電力電子課程設(shè)計(jì)一種開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、電力電子課程設(shè)計(jì) 開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)一種開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)目錄1引言-1 1.1 穩(wěn)壓電源的發(fā)展-1 1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點(diǎn)-2 1.2.1 優(yōu)點(diǎn)-2 1.2.2 缺點(diǎn)-2 1.3 開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中所面臨的問題-2 1.4設(shè)計(jì)基本背景要求-3 1.5設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)-32 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理-43 主電路設(shè)計(jì)-4 3.1 電源變壓器的設(shè)計(jì)-4 3.2 整流濾波電路的設(shè)計(jì)-6 3.3 emi電路設(shè)計(jì)-64 控制電路設(shè)計(jì)-6 4.1 電流型脈寬控制芯片uc3842介紹-7 4.1.1 uc3842的基本工作原理-7 4.1.2 uc3842的優(yōu)點(diǎn)-7 4.1.3 uc3842的引

2、腳圖及功能表-8 4.2 功率開關(guān)管的選擇-9 4.3功率開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計(jì)-9 4.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)-10 4.5控制電路的工作過程-10 附錄-11 附錄a 5v/7a開關(guān)穩(wěn)壓電源的電路圖-11 附錄b 元器件參數(shù)表-12 附錄c 總結(jié)-13參考文獻(xiàn)-14 引言1.1 穩(wěn)壓電源的發(fā)展 在電子電路和電氣設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，直流電源可分為兩大類，一類是化學(xué)電源，如各種各樣的干電池、蓄電池、充電電池等電源；其優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、攜帶方便等，缺點(diǎn)是成本高，易污染。另一類是穩(wěn)壓電源，它是把交流電網(wǎng)220v的電壓降為所需要的數(shù)值，然后通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的直流電壓

3、，這是現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用比較廣泛的一類。 早在19世紀(jì)研制電燈時人們就曾考慮過穩(wěn)壓問題。20世紀(jì)初，出現(xiàn)了早期的穩(wěn)壓技術(shù)文獻(xiàn)。限于當(dāng)時的技術(shù)水平，研究的只是鐵磁交流穩(wěn)壓，并未形成完整的穩(wěn)壓技術(shù)體系。電子管問世不久即被用于穩(wěn)壓技術(shù)，設(shè)計(jì)出電子管直流穩(wěn)壓器，進(jìn)而將電子器件與鐵磁元件結(jié)合構(gòu)成電子控制磁飽和交流穩(wěn)壓器。至50年代，穩(wěn)壓成為一門獨(dú)立的應(yīng)用技術(shù)。晶體管的出現(xiàn)，很快被應(yīng)用于穩(wěn)壓技術(shù)。成為直流集成穩(wěn)壓器件。1955年美國的科學(xué)家羅那(g.h.royer)首先研制成功了利用磁芯的飽和來進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。此后，利用這一技術(shù)的各種形式的精益求精直流變換器不斷地被研制和涌現(xiàn)出來，從而取代了早

4、期采用的壽命短、可靠性差、轉(zhuǎn)換效率低的旋轉(zhuǎn)和機(jī)械振子示換流設(shè)備。由于晶體管直流變換器中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以由此而制成的穩(wěn)壓電源輸出的組數(shù)多、極性可變、效率高、體積小、重量輕，因而當(dāng)時被廣泛地應(yīng)用于航天及軍事電子設(shè)備。由于那時的微電子設(shè)備及技術(shù)十分落后，不能制作出耐壓高、開關(guān)速度較高、功率較大的晶體管，所以這個時期的直流變換器只能采用低電壓輸入，并且轉(zhuǎn)換的速度也不能太高。60年代，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓的晶體管出現(xiàn)了，從此直流變換器就可以直接由市電經(jīng)整流、濾波后輸入，不再需要工頻變壓器降壓了，從而極大地?cái)U(kuò)大了它的應(yīng)用范圍,并在此基礎(chǔ)上誕生了無工頻降壓變壓器的開關(guān)電源。省掉了

