開關(guān)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計

1、江 西 理 工 大 學(xué) 南 昌 校 區(qū)畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）題 目：開關(guān)穩(wěn)壓直流電源的設(shè)計系 ：專 業(yè)：班 級：學(xué) 生：學(xué) 號：指導(dǎo)教師： 職稱：講 師摘 要隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。特別是隨著小型電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，也要求能夠提供穩(wěn)定的電源，以滿足小型電子設(shè)備的用電需要。本文基于這個思想，設(shè)計和制作了符合指標要求的開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源具有高頻率、高功率密度、高效率等優(yōu)點, 被稱作高效節(jié)能電源。由于開關(guān)穩(wěn)壓電源具有這些優(yōu)點，基于這個

2、思想采用tl1431芯片和555芯片設(shè)計了一個15v可調(diào)的低功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，以滿足小型電子設(shè)備的供電需要。本文以開關(guān)電源的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢為線索，介紹了開關(guān)電源的一些新技術(shù)，技術(shù)指標，分類標準等。本次設(shè)計采用多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖使得電壓的輸出可以通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的占空比來獲得不同的電壓，并且可以通過提高振蕩器的頻率使得輸出電壓穩(wěn)定，提高了開關(guān)的頻率就提高了利用率。并根據(jù)這些標準設(shè)計了一種滿足小型電子設(shè)備供電需要的開關(guān)穩(wěn)壓電源。電源設(shè)計的主要指標是：輸入電壓為ac220v，輸入頻率為50hz，輸入電壓范圍為ac165v265v，輸出電壓為直流15v可調(diào)，輸出最大電流為150ma

3、，輸出最大功率為2.25w。最后在完成基本指標的基礎(chǔ)上，本文還增加了防浪涌電流的附屬功能，使電路更加滿足小型電子設(shè)備的用電需要。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；脈寬調(diào)制；場效應(yīng)晶體管；防浪涌；abstractwith the high-speed development of electronic technique ,various sorts of electronic equipments have been emerging in large numbers .the electric system been applying to more and more areas ,our life and

4、 work are becoming increasingly close to electric equioment .none of the electronic equipments can operate without reliable power supply ,and the demands for it is getting higher and higher .especially when more and more small-scale electronic equipment are applied,it demands stable power supply to

5、meet their needs .based on this ideal ,the paper desighs and makes the stable switching power supply which accord with the requirment .switching power supply features on the merits of high frequency ,high power density and high efficiency,known as high efficiency and energy saving power .because the

6、 switching power supply has these advantages ,in view of this thought ,chip tl1431 and chip 555 are used to desighed a 1 5v adjustable low power switching power supply, to meet the needs of small-scale electronic equipment supply . treating the development history , the present situation and develop

7、ment tendency of switch power development as clues, this paper introduces some new technology of switch power supply, technical index,and classification standard etc .this design uses many harmonic oscillator to produce impulse so that voltage output can obtain different voltage by adjusting the dut

8、y ratio of pulse generator .increasing oscillator frequency can make output voltage stable and to mprove the frequency switch is to raise the utilization rate .in a view of such standards , a stable switching power supply is desighed to meet the power supply needs of small-scale electronic equipment

9、 .power supply design's main index: input voltage ac220v, input frequency 50hz, input voltage range ac165v 265v ,output voltage for dc 1 5v adjustable,the maximum current output 150ma ,the maximum power 225 w. finally in the basis of those complete basic indexes, this paper also increased the su

10、bsidiary function of surge current, making circuit more satisfying the needs of small-scale electronic equipment .key words: switch power source, pulse width modulation, field effect transistor,the surge目 錄第一章 開關(guān)電源概述11.1 開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展11.2 隔離式高頻開關(guān)電源11.3 開關(guān)電源所用的術(shù)語2第二章 輸入電路42.1 電壓倍壓整流技術(shù)42.2 輸入保護器件42.3 輸入陽

11、間電壓保護5第三章 隔離單端反激式變換器電路73.1 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管83.2 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組9第四章 uc3842的原理及技術(shù)參數(shù)104.1原理與特點104.2工作描述114.3技術(shù)參數(shù)14第五章 uc3842常用的電壓反饋電路的選用175.1概述175.2 uc3842常用的電壓反饋電路175.2.1 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入175.2.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入185.2.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓19第六章 uc3842在開關(guān)電源電路的應(yīng)用226.1uc3842 組成的開關(guān)電源電路226.2

12、啟動過程236.3穩(wěn)壓過程236.4過流保護原理246.5過壓保護原理246.6設(shè)計中的注意事項246.6.1 起動電路的設(shè)計246.6.2反饋組的設(shè)計256.7 顯示器開關(guān)電源電路256.7.1特點256.7.2 采用開關(guān)穩(wěn)壓電源激勵行輸出的優(yōu)缺點如下：266.7.3 uc3842在顯示器電路的應(yīng)用26致 謝28參考文獻29第一章 開關(guān)電源概述1.1 開關(guān)電源的產(chǎn)生與發(fā)展隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，特別是微處理器和半導(dǎo)體存儲器的開發(fā)利用，孕育了電子系統(tǒng)的新一代產(chǎn)品。顯然，那種體積大而笨重的使用工頻變壓器的線性調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源已經(jīng)過時。取而代之的是小型化、重量輕、效率高的隔離

