【正文】 [9].沙占友，龐志峰，周萬珍，王彥朋等，開關(guān)電源設(shè)計入門，中國電力出版社。 [5].余發(fā)山，王福忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)，中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 33 參考文獻(xiàn)： [1].王兆安，劉進(jìn)軍，力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社，第五版， 。 面對以上問題，開關(guān)電源的發(fā)展研究應(yīng)該朝一下幾個方面發(fā)展：一是控制器件應(yīng)該更加模塊化，提高器件的集成度，集成度越高電源的穩(wěn)定性和可靠性也就越有保障，同時也能大大減小開關(guān)電源的體積問題。（ 5）生產(chǎn)工藝問題。（ 4）軟件問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管等都很笨重，也是耗能的主要根源。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價值還差得較遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美。 開關(guān)電源主原理圖見圖 41： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 30 圖 41 主電路原理圖 本設(shè)計采用常用電流控制模式芯片 UC3842 做為主控芯片組成 AC220V 通用輸入反激式開關(guān)電源，設(shè)計功率為 120W ， AC 輸入電壓通過 L/C C C4 構(gòu)成的簡單 EMI 濾波器濾除 外電網(wǎng)輸入的共模，經(jīng)過整流全橋 P1 整流為脈動直流電，通過 C5 濾波，提供相對穩(wěn)定的直流 310V 電源， R、 C15 提供 UC3842 啟動電壓，系統(tǒng)啟動后，由 UC3842第 6 腳輸出 PWM 脈沖信號，推動 Q1 工作于開關(guān)狀態(tài)，變壓器 T 原邊受開關(guān)電流影響，在 Q1 導(dǎo)通時，將電能以磁能方式存儲于磁性中， Q1 截止時，存儲于 T 中的磁能轉(zhuǎn)化為電能通過 D D4 整流，經(jīng)過 C13 、 C14 濾波，提供給負(fù)載，快速二極管 D2 和瞬態(tài)抑制二極管 D1，構(gòu)成關(guān)斷尖峰吸收回路，將 Q1 關(guān)斷時，因為變壓器漏感造成的反向電壓尖峰鉗制 在允許 200V，以保護(hù) Q1 不被擊穿， R R7 構(gòu)成過電流檢測電路，當(dāng)原邊電流超過允許值時， UC3842 內(nèi)部電流比較器翻轉(zhuǎn)，拉低脈沖占空比，電流下降，以保護(hù)系統(tǒng)過流燒毀， R C8 是芯片內(nèi)部 RC 振蕩器定時電容和定時電阻，確定系統(tǒng)工作在 100kHz， R R11 等電路構(gòu)成 24V 穩(wěn)壓反饋電路，當(dāng)輸出電壓因負(fù)載變化引起輸出電壓變化時自動調(diào)節(jié)輸出電壓。 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 2 .初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。簡單地說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機(jī)就無法工作。一個機(jī)器周 期包括 12 個河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 26 時鐘周期。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。很多公司都有 51 系列的兼容機(jī)型推出，今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。 其中，電阻 R7 的取之大小根據(jù)： 3*1 2 * min* max*PnIp UD ?? 又：7 1UrR Ip?；其中， Ur=，是 ISEN 的內(nèi)部比較電壓， Umin=120v，代入可得， R7=Ω，這里選擇大功率電阻，功率為 1w。由于河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 23 光耦合器輸入輸出間互相隔離，電 信號 傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 22 TL431 工作原理： 首先， Vout 通過 R 會給 TL431 提供一電流 Ika1mA，使得 TL431 工作起來，當(dāng) TL431工作了以后，內(nèi)部就會產(chǎn)生一個 的基準(zhǔn)電壓，這樣 R10 和 R11 產(chǎn)生的分壓就會和這個基準(zhǔn)比較，而它兩的比較直接影響了 Ika 的大小，譬如輸出建立過程，輸出剛開始沒有，所以輸出為低電平，這樣 Ika 就很小，可以認(rèn)為為零，而此時， R10， R11 和限流電阻開始分壓，一旦 R11 處的分壓大于 ，這樣 Ika 就會變大，這樣 R R11 上的電流就會變小，從而得到的 Vo 就會降低，如果 R11 的分壓一旦低于 ， Ika 又會減小，這樣流過 R10， R11 支路的電流增加，從而達(dá) 到穩(wěn)定電壓的目的。