【正文】 可改變二次整流電壓 Ud的平均值，也就改變了輸出電壓 Uo 。電容 C1和 C2的電壓分別為 Ui/2。 電容器C3用于隔直流成分，防止磁飽和的發(fā)生。開(kāi)關(guān) VT1和 VT2構(gòu)成另一個(gè)橋臂，VT1和 VT2均采用 PWM 控制方式，且開(kāi)關(guān) VT1和 VT2交替導(dǎo)通。變壓器是具有中間抽頭的變壓器， 原邊繞組 W1的匝數(shù)為 N1 ；副邊繞組W21和 W22匝數(shù)相等，均為 N2 ，繞組間同名端如圖 24所示。開(kāi)關(guān) VT1或 VT2關(guān)斷時(shí)承受的峰值電壓均為 2Ui 。開(kāi)關(guān) VT1導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD1導(dǎo)通，開(kāi)關(guān) VT2導(dǎo)通時(shí)，二極管 VD2導(dǎo)通；當(dāng)開(kāi)關(guān) VT1和 VT2都關(guān)斷時(shí)，二極管 VD1和 VD2都導(dǎo)通，各分擔(dān)電感電流的 1/2。 推挽電路中，開(kāi)關(guān) VT1和 VT2交替導(dǎo)通，在原邊繞組 W11和 W12兩端分別形成幅值為 Ui的交 流電壓。變壓器右側(cè)的整流電路采用由二極管VD1和 VD2構(gòu)成的全波整流電路， L2為輸出濾波電感， C 為輸出濾波電容。 變壓器是 具有中間抽頭的變壓器，原邊繞組 W11和 W12匝數(shù)相等，均為N1 ；副邊繞組 W21和 W22匝數(shù)也相等，均為 N2 ，繞組間同名端如圖 23 所示。 圖 22 單端正激型開(kāi)關(guān)電源主回路 3 、多端式變換器 多端式變換器的主要回路最基本的有以下三種 :推挽、半橋、全橋。 VD1為整流二極管， VD2是續(xù)流二極管， L 為儲(chǔ)能濾波電感， C0為輸出濾波電容。輸入電能通過(guò) 整流二極管 VD1傳遞給負(fù)載，同時(shí)將部分能量?jī)?chǔ)存在輸出回路 (即高頻變壓器副邊回路 )中的儲(chǔ)能電感 L中，故這種開(kāi)關(guān)電源稱為單端正激型開(kāi)關(guān)電源。因此，單端反激變換器多用于 100W 左右的小功率電源，且對(duì)電源性能指標(biāo)要求不嚴(yán)格的場(chǎng)合。 單端反激式變換器輸出波紋電壓大，電壓和電流調(diào)整率低。此電路的整流二極管 VD1是在功率晶體管截止時(shí)才導(dǎo)通的。負(fù)載 RL流過(guò) 的電流是靠輸出電容 Co的放電電流來(lái)提供，此時(shí)，高頻變壓器將電能變?yōu)榇拍軆?chǔ)存起來(lái) 。隔離式直流開(kāi)關(guān)變換器分為如下的幾種 : 單端反激型開(kāi)關(guān)電源變換器 圖 21 所示為單端反激型開(kāi)關(guān)電源 的主回路，當(dāng)功率晶體管 VT 導(dǎo)通時(shí)，高頻變壓器的原邊電壓等于輸入電源電壓 Ui ，其極性為上正下負(fù)。 (4)Cuk 電路： 降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo大于或小于輸入電壓 Ui，極性相反，電容傳輸。 (2)Boost 電路： 升壓斬波器，其輸出平均電壓 Uo大于輸入電壓 Ui，極性相同。可分為 Buck 電路、 Boost 電路、BuckBoost 電路 、 Cuk 電路、 Zeta 電路、 Sepic 電路。 按輸入與輸出是否隔離可分為非隔離式開(kāi)關(guān)變換器和隔離式開(kāi)關(guān)變換器。 然后通過(guò)用 Matalable 對(duì)系統(tǒng) 輸出的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行仿 真分析。 華東交通大學(xué)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 研究方法 在本課題中，先對(duì)開(kāi)關(guān)電源的基本原理進(jìn)行分析介紹，再對(duì)開(kāi)關(guān)電源主電路的各個(gè)基本拓?fù)溥M(jìn)行分析對(duì)比，和介紹了 UC3842 模塊的功能， 最后根據(jù)本次設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)選擇反激電路為主電路拓?fù)洹? 本設(shè)計(jì)通過(guò)提高 電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性 ，提高高頻開(kāi)關(guān)電源的性能。 課題意義 隨著微型電子設(shè)備的發(fā)展，現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢(shì)是小型化、輕量化，而濾波電感、電容和變壓器在電力電子裝置的體積和重量占很大比例，提高開(kāi)關(guān)頻率，可以相應(yīng)地提高濾波器的截止頻率，從而可以選用較小的電感和電容使得濾波器的體積減小。 課題簡(jiǎn)介 本課題的研究思路 基本思路是采用變頻技術(shù)和功率轉(zhuǎn)換電路，將工頻電壓整流并濾波后， 經(jīng) 輸入功率轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l方波交流電壓 (20kHz 以上 )后，再經(jīng)高頻變壓器降 壓 后 根據(jù)反饋電壓實(shí)現(xiàn)直流電壓的恒定。 表示漂移的方法有兩種，一種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓值的變化 △ Uot來(lái)表示 ； 另一種是用指定時(shí)間內(nèi)輸出電壓的相對(duì)變化△ Uot/Uot來(lái)表示。 （ 8） 漂移 穩(wěn)壓電源在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，經(jīng)過(guò)一定的工作時(shí)間后元器件參數(shù)的不穩(wěn)定也會(huì)造成輸出電壓的變化，慢變化叫做漂移，快變化叫噪聲。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小，溫度每變化 1℃ 所引起輸出電壓值的變化△ UoT稱為絕對(duì)溫度系數(shù)，單位是 V/℃ 或 mV/℃ 。 