5、工頻變壓器，又使開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量大為減小，開關(guān)穩(wěn)壓電源才真正做到了效率高、體積小、重量輕。70年代中期開發(fā)的應(yīng)用簡便的三端穩(wěn)壓器件(如7800系列和7900系列)標(biāo)志著集成穩(wěn)壓技術(shù)的成熟。以上的穩(wěn)壓電源基本都屬于耗能型。其技術(shù)原理是用穩(wěn)壓管或鐵磁共振恒壓變壓器等非線性器件并輔以必要的電路實(shí)現(xiàn)對輸出電壓的自動調(diào)整，線路成熟， 理論比較完善。但仍然存在體積大、效率低等固有缺陷。 70年代后期，隨著新型高效電力電子器件的不斷涌現(xiàn)、電力變換技術(shù)和控制理論的飛速發(fā)展以及微處理器技術(shù)的日新月異，源源不斷地為穩(wěn)壓電源的發(fā)展注入著新的生機(jī)和活力，它的另一分支開關(guān)穩(wěn)壓電源獲得了更為迅猛地發(fā)展。其原理在于

6、控制開關(guān)器件的導(dǎo)通時間來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。80年代以后，由于與這種技術(shù)有關(guān)的高頻，高反壓的功率晶體管、高頻電容、開關(guān)二極管、開關(guān)變壓器的鐵芯等元件也不斷地研制和生產(chǎn)出來，因此使無工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源被廣泛地應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、航天、彩色電視機(jī)等各種領(lǐng)域，從而使這種穩(wěn)壓電源成為各種電源中的佼佼者。并不斷向高頻化、集成化、高效化等方面發(fā)展。1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)缺點(diǎn)1.2.1優(yōu)點(diǎn) (1)功耗小，效率高。由于開關(guān)型器件在激勵信號的激勵下，交替的工作在導(dǎo)通截止和截止導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，可以做到幾百或者近1000hz，使得開關(guān)型器件的功耗很小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可達(dá)80%左右。

7、 (2)體積小，質(zhì)量小。由于開關(guān)穩(wěn)壓電源沒有采用笨重的工頻變壓器，開關(guān)型器件上的功率耗散大幅度降低后，又省去了散熱片。因此，使開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)了體積小、質(zhì)量小。 (3)穩(wěn)壓范圍寬。其輸出電壓是由激勵信號來調(diào)節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調(diào)頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償，因此，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，能夠保證穩(wěn)定的輸出電壓。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種，所以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，便于設(shè)計(jì)。 (4)濾波效率大大提高，使濾波電容的容量和體積大為減少。采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容的1/5001/1000。 (5)電路形式靈活多樣。主要有自激式和它激式，有調(diào)

8、寬型和調(diào)頻型，有單端式和雙端式等，便于設(shè)計(jì)者自主發(fā)揮，設(shè)計(jì)出滿足不同應(yīng)用場合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。1.2.2 缺點(diǎn) 開關(guān)穩(wěn)壓電源存在著較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾 。在開關(guān)型器件的開關(guān)過程中產(chǎn)生的交流電壓或電流通過電路中的其他元器件產(chǎn)生尖峰干擾和諧振干擾，這些干擾如果不采取一定的措施進(jìn)行抑制、消除和屏蔽，就會嚴(yán)重的影響整機(jī)的正常工作。由于開關(guān)穩(wěn)壓電源振蕩器沒用工頻變壓器的隔離，這些干擾就會串入工頻電網(wǎng)，使附近的其他電子儀器、設(shè)備和控制設(shè)備受到嚴(yán)重的干擾而無法正常工作。 此外，由于我國的微電子技術(shù)、阻容器件生產(chǎn)技術(shù)等技術(shù)與先進(jìn)國家之間有一定的差距，因而開關(guān)穩(wěn)壓電源的造價不能降低，從而影響了其可靠性的進(jìn)一步提高，

9、因此在電子儀器及機(jī)電一體化儀器中，應(yīng)用并不廣泛。另外，由于其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，致使制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價成本較高。1.3 開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)中所面臨的問題 隨著半導(dǎo)體技術(shù)和微電子技術(shù)的高速發(fā)展，集成度高、功能強(qiáng)大的大規(guī)模集成電路的不斷出現(xiàn)，使得電子設(shè)備的體積在不斷地縮小，重量在不斷地減輕，所以從事這方面研究和生產(chǎn)的人們對開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)變壓器還感到不是十分理想，研制出效率更高、體積更小、重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過別的途經(jīng)取代開關(guān)變壓器，使之能夠滿足電子儀器和設(shè)備微小型化的需要，這是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制的科技人員目前正在克服的一個困難。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的，并