同樣如果輸出電壓 Uo 減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高。 7．內(nèi)部振蕩器的頻率由 4 腳外接電阻與 8 腳外接電容設(shè)定。 6．過流檢測輸入端可對每個脈 沖進(jìn)行控制，直接控制每個周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到 % /V 。若驅(qū)動雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速 RC 電路，同時將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在 40 kHz 以下。處于正常工作狀態(tài)時，工作電壓在 10～ 34 V 之間，負(fù)載電流為 15 mA。 （ 2） UC3842 特點介紹 UC3842 在設(shè)計中的電路圖如圖 35 所示： 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 20 圖 35 UC3842 應(yīng)用電路 1．采用單端圖騰柱式 PWM 脈沖輸出，輸出驅(qū)動電流為177。 其內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)如圖 34： 圖 34 UC3842 內(nèi)部原理結(jié)構(gòu) 其引腳介紹如下： 1 腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻率特性； 2 腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度； 3 腳為 PWM 比較器的另一輸入端，當(dāng)檢測電壓超過 lV 時停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)； 4 腳為定時電容 CT 端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，頻率為： f=／ (RT CT) ； 5 腳為接地端。 有根據(jù)輸出電流 5A 的要求，此次選擇肖特基二極管 MBR745，相關(guān)參數(shù)如下表 32 所示： 二極管型號 反向電壓值 工作電流 制造廠家 MBR745 45V MOTOROLA 表 32 肖特基二極管參數(shù)表 控制電路分析設(shè)計 此次設(shè)計控制芯片采用功能完善的單端輸出驅(qū)動集成電路 UC3842 芯 片，其特點是除內(nèi)部 PWM 系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時還具有小電流啟動功能，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。 （ 6）繞組線徑的計算： A．初級電流有效值 Irms： 2* m a x * 13KrpI r m s I p D K r p??? ? ????? （ 310） 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 將數(shù)據(jù)代入公式等于： Irms=； 初級線徑大小為 : IS j? ； 4**Irmsd j?? （ 311） 其中， j 是導(dǎo)線的電流密度，大小為 2A/mm^2； 將值代入公式可得： d=； 根據(jù)一二次側(cè)電流關(guān)系式子： * NpIsp Ip Ns? （ 312） Np=50， Ns=10；將數(shù)據(jù)代入公式可得： Isp=10A. 根據(jù)公式： ? ? 2* 1 m a x 13KrpI s r m s I s p D K r p??? ? ? ????? （ 313） 可得二次電流有效值 :Isrms=。 （ 4）反饋繞組匝數(shù)的計算 根據(jù)公式（ 36）可得，反饋繞組匝數(shù) N2’= 匝，這里取 N2’=9 匝。 高頻變壓器的設(shè)計 （ 1）單端反激式開關(guān)電源變換器如下圖所示： 單端反激式變壓器又稱電感儲能式變壓器，當(dāng)高壓開關(guān)管 VT1 被脈寬調(diào)制（ Pulse Width Modulation， PWM）脈沖信號激勵而導(dǎo)通時，直流輸入電壓施加到高頻變壓器 T 的原邊繞組上，在變壓器次級繞組上感應(yīng)出的電壓使整流 管 VD1 反向偏置而阻斷，此時電源能量以磁能形式存儲在初級電感中；當(dāng)開關(guān)管 VT1 截止時，原邊繞組兩端電壓極性反向，副邊繞組上的電壓極性顛倒，使 D1 導(dǎo)通，儲存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。 輸入整流濾波電路的設(shè)計 此次設(shè)計采用成品整流橋 KBPC610，它是將四只硅整流管接成橋路形式，再用塑料封裝成半導(dǎo)體器件，它具有體積小使用方便，各整流管的參數(shù)一致性好等優(yōu)點，可廣泛用于開關(guān)電源整流電路。他的兩個線圈分別繞在低損耗、高磁導(dǎo)率的氧化體磁環(huán)上。