開關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì).

1、鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院（論文）開關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備，有電器的地方就有電源,現(xiàn)代電子設(shè)備中的電路使用了大量的半導(dǎo)體器件，這些半導(dǎo)體需要幾伏到幾十伏的直流供電，以便得到正常工作所必需的能源。這些直流電源有的屬于化學(xué)電源，如采用干電池和蓄電池，但這些不能持久性的供電。大多數(shù)電子設(shè)備的直流供電方法都是將交流電源經(jīng)過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓等變換為所需的直流 電壓。完成這種變換任務(wù)的電源成為直流穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。開關(guān)電源的高頻變換電路形式很多, 常用的變換電路有推挽、全橋、

2、半橋、單端正激和單端反激等形式。本論文是基于芯片UC3842的小功率高頻開關(guān)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源,經(jīng)濟(jì)效益,uc3842，小功率高頻SWITCHING POWER SUPPLY DESIGN BASED ABSTRACAT Power is to achieve power conversion and power transmission major equipment, where there are electrical appliances with power, modern electronic equipment in the circuit using a large

3、 number of semiconductor devices, semiconductor needs a few volts to tens of volts of DC power, in order to obtain required by the normal energy. Some of these chemical DC power supply, such as batteries and used batteries, but these can not be sustained in power. DC power supply method most electro

4、nic devices are AC power through transformer, rectifier, filter, voltage transformation for the required DC voltage. Completion of this task transform power into DC regulated power supply. Switching power supply is a new type of power supply, compared to traditional linear power supply, high technol

5、ogical content, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic benefit. Many high-frequency transformation circuit switching power supply, commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, forward and flyback etc. This paper is the design of small power high freq

6、uency switching power supply system based on UC3842 chip. KEY WORDS: Switching Power Supply，economic benefits ，uc3842，Small power high frequency 目錄前言1第1章 開關(guān)電源簡介21.1開關(guān)電源概述21.1.1 開關(guān)電源的概念21.1.2 開關(guān)電源的分類41.2開關(guān)電源的工作原理61.3開關(guān)電源的組成71.3開關(guān)電源中存在的問題8第2章 開關(guān)電源元器件的選用102.1 器件TL431102.2 電力二極管102.3 光耦PC817112.4 電力場效應(yīng)晶

7、體管MOSFET12第3章 主要開關(guān)變換電路133.1濾波電路133.2反饋電路133.2.1 電流反饋電路133.2.2 電壓反饋電路14第4章 UC3842的原理及功能特點(diǎn)164.1 UC3842原理與特點(diǎn)164.2 UC3842的引腳及其功能174.3 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)184.4 UC3842的典型應(yīng)用電路194.4.1 UC3842控制的同步整流電路194.4.2 UC3842控制的升壓型開關(guān)電源21第5章UC3842保護(hù)電路的缺陷及改進(jìn)245.1 UC3842保護(hù)電路的缺陷245.1.1 過載保護(hù)的缺陷245.1.2過流保護(hù)的缺陷245.1.3電路穩(wěn)定性的缺陷255.2保護(hù)電路

8、的改進(jìn)25結(jié) 論27謝 辭28參考文獻(xiàn)29附 錄1：總體電路圖30附 錄2：開關(guān)電源常用英文標(biāo)志與縮寫31外文資料譯文32IV前 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期，電源是向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備，是工業(yè)的基礎(chǔ)。本論文的目的就是查閱相關(guān)資料，掌握開關(guān)電源的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)怎樣設(shè)計(jì)小功率開關(guān)電源的方法，這以后從事相關(guān)事業(yè)打下基礎(chǔ)，開闊視野，從而提高自身的能力。課題研究的意義在于：當(dāng)代許多高新技術(shù)均與電源的電壓、電流、頻率、相位和波形等基本技術(shù)參數(shù)的變換和控制相關(guān)，電源技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些參數(shù)的精確控制和高效率的處理，因此，電源技術(shù)不但本身是一種高新技