13、式開關(guān)電源。隔離式開關(guān)電源的核心是一種高頻電源變換電路。它使交流電源高效率地產(chǎn)生一路或多路經(jīng)調(diào)整的穩(wěn)定直流電壓。早在70年代，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，集成化的開關(guān)電源就已被廣泛地應(yīng)用于電子計算機、彩色電視機、衛(wèi)星通信設(shè)備、程控交換機、精密儀表等電子設(shè)備。這是由于開關(guān)電源能夠滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對多種電壓和電流的需求。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高度發(fā)展，高反壓快速開關(guān)晶體管使無工頻變壓器的開關(guān)電源迅速實用化。而半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展又為開關(guān)電源控制電路的集成化奠定了基礎(chǔ)，適應(yīng)各類開關(guān)電源控制要求的集成開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)運而生，其功能不斷完善，集成化水平也不斷提高，外接元件越來越少，使得開關(guān)電源的設(shè)計、生產(chǎn)和調(diào)

14、整工作日益簡化，成本也不斷下降。目前己形成了各類功能完善的集成開關(guān)穩(wěn)壓器系列。近年來高反壓mos大功率管的迅速發(fā)展，又將開關(guān)電源的工作頻率從20khz提高到150200khz，其結(jié)果是使整個開關(guān)電源的體積更小，重量更輕，效率更高。開關(guān)電源的性能價格比達到了前所未有的水平，使它在與線性電源的競爭中具有先導(dǎo)之勢。當(dāng)然開關(guān)電源能被工業(yè)所接受，首先是它在體積、重量和效率上的優(yōu)勢。在70年代后期，功率在100w以上的開關(guān)電源是有競爭力的。到1980年，功率在50w以上就具有競爭力了。隨著開關(guān)電源性能的改善，到80年代后期，電子設(shè)備的消耗功率在20w以上，就要考慮使用開關(guān)電源了。過去，開關(guān)電源在小功率范圍

15、內(nèi)成本較高，但進入90年代后，其成本下降非常顯著當(dāng)然這包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促進開關(guān)電源發(fā)展的因素之一。1.2 隔離式高頻開關(guān)電源隔離式開關(guān)電源的變換器具有多種形式。主要分為半橋式、全橋式、推挽式、單端反激式、單端正激式等等。在設(shè)計電源時，設(shè)計者采取那種變換器電路形式，主要根據(jù)成本、要達到的性能指標等因素來決定。各種形式的電源電路的基本功能塊是相同的，只是完成這些功能的技術(shù)手段有所不同。隔離式高頻開關(guān)電源電路的共同特點就是具有高頻變壓器，直流穩(wěn)壓是從變壓器次級繞組約脈沖電壓整流濾波而來。開關(guān)電源的基本功能方框如圖1-1所示。在圖1-l中，交

16、流線路電壓無論是來自電網(wǎng)的，還是經(jīng)過變壓器降壓的首先要經(jīng)過整流、濾波電路變成含有”定脈動電壓成分的直流電壓，然后進入高頻變換部分。高頻變換部分的核心是有一個高頻功率開關(guān)元件，比如開關(guān)晶體管、場效應(yīng)管(mosfe丁)等元件，高頻變換部分產(chǎn)生高頻(20khz以上)高壓方波，所得到的高壓方波送給高頻隔離降壓變壓器的初級，在變壓器的次級感應(yīng)出的電壓被整流、濾波后就產(chǎn)生了低壓直流。為了調(diào)節(jié)輸出電壓，使得在輸入交流和輸出負載發(fā)生變化時，輸出電壓能保持穩(wěn)定，通常在這里采用一個叫做脈沖寬度調(diào)制器(fwm)的電路，通過對輸出電壓采樣，并把采樣的結(jié)果反饋給控制電路，控制電路把它與基準電壓進行比較，根據(jù)比較結(jié)果來控

17、制高頻功率開關(guān)元件的開關(guān)時間比例(占空比)，達到調(diào)整輸出電壓的目的。當(dāng)然控制電路還有調(diào)頻方式的，本文不予討論。在方波的上升沿和下降沿有很多高次諧波，如果這些高次諧波反饋到輸入交流線，就會對其它電子設(shè)備產(chǎn)生干擾。因此，在交流輸入端，必須要設(shè)置無線頻率干擾(rfl)濾波器，把高頻干擾減少到可接收的范圍。 此外，為了使整個電路安全可靠地工作，還要設(shè)計輔助電路，主要包括過壓、過流保護電路等。輔助電路dc輸入高頻變換開關(guān)元件高頻隔離變壓器整體濾波rfi濾波器輸出整流濾器ac輸入pwm控制邏輯圖l-l 隔離式開關(guān)電源酌方框圖1.3 開關(guān)電源所用的術(shù)語下面列出一些本書所使用的開關(guān)電源術(shù)語，并給出解釋，以供讀

18、者參考。效率：電源的輸出功率與輸入功率的百分比。其測量條件是滿負載，輸入交流電壓為標準值。esr：等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，esr值越低的電容，性能越好。輸出電壓保持時間：在開關(guān)電源的輸入電壓撤消后，依然保持其額定輸出電壓的時間。啟動浪涌電流限制電路：它屬于保護電路。它對電源啟動時產(chǎn)生的尖峰電流起限制作用。為了防止不必要的功率損耗，在設(shè)計這一電路時，一定要保證濾波電容充滿電之前，就起到限流作用。 隔離電壓：電源電路中的任何一部分與電源基板地之間的最大電壓?；蛘吣軌蚣釉陂_關(guān)電源的輸入端與輸出端之間的最大直流電壓。線性調(diào)整率：輸出電壓隨輸入線性電壓在指定范圍內(nèi)變化