10、且開關(guān)穩(wěn)壓電源中由于采用了開關(guān)變壓器以后，才能使之由一組輸入得到極性、大小各不相同的多組輸出。要進(jìn)一步提高開關(guān)穩(wěn)壓電源的效率，就必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對整個電路中的元器件又有了新的要求。進(jìn)一步研制適應(yīng)高頻率工作的有關(guān)電路元器件，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第二個問題。 工作在線性狀態(tài)的線性穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且波紋電壓輸出較小。但是在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和電流會通過電路中的元件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾就會污染市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子儀器及設(shè)備的正常工作。隨著開關(guān)穩(wěn)壓電

11、源電路和抑制干擾措施的不斷改進(jìn)，開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)得到了一定的克服，可以達(dá)到不妨礙一般的電子儀器、家用電器的正常工作的程度。但是在一些精密電子儀器中，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，卻使它得不到使用。所以，克服開關(guān)穩(wěn)壓電源的這一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍，是從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研制科技人員要解決的第三個問題。1.4 設(shè)計(jì)的基本背景要求 直流穩(wěn)壓電源作為直流能量的提供者，有著極其重要的地位，它的性能良好與否直接影響到電子產(chǎn)品的精度、穩(wěn)定性和可靠性。隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，電源技術(shù)也得到了很大的發(fā)展，它從過去一個不太復(fù)雜的電子線路變成今天具有較強(qiáng)功能的模塊。由于開關(guān)穩(wěn)壓電源本身消耗的能量極低，電源效

12、率可達(dá)80%左右，比串聯(lián)調(diào)整式線性穩(wěn)壓電源提高近一倍，選用帶高頻變壓器的單端或雙端輸出式脈寬調(diào)制器，可省掉體積笨重、損耗大的工頻電源變壓器，制成功率從幾十瓦到幾千瓦的開關(guān)電源。而且此類電源的控制芯片具有種類齊全、功能強(qiáng)大的顯著優(yōu)點(diǎn)，并使外圍電路設(shè)計(jì)簡單化，從而降低成本，可靠性卻大大提高。考慮到此種電源的應(yīng)用領(lǐng)域（其主要應(yīng)用于小功率自動化儀表等設(shè)備的直流供電），我所要設(shè)計(jì)是一種以電流型脈寬調(diào)制控制器uc3842為核心組成的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。 1.5 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)(1) 交流輸入電壓220v20(2) 直流輸出電壓5v(3) 輸出電流7a(4) 輸出電壓調(diào)整率1(5) 紋波電壓u050

13、mv2 開關(guān)穩(wěn)壓電源的基本工作原理 該電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示 emi 濾波電路整流濾波電路輸出整流濾波uc3842反饋電路ln+5v/7aagnd變壓器控制電路圖1 穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖 220v交流電壓經(jīng)過emi濾波后，得到直流電壓輸入到單相整流電路，emi電路的作用是防止電源本身的電磁干擾脈沖通過傳導(dǎo)或輻射方式干擾公共線路上的其他設(shè)備,同時也防止公共線路上的電磁脈沖干擾電源本身的工作,這部分電路在開關(guān)電源中的設(shè)計(jì)是不容忽視的。輸入的交流電壓經(jīng)整流后得到脈動直流電流，再由濾波電容濾波后獲得小脈動直流電壓。uc3842從主電路獲得啟動電壓，從而進(jìn)行控制，即輸出一定寬度的脈沖信號驅(qū)動開關(guān)功率管的

14、導(dǎo)通和截止，以實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制功能。最后通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級得到電壓，經(jīng)整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。 3 主電路設(shè)計(jì) 我所設(shè)計(jì)的主電路如圖2所示圖2 開關(guān)穩(wěn)壓電源主電路電路圖 具體設(shè)計(jì)過程如下所述3.1 電源變壓器的設(shè)計(jì) 當(dāng)電網(wǎng)電壓在 220v20范圍內(nèi)變化時，對應(yīng)于176264v，經(jīng)全波整流后的直流輸入電壓為vimin240v，vimax360v。單端反激式開關(guān)電源中所產(chǎn)生的反向電動勢e170v。線圈漏感造成的尖峰電壓vl100v，因?yàn)関imin+e+vimax360v，故開關(guān)功率管應(yīng)承受630v以上的高壓。 脈沖信號最大占空比： 計(jì)算初級線圈的電感量l10： 設(shè)