9、術(shù)，而且還是其評(píng)它多項(xiàng)高新技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)。電源技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展必將為大幅度節(jié)約電能、降低材料消耗以及提高生產(chǎn)效率提供重要的手段，并為現(xiàn)代生產(chǎn)和現(xiàn)代生活帶來為深遠(yuǎn)的影響。目前我國通信、信息、家電和國防等領(lǐng)域的電源普遍采用高頻開關(guān)電源，相控電源將逐漸被淘汰。國內(nèi)開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展，基本上起源于20世紀(jì)70年代末和80年代初。當(dāng)時(shí)引進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)，在高等院校和一些科研院所停留在實(shí)驗(yàn)開發(fā)和教學(xué)階段。20世紀(jì)80年代中期開關(guān)電源產(chǎn)品開始推廣和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代開關(guān)電源的特點(diǎn)是采用20kHz脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，效率可達(dá)65%-70%。經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展，開關(guān)電源技術(shù)有了重大進(jìn)步和突破

10、。新型功率器件的開發(fā)促進(jìn)了開關(guān)電源的高頻化，功率MOSFET和IGBT可使小型開關(guān)電源的工作頻率達(dá)到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);軟開關(guān)技術(shù)使高頻開關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)有了可能，它不僅可以減少電源的體積和重量，而且提高了電源的效率（國產(chǎn)6kW通信開關(guān)電源采用軟開關(guān)技術(shù)，效率可達(dá)93%）；控制技術(shù)的發(fā)展以及專用控制芯片的生產(chǎn)，不僅使電源電路大幅度簡化，而且使開關(guān)電源的動(dòng)態(tài)性能和可靠性大大提高；有源功率因數(shù)校正技術(shù)（APFC）的開發(fā)，提高了AC/DC開關(guān)電源的功率因數(shù)，既治理了電網(wǎng)的諧波污染，又提高了開關(guān)電源的整體效率。 第1章 開關(guān)電源簡介1.1 開關(guān)電源概述電源是將各種能源轉(zhuǎn)換成

11、為用電設(shè)備所需電能的裝置，是所有靠電能工作的裝置的動(dòng)力源泉。1.1.1開關(guān)電源的概念電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉。電源是產(chǎn)生電的裝置，表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等；在同一參數(shù)要求下，又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電，一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需求，例如交流轉(zhuǎn)換成直流，高電壓變成低電壓，大功率變換為小功率等。按照電子理論，所謂AC/DC就是交流轉(zhuǎn)換為直流；AC/AC稱為交流轉(zhuǎn)換為交流，即為改變頻率；DC/AC稱為逆變；DC/DC為直流變交流后再變直流。為了達(dá)到轉(zhuǎn)換的目的，電源變換的方法是多樣的。自20世紀(jì)60年代，人們研發(fā)出了二極管、三極管半導(dǎo)體器件后，就

12、用半導(dǎo)體器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。所以，凡是用半導(dǎo)體功率器件作開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的電路，叫做開關(guān)變換電路。在轉(zhuǎn)換時(shí)，以自動(dòng)控制穩(wěn)定輸出并有各種保護(hù)環(huán)節(jié)的電路，稱為開關(guān)電源（Switching Power Supply）1。開關(guān)電源在轉(zhuǎn)換過程中，用高頻變壓器隔離稱之為離線式開關(guān)變換器（Off-line Switching Cpnwerter），常用的AC/DC變換器就是離線式變換器。開關(guān)電源通常由六大部分組成，如圖1-1所示。圖1-1 開關(guān)電源工作原理框圖第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。220V交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓Vi，此電壓送到第二部分

13、進(jìn)行功率因數(shù)校正，其目的是提高功率因數(shù)，它的形式是保持輸入電流與輸入電壓同相。功率因數(shù)校正的方法有無源功率因數(shù)校正和有源功率因數(shù)校正兩種。所謂有源功率因數(shù)校正（Active Power Factor Correction，APFC），是指電源在校正過程中常采用三極管和集成電路。開關(guān)電源電路常采用有源功率因數(shù)校正。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，它是由電子開關(guān)和高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路，用于將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)過分壓、采樣后于電路的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較、放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)行脈寬調(diào)制，