19、的百分率。條件是負載和周圍的溫度保持恒定。負載調(diào)整率：輸出電壓隨負載在指定范圍內(nèi)變化的百分率。條件是線電壓和環(huán)境溫度保持不變。噪音和波紋：附加在直流輸出信號上的交流電壓和高頻尖峰信號的峰值。通常是以mv度量。隔離式開關(guān)電源：一般指高頻開關(guān)電源。它從輸入的交流電源直接進行整流和濾波，不使用低頻隔離變壓器。輸出瞬態(tài)響應(yīng)時間：從輸出負載電流產(chǎn)生變化開始，經(jīng)過整個電路的調(diào)節(jié)作用，到輸出電壓恢復(fù)額定值所需要的時間。過載或過流保護：防止因負載過重，使電流超過原設(shè)計的額定值而造成電源損壞的電路。遠程檢測：電壓檢測的一種方法。為了補償電源輸出的電壓降，直接從負載上檢測輸出電壓的方法。軟啟動：在系統(tǒng)啟動時，一種

20、延長開關(guān)波形的工作周期的方法。工作用期是從零到它的正常工作點所用的時間。電磁干擾無線頻率干擾(emlbfl)：即那些由開關(guān)電源的開關(guān)元件引起的，不希望傳按和發(fā)射的高頻能量頻譜?？焖俣搪繁Ｗo電路；一種用于電源輸出端的保護電路。當(dāng)出現(xiàn)過壓現(xiàn)象時，保護電路啟動，將電源輸出端電壓快速短路。占空比：在高頻開關(guān)電源中，開關(guān)元件的導(dǎo)通時間和變換器的工作周期之比。第二章 輸入電路2.1 電壓倍壓整流技術(shù)在前面已經(jīng)提到，隔離式開關(guān)電源是直接對輸入的交流電壓進行整流，而不需要低頻線性隔離變壓器。現(xiàn)代的電子設(shè)備生產(chǎn)廠家一般都要滿足國際市場的需求，所以他們所設(shè)計的開關(guān)電源必須要適應(yīng)世界范圍的交流輸入電壓，通常是交流9

21、0130v和180一260v的范圍。為了實現(xiàn)兩種輸入電源的轉(zhuǎn)換，要利用倍壓整流技術(shù)，如圖2-1所示。在圖2-1中，兩種輸入交流電壓的轉(zhuǎn)換由開關(guān)s1來完成，此外，本電路中的壓敏電阻rv和可控硅vs具有浪涌電流抑制、瞬間輸入電壓保護的功能。電路工作過程如下：當(dāng)開關(guān)s1閉合時電路在115v交流輸入電壓下，在交流電的正半周，通過二極管vdl和電容器c1被充電到交流電壓的峰值。即115v×1.4160v，在交流電的負半周，電容器c2通過二極管vd4也被充電到160v。這樣，電路輸出的直流電壓應(yīng)該是電容器c1和c2上充電電壓之和即160v 160v320v。當(dāng)開關(guān)s1打開時，：極管vdlvd4組

22、成了全橋式整流電路，對輸入的交流230v進行整流，也同樣產(chǎn)生320v的直流電壓。圖2-1倍壓整流電路圖2.2 輸入保護器件隔離式開關(guān)電源在加電時，會產(chǎn)生極高的浪涌電流，設(shè)計者必須在電源的輸入端采取一些限流措施，才能有效地將浪涌電流減小到允許的范圍之內(nèi)。浪涌電流主要是由濾波電容充電引起的，在開關(guān)管開始導(dǎo)通的瞬間，電容對交流呈現(xiàn)出很低的阻抗，一般情況下，只是電容的e5r值。如果不采取任何保護措施，浪涌電流可接近幾百安培。通常廣泛采用的措施有兩種，一種方法是利用電阻一雙向可控硅并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)；另一種方法是采用負溫度系數(shù)(ntc)的熱敏電阻。用以增加對交流線路的阻抗，把浪捅電流減小到安全值。電阻雙向可控硅技

23、術(shù)：采用此項浪涌電流限制技術(shù)時，將電阻與交流輸入線相串聯(lián)。當(dāng)輸入濾波電容充滿電后由于雙向可控硅和電阻是并聯(lián)的，可以把電阻短路，對其進行分流。這種電路結(jié)構(gòu)需要一個觸發(fā)電路，當(dāng)某些預(yù)定的條件滿足后，觸發(fā)電路把雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)計時要認真地選擇雙向可控硅的參數(shù)，并加上足夠的散熱片，因為在它導(dǎo)通時，要流過全部的輸入電流。熱敏電阻技術(shù)：這種方法是把ntc(負溫度系數(shù))的熱敏電阻串聯(lián)在交流輸入端或者串聯(lián)在經(jīng)過橋式整流后的直流線上。trr=aeb/t=-b/ta-2%/-5%/ r圖 2-2 是熱敏電阻的溫度系數(shù)在圖2-2中，是熱敏電阻的溫度系數(shù)，用每度百分比(c)表示。當(dāng)開關(guān)電源接通時，熱敏電阻的阻值

