【導(dǎo)讀】廣泛用于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個領(lǐng)域。開關(guān)電源因其體積小、重量。節(jié)能電源，現(xiàn)己成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。本題目設(shè)計的開關(guān)電源是采用全控型電力電子器件MOSFET作為開。件相配合作為反饋電路，使設(shè)計出的開關(guān)電源具有自動穩(wěn)壓功能。頻率為50kHz，輸出7路隔離的電壓。

　　

【正文】 保護(hù)電路包括過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、欠壓鎖定、尖峰沖擊電壓保護(hù)等。以下將就幾種保護(hù)電路做個詳細(xì)的介紹。 1．輸入保護(hù) a．一般在輸入端加熔絲管，這里用 2A 的熔絲管較為合理。 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 26 b．負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻 NTCR。其特性為其阻值隨溫度升高而降低。它能有效減小電源接通瞬間，電流對電路的沖擊。這里選擇 8101NTCR，標(biāo)稱阻值為 10? ，額定電流為 1A。 c．壓敏電阻 VSR。其特點是，工作電壓寬，耐沖擊電流能力強(qiáng)，漏電流小，電阻溫度系數(shù)低，價格低廉，體積小。壓敏電阻對沖擊電壓有較好的鉗位作用。這里選取 MY31270/3，標(biāo)稱值 220V。 過流保護(hù) 過流保護(hù)電路主要通過檢測 5R 上流過的電流并通過 4R 和 10C 濾波后，反饋回 UC3844，與其內(nèi)部的 1V 基準(zhǔn)電壓比較，使導(dǎo)通寬度變窄，輸出電壓下降，直至使 UC3844 停止 工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出，使場效應(yīng)管截止，達(dá)到保護(hù)MOSFET 和電路的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動恢復(fù)正常工作。 因為 Ipk=，因此 ??? AVR 。 MOSFET 尖峰電壓沖擊保護(hù) 由于場效應(yīng)管在由飽和導(dǎo)通進(jìn)入截止的瞬間，急劇變化的漏極電流會在高頻變壓器初級繞組上感應(yīng)出反向電動勢，加上變壓器漏感產(chǎn)生的浪涌尖脈沖直接加在 MOSFET 漏極，其峰值可達(dá)到直流輸入電壓的數(shù)倍，它們與直流輸入電壓疊加， MOSFET 很容易因此擊穿。通常的做法是在 MOSFET 漏源級之間加二極管 RC 網(wǎng)絡(luò)鉗位或吸收尖峰電壓。本設(shè)計中 2R ， 7C ， 12D 和 3R ， 9C ， 14D 共同組成了尖峰電壓鉗位電路。以 2R ， 7C ， 12D 為例，其作用是通過 12D 給 7C 充電，把尖峰電壓鉗位在安全值以下，然后通過 2R 將吸收的浪涌尖峰電壓以熱量形式釋放掉，從而保護(hù)了功率 MOSFET。 [17][18] 電路工作過程總結(jié) 電路的啟動過程 交流市電經(jīng)過整流電路得 到的直流電壓分成兩路：一路經(jīng)高頻變壓器初級繞組 Np 直接加到 MOSFET 的漏極；另一路經(jīng)啟動電阻 1R 向 C8 充電，為 UC3844提供啟動電壓，加到控制芯片 UC3844 的第 7 腳，當(dāng) 1C 的充電值達(dá)到 16V 時，第三章 系統(tǒng)設(shè)計 27 控制芯片啟動工作，此過程稱為電源的“軟啟動”。為防止沖擊電壓對 UC3844造成損壞，在其第 7 腳和地之間加入一個 18V 穩(wěn)壓管 15D 。其中， 8 腳產(chǎn)生的 5V基準(zhǔn)電壓通過 14R 對 27C 進(jìn)行充電，在第 4 腳上形成鋸齒波電壓信號，其頻率就是電源的工作頻率。鋸齒波信號進(jìn)入 UC3844 內(nèi)部振蕩器，產(chǎn)生頻率固定的振蕩信號，經(jīng)脈寬調(diào)制和推挽式輸出級放大后，在第 6 腳輸出柵極驅(qū)動信號，使MOSFET 導(dǎo)通，開關(guān)電源 +12V 的輸出繞組 V12sN ，由 +12V 輸出電壓給 UC3844提供工作電壓。 [21] 開關(guān)電源儲能過 程 當(dāng) MOSFET 導(dǎo)通以后，直流電壓經(jīng)高頻變壓器的初級繞組、 MOSFET 的漏極源極、電流檢測電阻 5R 、地電流回路，在初級繞組上產(chǎn)生上正下負(fù)的感應(yīng)電動勢，根據(jù)同名端的定義，變壓器次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢均為負(fù)，輸出整流二極管均反偏截止，高頻變壓器將電能以磁能的形式儲存在初級繞組之中，這樣便完成了儲能過程。 