14、達(dá)到脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說開關(guān)電源的實(shí)質(zhì)是電源變換。高頻電子開關(guān)是電能轉(zhuǎn)換的主要手段和方法。在一個(gè)電子開關(guān)周期（T）內(nèi)，電子開關(guān)的接通時(shí)間與一個(gè)電子周期所占時(shí)間之比，叫接通占空比（D），D=。斷開時(shí)間所占T的比例稱為斷開占空比（D），。開關(guān)周期是開關(guān)頻率的倒數(shù)，。例如：一個(gè)開關(guān)電源的工作頻率是50kHz，它的周期（微秒）。很明顯，接通占空比（D）越大，負(fù)載上的電壓越高，表明電子開關(guān)接通時(shí)間越長，此時(shí)負(fù)載感應(yīng)電壓較高，工作頻率也較高。這對(duì)于開關(guān)電源的高頻變壓器實(shí)現(xiàn)小型化有幫助，同時(shí)，能量傳遞的速度也快。但是，開關(guān)電源中斷開關(guān)功率管、高頻變壓器、控制集成電路以及輸入整流二極

15、管的發(fā)熱量高、損耗大。對(duì)于不同的變換器形式，所選用的占空比大小是不一樣的。開關(guān)電源與鐵芯變壓器電源以及其他形式的電源比較起來具有較多的優(yōu)點(diǎn)：(1) 節(jié)能。綠色電源是開關(guān)電源中用途最為廣泛的電源，它的效率一般可以達(dá)到85%，質(zhì)量好的可以達(dá)到95%甚至更高，而鐵芯變壓器的效率只有70%或者更低。最近歐盟和美國消費(fèi)者協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，美國一般家用電器和工業(yè)電氣設(shè)備的單機(jī)能源消耗指數(shù)大于92%。美國的“能源之星”對(duì)電子鎮(zhèn)流器、開關(guān)電源以及家用電器的效率都制定有很仔細(xì)的、非常嚴(yán)格的規(guī)章條款。(2) 體積小，重量輕。據(jù)統(tǒng)計(jì)，100W的鐵芯變壓器的重量為1200g左右，體積達(dá)350cm3，而100W的開關(guān)電源的重量

16、只有250g，而且敞開式的電源更輕，體積不到鐵芯變壓器的1/4。(3) 開關(guān)電源具有各種保護(hù)功能，不易損壞。而其他的電源由于本身原因或使用不當(dāng)，發(fā)生短路或斷路的事故較多。(4) 改變輸出電流、電壓比較容易，且穩(wěn)定、可控。(5) 根據(jù)人們的要求，可設(shè)計(jì)出各種具有特殊功能的電源，以滿足人們的需要。1.1.2開關(guān)電源的分類目前開關(guān)電源的種類很多，從工作性質(zhì)來分，大體上可分為“硬開關(guān)”和“軟開關(guān)”兩種。所謂硬開關(guān)，是指電子脈沖、外加控制信號(hào)強(qiáng)行對(duì)電子開關(guān)進(jìn)行“開”和“關(guān)”，而與電子開關(guān)自身流過的電流以及兩端施加的電壓無關(guān)。顯然，開關(guān)是接通和關(guān)斷期間是有電流、電壓存在的，因此，這種工作方式是有損耗的。但