24、基本上是電阻的標稱值。這樣，由于阻值較大，它就限制了浪涌電流。當(dāng)電容開始充電時，充電電流流過熱敏電阻，開始對其加熱。由于熱敏電阻具有負溫度系數(shù)，隨著電阻的加熱，其電阻值開始下降，如果熱敏電阻選擇得合適，在負載電流達到穩(wěn)定狀態(tài)時，其阻值應(yīng)該是最小。這樣，就不會影響整個開關(guān)電源的效率。2.3 輸入陽間電壓保護在一般情況下，交流電網(wǎng)上的電壓為115v或230v左右，但有時也會有高壓的尖峰出現(xiàn)。比如電網(wǎng)附近有電感性開關(guān)，暴風(fēng)雨天氣時的雷電現(xiàn)象，都是產(chǎn)生高尖峰的因素。受嚴重的雷電影響，電網(wǎng)上的高壓尖峰可達5kv。另一方面，電感性開關(guān)產(chǎn)生的電壓尖峰的能量滿足下面的公式：w=l·i2公式中l(wèi)是電感

25、器的漏感，i是通過線圈的電流。由此可見，雖然電壓尖峰持續(xù)的時間很短，但是它確有足夠的能量使開關(guān)電源的輸入濾波器、開關(guān)晶體管等造成致命的損壞。所以必須要采取措施加以避免。用在這種環(huán)境中最通用的抑制干擾器件是金局氧化物壓敏電阻(mov)瞬態(tài)電壓抑制器。如圖2-l所示，把壓敏電阻rv連在交流電壓的輸入端。壓敏電阻起到一個可變阻抗的作用。也就是說，當(dāng)高壓尖峰瞬間出現(xiàn)在壓敏電阻兩端時它的阻抗急劇減小到一個低值，消除了尖峰電壓使輸入電壓達到安全值。瞬間的能量消耗在壓敏電阻上，在選擇壓敏電阻時應(yīng)按下述步驟進行。1選擇壓敏電阻的電壓額定值，應(yīng)該比最大的電路電壓穩(wěn)定值大10一20；2計算或估計出電路所要承受的最

26、大瞬間能量的焦爾數(shù)； 3查明器件所需要承受的最大尖峰電流；上述幾步完成后，就可以根據(jù)生產(chǎn)廠家的壓敏電阻參數(shù)資料選擇合適的壓敏電阻器件。第三章 隔離單端反激式變換器電路圖3-1所示的單端反激式變換器電路在其輸入和輸出回路之間缺少安全隔離措施。一般情況下，隔離式開關(guān)電源都是用高頻變壓器作為主要隔離器件。在電路中，它是以變壓器的形式出現(xiàn)的，但實際上它起的作用是扼流圈，所以應(yīng)該稱它為變壓器扼流圈。所謂單端，指的是變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側(cè)。典型的單端隔離反激式變換器電路結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。從圖3-1的電路工作狀態(tài)波形可見，電路的工作過程如下：當(dāng)晶體管vtl導(dǎo)通時，它在變壓器初級電感線圈中儲存能

27、量，與變壓器次級相連接的二極管vd處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管vd截止。在變壓器次級回路無電流流過，即沒有能量傳遞給負載。 當(dāng)晶體管vtl截止時，變壓器次級電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)過來，使得二極管vd導(dǎo)通，給輸出電容c充電，同對在負載rl上也有了電流il。圖3-1 隔離單端反激式變換25電路及相關(guān)波形由于隔離變壓器t除了具有初、次級間安全隔離的作用外，它還有變壓器和扼流圈的作用，所以在反激式變換器的輸出部分一般不需要加電感，但在實際應(yīng)用中，往往在整流器和濾波電容之間加一個小的電感線圈，用以降低高頻開關(guān)噪聲的峰值。3.1 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管在單端反激式變換器電路中。所使用的開關(guān)晶體

28、管必須符合兩個條件，即在晶體管截止時，要能承受集電極尖峰電壓，在晶體管導(dǎo)通時，要能承受集電極的尖峰電流。晶體管截止時所承受的尖峰電壓按下面的公式進行計算： vcemax=公式中，vin是輸入電路整流濾波后的直流電壓，6mx是最大工作占空比。所謂占空比指的是晶體管導(dǎo)通的時間與晶體管的一個工作周期(導(dǎo)通時間十截止時間)之比。為了限制晶體管的集電極安全電壓，工作占空比應(yīng)保持在相對地低一些，一般要低于50，即8mm0.5。在實際設(shè)計時，x一般取0.4左右，這樣它就限制了集電極峰值電壓，vcmn2.2vm。因此，在單端反激式變換器電路設(shè)計中，晶體管的工作電壓一般在800v以上，通常按900v計算可安全可

29、靠地工作。按如下粗算考慮：交流輸入電壓180260v，取260v，260v乘以1.4(有效值)，即是整流后的直流電壓260×1.4354v，360v再乘以2.2露800v，實際取礦m mf；900v即可。第二個設(shè)計準則是必須滿足晶體管在導(dǎo)遏時的集電極電流的需求。ic=公式中，il是變壓器初級繞組的峰值電流而n是變壓器初級與次級間的匝數(shù)比。為了導(dǎo)出用變換器輸出功率和輸入電壓表達集電懾峰值工作電流的公式，變壓器繞組傳遞的能量尸m可用下式表示：pout=公式中，v是變換器的效率。略去推導(dǎo)過程，由輸出功率和輸入電壓表達的晶體管工作電流的公式為：ic=假定變換器的效率v是0.8，最大工作占空比