15、滿載時峰值電流為ip，在進(jìn)行短路保護(hù)時的過載電流為is，則有： 所以初級線圈儲存的電能為： (1)確定初級線圈的匝數(shù)n1 在初級線圈的安匝數(shù)n1is與儲存的電能w之間存在如下關(guān)系： 所以有： 實(shí)取n1=90匝。(2)確定自饋線圈匝數(shù)n2，次級線圈匝數(shù)n3 實(shí)取n2=11匝。 次級線圈n3的回路中選用肖特基二極管d80-004，vf0.4v,v0=5v,故 鑒于輸出電流可達(dá)7a，線圈的銅阻與輸出引線電阻上會形成壓降，為避免輸出電壓跌落，應(yīng)適當(dāng)提升v0的值，所以取n3=4匝,輸出功率p0=57=35w,為留有一定的裕度,應(yīng)選擇額定功率為40w的變壓器作為此開關(guān)電源的電源變壓器。(3)自饋線圈、次級

16、線圈中整流管的選擇 由于用uc3842構(gòu)成的開關(guān)電源屬于單端反激變換器式。其工作頻率盡管可達(dá)500 khz，但受制作工藝、開關(guān)功率管頻率特性等因素的限制，通常將f0設(shè)計(jì)在幾十千赫以下。使用vmos管時，f0=40 khz，用雙極型開關(guān)功率管時，f0=20 khz為宜，當(dāng)電路起振后,uc3842的第4腳幅度約為1.5 v，周期為25s的鋸齒波。反向恢復(fù)時間trr愈小，高頻開關(guān)性能越好。肖特基二極管(sbd)的trr =400ns，快恢復(fù)二極管(srd)的trr=35ns，超快恢復(fù)二極管(srd)的trr=35ns(4)自饋線圈回路中二極管的選擇 自饋線圈回路中可選fr309型快恢復(fù)二極管，其耐壓

17、值為1000 v。額定整流電流為3a。次級線圈回路宜選用肖特基勢壘二極管，它屬于高頻、大電流、低功耗器件，其正向?qū)▔航祪H0.4 v左右，還不到快恢復(fù)二極管vf值的一半。d80-004型肖特基勢壘二極管的主要參數(shù)是：平均整流電流i0=15 a，最大正向壓降vf =0.4 v，反向恢復(fù)時間tv 10 ns，反向峰值電壓vr =40 v。3.2整流濾波電路的設(shè)計(jì) 整流器的功能是將輸入的交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。整流器是由四只整流二極管構(gòu)成。對于單相半波整流電路，具有如電路特點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓波動較大、變壓器利用效率低、輸出電流脈動大，一般只用在小容量負(fù)載，且對波形要求不高的場合。對于單相

18、全波整流電路，雖然相對半波整流輸出電壓波動減小，功率因數(shù)大大提高，但變壓需中心抽頭，繞制復(fù)雜，成本高，笨重。雖然三相整流電路有利于電網(wǎng)的三相平衡，且輸出電壓的脈動比單相小，但由于三相整流電路均應(yīng)用在大容量負(fù)載（一般超過4kw以上）的場合因此本次設(shè)計(jì)我選擇單相橋式整流電路來實(shí)現(xiàn)該電源的整流功能可以有較高的性價比。在整流器的輸出端并聯(lián)上容量很大的電容c1即構(gòu)成小功率直流穩(wěn)壓電源常用的電容濾波電路,利用該儲能元件(在本電路中c1)的充放電,使輸出電壓平滑。 設(shè)u2為整流的輸入交流電壓，則vd管的最大整流電流if必須大于實(shí)際流過二極管的平均電流id vd管的最大反向工作電壓ud必須大于二極管實(shí)際所承受