鐘宏林：一種新型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 6 （ 6） 紋波系數(shù) Y 在額定輸出電壓和額定電流條件下，輸出紋波電壓的有效值 Urms與輸出直流電壓 U。 （ 3） 負(fù)載調(diào)整率 (也稱電流調(diào)整率 ) 在交流電源額定電壓的條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時(shí)，輸出電壓的最大相對(duì)變化量，用百分?jǐn)?shù)表示 oioS = 100%? ?Δ UU （ 14） （ 4） 輸出電阻 (也稱內(nèi)阻 ) 在額定輸出電壓的條件下，負(fù)載電流變化△ IL引起輸出電壓變化△ U。 10%時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對(duì)變化量 (百分?jǐn)?shù) )，即 ouoS = 100%?Δ UU （ 13） 一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為 1%， %， %等。的相對(duì)變化量△ Uo/U。越小輸出電壓就越穩(wěn)定。絕對(duì)穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變而輸入交流電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓變化量△ U。下面重點(diǎn)介紹質(zhì)量指標(biāo)。 （ 4）電源設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 電源設(shè)備要進(jìn)入市場(chǎng)，今天的市場(chǎng)意識(shí)超越區(qū)域融貫全球的一體化市場(chǎng)，必須遵從能源、環(huán)境、電磁兼容、貿(mào)易協(xié)定等共同準(zhǔn)則，電源設(shè)備生產(chǎn)廠家必須接受安全、 EMC、環(huán)境、質(zhì)量體系等種種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的認(rèn)證 [3]。單片電源和模塊電源取代整機(jī)電源，功率集成技術(shù)簡(jiǎn)化了電源 的結(jié)構(gòu)。實(shí)際上，可使目前的各種電源模塊的變換效率由 80%提高到 90%以上，達(dá)到高頻率、高效率的功率變換。因此，80 年代后期以來(lái)，軟開(kāi)關(guān)變換技術(shù)始終是電源技術(shù)研究的熱門(mén)課題。 （ 2）高效率 作為電源，效率是重要的關(guān)鍵指標(biāo)之一。為高頻變換提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，促進(jìn)了現(xiàn)代電源技術(shù)的繁榮和發(fā)展。 （ 1）高頻化是電源技術(shù)發(fā)展的主流 電源技術(shù)的精髓是電能變換，即利用電能變化技術(shù)，將市電或電池等一次電源變換成適用于各種用電對(duì)象的二次電源。 目前，開(kāi)關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。 開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展方向 1955 年美國(guó)羅耶 ()發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換 器，是實(shí)現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)換控制電路的開(kāi)端， 1957 年美國(guó)查賽 (Jensen)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器， 1964年美國(guó)科學(xué)家們提出取消工頻變壓器的串聯(lián)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)想，這對(duì)電源向體積和重量的下降獲得了一條根本的途徑。 (5)電路形式靈活多樣 鐘宏林：一種新型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 4 比如 :有自激式和他激式 ； 單端式和雙端式 ； 隔離型和非隔離型。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型 （ PWM） 和頻率調(diào)制型 (PFM)兩種。輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò) 調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了 500 倍，在相同紋波輸出電壓的要求下，采用開(kāi)關(guān)電源時(shí)的濾波電容容量只有線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的 1/1000～ 1/5000。因此開(kāi)關(guān)電源的體積小，重量輕。這使開(kāi)關(guān)器件功耗很小，電源效率大幅度提高，其效率可達(dá) 80%以上。它直接將電網(wǎng)工頻電壓經(jīng)整流濾波為直流電壓，再經(jīng)主變換電路處理后經(jīng)輸出整流濾波，反饋電路對(duì)輸出電壓進(jìn)行采樣，并把所采樣信號(hào)送到控制電路進(jìn)行比較放大處理，以此調(diào)節(jié)輸 出的 PWM脈沖占空比，最終輸出一個(gè)紋波電壓和穩(wěn)定性能均符合要求的直流電壓 [2]。典型開(kāi)關(guān)電源的基本電路框圖如圖 12所示 。隨著半導(dǎo)體器件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)等電子裝置的集成度不斷增加，功率越來(lái)越強(qiáng)而它們的體積卻越來(lái)越小，這就是人們對(duì)效率高、小型輕便、性能良好的新型電源需求更加迫切，這些需求成了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)發(fā)展的源 源不斷的動(dòng)力 [2]。