30、入f0.4ic=3.2 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組由于在單端反激式變換器電路中，變壓器初級繞組只在bh待佐曲線磁滯回線)的一個方向上被驅(qū)動，因此，在設(shè)計時注意不要使其飽和，更為詳盡的分析和設(shè)計將在第五章給出。在這里，我們只是強調(diào)一下，所選擇的磁芯一定要有足夠大的有效體積，通常應(yīng)用空氣隙來擴大其有效體積傳輸變壓器有效體積v的計算公式如下：v=其中，ilmax為最大負載電流，l為變壓器次級繞組的電感量，0為空氣的導(dǎo)磁率，其值為15，e為所選磁芯的磁性材料的相對導(dǎo)磁率，bmax為磁芯的最大磁通密度。相對導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過高。

31、第四章 uc3842的原理及技術(shù)參數(shù)4.1原理與特點uc3842 是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。與電壓控制方式相比在負載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。該電路主要特點有：內(nèi)含欠電壓鎖定電路低起動電流（典型值為0.12ma），穩(wěn)定的內(nèi)部基準電壓源，大電流推挽輸出（驅(qū)動電流達1a），工作頻率可到500khz，自動負反饋補償電路，雙脈沖抑制，較強的負載響應(yīng)特性。uc3842 內(nèi)部工作原理簡介： 圖4-1  示出了uc3842 內(nèi)部框圖和引腳圖，uc3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個引腳，各腳功能如下：腳是誤差

32、放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5v 基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；腳為電流檢測輸入端， 當(dāng)檢測電壓超過1v時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.8/(rt×ct)；腳為公共地端；腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅(qū)動能力為±1a ；腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mw；腳為5v 基準電壓輸出端，有50ma&

33、#160;的負載能力。 圖4-1 uc3842 內(nèi)部原理框圖4.2工作描述圖4-2代表性方框圖圖4-3時序圖uc3842a，uc3843a系列是專門設(shè)汁用于出線和直流直流變換器應(yīng)用的高性能、固定頻率、電流模式控制器，為設(shè)計者提供使用最少外部元件的高性能價格比的解決方案。代表性的方框圖如圖4-2所示。振蕩器振蕩器頻率由定時元件rt和ct選擇值決定。電容ct由5.0v的參考電壓通過電阻rt充電，充至約2.8v,再由一個內(nèi)部的電流宿放電至1.2v。在ct放電期間，振蕩器產(chǎn)生一個內(nèi)部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電子，這導(dǎo)致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生丁一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。

34、圖4-1顯示r，與振蕩器頻率關(guān)系曲線，圖2顯示輸出靜區(qū)時間與頻率關(guān)系曲線它們都是在給定的ct值時得到的。注意盡管許多的rt和ct值都可以產(chǎn)生相同的振蕩器頻率，但只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。振蕩器門限是溫度補償?shù)?，放電電流在t=2 5叫被微調(diào)并確保在±1 0之內(nèi)，這些內(nèi)部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率及晨大輸出占空比的變化最小。結(jié)果顯示在圖4-3圖中。正很多噪聲敏感應(yīng)用中，可能希望將變換器頻率鎖定至外部系統(tǒng)時鐘上。這可通過將時鐘信號加到圖4-2所示的電路來完成。為了可靠的鎖定，振蕩器自振應(yīng)頻率設(shè)為比叫鐘頻率低10左右。圖4-2所示為多單元同步的一種方法。通過修整時鐘波形

35、，可以實現(xiàn)準確輸出占空比箝位。誤差放大器提供一個有可訪問反相輸入和輸出的全補償誤差放大器。此放大器從有90db的典刮自流電流增益和只有57度相位余量的1.omhz的增益為1帶寬。同相輸入在內(nèi)部偏置于2.5v而不經(jīng)管腳引出。典刑情況下變換揣輸出電壓通過一個電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。最大輸入偏置電流為2.0ua，它將引起輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。誤差放大器輸出(管腳1)用于外部回路補償（圖4-2）。輸出電壓因兩個二極管壓降而失調(diào)(14v)并在連接至電流取樣比較器的反相輸入之前被三分，這將在管腳l處于其最低狀態(tài)時(vol)，保證在輸出(管腳6)不出現(xiàn)驅(qū)動

36、脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負載被取消時，或者在軟啟動過程的開始(圖23，24)。最小誤差放大器反饋電阻受限于放大器的拉電流(o5ma)和到達比較器的10v箝位電子所需的輸出電壓(voh)：rf（min）3.0*（1.0v）+1.4v/0.5 ma電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖存器uc3842a，uc3843a作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通山振蕩器起始，當(dāng)峰值電感電流到達誤差放大甜輸出補償(管腳1)建立的門限電平時中止。這樣在逐周基礎(chǔ)上差信號控制峰值電感電流。所用的電流取樣比較器脈寬調(diào)制鎖存配置確保在任何給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個與輸出開關(guān)q1的源

