開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(共14頁)

1、南京工程高等職業(yè)學校設(shè)計題目： 12V5A直流開關(guān)電源 姓 名： 專 業(yè)： 班 級： 學 號： 系 部： 同 組 人： 指導教師： 年 月 日目 錄摘要-3引言-4第一章 開關(guān)電源概述-5 1.1 開關(guān)電源發(fā)展歷史與應(yīng)用力-52.1 開關(guān)電源所用的術(shù)語-5第二章 輸入電路-72.1 輸入保護器件-72.2 輸入陽間電壓保護-72.3 輸入整流濾波電路原理-8第三章 隔離單端反激式變換器電路-93.1 單端反激式變換器電路中的開關(guān)晶體管-93.2 單端反激式變換器電路中的變壓器繞組-10第四章 UC3842的原理及技術(shù)參數(shù)-114.1 UC3842的原理和概述-114.2 UC3842的技術(shù)參數(shù)

2、-12第五章 12V/5A單端反激開關(guān)電源原理-145.1 12V/5A電路原理圖-145.2 12V/5A電源 PCB板-155.3 12V/5A電路原理分析-155. 3. 1 系統(tǒng)原理-155. 3. 2 啟動電路-155. 3. 3 15V/5A電路的短路過流、過壓、欠壓保護-165. 3. 4 反饋電路-16 5. 3. 5 輸出整流濾波電路-17總結(jié)-18致謝-19參考文獻-19摘 要本文介紹一種以UC3842作為控制核心，根據(jù)UC3842的應(yīng)用特點，設(shè)計了一種基于該電流型PWM控制芯片、實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間

3、比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。開關(guān)電源比普通的線性電源效率高，開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。關(guān)鍵詞：UC3842、開關(guān)電源、PWM引 言開關(guān)電源是運用現(xiàn)代電力電子技術(shù),控制開關(guān)開啟和關(guān)閉的時候,這個比率的輸出電壓穩(wěn)定的電源,電源一般由脈寬調(diào)制控制集成電路和場效應(yīng)晶體管。開關(guān)電源、線性電源,并與成本的功率輸出的增加,但這兩種不同的發(fā)展速度。在某一線性功率成本的輸出功率的觀點,但高于開關(guān)電源,它被稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著

4、電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新、開關(guān)電源技術(shù)在不斷的創(chuàng)新,這一成本更低的輸出功率對于移動、開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間第一章 開關(guān)電源概述1.1 開關(guān)電源發(fā)展歷史與應(yīng)用力開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)晶體管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和功率開關(guān)器件（如MOS-FET）等構(gòu)成。簡單的說：就是開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源把直流電源或交流電源通過它可以獲得一個穩(wěn)定的直流電壓源。它具有效率高，輸出電壓穩(wěn)定，交流紋波小，體積小和重量輕的許多優(yōu)點。獲得廣泛使用。    高頻開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻開關(guān)電源、

5、小型化、使開關(guān)電源到更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域,尤其是在高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,促進高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、光。另一個開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源和保護環(huán)境,具有重要的意義。 噪音和紋波：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。用示波器測量其紋波幅值，通常是以mv度量。第二章 輸入電路適，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。2.2 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5k

6、v。第四章 UC3842的原理及技術(shù)參數(shù)4.1 UC3842的原理和概述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。 圖1 UC3842 內(nèi)部原理框圖該電路主要特點有：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1 所示出了UC3842 內(nèi)部框圖和引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈

7、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，

8、芯片功耗為15mW；腳為5V 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力。 4.2 UC3842的技術(shù)參數(shù)UC3842電路結(jié)構(gòu)圖 封裝外形圖第五章 12V/5A單端反激開關(guān)電源原理 5.1 12V/5A電路原理圖5.2 12V/5A電路PCB板這是我根據(jù)我在學校學習的Protel 99SE畫的PCB板5.3 原理分析5 .3. 1 系統(tǒng)原理      本文以UC3842為核心控制部件，設(shè)計一款A(yù)C 220V輸入，DC 12V輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由

9、雙極點變成單極點，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。      主要的功能模塊包括：啟動電路、過流過壓欠壓保護電路、反饋電路、整流電路。以下對各個模塊的原理和功能進行分析。電路原理圖如圖2所示。5 .3. 2 啟動電路      如圖2所示交流電由C16、L1、C15以及C14、C13進行低通濾波，其中C16、C15組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲；C14、C13、L1組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對電磁干擾由很強的衰減功能。如圖2所

