) C2電壓達(dá)到 UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值 16V 時(shí) UC3842 開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖由 6 端輸出推動(dòng)開關(guān)管工作輸出信號(hào)為高低電壓脈沖高電壓脈沖期間場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電流通過(guò)變壓器原邊同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中根據(jù)同名 端標(biāo)識(shí)情況此時(shí)變壓器各路副邊沒(méi)有能量輸出當(dāng) 6 腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí)場(chǎng)效應(yīng)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(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通向外提供能量同時(shí)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(dāng) 7 端電壓升至 16V 時(shí) UC3842 開始工作啟動(dòng)正常工作后它的消耗電流約為 15mA 因?yàn)?UC3842 的啟動(dòng)電流在 1mA 以內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)參照這些參數(shù)選取R1 所以 R1 上的功耗很小 當(dāng)然 若 VCC端電壓較小時(shí)在 R1上的壓降很小全部供電工作都可由 R1降壓后來(lái)完成但是通常情況下 VCC 端電壓都比較大這樣完全通過(guò) R1 來(lái)提供正常工作電壓就會(huì)使 R1自身功耗太大對(duì)整個(gè)電源來(lái)說(shuō)效率太低一般來(lái)說(shuō)隨著 UC3842的啟動(dòng)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(lái)為UC3842 供電故 R1 的功率不必選得很大 1W2W 就足夠了筆者認(rèn)為雖然理論上UC3842啟動(dòng)電流在 1mA以內(nèi)但實(shí)際應(yīng)用時(shí)按 16～ 20mA設(shè)計(jì)則工作比較便利即當(dāng)VCC 端電壓為 U 伏時(shí) 22 穩(wěn)壓過(guò)程 從圖 2 中可知當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)整流電壓加 在變壓器 T 初級(jí)繞組 Np 上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時(shí) Np 繞中電流達(dá)到最大值 Ip根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 式中 E 整流電壓 Lp 變壓器初級(jí)繞組電感 Ton 場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)間 在場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉瞬間變壓器次級(jí)繞組放電電流為最大值 Is 若忽略各種損耗應(yīng)為 式中 n 變壓器變比 n NpNsNpNs 為變壓器初次級(jí)繞組匝數(shù) 高頻變壓器在場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級(jí)繞組儲(chǔ)存的能量與場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉期間次級(jí)繞組釋放的能量相等 式中 Ls 變壓器次級(jí)繞組電感 Uo 輸出電壓 Toff 場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)閉時(shí)間 上式說(shuō)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(fù)載變化而引起輸出電壓降低時(shí)反饋線圈的輸出電壓則會(huì)變低從而使2端電壓變低則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的增大輸出 PWM波形的占空比使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)間變長(zhǎng)反之當(dāng)電源電壓變化或負(fù)載變化而引起輸出電壓升高時(shí)則脈寬調(diào)制器會(huì)相應(yīng)的減小 PWM 輸出脈沖波形的占空比使大功率晶體管導(dǎo)通的時(shí)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(fù)載變化時(shí)僅調(diào)整占空比控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通時(shí)間反饋電壓輸入 2腳此腳電壓與內(nèi)部 25V基準(zhǔn)進(jìn)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(shí)電阻 Rt 及定時(shí)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(dāng)取樣超過(guò) 1V時(shí)縮小導(dǎo)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(shí)間僅50ns驅(qū)動(dòng)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(zhǔn) 5V 50mA 23 過(guò)流保護(hù)原理 當(dāng)負(fù)載電流超過(guò)額定值或短路時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管電流增加 R9 上的電壓反饋至 3 腳 電壓大于 1V 通過(guò)內(nèi)部電流放大器使導(dǎo)通寬度變窄輸出電壓下降直至使 UC3842停止工作沒(méi)有觸發(fā)脈沖輸出使場(chǎng)效應(yīng)管截止 達(dá)到保護(hù)功率管的目的短路現(xiàn)象消失后電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作 24 過(guò)壓保護(hù)原理 當(dāng)因某種原因使輸出電壓過(guò)高時(shí)由反饋繞組形成的電壓也高從而使 2 腳的電壓過(guò)高內(nèi)部保護(hù)電路起動(dòng)使 6 腳輸出脈沖高電平時(shí)間變短或不輸出高電平使開關(guān)管截止 25 開關(guān)管保護(hù)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(jì)中的注意事項(xiàng) 起動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 電路如圖 4所示電容 C2儲(chǔ)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(shí)間要大于 UC3 842輸出脈沖的高電平持續(xù)時(shí)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(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中 C2 曾用 100μ F 鋁電解電容經(jīng)常發(fā)現(xiàn) 電源打嗝測(cè)量反饋端電壓總是太低以至于反饋端的整流二極管都沒(méi)有工作說(shuō)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(lái)使 UC3842 充分工作因此 容量最好在 100μ 32 反饋繞組的設(shè)計(jì) 當(dāng) UC3842 啟動(dòng)后若反饋繞組不能提供足夠的 UF 電路就會(huì)不停地起動(dòng) 出現(xiàn)打嗝現(xiàn)象另外根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)若 UF大于 175V時(shí) 也會(huì)引起 UC3842工作異常導(dǎo)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(jì)使 UC3842 正常工作時(shí) 7 腳的電壓維持 在 13V左右 結(jié)束語(yǔ) 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(shí)脈 寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dá)到穩(wěn)壓目的反之亦然 UC3842 可以直接驅(qū)動(dòng) 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(jì)巧妙由主電源電壓直接啟動(dòng)構(gòu)成電路所需 元件少非常符合電路設(shè)計(jì)中簡(jiǎn)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(dòng)器