37、極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取洋輸入(管腳3)監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平相比較。在正常的工作條件下，峰值電感電流由管腳1上的電壓控制，其中：ipk=v（pint）1.4v3re當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時，異常的工作條件將出現(xiàn)。在這些條件下，電流取樣比較器門限將被內(nèi)部箝位至10v。因此最大峰值開關(guān)電流為：ipsk(max)=1.0v/rs當(dāng)設(shè)計一個大功串開關(guān)穩(wěn)壓揣時為了保持rs的功耗在個合理的水平上希望降低內(nèi)部嵌位電壓，調(diào)節(jié)此電壓的簡單方法如圖4-2所示。使用丁兩個外部二極管來補償內(nèi)部二極管，以便在溫度范田內(nèi)有固定箝位電壓。如果ipk(max)箝位

38、電壓降低過多將導(dǎo)致由于噪聲拾取而產(chǎn)生的不誤操作。通常正電流波形的前沿可以觀察到一個窄尖脈沖，當(dāng)輸出負載較輕時，它可能會引起電源不穩(wěn)定。這個尖脈沖的產(chǎn)生是由于電源變壓器匝間電容和輸出整流管恢復(fù)時間造成的。在電流取樣輸入端增加一個rc濾波器，使它的時間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時間，通常將消除不穩(wěn)定性。欠壓鎖定采用丁兩個欠壓鎖定比較器來保證在輸出級被驅(qū)動之前，集成電路已完全可用。正電源端(vcc)和參考輸出(vref)各由分離的比較器監(jiān)視。每個都具有內(nèi)部的滯后，以防止在通過它們各自的門限時產(chǎn)生錯誤輸出動作。vcc比較器上下門限分別為：ucx842a 16v10v，ucx843a8.4v7.6v。vref

39、比較器高低門限為3.6v3.4v。大滯后和小啟動電流使得ucx842a特別適合干需要有效的自舉啟動技術(shù)的離線變換器應(yīng)用中。ucx843a準備應(yīng)用于更低電壓直流到直流變換器中。一個36v的齊納二極管作為一個并聯(lián)穩(wěn)壓管，從vcc連接至地。它的作用是保護集成電路免受系統(tǒng)啟動期間產(chǎn)生的過高電壓的破壞。最小工作電爪：ucx842a為11v，ucx843a為8.2v。輸出這些器件有一個單圖騰柱輸出級，是專門設(shè)計用來自接驅(qū)動功率mosfet的，在1.0nf負載下時，它能提供高達±1.0a的峰值驅(qū)動電流和典型值為50ns的上升、下降時間，還附加丁一個內(nèi)部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效。4.3技術(shù)

40、參數(shù)表4-1 引出端功能引出端序號符號功能引出端序號符號功能1comp比較端5gnd地2v負反饋6out輸出3sen電流靈敏度7vcc電源4osc震蕩端8vref參考電壓表4-2 最大額定值（除非特別說明外，tamb=25）參考名稱符號數(shù)值單位電源電壓vcc30v輸出電流io±1a誤差放大器電流isink(ea)10m a誤差放大器輸入電壓vin(ea)-0.3+6.3v功耗p1w表4-3電源特性（除非特別說明外，vcc=15v,rt=10k,ct=3.3nf,tamb=070）參數(shù)名稱符號測試條件最小典型最大單位基準電源部分基準電壓vreftj=25c,iref=1ma4.905.

41、005.10v線性調(diào)整率vref12vvcc25v620mv負載調(diào)整率vref1mairef20ma625ma短路輸出電流isctamb=25°-30-100-180ma震蕩部分振蕩頻率fosctj=25c475257khz頻率電壓特性f /vcc12vvcc25v0.051%震蕩幅度v(osc)4腳峰峰值1.6vp-p誤差放大部分（ea）輸入偏置電流ibias-01.-2a輸入電壓vin(ea)v1=2.5v2.422.502.58v開環(huán)電壓增益gvo2vv04v6090db電流抑制比psrr12vvcc25v6070db誤差放大部分（ea）輸出灌電流isinkv2=2.7v,v1

42、=1.1v26ma輸出吸電流isourcev2=2.3v,v1=5v-0.5-0.8ma輸出高電平vohv2=2.3v,rl=15k56v輸出低電平volv2=2.7v,rl=15k0.71.1v電流靈敏部分增益gv2.8533.15v/v最大輸入信號vi(max)v1=5v0.911.1v電源抑制比psrr12vvcc25v70db輸入偏置電流ibias-2-10a輸出部分輸出低電平volisink=20ma0.10.4visink=200ma1.52.2v輸出高電平vohisource=20ma1313.5visource=200ma1213.0v上升時間trcl=1nf50150ns下降

43、時間tfcl=1nf50150nsuvl電路起動閥值vth(st)14.516.017.5v最小動作電壓vopr(min)8.510.011.5vpwm部分最大占空比d(max)9597100%最小占空比d(min)0%電流起動電流ist0.120.3ma動作電流icc(opr)v3=v2=0v1117mazener電壓vzicc=25ma34v圖4-4芯片外圍電路圖圖4-5芯片封裝圖第五章 uc3842常用的電壓反饋電路的選用5.1概述通常，pwm型開關(guān)電源把輸出電壓的采樣作為pwm控制器的反饋電壓，該反饋電壓經(jīng)pwm控制器內(nèi)部的誤差放大器后，調(diào)整開關(guān)信號的占空比以實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。但不同

