開關電源實驗報告-

1、開關電源實驗報告一、 實驗名稱30W-12V開關電源制作二、 實驗目的1.掌握BUCK降壓型反激式開關電源原理、焊接、調(diào)試。2.熟悉UC3842主要性能參數(shù)、端子功能、工作原理及典型應用。三、 實驗要求1.輸入電壓AV220V，調(diào)節(jié)輸出電壓為DC12V，輸出功率30W。2.掌握電路板焊接工藝。四、 實驗介紹開關電源介紹開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電

2、子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。開關電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關電源小型化，并使開關電源進入更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了高新技術產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關電源的發(fā)展與應用在安防監(jiān)控，節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關電源就是采用功率半導體器件作為開關元件，通過周期性通斷開關，控制開關元件的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關電源具有以下特征：電源電壓和負載在規(guī)定的范圍內(nèi)變化時，輸出電壓應保持在允許的范圍內(nèi)或按要求變化；輸出與輸入之間有良好的電氣隔離；可以輸出單路或多路電壓，各路之間有電氣隔離。本次實驗是要采用UC3842

3、制作一路輸出的AV220V-DC12V的30W開關電源。開關電源原理電路由主電路、控制電路、啟動電路和反饋電路4部分組成。主電路采用單端反激式拓撲?？刂齐娐肥钦麄€開關電源的核心，控制的好壞直接決定了電源整體性能，電路電流環(huán)控制采用UC3842內(nèi)部電流環(huán)，電壓外環(huán)采用TL431和PC817構成外部誤差放大器。輸入市電首先經(jīng)過濾波、整流后變換為直流電壓，再經(jīng)過直流變換器變換為所需的直流電壓；通過檢測和控制電路對其輸出進行調(diào)整。圖4-1 開關電源基本結構框圖主要元器件介紹1）UC38421UC3842簡介：UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流直直流變換器應用而設計的，這些集成電路

4、具有可微的振蕩器，能進行占空比的控制、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸入，是驅動功率MOSFET的理想器件。其他的保護特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時間和單個脈沖測量鎖存。2UC3842的性能特點：它屬于電流型單端PWM調(diào)制器，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。能通過高頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于構成無工頻變壓器的2050W小功率開關電源。最高開關頻率為500kHZ,頻率穩(wěn)定度達0.2%。電源效率高，輸出電流大，能直接驅動雙極型功率晶體管或VMOS管、DMOS管、TMOS管。輸出電流為200m

5、A，峰值為1A，既可驅動雙極型三極管也可驅動MOSFET管。若驅動雙極型三極管，應加入開關管截止加速RC電路，同時將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在40kHz以下；若驅動MOSFET管，振蕩頻率由外接RC電路設定。內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準電壓源，典型值為5.0V，允許有±0.1V的偏差。溫度系數(shù)為0.2mV/。穩(wěn)壓性能好。其電壓調(diào)整率可達0.01%/V,能同第二代線性集成穩(wěn)壓器（例如LM317）相媲美。啟動電流小于1mA,正常工作電流為15mA。除具有輸入端過壓保護與輸出端過流保護之外，還設有欠壓鎖定電路，使工作穩(wěn)定、可靠。最高輸入電壓=30V，輸出最大峰值電流=1A,平均電流為0.2A,本身最大

6、功耗=1W,最大輸出功率=50W。啟動電壓大于16V、啟動啟動前電源電流僅0.5mA。處于正常工作狀態(tài)時，工作電壓在1034V之間，負載電流為15mA。超出此限制，開關電源呈欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，無驅動脈沖輸出。內(nèi)設5V(50mA)基準電壓源，經(jīng)21分壓后作為取樣基準電壓。內(nèi)設過流保護輸入端(3腳)和誤差放大器輸入端(1腳)兩個PWM控制端。誤差放大器輸入構成主PWM控制系統(tǒng)，可使負載變動在30%100%時輸出負載調(diào)整率在8%以下，負載變動70%100%時輸出負載調(diào)整率在3%以下。 過流檢測輸入端可對逐個脈沖控制，直接控制每個周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達到0.01%/V。如果3腳電壓大于1