17、是它比其他變換電源的形式簡單的多，所以，硬開關(guān)在很多地方仍然在應(yīng)用，如脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）器就屬于硬開關(guān)。目前，很多開關(guān)電源都用PWM來控制。另一類叫做軟開關(guān)，電子開關(guān)在零電壓下導(dǎo)通，在零電流下關(guān)斷。可見，電子開關(guān)是在“零狀態(tài)”下工作的，所以，理論上它的損耗為零，對(duì)浪涌電壓、脈沖尖峰電壓的抑制能力很大，其工作頻率可以提高到5MHz以上，開關(guān)電源的重量和體積則可進(jìn)行更大的改變。為了實(shí)現(xiàn)零電壓“開”和零電流“關(guān)”，我們常采用諧振的方法。從電子理論可知道，諧振就是容抗等于感抗，總的電抗為零，電路中的電流無窮大。如果正弦波電壓加到并聯(lián)的電感回路上，這時(shí)電感上

18、的電壓就無窮大。利用諧振電路可實(shí)現(xiàn)正弦波振蕩，當(dāng)振蕩倒零時(shí)，電子開關(guān)導(dǎo)通，稱之為零電壓導(dǎo)通（Zero Voltage Switching）。同樣，流過電子開關(guān)的電流振蕩到零時(shí)，電子開關(guān)關(guān)斷，稱之為零電流關(guān)斷（Zero Current Switching）?？傊?，電子開關(guān)具有零電壓導(dǎo)通、零電流關(guān)斷的外部條件，這種變換器稱為準(zhǔn)諧振變換器。它是在脈寬調(diào)制器上附加諧振網(wǎng)絡(luò)而形成的，固定電子開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，通過調(diào)整振蕩頻率，最終使電路產(chǎn)生諧振，從而獲得準(zhǔn)諧振變換器的模式。準(zhǔn)諧振變換器開關(guān)電源的輸出電壓不隨輸入電壓的變化而變化，它的輸出電流也不隨用電負(fù)載的變化而變化，這種開關(guān)電源的主變換器依靠開關(guān)頻率來穩(wěn)定

19、輸出參數(shù)，我們稱之為調(diào)頻開關(guān)電源。調(diào)頻開關(guān)電源沒有脈沖調(diào)制開關(guān)電源那么容易控制，再加上準(zhǔn)諧振電路電壓峰值高，開關(guān)所受到的應(yīng)力大，目前還沒有得到廣泛應(yīng)用。DC/DC變換類型是開關(guān)電源變換的基本類型，它通過控制開關(guān)通、斷時(shí)間的比例，用電抗器與電容器上蓄積的能量對(duì)開關(guān)波形進(jìn)行微分平滑處理，從而更有效地調(diào)整脈沖的寬度及頻率。從輸入、輸出有無變壓器隔離來說，DC/DC變換分為有變壓器隔離和沒有變壓器隔離兩類。每一類有6種拓?fù)洌唇祲菏剑˙uck）、升壓式（Boost）、升壓降壓式（Buck-Boost）、串聯(lián)式（Cuk）、并聯(lián)式（Sepic）以及賽達(dá)式（Zata）。按激勵(lì)方式分，有自激式和他激式兩種。自

20、激式包括單管式和推挽式，他激式包括調(diào)頻式（PWF）、調(diào)寬式（PWM）、調(diào)幅式（PAM）和諧振式（RSM）4種，我們用得最多的是調(diào)寬式變換器。調(diào)寬式變換器有以下幾種：正激式（Forward Converter）、反激式（Feedback Converter Mode）、半橋式（Half Bridge Converter）、全橋式（Overall Bridge Mode）、推挽式（Push Draw Mode）和阻塞式（Ringing Choke Converter，RCC）等6種。按諧振方式分，有串聯(lián)諧振式、并聯(lián)諧振式和串并聯(lián)諧振式；按能量傳遞方式分，有連續(xù)模式和不連續(xù)模式兩種。凡是以脈沖寬度來

21、調(diào)制的電子開關(guān)變換器都叫PWM變換器。1.2 開關(guān)電源的工作原理開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖1-2進(jìn)行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個(gè)受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時(shí)間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo。(a) 電路圖；(b) 波形圖圖1-2開關(guān)電源的工作原理為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下 (1-1)式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；TON表示