19、的最大反向峰值電壓udm 其中：rl為整流濾波電路的負(fù)載電阻，它為濾波電路的電容c提供放電通路，放電時間常數(shù)rc應(yīng)滿足 其中：t = 20ms是50hz交流電壓的周期。應(yīng)選擇in4001型(1a/1000v)整流二級管，適當(dāng)選取電容以實(shí)現(xiàn)濾波。3.3 emi電路設(shè)計(jì)由于開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出紋波（開關(guān)噪聲）大帶來了emi問題，幅射emi的頻率范圍在30mhz1000mhz之間，而開關(guān)穩(wěn)壓電源的的工作頻率一般在50khz1mhz,雖然開關(guān)頻率不高，但開關(guān)穩(wěn)壓電源處理電流電壓信號強(qiáng)度使得其emi問題十分嚴(yán)重，由于其紋波產(chǎn)生是必然的，但仍可以通過設(shè)計(jì)emi濾波電路和合理選擇元器件進(jìn)行抑制?？梢姡琫mi濾

20、波電路的設(shè)計(jì)是必備的。其電路是采用互感濾波電路，主要是為了實(shí)現(xiàn)零紋波條件，串聯(lián)快速熔斷器是為了防止交流側(cè)電流過沖，以實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。并電容是防止電壓過沖。4 控制電路設(shè)計(jì) 開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制和電流控制,前者是一個中閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線性調(diào)整率精度，后者是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成中極點(diǎn)，因此增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。uc3842是近年來新問市的一種電流型脈寬調(diào)制器。它的輸出頻率即為振蕩頻率，最大占空比可達(dá)100%。其主要優(yōu)點(diǎn)是電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%/v，能與線形集成穩(wěn)壓器相媲美，工作頻率

21、高(最高500 khz)，啟動電流小(小于1 ma )，外圍元件少，成本低廉，可靠性高，且利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)隔離。適宜于制作供自動化儀表使用的20 80 w的小功率開關(guān)電源。4.1 電流型脈寬控制芯片uc3842介紹4.1.1 uc3842的基本工作原理 uc3842每部電路包含誤差放大器、pwm比較器、pwm鎖存器、振蕩器、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。uc3842的內(nèi)部基準(zhǔn)電路產(chǎn)生+5v基準(zhǔn)電壓作為其自身的內(nèi)部電源，允許有0.1v的偏差。溫度系數(shù)為0.2mv/攝氏度。+5v經(jīng)衰減得2.5v電壓作為誤差放大器基準(zhǔn)，并可作為5v/500ma的電源輸出。振蕩器產(chǎn)生防

22、波振蕩信號，振蕩器頻率取決于外接定時元件，接在4腳與8腳之間的電阻rt和4腳與地之間的電容共同決定了振蕩器的振蕩頻率，f=1.8/(rtct)。反饋電壓由2腳接誤差放大器反向端。1腳外接rc網(wǎng)絡(luò)以改變誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率特性。 uc3842采用圖騰柱輸出電路，能夠提供大電流輸出，輸出電流可達(dá)1a，可直接對雙極型晶體管和mosfet進(jìn)行驅(qū)動。啟動電流小于1ma,正常工作電流為15ma。帶鎖定的pwm，可以進(jìn)行逐個脈沖的電流限制。uc3842還具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源，可以進(jìn)行欠壓鎖定。 圖3 uc3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.1.2 uc3842的優(yōu)點(diǎn)(1)電壓調(diào)整率(抗電壓波動能力)很好 用這

23、種型號的調(diào)制器很容易達(dá)到0.01%/v的調(diào)整率。其原因是點(diǎn)壓vs波動立即反應(yīng)在電感電流的變化。不像其他方案要經(jīng)過輸出電壓v0反饋到誤差放大器的調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程。所以響應(yīng)快。如果波動是持續(xù)的，電壓反饋環(huán)也起作用，所以可以達(dá)到較高的線性調(diào)整率精度。(2)負(fù)載調(diào)整率改善明顯 因?yàn)檎`差放大器e/a可專門用于控制占空比適應(yīng)負(fù)載變化造成的輸出電壓變化，負(fù)載調(diào)整率好。一般調(diào)制器在輕載時輸出電壓v0會有一定升高，而這種調(diào)制器可以明顯改善這一缺陷。(3)誤差放大器e/a補(bǔ)償電路(1、2端間rc)簡化，頻響特性好，穩(wěn)定裕度大。(4)過流限制特性好能精密的靈敏的限制輸出最大電流，高頻變壓器功耗，mosfet的功耗都可