7、V或1腳電壓小于1V，PWM比較器輸出高電平使鎖存器復位，直到下一個脈沖到來時才重新置位。利用1腳和3腳的電平關系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強，開關管不會誤觸發(fā)，提高了可靠性。3UC3842的引腳排列及內(nèi)部框圖圖4-2 UC3842結構圖UC3842采用DIP-8封裝如上圖4-2，管腳、GND端分別接輸入電壓、輸出電壓、地。為內(nèi)部5.0V基準電壓引出端。/是外接定時電阻、定時電容的公共端。UC3842內(nèi)部框圖如圖2,其主要包括5.0V基準電源，振蕩器、誤差放大器，過流檢測電壓比較器、PWM鎖存器、輸入欠壓鎖定電路、門電路、輸出級、3

8、4V穩(wěn)壓管。5V基準電源：內(nèi)部電源，可以提供5V/50mA的輸出。振蕩器：決定電源開關頻率，RT接在4腳和8腳之間，CT接4腳、GND和5腳之間。 誤差放大器：由VFB端輸入的反饋電壓和2.5V做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡，以改變增益和頻率特性。 電流取樣比較器：3腳ISENSE用于檢測開關管電流，當UISENSE>1V時，關閉輸出脈沖，迫使開關管關斷，達到過流保護的目的。欠壓鎖定電路UVLO：開通閾值16V，關閉閾值10V，具有滯回特性。 PWM鎖存電路：保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所謂逐個脈沖控制。另外，VCC與GND之間的穩(wěn)

9、壓管用于保護，防止器件損壞。輸出電路：圖騰柱輸出電路，輸出PWM觸發(fā)信號，可驅動MOS管及雙極型晶體管。2）TL431TL431在開關電源中起到誤差放大器的作用，將產(chǎn)生的直流電壓與標準的+12V比較，將誤差通過PC817送到UC3842中，從而控制Q1的開通和關斷。將輸出的電壓經(jīng)R19和R18降壓，輸入TL431進行比較，再通過電位計SVR調(diào)節(jié)，使輸出電壓達到+12V。1內(nèi)部結構TL431內(nèi)部結構如圖4-3所示。圖4-3 TL431的內(nèi)部結構圖2TL431的相關參數(shù)在絕對極大等級下；陰極電壓可達到37V，陰極電流值范圍為-100+150mA。一般在實際應用時，陰極電壓取36V，陰極流過的電流值

10、為100mA。反饋輸入電壓為2.495V，反饋輸入電流為1.5mA。3TL431的典型應用圖4-4 分流校準器 圖4-5 三端輸出控制校準器 圖4-6 高壓分流校準器 圖4-7 限壓或限流電路圖4-8 恒定的頻變電路3) PC817PC817是常用的線性光耦，廣泛用在電腦終端機、可控硅系統(tǒng)設備、測量儀器、影印機、自動售票、家用電器，如風扇、加熱器等。電路之間的信號傳遞，常常在各種要求比較緊密的功能電路中被當作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。使之前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設計。1PC817的特點及內(nèi)部引腳當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出

11、光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了"電-光-電"的轉換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關信號）不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應的光信號，從而使光敏晶體管的導通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同。圖4-9 PC817內(nèi)部結構圖圖中1號引腳為陽極，2號引腳為陰極，3號引腳為發(fā)射機，4號引腳為集電極。輸入側正向電流為50mA，峰值正向電流可以達到1A，反向電壓為6V，功耗70mW。輸出側集電極發(fā)射極電壓為35V，集電極電壓為6V

12、，流過集電極的電流為50mA。 開關電源工作原理1)開關電源濾波原理該濾波器有兩個輸入端和一個接地端，兩個輸出端，制作使用時外殼使用金屬屏蔽并接地，電路包括共模電感LFIA、濾波電容器CY1、CY2、CX1。CY1、CY2跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地，能有效的抑制共模干擾。LFIA對串模干擾不起作用，但當出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過偶合后總電感量迅速增大，因此共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過。2)整流電路原理從電源濾波輸出后的電壓經(jīng)整流濾波器輸入，經(jīng)過BD1進行橋式全波整流得到非穩(wěn)壓的直流輸出。采用橋式全波整流可省去笨重的輸入變壓器，使設計重量可大大減輕，輸出也得到近