22、開關(guān)S在一個(gè)開關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系：Uo=UiD (1-2)由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時(shí)間，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變來實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(PWM)。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用得較多。若保持不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變

23、，又改變T，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。1.3 開關(guān)電源的組成開關(guān)電源的基本組成如圖1-3所示。其中DC/DC變換器用以進(jìn)行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來自信號(hào)源的開關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號(hào)、 PFM信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開關(guān)信號(hào)的幅值、 頻率、 波形等，通過驅(qū)動(dòng)器控制開關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包

24、括啟動(dòng)、 過流過壓保護(hù)、 輸入濾波、 輸出采樣、 功能指示等電路。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、 降低輸出濾波器LC的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。圖1-3 開關(guān)電源的基本組成1.4開關(guān)電源中存在的問題客觀上講，開關(guān)電源的發(fā)展是非?？斓模@時(shí)因?yàn)樗哂衅渌娫此鶡o法比擬的優(yōu)勢。材料之新、用

25、途之廣，是它快速發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。但是，它離人們的要求、應(yīng)用的價(jià)值還差得很遠(yuǎn)，體積、重量、效率、抗干擾能力、電磁兼容性以及使用的安全性都不能說是十分完美。目前要解決的問題有：(1) 器件問題。電源控制集成度不高，這就影響了電源的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)對(duì)電源的體積和效率來說也是一個(gè)大問題。(2) 材料問題。開關(guān)電源使用的磁芯、電解電容及整流二極管燈都很笨重，也是耗能的主要根源。(3) 能源變換問題。按照習(xí)慣，變換有這樣幾種形式：AC/DC變換、DC/AC變換以及DC/DC變換等。實(shí)現(xiàn)這些變換都是以頻率為基礎(chǔ)，以改變電壓為目的，工藝復(fù)雜，控制難度大，始終難以形成大規(guī)模生產(chǎn)。(4) 軟件問題。開關(guān)電源的

26、軟件開發(fā)目前只是剛剛起步，例如軟開關(guān)，雖然它的損耗低，但難以實(shí)現(xiàn)高頻化和小型化。要做到“軟開關(guān)”并實(shí)行程序化，更是有一定的困難。要真正做到功率轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)改善、全程自動(dòng)檢測控制實(shí)現(xiàn)軟件操作，目前還存在很大的差距。(5) 生產(chǎn)工藝問題。往往在試驗(yàn)室中能達(dá)到相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但在生產(chǎn)上會(huì)出現(xiàn)各種問題。這些問題大多是焊接問題和元器件技術(shù)性能問題，還有生產(chǎn)工藝上的檢測、老化、粘結(jié)、環(huán)境等方面的因素。 未來的開關(guān)電源像一只茶杯的蓋子：它的工作頻高達(dá)210MHz，效率達(dá)到95%，功率密度為36W/cm2，功率因數(shù)高達(dá)0.99，長期使用完好，壽命在80000h以上。這就是開關(guān)電源的發(fā)展趨勢。所謂高標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)

27、未來開關(guān)電源的挑戰(zhàn)：第一，能不能全面通容電磁兼容性的各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；第二，在企業(yè)里能不能大規(guī)模地、穩(wěn)定地生產(chǎn)，或快捷地進(jìn)行單項(xiàng)生產(chǎn)；第三，按照人們的需要，能不能組裝或拼裝大容量、高效率的電源；第四，能否使新的開關(guān)電源具有比運(yùn)行中的電氣額定值更高的功率因數(shù)、更低的輸出電壓（13V）、更大的輸出電流（數(shù)百安）；第五，能不能實(shí)現(xiàn)更小的電源模塊。34第2章 開關(guān)電源元器件的選用2.1器件TL431TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管

28、，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。TL431特點(diǎn)： （1）最大輸出電壓為36V； （2）電壓參考誤差：0.4 ，典型值25（TL431B）；（3）低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22 ； （4）負(fù)載電流能力1.0mA to 100mA； （5）等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/典型； （6）溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍； （7）低輸出噪聲電壓。圖21tl431的外觀和管腳2.2電力二極管電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。(1) 普通二極管(General Purpose Diode)普通二極管又稱為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開

