【正文】 WM變換器因工作原理簡單、易于控制、穩(wěn)定性高而一直處于主導(dǎo)地位。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 3 不隔離的直流變換器按所用有源功率器件的個數(shù)，可分為單管、雙管 和四管三類。雙管直流變換器有推挽式 （ Pushpull converter）和半橋式（ Halfbridge converter），四管直流變換器就是全橋直流變換器 （ Fullbridge converter）． 有隔離的直流變換器可以實現(xiàn)輸入與輸出間的電氣隔離，通常采用變 壓器實現(xiàn)隔離，變壓器本身具有變壓的功能，有利于擴大變換器的應(yīng)用范圍。 直流變換器也可分為 自激式和他激式，借助于變換器本身的正反饋信號實現(xiàn)開關(guān)管自持周期性開關(guān)的變換器叫做自激式變換器，他激式直流變換器中開關(guān)器件控制信號由專門的控制電路產(chǎn)生。硬開關(guān)直流變換器的開關(guān)器件是在承受電壓或流過電流的情況下接通或斷開電路的，因此在開通或關(guān)斷過程中伴隨著較大的損耗，即所謂的開關(guān)損耗 （ Swltching lose）。同時，開關(guān)過程中還會激起電路分布電感和寄生電容的振蕩，帶來附加損耗，因而硬開關(guān)直流變換器的開關(guān)頻率不能太高。這種開關(guān)方式顯著的減少了開關(guān)損耗和開關(guān)過程中激起的振蕩，可以大幅度地提高開 關(guān)頻率，為變換器的小型化和模塊化創(chuàng)造了條件。圖 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 4 是 DC/DC 變換器系統(tǒng)框圖 。采用開關(guān) DC/DC 變換器把不穩(wěn)定的直流輸入電壓變?yōu)樗蠓€(wěn)定的直流輸出電壓。開關(guān)型 DC/DC 變換器是采用一個或多個開關(guān)把一種直流電壓變換為另一種直流電壓。開關(guān)型 DC/DC 變換器的基本電路及波形如圖 所示。 整理期 AC 電源 單項或三相 DC 不穩(wěn)壓 電容 濾波器 DC 不穩(wěn)壓 DC/DC 變換器 DC 穩(wěn)壓 負載 電池 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 5 R?47KVdRSt o n t o f fvdVo vo+voto （ａ）基本電路 （ｂ）工作波形。 （ 2）保持開關(guān)導(dǎo)通時間不變，改變工作頻率，稱為脈沖頻率調(diào)制型。因為采用頻率調(diào)制工作方式容易產(chǎn)生諧波干擾，而且濾波器設(shè)計比較困難。與重復(fù)波形比較來控制開關(guān)通斷狀態(tài)，如圖 所示。由圖 （ b）可知，當控制電壓信號 Vc 變大，則導(dǎo)通時間變寬，而 Vc 變小，則導(dǎo)通時間變窄。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 6 B I J I A OV0 （期望值）V0 （實際值）VC比較器開關(guān)控制信號重復(fù)信號放大器 (a) (b) 圖 脈寬調(diào)制方式 （ PWM） (a)方框圖；（ b）控制波形。使用要求是：高的可靠性、好的可維修性、小的體積重量、低的價格及使用費用和好的電器性能。直流開關(guān)電源的電氣性能包括輸入特性、輸出特性、附加功能、電磁兼容性和噪聲容限。交流輸入時，交流電壓往往要先經(jīng)過整流濾 波變換成直流電壓后，再通過直流變換器轉(zhuǎn)變?yōu)樗摰闹绷麟妷骸? 輸出參數(shù)有額定輸出電壓、電流、輸出電壓可變范圍，輸出電流變化范圍和輸出電壓的紋波。穩(wěn)壓精度包括電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，電壓調(diào)整率是指當輸出電流為整定值、電網(wǎng)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化量與輸出電壓整定值的比值；負載調(diào)整率是指當輸入電 壓為整定值、負載在 0100％額定電流范圍內(nèi)變化時，輸出電壓的變化量與輸出電壓整定值的比值。 