13、似平滑的良好直流電壓，轉換效率相對較高。3)振蕩電路原理由R12、C6與UC3842內(nèi)部振蕩器，+5V基準電源一起完成振蕩，產(chǎn)生高頻信號。+5V基準電壓經(jīng)過定時電阻R12給C6充電，然后C6再經(jīng)過芯片內(nèi)部電路進行放電，從第4腳得到鋸齒波電壓。由于輸出采用脈寬調(diào)制控制方式，考慮到噪聲電壓也會影響輸出脈沖寬度，振蕩電路加了消噪電容C7。4)輸出電路原理由于采用的是高頻調(diào)制信號的方法，故輸出級電源變壓器很小，調(diào)整管采用頻率響應快的N溝道場效應管，輸出級受UC3842PWM波調(diào)整，通過Q1進行功率轉換，直流電壓從T原邊N1流經(jīng)Q1輸出變壓器原邊產(chǎn)生大電流的PWM電壓波，經(jīng)過T變比偶合，使輸出端產(chǎn)生大電

14、流的電壓，輸出通過D6整流，C13-C15濾波，再經(jīng)過平波電抗器L1使輸出為平滑穩(wěn)定的12V穩(wěn)壓輸出。N2輸出用作電壓負反饋。圖4-3 開關電源電路原理圖交流220V電源輸入先經(jīng)雙向濾波器，過濾電網(wǎng)上的干擾諧波，再經(jīng)橋式整流電路變成直流； 再利用高頻PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號控制開關管，控制反激式斬波電路的輸出電壓，再經(jīng)過濾波電路得到輸出電壓；輸出部分通過光電耦合反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達到穩(wěn)定輸出的目的； 在變壓器部分存在回饋電路是輔助電路，在橋式整流電路的輸出是控制PWM電路的起振。從電網(wǎng)取出的220V交流輸入電壓經(jīng)過隔離變壓器輸出220V交流電壓，這樣做的

15、目的是防止開關電源出現(xiàn)問題時產(chǎn)生較為嚴重的損失。220V交流輸入電壓CON3經(jīng)雙向濾波器CY1、CY2和濾波電容CX1輸出220V直流電壓，保險絲FS的使用是為了防止浪涌電流損壞整流橋BDKBP210。整流過的高電壓（280300VDC）經(jīng)過穩(wěn)壓管C1接到變壓器的一端上，變壓器的另一端接到高壓MOSFET Q1的Source。為了保證控制電路的正常工作，D2、R3、C4、C5構成輔助電源為控制芯片UC3842提供工作電壓。根據(jù)反激式變換器的工作原理，當電壓由正半周期到負半周期時，電壓傳到變壓器的另外一邊。經(jīng)濾波電容和電感的作用，在輸出端得到穩(wěn)定的+12V直流電壓。在控制信號部分，如果要讓UC3

16、842開始工作，必須要給芯片提供一個工作電壓。而提供工作電壓的輔助電源，在正半周期是不工作的，因為在正半個周期由于反激式變換器的緣故沒有給輔助電源提供電壓。這時經(jīng)過R7降壓就得到一個+5V電壓，這個電壓可以為UC3842提供電壓，所以R7可以起到啟動電路的作用，R7的阻值就要求很大，可以達到100K。在R18和R19的公共短接入反饋電壓，下面的R19、R17、SVR1、TL431和C11構成誤差放大器，將誤差信號通過光電耦合器PC817傳到三極管的基極。UC3842的啟動電壓為+12V，這樣也起到了標準電壓的作用，將反饋電壓和標準電壓進行比較，從UC3842的6號引腳輸出控制MOSFET的開通

17、和關斷來減小誤差。UC3842為主回路提供一個方波信號，使得主回路符合反激原理，方波占空比的大小可以控制輸出電壓的大小，由此，得到我們想要穩(wěn)定的一個電壓值。焊接工藝介紹 焊接是整個試驗過程的一種重要環(huán)節(jié)，焊接工藝的好壞直接決定了實驗的成功與否，即使實驗元器件全部都選擇、安裝正確，焊接不達標的話也達不到理想效果，因此我們必須學習焊接的基本工藝，掌握一些焊接的技巧。1進行錫焊，必須具備的條件有以下幾點：焊件必須具有良好的可焊性所謂可焊性是指在適當溫度下，被焊金屬材料與焊錫能形成良好結合的合金的性能。不是所有的金屬都具有好的可焊性，有些金屬如鉻、鉬、鎢等的可焊性就非常差；有些金屬的可焊性又比較好，如