24、以減小，因此，對整個開關(guān)電源體積、成本、性能都有良好的影響。(5)過壓保護(hù)和欠壓鎖定功能當(dāng)工作電壓vcc大于34v時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，使內(nèi)部電路在小于34v下可靠工作。當(dāng)欠壓時，有鎖定電路的功能。4.1.3 uc3842的引腳圖及功能表 uc3842的引腳圖如圖4所示86512374vrefvccoutputgnd comp vfbe isensert/ctuc3842圖4 uc3842引腳圖 其具體引腳功能說明參考表1表1 uc3842引腳功能表引腳號引腳符號功能1comp內(nèi)部誤差放大器的輸出端，可接rc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)到誤差放大器的反相輸入端，來決定閉環(huán)放大器的閉環(huán)增益和頻率響應(yīng)，使芯片工作穩(wěn)定。通常

25、此引腳與2腳之間結(jié)有反饋網(wǎng)絡(luò)，已確定誤差放大器的增益和頻響。2feed back反饋電壓輸入端，此腳與內(nèi)部誤差放大器相向輸入端的基準(zhǔn)電壓（一般為+2.5v）進(jìn)行比較,產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度3isense電流傳感端。在外圍電路中，功率開關(guān)管（如vmos管）的源極串接一個小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入3腳，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時，功率開關(guān)管的電流增大，當(dāng)取樣電壓引腳號引腳符號引腳功能3isense上的電壓超過1v時，uc3842就停止輸出，有效的保護(hù)了功率開關(guān)管4rt/ct定時端。外接定時電阻rt和定時電容ct決定工作震蕩頻率，f=1.8/(rtct)5

26、gnd接地6out輸出端，此腳為圖騰柱式輸出，驅(qū)動能力是1a。這種圖騰柱結(jié)構(gòu)對被驅(qū)動的功率管的關(guān)斷有利，因?yàn)楫?dāng)三極管vt1截止時，vt2導(dǎo)通，為功率管關(guān)斷時提供了低阻抗的反相抽取電流回路，加速功率管的關(guān)斷7vcc電源端。當(dāng)供電電壓低16v時，uc3842不工作，此時耗電在1ma以下。輸入電壓可以通過一個大阻值電阻從高電壓獲得。芯片工作后，輸入電壓可在+10+30v之間波動，低于+10v停止工作。工作時耗電約為15ma，此電流可通過反饋電阻提供。極限輸入電壓為30v，其開啟閾值設(shè)在16v，關(guān)閉閾值設(shè)在10v，兩值相差6v，故可以有效的防止電路在閾值電壓附近工作時振蕩8vref基準(zhǔn)電壓輸出，可輸出

27、精確的+5v基準(zhǔn)電壓，電流可達(dá)50ma4.2 功率開關(guān)管的選擇 因?yàn)楣β书_關(guān)管應(yīng)能承受630v以上的高壓，為安全起見，應(yīng)采用耐壓1000 v的vmos管。可選用美國ir公司生產(chǎn)的irfpg407型，其漏-源極可承受最高電壓vdsm=1000v，最大漏極電流idm=4.3 a，最大功耗pdm=150w，完全可以滿足要求。但在使用時，必須加合適的散熱器。 為避免因高頻變壓器發(fā)生磁飽和形象而損壞開關(guān)功率管，需在e-12磁芯兩側(cè)各留出一定的空氣隙,假定氣隙處磁場未發(fā)生泄漏，則 實(shí)取=1.0mm。4.3功率開關(guān)管驅(qū)動電路設(shè)計(jì) vmos的驅(qū)動電路圖設(shè)計(jì)如圖5所示，由uc3842圖騰柱式輸出端6腳提供驅(qū)動電

28、壓。這種圖騰柱式結(jié)構(gòu)對于被驅(qū)動的vmos管的關(guān)斷很有利，且驅(qū)動電路簡單，控制方便。圖5vmos驅(qū)動電路圖4.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 由于uc3842芯片內(nèi)部具有完善的保護(hù)機(jī)制，具有過流限制、過壓保護(hù)和欠壓保護(hù)功能。對于功率開關(guān)管的保護(hù)，可以在柵極串入限流電阻r7，在起源極串入一個小阻值的取樣電阻r10，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1v時，uc3842就停止輸出，有效的保護(hù)了vmos管。 綜上所述，得到此開關(guān)穩(wěn)壓電源控制部分的電路圖，如圖6所示圖6 控制電路電路圖4.5控制電路的工作過程 輸入的220v交流電壓經(jīng)emi濾波電路抑制電磁干擾，再經(jīng)整流后輸出脈動直流電流再由濾波電容