10、示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R9兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當該腳的電壓超過正常值03V達到1V(即電流超過15A)時，UC3842的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時，UC3842的腳6無輸出，MOS管S1截止，從而保護了電路。如果供電電壓發(fā)生過壓(在265V以上)，UC3842無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級繞組電壓大大提高，UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)的電壓低于85V，UC3842的腳1電壓也下降，當下降lV(正常值是34V)以下時，PWM比較器輸出高電

11、平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。如果人為意外地將輸出端短路，這時輸出電流將成倍增大，使得自動恢復(fù)開關(guān)RF內(nèi)部的熱量激增，它立即斷開電路，起到過壓保護作用。一旦故障排除，自動恢復(fù)開關(guān)RF在5s之內(nèi)快速恢復(fù)阻抗。因此，此電路具有短路過流、過壓、欠壓三重保護。5. 3. 4 反饋電路      反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817。利用TL43l可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行精確的調(diào)整。如圖2所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當輸出電壓升高時，

12、取樣電壓VR7也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準電壓(TL431的基準電壓為25V)，使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓Vo下降，最后Vo趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當輸出電壓低于設(shè)置電壓時，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對PWM比較器進行調(diào)節(jié)，改變占空比，達到穩(wěn)壓的目的。R7、R8的阻值是這樣計算的：先固定R7的阻值，再計算R8的阻值，即5. 3. 5 輸出整流濾波電路      

13、輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對波紋幅值的影響主要有以下幾個方面。      (1)輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容C5，以濾除此噪聲干擾。      (2)高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻人高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用型濾波的方式。濾波電感采用150H的電感，可

14、濾除高頻噪聲。      (3)采用快速恢復(fù)二極管D6、D7整流。基于低壓、功耗低、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲。并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓      在大功率的整流電路中，次級整流橋電路存在較大雜散電感，輸出整流管在換流時，由于電路中存在寄生振蕩，整流管會承受較大的尖峰電壓，尖峰電壓的存在提高了對整流二極管的耐壓要求，也將帶來額外的電路損耗。整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感(或附加的諧振電感)與變壓器的繞組電容和整流管的結(jié)電容之間。 &#

15、160;    當副邊電壓為零時，在全橋整流器中4只二極管全部導通，輸出濾波電感電流處于自然續(xù)流狀態(tài)。而當副邊電壓變化為高電壓Vin/K(K為變壓器變比)時，整流橋中有兩只二極管要關(guān)斷，兩只二極管繼續(xù)導通。這時候變壓器的漏感(或附加的諧振電感)就開始和關(guān)斷的整流二極管的電容諧振。即使采用快恢復(fù)二極管，二極管依然會承受至少兩倍的尖峰電壓，因此，必須采用有效的緩沖電路，有許多文獻對此作了研究，歸納起來有5種方式：RC緩沖電路，RCD緩沖電路，主動箝位緩沖電路，第三個繞組加二極管箝位緩沖電路，原邊側(cè)加二極管箝位緩沖電路。在這里提出另一種減小二極管尖峰電壓有效的方法：即整

16、流二極管并聯(lián)，其具體的電路圖如圖3所示?？偨Y(jié)   通過實習我接觸開關(guān)電源，開關(guān)電源應(yīng)用在許多的行業(yè)如工業(yè)、航空、航天、軍事等。在實習期間我進一步的認識開關(guān)電源，我更好的學會了如何分析電路、如何運用知識、如何調(diào)試電路，在完成畢業(yè)論文的期間，我感覺我對開關(guān)電源還有許多不足之處，我計劃在以后的實習期間更好的思考問題、解決問題，培養(yǎng)了自己不怕苦、不怕累的意志力,為日后的學習、工作和生活打下良好的基石。致謝 參考文獻1、嚴仰光.雙向直流變換器. 南京: 江蘇科學技術(shù)出版社, 2004.112、阮新波、嚴仰光，全橋變換器的控制策略，電氣自動化，1997年增刊，205-2113、阮新波、嚴仰光，脈寬調(diào)制DC/DC全橋變換器的軟開關(guān)技術(shù)