18、紫銅、黃銅等。在焊接時，由于高溫使金屬表面產(chǎn)生氧化膜，影響材料的可焊性。為了提高可焊性，可以采用表面鍍錫、鍍銀等措施來防止材料表面的氧化。焊件表面必須保持清潔為了使焊錫和焊件達到良好的結合，焊接表面一定要保持清潔。即使是可焊性良好的焊件，由于儲存或被污染，都可能在焊件表面產(chǎn)生對浸潤有害的氧化膜和油污。在焊接前務必把污膜清除干凈，否則無法保證焊接質(zhì)量。金屬表面輕度的氧化層可以通過焊劑作用來清除氧化程度嚴重的金屬表面，則應采用機械或化學方法清除，例如進行刮除或酸洗等。 要使用合適的助焊劑助焊劑的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工藝，應該選擇不同的助焊劑，如鎳鉻合金、不銹鋼、鋁等材料，沒有專用

19、的特殊焊劑是很難實施錫焊的。在焊接印制電路板等精密電子產(chǎn)品時，為使焊接可靠穩(wěn)定，通常采用以松香為主的助焊劑。一般是用酒精將松，香溶解成松香水使用。焊件要加熱到適當?shù)臏囟?焊接時，熱能的作用是熔化焊錫和加熱焊接對象，使錫、鉛原子獲得足夠的能量滲透到被焊金屬表面的晶格中而形成合金。焊接溫度過低，對焊料原子滲透不利，無法形成合金，極易形成虛焊，焊接溫度過高，會使焊料處于非共晶狀態(tài)，加速焊劑分解和揮發(fā)速度，使焊料品質(zhì)下降，嚴重時還會導致印制電路板上的焊盤脫落。需要強調(diào)的是，不但焊錫要加熱到熔化，而且應該同時將焊件加熱到能夠熔化焊錫的溫度。合適的焊接時間焊接時間是指在焊接全過程中，進行物理和化學變化所需

20、要的時間。它包括被焊金屬達到焊接溫度的時間、焊錫的熔化時間、助焊劑發(fā)揮作用及生成金屬合金的時間幾個部分。當焊接溫度確定后，就應根據(jù)被焊件的形狀、性質(zhì)、特點等來確定合適的焊接時間。焊接時間過長，易損壞元器件或焊接部位；過短，則達不到焊接要求。一般每個焊點焊接一次的時間最長不超過5s。焊點質(zhì)量及檢查：對焊點的質(zhì)量要求，應該包括電氣接觸良好、機械結合牢固和美觀三個方面。保證焊點質(zhì)量最重要的一點，就是必須避免虛焊。虛焊產(chǎn)生的原因及其危害：虛焊主要是由待焊金屬表面的氧化物和污垢造成的，它使焊點成為有接觸電阻的連接狀態(tài)，導致電路工作不正常，出現(xiàn)連接時好時壞的不穩(wěn)定現(xiàn)象，噪聲增加而沒有規(guī)律性，給電路的調(diào)試、

21、使用和維護帶來重大隱患。此外，也有一部分虛焊點在電路開始工作的一段較長時間內(nèi)，保持接觸尚好，因此不容易發(fā)現(xiàn)。但在溫度、濕度和振動等環(huán)境條件的作用下，接觸表面逐步被氧化，接觸慢慢地變得不完全起來。虛焊點的接觸電阻會引起局部發(fā)熱，局部溫度升高又促使不完全接觸的焊點情況進一步惡化，最終甚至使焊點脫落，電路完全不能正常工作。這一過程有時可長達一、二年，其原理可以用“原電池”的概念來解釋，當焊點受潮使水汽滲入間隙后，水分子溶解金屬氧化物和污垢形成電解液，虛焊點兩側的銅和鉛錫焊料，相當于原電池的兩個電極，鉛錫焊料失去電子被氧化，銅材獲得電子被還原。在這樣的原電池結構中，虛焊點內(nèi)發(fā)生金屬損耗性腐蝕，局部溫度

22、升高加劇了化學反應，機械振動讓其中的間隙不斷擴大，直到惡性循環(huán)使虛焊點最終形成斷路。據(jù)統(tǒng)計數(shù)字表明，在電子整機產(chǎn)品的故障中，有將近一半是由于焊接不良引起的。然而，要從一臺有成千上萬個焊點的電子設備里找出引起故障的虛焊點來，實在不是容易的事。所以，虛焊是電路可靠性的重大隱患，必須嚴格避免。進行手工焊接操作的時候，尤其要加以注意。 一般來說，造成虛焊的主要原因是：焊錫質(zhì)量差；助焊劑的還原性不良或用量不夠，被焊接處表面未預先清潔好，鍍錫不牢；烙鐵頭的溫度過高或過低，表面有氧化層；焊接時間掌握不好，太長或太短；焊接中焊錫尚未凝固時，焊接元件松動。2對焊點的要求： 可靠的電氣連接焊接是電子線路從物理上實