正因?yàn)榫€性穩(wěn)壓電源的效率低、體積大、較笨重等原因，人們需要一種轉(zhuǎn)換效率高，小型輕便的新型電源。為了保證管子正常工作，除選用大功率管子外，還必須給管子加上較大的散熱片 。 (2)調(diào)整管在電源整個(gè)工作過(guò)程中一直是工作在晶體管特性曲線的線性放大區(qū)，調(diào)整管本身功率與輸出電流成正比。 (3) 濾波必須選用大容量 的濾波電容。 線性穩(wěn)壓電源雖然可以滿足所需直流電壓的高低和供電質(zhì)量 (精度、紋波等 )的要求，但存在嚴(yán)重的缺點(diǎn) : (1) 功耗大，效率低，其效率一般只有 30%～ 40%。線性穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖 11 所示。 開(kāi)關(guān)電源取代線性穩(wěn)壓電源 線性穩(wěn)壓電源 鐘宏林：一種新型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 2 介紹開(kāi)關(guān)電源前，先得介紹一下線性穩(wěn)壓電源，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源技術(shù)是在克服線性穩(wěn)壓電源缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。目前市場(chǎng)上的高頻 開(kāi)關(guān)電源大多采用晶閘管驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)速度低、損耗大 、噪聲也大，并且使高頻 開(kāi)關(guān)電源的頻率受到限制，從而縮小了它的使用范圍 [1]。高頻化和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是過(guò)去 20 年國(guó)際電力電子界研究的熱點(diǎn)之一。 第一個(gè)階段是功率半導(dǎo)體器件從雙極型器件 (SCR、 GTO)發(fā)展為 MOS 型器件 (功率MOSFET、 IGBT 等 )，使電力電子系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)高頻化，并大幅度降低導(dǎo)通損耗，電路也更為簡(jiǎn)單。另外開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能 源、節(jié)約資源及保護(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。隨著許多電器尺寸不斷減小，供電電源所占尺寸變得大得多，人們?cè)诮档烷_(kāi)關(guān)電源的體積、重量等方面做了不少工作。開(kāi)關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制 (PWM)控制集成芯片和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET 構(gòu)成。 關(guān)鍵詞： PWM； UC3842；開(kāi)關(guān)電源； MOSFET 鐘宏林：一種新型開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì) 2 Abstract With the highspeed development of electronic technology, the application of the electronic system is more and more extensive, as well as the variety of the electronic equipment. The relation between electronic equipment and our daily life is getting much closer day by day. As we know any kind of can work depending on some kinds of power supply which would have to be improved to meet the need of electronic equipment. Especially the popularization of the smallscale electronic equipment, it requires the steady power supply in order to meet the demand of smallscale electronic equipment. The switch power supply has such advantages as high frequency rates, strong power, high efficiency, and was called the energyefficient power. In this way the switch power supply shown here is on 12V, in order to meet the needs of such power supply for the smallscale electronic equipment. The design of the main switch power supply on the course of development, future development rends, and the advantages and disadvantages of switching power supply. The design of a typical flyback topology switching power supply design of the structure to control UC3842 as the core device. MOSFET used as a switching device, and its ondeadline fast, conduction losses small, which is the high efficiency switching power supply to provide protection. Seco