直流開關(guān)電源的發(fā)展 高頻化、小型化、模塊化和智能化是直流開關(guān)電源的發(fā)展方向。功率重量比或功率體積比是表征電源小型化的重要指標，50Ｗ／ 3in 的開關(guān)電源早己上市，目前已向 120W／ 3in ＇發(fā)展。模塊電源的并聯(lián)、串聯(lián)和級聯(lián)既便于用戶使用，也便于生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 8 2 單端反激式開關(guān)電源原理 直流開關(guān)電源是具有直流變換器且輸出電壓恒定或按要求變化的直流電源，其輸入為直流電，也可以是交流電。 單端反激式 （ Flyback）變換器的原理如圖 所示。反激是指當開關(guān)管 BG 被 PWM 脈沖激勵而導(dǎo)通時，輸入電壓 U1 加在高頻變壓器Ｔ的原邊上，由于變壓器副邊整流二極管 D2 反偏，副邊上沒有電流流過，所以能量儲存在變壓器原邊的電感 L1 上，而輸出電壓靠電容 Co 的放電維持。 圖 單端反激式開關(guān)電源的原理電路 在 BG 導(dǎo)通期間儲存的磁能究竟在截止期間釋放多少？是 tu 正好釋放完，還是早已釋放完，還是沒有釋放完，這取決于 BG 截止時間 toff，的大小，由此可導(dǎo)出單端反激式變換器的三種工作狀態(tài)： 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 磁化電流臨界狀態(tài) 圖 toff=pIVoL 22時的電壓，電流。為 BG 截止開始時副邊流過的電流值。在下一個周期 BG 重 新導(dǎo)通時， N1 中的電流 i1 也從零開始，按（ Vi/L1） t 的規(guī)律線性上升這時磁化電流處于臨界狀態(tài)。磁通波形 Flyback變換器中間采用的是偶合電感，對原邊繞組 N1 的自感 L1 來講，它的電流不可能連續(xù)，因為 BG斷開后其電流必然為零，但這時必在副邊繞組 N2 的自感 L2 中引起電流，故對反激變換器來說，電流連續(xù)是指變壓器兩個繞組的合成安匝在一個開關(guān)周期中不為零，而電流不連續(xù)是指合成安匝在 BG 截止期間有一段時間為零。比繞組 N2中電流 I2衰減到零所需的時間更長時，即 toff(L2/Vo)I2P 時，次極電流 I2及變壓器磁通 Φ 中在 BG 截止時間 toff 以前便以衰減到零 （忽略剩磁）。輸出電壓為： 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 11 Vo=Vi ontTLRL12． 由此可見，輸出電壓 Vo 與負載電阻 RL有關(guān)， RL愈大則輸出電壓愈 高，反之負載電阻愈小，則輸出電壓愈低，這是反激變換器的一個特點 輸出電壓隨著輸入電壓的增大而增大，也隨著導(dǎo)通時間的增大而增天，還隨 N1 繞組電感量 L1 的減小而增大 。所以在進行 開環(huán)實驗時，不應(yīng)讓負載開路，必須接入一定的負載，或者在電路中接入一個所謂的 “ 死負載 ” 。在這種狀態(tài)下，下一個周期開始 BG重新導(dǎo)通時，初級繞組的電流i1 也不會從零開始，而是從Ｉ，ｍｉ。由磁通復(fù)位原則可導(dǎo)出： 112112 1 VDDNNVttNNV o ffono ??????? 其 中 D= Tton 為占空比。如果輸入電壓變化或者負載變化，只要控制導(dǎo)通比變化就可以保持輸出電壓的穩(wěn)定。它具有電路簡單，所用元件少，輸出與輸入間有電氣隔離，能方便地實現(xiàn)多路輸出，開關(guān)管驅(qū)動簡單，可通過改變高頻變壓器的原、副邊繞組的匝比ｎ使占空比 D 保持在最佳范圍內(nèi)從而使電源滿足穩(wěn)壓范圍的要求等優(yōu)點。 這些缺畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 13 點可通過選用具有高耐壓、大電流的高速功率器件，在輸入和輸出端加濾波電路等措施加以解決。