開關(guān)電源釋能過程 當(dāng) UC3844 鎖存器翻轉(zhuǎn)， 6 管腳輸出脈沖停止， MOSFET 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。這時，變壓器初級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓變?yōu)橄抡县?fù)，次級繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓為正向電壓，輸出整流二極管導(dǎo)通，初級繞組將存儲的能量釋放，傳遞到次級繞組中，經(jīng)整流濾波電路，得到需要的輸出電壓。在 UC3844 的控制下，周而復(fù)始的重復(fù)上述過程，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換傳輸。 開關(guān)電源穩(wěn)壓過程 一路 +5V、 +12V、 +24V 輸出電壓經(jīng) 11R 、 12R 、 13R 分壓后與 TL431 的基準(zhǔn)電壓值 進(jìn)行比較，與輸出電壓的變化產(chǎn)生誤差電壓，并通過光耦 PC817 把誤差傳遞給 UC3844， 由 UC3844 控制 MOSFET 的占空比以實現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時，輸出電壓經(jīng)分壓電阻分壓得到的采樣電壓也升高，流過 PC817 發(fā)光二極管的電流增大，發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度增大，光電三極管導(dǎo)通程度加深，集射極電壓減小， UC3844 的 6 腳輸出驅(qū)動信號的占空比減小，于是輸出電壓下降，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。當(dāng)開關(guān)電源輸出的電壓下降時，上述控制過程正好相反。 [17] 設(shè)計總結(jié) 28 第四章 設(shè)計總結(jié) 本課題設(shè)計了一個多路輸出單端反激式開關(guān)電源，主要工作概括如下： 了解了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，認(rèn)識了目前廣泛使用的幾種拓?fù)漕愋?，主要對反激?拓?fù)溥M(jìn)行了分析研究。 采用 UC3844作為控制芯片，充分使用了 UC3844電壓電流雙閉環(huán)反饋功能，實現(xiàn)了對輸出電壓保護(hù)與調(diào)節(jié)。由于 UC3844 的功能高度集成，其性能優(yōu)良、管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、價格低廉等優(yōu)點，為本課題設(shè)計降低了難度。由UC3844 構(gòu)成的開關(guān)電源控制性能好，功能完善，可靠性高。 詳細(xì)介紹了高頻變壓器的設(shè)計流程，包括磁芯選擇、匝數(shù)計算、導(dǎo)線選擇等。 電壓采樣及反饋電路由 光電耦合器 PC81三端可調(diào)穩(wěn)壓管 TL431 組成 。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)外接元件少，負(fù)載調(diào)整率好，具有良好的穩(wěn)壓效果。并采用多路反饋 ，控制更加有效，可以適用于各種負(fù)載。 本設(shè)計采用單個高頻變壓器完成 7 路電壓輸出，由于本設(shè)計是基于單端反激式變換器結(jié)構(gòu)，因此電源的容量取決于高頻變壓器的性能。由于高頻變壓器的設(shè)計是比較困難的，因此可以采用多個變壓器分擔(dān)不同輸出，將功率進(jìn)行合理的分配。 .本論文并沒有對 PCB 板進(jìn)行最終設(shè)計，也沒有對功率因數(shù)進(jìn)行校正，這些需要在進(jìn)一步的工作中完成。 參考文獻(xiàn) 29 參考文獻(xiàn) [1] 蔡宣三，開關(guān)電源的發(fā)展軌跡，電子產(chǎn)品世界， 2021， 4： 42~43 [2] 徐九玲，謝運(yùn)詳，彭軍，開關(guān)電源的新技術(shù)與發(fā)展前景，電氣時代， 2021，6： 52~55 [3] 張占松，蔡宣三，開關(guān)電源的原理與設(shè)計，北京：電子工業(yè)出版社， 1998，78~112 [4] 楊蔭福，段善旭，朝澤云，電力電子裝置及系統(tǒng)，北京：清華大學(xué)出版社，2021， 25~43 [5] ST Datasheet of high performance current mode PWM controller UC3842B/3B/4B/5B， March 1999： l~15 [6] Anon． TL431， A， B Series． MOTOROLA 公司資料： TL431， A， B Series [7] Anon． High Density Mounting Type Photo coupler． SHARP 公司資料： PC817 Series. 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