44、的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩(wěn)定精度是不同的。本文首先對電流型脈寬控制器uc3842，常用的三種穩(wěn)定輸出電壓電路作了介紹，分析其各自的優(yōu)缺點。5.2 uc3842常用的電壓反饋電路5.2.1 輸出電壓直接分壓作為誤差放大器的輸入如圖5-1所示，輸出電壓vo經(jīng)r2及r4分壓后作為采樣信號，輸入uc3842腳2（誤差放大器的反向輸入端）。誤差放大器的正向輸入端接uc3842內(nèi)部的2.5v的基準電壓。當(dāng)采樣電壓小于2.5v時，誤差放大器正向和反向輸出端之間的電壓差經(jīng)放大器放大后，調(diào)節(jié)輸出電壓，使得uc3842的輸出信號的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的電壓值。r3與c1并聯(lián)構(gòu)成電

45、流型反饋。這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，缺點是輸入電壓和輸出電壓必須共地，不能做到電氣隔離。勢必引起電源布線的困難，而且電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，容易引起電磁干擾，必然帶來電路設(shè)計的困難，所以這種方法很少使用。圖5-1輸出電壓直接分壓采樣5.2.2 輔助電源輸出電壓分壓作為誤差放大器的輸入如圖5-2所示，當(dāng)輸出電壓升高時，單端反激式變壓器t的輔助繞組上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也升高，該電壓經(jīng)過d2，d3，c15，c14，c13和r15組成的整流、濾波和穩(wěn)壓網(wǎng)絡(luò)后得到一直流電壓，給uc3842供電。同時該電壓經(jīng)r2及r4分壓后作為采樣電壓，送入uc3842的腳2，在與基準電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使腳6

46、輸出脈沖的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。同樣，當(dāng)輸出電壓降低時，使腳6輸出脈沖的占空比變大，輸出電壓上升，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。 這種電路的優(yōu)點是采樣電路簡單，副邊繞組、原邊繞組和輔助繞組之間沒有任何的電氣通路，容易布線。缺點是并非從副邊繞組直接得到采樣電壓，穩(wěn)壓效果不好，實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電源的負載變化較大時，基本上不能實現(xiàn)穩(wěn)壓。該電路適用于針對某種固定負載的情況。圖5-2輔助電源輸出電壓分壓采樣5.2.3 采用線性光耦改變誤差放大器的輸入誤差電壓如圖5-3所示，該開關(guān)電源的電壓采樣電路有兩路：一是輔助繞組的電壓經(jīng)d1，d2，c1，c2，c3，r9組成的整流、濾波和穩(wěn)壓后得到

47、16v的直流電壓給uc3842供電，另外，該電壓經(jīng)r2及r4分壓后得到一采樣電壓，該路采樣電壓主要反映了直流母線電壓的變化；另一路是光電耦合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管z和r4，r5，r6，r7，r8組成的電壓采樣電路，該路電壓反映了輸出電壓的變化；當(dāng)輸出電壓升高時，經(jīng)電阻r7及r8分壓后輸入z的參考電壓也升高，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值升高，流過光耦中發(fā)光二極管的電流減小，流過光耦中的光電三極管的電流也相應(yīng)的減小，誤差放大器的輸入反饋電壓降低，導(dǎo)致uc3842腳6輸出驅(qū)動信號的占空比變小，于是輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。該電路因為采用了光電耦合器，實現(xiàn)了輸出和輸入的隔離，弱電和強電的隔離，減少了電磁干擾，抗干擾

48、能力較強，而且是對輸出電壓采樣，有很好的穩(wěn)壓性能。缺點是外接元器件增多，增加了布線的困難，增加了電源的成本。圖5-3采用輔助電源采樣和光耦采樣綜合如圖5-4所示，該電壓采樣及反饋電路由r2，r5，r6，r7，r8，c1，光電耦合器、三端可調(diào)穩(wěn)壓管z組成。當(dāng)輸出電壓升高時，輸出電壓經(jīng)r7及r8分壓得到的采樣電壓（即z的參考電壓）也升高，z的穩(wěn)壓值也升高，流過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小，導(dǎo)致流過光電三極管中的電流減小，相當(dāng)于c1并聯(lián)的可變電阻的阻值變大（該等效電阻的阻值受流過發(fā)光二極管電流的控制），誤差放大器的增益變大，導(dǎo)致uc3842腳6輸出驅(qū)動信號的占空比變小，輸出電壓下降，達到穩(wěn)壓的目的。

49、當(dāng)輸出電壓降低時，誤差放大器的增益變小，輸出的開關(guān)信號占空比變大，最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。因為，uc3842的電壓反饋輸入端腳2接地，所以，誤差放大器的輸入誤差總是固定的，改變的是誤差放大器的增益（可將線性光耦中的光電三極管視為一可變電阻）。圖5-4采用光耦誤差放大器的增益該電路通過調(diào)節(jié)誤差放大器的增益而不是調(diào)節(jié)誤差放大器的輸入誤差來改變誤差放大器的輸出，從而改變開關(guān)信號的占空比。這種拓撲結(jié)構(gòu)不僅外接元器件較少，而且在電壓采樣電路中采用了三端可調(diào)穩(wěn)壓管，使得輸出電壓在負載發(fā)生較大的變化時，輸出電壓基本上沒有變化。實驗證明與上述三種反饋電路相比，該電路具有很好的穩(wěn)壓效果。第六章 uc384