由于開關(guān)電源的體積的大小很大一部分取決于開關(guān)頻率，開關(guān)頻率越大，所用的電容和變壓器體積越小， UC3842 的開關(guān)頻率選擇 100k。推挽式開關(guān)電源 兩個開關(guān)器件需要很高的耐壓，其耐壓必須大于工作電壓的兩倍。 特點：晶閘管導(dǎo)通時，繞組電壓為電源電壓一半，關(guān)閉后開關(guān)管承受一半的電壓，但會出現(xiàn)偏磁現(xiàn)象，控制較為復(fù)雜。如果 Tr2 加有導(dǎo)通脈沖， Tr2導(dǎo)通，原邊繞組黑點處變?yōu)樨?fù)。此時，由于原河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 邊繞組和漏電感的作用，電流續(xù)流 流入原邊繞組黑點標(biāo)示端。電路中由于負(fù)載位于變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，具有輸人和輸出相互隔離的優(yōu)點。與此同時，感應(yīng)電壓給 C1 充電，隨著 C1 充電電壓的增高， VT1 基極電位逐漸變低，致使 VT1 退出飽和區(qū)， Ic 開始減小，在 L2 中感應(yīng)出使 VT1 基極為負(fù)、發(fā)射極為正的電壓，使 VT1 迅速截止，這時二極管 VD1 導(dǎo)通，高頻變壓器Ｔ初級繞組中的儲能釋放給負(fù)載。 注：由于正激變換器的隔離元件 T1 純粹是個變壓器，因此輸出端要加一個電感器 L作為能量的儲藏及傳遞元件。 圖 21 單端反激式開關(guān)電源變換器電路 （ 1）工作原理： 圖中 Ui 是市電 AC 經(jīng)過整流濾波后的直流電，反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感，當(dāng)開關(guān)管 VT1 導(dǎo)通時，高頻變壓器Ｔ初級繞組的感應(yīng)電壓為上正下負(fù)，整流二極管 VD1 處于截止?fàn)顟B(tài)，在初級繞組中儲存能量。實際上，由于頻率的不斷提高，致使引線寄生電感、寄生電容的影響愈加嚴(yán)重，對器件造成更大的電應(yīng)力(表現(xiàn)為過電壓、過電流、毛刺 )。這一技術(shù)稱為有源功率因數(shù)校正 APFC單相， APFC 國內(nèi)外開發(fā)較早，技術(shù)已較成熟。采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效地降低開關(guān)損耗和開關(guān)應(yīng)力，有助于變換器變換效率的提高。目前，在整個的電子模擬電路系統(tǒng)中，電視、音響設(shè)備、照片處理、通訊、網(wǎng)絡(luò)等都逐步實現(xiàn)了數(shù)字化，而最后一個沒有數(shù)字化的堡壘就是電源領(lǐng)域。 總體來講可概括為五個方面： 高頻化技術(shù) 隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)變換器的體積也隨之減少，功率密度也得到大幅提升，動態(tài)響應(yīng)得到改善。半導(dǎo)體工藝等級在未來十年將從 微米向 50 納米工藝邁進(jìn)，芯片所需最低電壓最終將為 ，但輸出電流將朝著大電流方向發(fā)展。由于高頻開關(guān)電源的功率因數(shù)大于 ，而常規(guī)整流功率因數(shù)僅為 左右，對同樣的負(fù)載，采用高頻開關(guān)模塊可節(jié)省輸入功率 30%。采用高頻開關(guān)后，輸出電壓精度高，其輸出紋波系數(shù)從 2%提高到 %，電源穩(wěn)壓、穩(wěn)流精度從 2%減小到 %，能夠保證對蓄電池的平穩(wěn)充放電，延長了電池使用壽命。在電阻負(fù)載條件下，輸出直流電壓達(dá)到 55kV，電流達(dá)到 15mA，工作頻率為 。 自從上個世紀(jì) 70 年代開始，日本的一些公司開始采用逆變技術(shù)，將市電整流后逆變?yōu)?3kHz 左右的中頻，然后升壓。采用微處理器作為脈沖寬度調(diào)制 ( PWM) 的相關(guān)控制器，通過對多參數(shù)、多信息的提取與分析，達(dá)到預(yù)知系統(tǒng)各種工作狀態(tài)的目的，進(jìn)而提前對系統(tǒng)做出調(diào)整和處理，解決了目前大功率 IGBT 逆變電源可靠性。由于 IGBT 大容量模塊的商用化，這種電源更有著廣闊的應(yīng)用前景。 通信設(shè)備計算速度的不斷提高，使得時鐘頻率不斷提高，所用集成電路的種類繁多，其電源電壓要求也各不相同，通常超過 10 種，在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻 DC DC 隔離電源模塊，從中間母線電壓 (一般 為 48V 直流 )變換成所需的各種直流電河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 壓，這樣可大大減小損耗、方便維護(hù)，且安裝、增加非常方便。在通信領(lǐng)域中，通常將整流器稱為一次電源，而將直流 直流 (DC/DC)變換器稱為二次電源。如粒子加速器、電磁發(fā)射、電磁推進(jìn)、微波武器等脈沖功率技 術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中，電源設(shè)備的平均功率通常在幾百千瓦甚至幾兆瓦以上，體積和重量只有線性電源的幾十分之一。 檢測