29、關(guān)頻率不高(1 kHz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長，一般在5 s以上，這在開關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。 (2) 快恢復(fù)二極管(FRD)快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管。快速二極管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PiN結(jié)構(gòu)。采用外延型PiN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(Fast Recovery Epitaxial Diodes，F(xiàn)RED)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐壓多在400 V以下?？焖?/p>

30、二極管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100 ns以下，有的甚至達(dá)到2030 ns。(3) 肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管(SBD)，簡稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(1040 ns)，正向恢復(fù)過程中不會(huì)有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200 V以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏

31、感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。 。2.3光耦PC817PC817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級(jí)電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響.當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。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(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,PC817

32、光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。主要應(yīng)用范圍：開關(guān)電源、適配器、充電器、UPS、DVD、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品。圖22PC817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.4電力場效應(yīng)晶體管MOSFET(1) 電力場效應(yīng)晶體管的特點(diǎn)電力場效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的MOS型，簡稱電力MOSFET。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10 kW的電源電子裝置。(2) 電力場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理(a) N溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖； (b) 電氣圖形符號(hào)圖2-3電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖

33、形符號(hào)電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，如圖2-3所示。其中G為柵極，S為源極，D為漏極。電力MOSFET的工作原理是：在截止?fàn)顟B(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過，但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。第3章 主要開關(guān)變換電路3.1 濾波電路輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。圖3-1所示濾波電路是一種

34、復(fù)合式EMI濾波器，L1、L2和C1構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感L3和電容C2、C3進(jìn)行第二級(jí)濾波。圖3-1輸入濾波電路C1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻R給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。C2、C3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，C2、C3宜選用陶瓷電容器。3.2 反饋電路 3.2.1電流反饋電路電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖3-2所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時(shí)值反饋和電流平均值反饋兩路，R2上的電壓反映電流瞬時(shí)值。開關(guān)管上的電流變化會(huì)使UR2變化，UR2接入U(xiǎn)C3842的保護(hù)輸

35、入端腳，當(dāng)UR21V時(shí)，UC3842芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)R1、R2的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。兩種過流保護(hù)互為補(bǔ)充，使電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率。圖3-2電流反饋電路3.2.2電壓反饋電路電壓反饋電路如圖3-3所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器反饋到UC3842的腳，調(diào)節(jié)R1、R2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓UO升高，集成穩(wěn)壓器TL431的陰極到陽

36、極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即UC3842腳對(duì)地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓UO減小。同樣如果輸出電壓UO減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高10。圖3-3電壓反饋電路3.3電壓保護(hù)電路圖3-4所示為輸出過電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓管VS的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時(shí)，VS不導(dǎo)通，晶閘管V的門極電壓為零，不導(dǎo)通。當(dāng)輸出過壓時(shí)，VS擊穿，V受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過UC3842控制開關(guān)管關(guān)斷。圖3-4輸出過電壓保護(hù)電第4章 UC3842的原理及功能特點(diǎn)4.1 UC3842原理與特點(diǎn)UC3842 是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成

37、電路。與電壓控制方式相比在負(fù)載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。（1）該電路主要特點(diǎn)有：（2）內(nèi)含欠電壓鎖定電路（3）低起動(dòng)電流（典型值為0.12mA）（4）穩(wěn)定的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源（5）大電流推挽輸出（驅(qū)動(dòng)電流達(dá)1A）（6）工作頻率可到500kHz（7）自動(dòng)負(fù)反饋補(bǔ)償電路（8）雙脈沖抑制（9）較強(qiáng)的負(fù)載響應(yīng)特性UC3842內(nèi)部工作原理簡介圖4-1顯示出了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(gè)引腳，各腳功能如下：（1）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；（2）腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2