進行設(shè)計的基本思路和部分分析計算如下： 設(shè)計 要求 （ 1） 輸入條件 1） 主要輸入供電電源：市電 額定電壓： AC220V／ 50Hz 波動范圍 ： DC187V242V 2） 備用輸入供電電源：蓄電池 額定電壓： 波動范圍： DC21V31V （ 2） 輸出特性 1） 285V/ 直 流輸出，此輸出一方面作為下面三路輸出的輸入 電源，另一方面作為給備用蓄電池浮充電的電源 （充電電流小于1A）． 2）三路直流輸出： ○ 1 5V/5A； ○ 2 24V/2A； ○ 3 28V/ 共三組輸 出。 當交流輸入時，系統(tǒng)中三組直流輸出應(yīng)與交流 220V隔離。當輸出電流小于保護電流設(shè)定值后，電路自動恢復(fù)正常供電， 輸出短路為過流保護的極限狀態(tài)．各路輸出過流保護電流設(shè)定值 Igmi 要求如下： ① 5V檔 ,Igmi＞ ② 24V檔 ,Igmi＞ ③ 28V檔 ,Igmi＞ 3A .2） 輸出短路保護： 各路輸出均應(yīng)設(shè)置輸出短路保護，當某路輸出處于短路時，相應(yīng)的保護電路動作，保護電路動作時不影響其它電路正常工作，當輸出電流小于保護電流設(shè)定值時，電流自動恢復(fù)正常供電。 畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 16 電路設(shè)計 脈寬調(diào)制器的選擇 電流 型脈沖寬度調(diào)制集成電路 UC2842是一種高性能的、單端輸出的、固定頻率的電流型 PWM 控制器，能很好地應(yīng)用在隔離式單端反激開關(guān)電源的設(shè)計以及直流一直流變換器設(shè)計之中，它最大的優(yōu)點是外接元件少， 外電路裝配簡單，成本低廉。 圖 UC3842PWM 控制器的工作原理圖 由圖 所示的 UC3842PWM 控制器的工作原理圖可知，它有兩個控畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 17 制閉環(huán)回路，一個是輸出電壓 Vo 反饋回誤差放大器，用于同基準電壓 Vref比較之后產(chǎn)生誤差電壓信號：另一個是變壓器初級電感中的電流在電阻 Rs 產(chǎn)生的電壓，與誤差放大器的輸出電壓信號進行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖寬度的脈沖信號。這是因為輸入電壓 Vi 的變化立即反映為電感電流的變化，它不經(jīng)過任何誤差放大器就能在比較器中改變輸出脈沖寬度，在實際應(yīng)用中，再增 加一級輸出電壓 Vo 至誤差放大器的控制，能使電壓調(diào)整率更好。因為誤差放大器可專門用于控制由于負載變化造成的輸出電壓變化，特別是當輕負載時，負載調(diào)整率降至8％， 2/3 負載至滿載，負載調(diào)整率降至 3％以下。 （ 4）電流限制電路得到簡化。 （ 5） UC3842PWM 控制器設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟閥值設(shè)在 16V，關(guān)閉閥值設(shè)在 10V。自饋電后整個電路的電流消耗達 15mA。由于啟動電流小于 1mA，所以 Rin 上的功耗很小。 （ 7） UC3842 的輸出級為圖騰柱式輸出電路，輸出晶體管的平均電流為土 200mA，最大峰值電流可達177。 （ 9） UC3842 的關(guān)閉技術(shù)： UC3842 提供了兩種關(guān)閉技術(shù)，第一種是將③腳電壓升高超過 1V，引起過流保護開關(guān)關(guān)閉電路輸出；第二種是將①腳電壓降到 1V以下，使 PWM 比較器輸出高電平， PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出，直 到下一個時鐘脈沖到來，將 PWM 鎖存器置位，電路才能從新啟動。 UC3842 使用注意事項： R?100KC?CL?I N D U C T O RQ?M O S F E T NR?RsRLM 圖 UC3842 的③腳外接的濾波網(wǎng)絡(luò) i 當從開關(guān)管與地之間所接采樣電阻 Rs 取樣給 UC3842 的 ○ 3 腳電感 電流取樣