29、濾波后獲得300v左右的直流電壓，通過r2向uc3842提供16v的啟動電壓，fu是快速熔斷器作電網(wǎng)側(cè)的過流保護(hù)，uc3842得到啟動電壓后即開始工作，輸出一定寬度的脈沖信號驅(qū)動開關(guān)功率管的導(dǎo)通和截止。有繞組n2獲得高頻電壓經(jīng)整流濾波后作為的uc3842工作電源，同樣，采樣電壓也取自這個繞組的電壓。從而省去了光電耦合的負(fù)反饋控制電路，使電路更加簡潔。r5 、c4用于改善誤差放大器的頻率響應(yīng)，r3是斜坡補(bǔ)償電阻，r6和c6是的開關(guān)工作頻率的設(shè)定電阻和電容，r10是過流檢測電阻，r7是開關(guān)功率管柵極的限流電阻。用脈寬調(diào)制電路產(chǎn)生的雙列脈沖信號去驅(qū)動功率mos管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次級

30、得到電壓，經(jīng)整流濾波反饋控制后可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓。 附錄附錄a 5v/7a直流開關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖附錄b：元器件明細(xì)表編號名稱型號數(shù)量fu快速熔斷器2a1a雙向二極管10d4711vdavdd整流二極管in4001(1a/1000v)4r1功率電阻2/2w1r2120k/1w1r100.33/1w1r3普通電阻20k11r44.7k1r5150k1r61k1r7221r8100k1r91k1r111.1k1c1電解電容200f.1c2滌綸電容10f1c30.01f1c4100pf1c50.01f1c64700pf1c7470pf1c8820pf1c90.01f1c106800f1vd1 v

31、d2 vd3快速恢復(fù)二級管fr3053vd4肖特基勢壘二極管d80-004（15a/40v）1t變壓器50wn1=90，n2=11，n3=41bvmosirfpg4071c單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器uc38421附錄c 總結(jié) 本文所設(shè)計(jì)的輸出功率為35w的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、接線及調(diào)試方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。其使用性能有待于運(yùn)行考驗(yàn)并使之不斷完善。通過為期一周的電力電子課程設(shè)計(jì)，我感到受益良多。在設(shè)計(jì)過程中，為了對自己要設(shè)計(jì)的課題有一個深入地了解，我進(jìn)行了大量的有關(guān)直流穩(wěn)壓電源以及開關(guān)穩(wěn)壓電源方面的文獻(xiàn)檢索，充分利用了學(xué)校為我們提供寶貴的知識資源。從重大數(shù)字圖書館的

32、眾多電力電子類圖書、科學(xué)期刊、數(shù)據(jù)庫、博碩論文等到intel網(wǎng)上的各類電子元器件的型號、性能介紹，我學(xué)會了在這大量的文獻(xiàn)中快速的搜索自己需要的資料。雖然有些搜索到的資料并不一定會在本次課程設(shè)計(jì)中用到，但通過在搜索的過程中對這類文獻(xiàn)的大量瀏覽，擴(kuò)充了自己的知識面，并看到很多新型高效的技術(shù)和設(shè)計(jì)理念，使我對電力電子這門課的認(rèn)識程度大大加深了。 從網(wǎng)上找到自己需要的資料后，并不是照搬照抄，而是根據(jù)所得資料學(xué)會如何把他們綜合在一起，理解并融會，并應(yīng)用到自己的課題設(shè)計(jì)中來。這是一個學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的過程，也是一個難得的學(xué)習(xí)機(jī)會。在這次電力電子課程設(shè)計(jì)中，我將所獲取的資源真正轉(zhuǎn)化為自己的知識，同時通過對這些資料的學(xué)習(xí)和運(yùn)用，我提高了自學(xué)能力和專業(yè)技能,特別是用專業(yè)繪圖軟件circuit2和microsoft office visio畫電路圖。并深刻體會到當(dāng)自己真正要用一個軟件時就必須把它弄懂，這樣才能提高效率，并達(dá)到最優(yōu)效果。如果在網(wǎng)上找別人制做好的電路圖再進(jìn)行修