23、現(xiàn)電氣連接的主要手段。錫焊連接不是靠壓力，而是靠焊接過程形成的牢固連接的合金層達到電氣連接的目的。如果焊錫僅僅是堆在焊件的表面或只有少部分形成合金層，也許在最初的測試和工作中不會發(fā)現(xiàn)焊點存在問題，但隨著條件的改變和時間的推移，接觸層氧化，脫離出現(xiàn)了，電路產(chǎn)生時通時斷或者干脆不工作，而這時觀察焊點外表，依然連接如初。這是電子產(chǎn)品工作中最頭疼的問題，也是產(chǎn)品制造中必須十分重視的問題。 足夠的機械強度焊接不僅起到電氣連接的作用，同時也是固定元器件，保證機械連接的手段。這就有個機械強度的問題。作為錫焊材料的鉛錫合金本身強度是比較低的，常用鉛錫焊料抗拉強度約為34.7kgf/cm，只有普通鋼材的10%。

24、要想增加強度，就要有足夠的連接面積。如果是虛焊點，焊料僅僅堆在焊盤上，自然就談不到強度了。另外，在元器件插裝后把引線彎折，實行鉤接、絞合、網(wǎng)繞后再焊，也是增加機械強度的有效措施。造成強度較低的常見缺陷是因為焊錫未流滿焊點或焊錫量過少，還可能因為焊接時焊料尚未凝固就發(fā)生件振動而引起的焊點結晶粗大，像豆腐渣狀或有裂紋。光潔整齊的外觀良好的焊點要求焊料用量恰到好處，表面圓潤，有金屬光澤。外表是焊接質(zhì)量的反映，注意：焊點表面有金屬光澤是焊接溫度合適、生成合金層的標志，這不僅僅是美觀的要求。五、 實驗步驟1、 學習實驗原理，了解電路各部分功能。2、 將實驗元器件和元器件清單進行核對。3、 準備實驗儀器：

25、電烙鐵、焊錫、萬用表、示波器、隔離變壓器等。4、 將元器件安裝在印制電路板制定位置處，注意焊接工藝。5、 電路板制作完成后，檢查有無漏焊、虛焊、焊錯等情況，并注意是否存在焊接時焊錫過多而導致短路6、 檢查無誤后，先將印制電路板通電進行測試，先通電3-5S，首先觀察指示燈亮不亮，不亮則去檢查電路，正常發(fā)光再觀察是否有器件燒壞的聲響，如有則立即斷電，重新檢查電路，如無異常情況將輸出直流電壓調(diào)至12V，并用示波器觀察反饋電路中二極管D2波形情況。7、 調(diào)試好后，將開光電源外殼裝好，由李老師測實驗收。30W-12V電源清單序號代號名稱及規(guī)格數(shù)量/臺1R3,R13RT-0.25W-10R±5%

26、22R18RT-0.25W-1K±5%13R14, R16RT-0.25W-1K±5%34R17RT-0.25W-2K±5%15R12RT-0.25W-2.4K±5%15R22RT-0.25W-2.7K±5%16R15RT-0.25W-5.1K±5%17R9,R11,R19RT-0.25W-10K±5%39R20RT-0.5W-22R±5%110R1RT-0.5W-560k±5%111R10RT-0.5W-1R±5%112C14RT-2W-270R±5%113R7,R8RT-2W-10

27、0K±5%214RTH1熱敏電阻10D-9115SVR1臥式電位器1K116BD1整流橋KBP210117C1電解電容22uF400V118C3,C18高壓陶瓷電容10nF/1KV219C4電解電容47uF/50V120C5,C7,C6滌綸電容103321,C8滌綸電容222122 C17,C11滌綸電容333223C9,C19滌綸電容471224C13, C15電解電容1000uF/16V325C16電解電容470uF/35V126CX1安規(guī)X2電容 0.1uF/250VAC127CY1, CY2,C12高壓陶瓷電容222/1KV328CY4高壓陶瓷電容472/1KV129D1快恢復二極管FR207130D2快恢復二極管FR104131D6肖特基二極管STPS10LCD100132FS1引線式保險管1A2