50、2在開關(guān)電源電路的應(yīng)用6.1uc3842 組成的開關(guān)電源電路 圖6-1 是由uc3842 構(gòu)成的開關(guān)電源電路，220v 市電由c1、l1 濾除電磁干擾，負溫度系數(shù)的熱敏電阻rt1 限流，再經(jīng)vc 整流、c2 濾波，電阻r1、電位器rp1 降壓后加到uc3842 的供電端（腳），為uc3842 提供啟動電壓，電路啟動后變壓器的付繞組的整流濾波電壓一方面為uc3842 提供正常工作電壓，另一方面經(jīng)r3、r4 分壓加到誤差放大器的反相輸入端腳，為uc3842&#

51、160;提供負反饋電壓，其規(guī)律是此腳電壓越高驅(qū)動脈沖的占空比越小，以此穩(wěn)定輸出電壓。腳和腳外接的r6、c8 決定了振蕩頻率，其振蕩頻率的最大值可達500khz。r5、c6用于改善增益和頻率特性。腳輸出的方波信號經(jīng)r7、r8 分壓后驅(qū)動mosfef 功率管，變壓器原邊繞組的能量傳遞到付邊各繞組，經(jīng)整流濾波后輸出各數(shù)值不同的直流電壓供負載使用。電阻r10 用于電流檢測，經(jīng)r9、c9 濾濾后送入uc3842 的腳形成電流反饋環(huán). 所以由uc3842 構(gòu)成的電源是雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，電壓穩(wěn)定度非常高，當(dāng)uc3842 

52、的腳電壓高于1v 時振蕩器停振，保護功率管不至于過流而損壞。圖6-1 uc3842 構(gòu)成的開關(guān)電源 此電路的調(diào)試需要注意：一是調(diào)節(jié)電位器rp1使電路起振，起振電流在1ma左右；二是起振后變壓器繞組提供的直流電壓應(yīng)能使電路正常工作，此電壓的范圍大約為1117v 之間；三是根據(jù)輸出電壓的數(shù)值大小來改變r4，以確定其反饋量的大??；四是根據(jù)保護要求來確定檢測電阻r10 的大小，通常r10 是2w、1以下的電阻。6.2啟動過程首先由電源通過啟動電阻r1 rw1提供電流給電容c4 c5充電，當(dāng)c4電壓達到uc3842的啟動電壓門檻值16

53、v時，uc3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由6端輸出推動開關(guān)管工作，輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時把能量儲存在變壓器中。根據(jù)同名端標識情況，此時變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng)6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時，場效應(yīng)管截止，根據(jù)楞次定律，變壓器原邊為維持電流不變，產(chǎn)生下正上負的感生電動勢，此時副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時反饋線圈向uc3842供電。uc3842內(nèi)部設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟和關(guān)閉閾值分別為16v和10v，如圖3所示。在開啟之前，uc3842消耗的電流在1ma以內(nèi)。電源電壓接通之后，當(dāng)7端電壓升至16v時uc3842開始工作，啟動正

54、常工作后，它的消耗電流約為15ma。因為uc3842的啟動電流在1ma以內(nèi)，設(shè)計時參照這些參數(shù)選取r1，所以在r1上的功耗很小。 當(dāng)然，若vcc端電壓較小時，在r1上的壓降很小，全部供電工作都可由r1降壓后來完成。但是，通常情況下，vcc端電壓都比較大，這樣完全通過r1來提供正常工作電壓就會使r1自身功耗太大，對整個電源來說效率太低。一般來說，隨著uc3842的啟動，r1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓來為uc3842供電。故r1的功率不必選得很大，1w、2w就足夠了。筆者認為，雖然理論上uc3842啟動電流在1ma以內(nèi)，但實際應(yīng)用時，按1.62.0ma設(shè)計則工作

55、比較便利。即當(dāng)vcc端電壓為u伏時r1=u-17/2k6.3穩(wěn)壓過程當(dāng)場效應(yīng)管導(dǎo)通時，整流電壓加在變壓器t初級繞組np上的電能變成磁能儲存在變壓器中，在場效應(yīng)管導(dǎo)通結(jié)束時，np繞組中電流達到最大值ipmax，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：ipmax=(e* ton)/ lp式中：e整流電壓；lp變壓器初級繞組電感；ton場效應(yīng)管導(dǎo)通時間。在場效應(yīng)管關(guān)閉瞬間，變壓器次級繞組放電電流為最大值ismax，若忽略各種損耗應(yīng)為式中：ismax=n* ipmax=n(e* ton)/ lp，n變壓器變比，n=np/ns，np、ns為變壓器初、次級繞組匝數(shù)。  高頻變壓器在場效應(yīng)管導(dǎo)通期間初級繞組儲存的

56、能量與場效應(yīng)管關(guān)閉期間次級繞組釋放的能量相等：n(e* ton)/ lp =（uo* ton）/ ls式中：ls變壓器次級繞組電感；uo輸出電壓；toff場效應(yīng)管關(guān)閉時間。 因為lp=n2l，則：（e/nlp）ton=（uo/lp）toff，eton=n uo toff，uo=（ton/n toff）e。  上式說明，輸出電壓uo與ton成正比，與匝比n及toff成反比。比如，由于電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓降低時，反饋線圈的輸出電壓則會變低，從而使2端電壓變低，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的增大輸出pwm波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變長；反之，當(dāng)電源電壓變化或負載變化而引起輸出電壓升高時，則脈寬調(diào)制器會相應(yīng)的減小pwm輸出脈沖波形的占空比，使大功率晶體管導(dǎo)通的時間變