38、.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；（3）腳為電流檢測輸入端，當(dāng)檢測電壓超過1V時(shí)縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；（4）腳為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8/(RTCT)；（5）腳為公共地端；（6）腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為1A；（7）腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW； （8）腳為5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。 圖4-1UC3842內(nèi)部原理框圖4.2 UC3842的引腳及其功能圖42UC3842的引腳如圖4-2 ：（1）腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件

39、可改善誤差放大器的增益和頻率特性;（2）腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；（3）腳為PWM比較器的另一輸入端，當(dāng)檢測電壓超過lV時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)；（4）腳為定時(shí)電容CT端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8(RTCT);（5）腳為接地端。（6）腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為lA；（7）腳為啟動(dòng)/工作電壓輸入端腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW。（8）腳為內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA的負(fù)載能力。4.3 U

40、C3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存電路、5VC基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路15、輸出電路等，見圖4-3。圖4-3 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1) 5v的基準(zhǔn)電源:內(nèi)部電源,經(jīng)衰減得到2.5v作為誤差比較器的比較基準(zhǔn).該電源還可以提供外部5v/50mA.(2) 振蕩器:產(chǎn)生波振蕩.RT接在4RET 8腳之間,CT接4GND5之間. 頻率f=1.8/CTRT,最大為500kHz.(3) 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

41、出接外部RC網(wǎng)絡(luò),以改變?cè)鲆婧皖l率特性.(4) 輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1A，驅(qū)動(dòng)MOS管及雙極型晶體管。(5) 電流取樣比較器：腳ISENSE用于檢測開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE1V時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過流保護(hù)電路。(6) 欠壓鎖定電路VVLO：開通閾值16V，關(guān)閉閾值10V。具有滯回特性。(7) PWM鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。另外，VCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。圖騰柱輸出電路(Totem Pole)：由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點(diǎn)像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，

42、也叫圖騰式輸出。輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)NPN型晶體管的集電極，這個(gè)晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩晶體管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出晶體管，從直流角度看是串聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。在開關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋電路”。4.4 UC3842的典型應(yīng)用電路4.4.1 UC3842控制的同步整流電路圖44為使用它激式驅(qū)動(dòng)電路UC3842組成的5V10A開關(guān)穩(wěn)壓電源。其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓816V，輸出電壓5V，最大負(fù)載電流1

43、0A，輸出端脈沖紋波峰值80mV，輸入電壓、負(fù)載電流以及環(huán)境溫度在額定范圍內(nèi)變化時(shí)輸出電壓變動(dòng)小于2 %，環(huán)境溫度-10+70，變換器頻率120KHz，在允許的輸入電壓范圍內(nèi)，負(fù)載電流最大時(shí)開關(guān)電源的平均效率95。設(shè)驅(qū)動(dòng)脈沖在Tn期間，變換器開關(guān)管導(dǎo)通，向電感存儲(chǔ)磁能。存儲(chǔ)能量正比于Tn的脈沖寬度。在驅(qū)動(dòng)脈沖Tn截止后，經(jīng)過設(shè)定的死區(qū)時(shí)間TD，脈沖間歇期的低電平輸出通過控制電路，使續(xù)流二極管上并聯(lián)的開關(guān)管導(dǎo)通。低內(nèi)阻的MOSFET管DS極并聯(lián)接入續(xù)流二極管，使電路等效內(nèi)阻大幅度降低，儲(chǔ)能電感能量釋放電流增大，向負(fù)載放電。死區(qū)時(shí)間的設(shè)定，是為了避免兩只不同功能開關(guān)管形成瞬間共態(tài)導(dǎo)通，造成供電電路

44、短路損壞開關(guān)管。由于MOSFET管無存儲(chǔ)效應(yīng)，可以將死區(qū)時(shí)間TD設(shè)置短一些，更利于在穩(wěn)壓電路的控制下大范圍改變脈寬速度，以實(shí)現(xiàn)更大的穩(wěn)壓范圍。圖44 基于同步整流技術(shù)的電源電路 UC3842采用脈沖寬度調(diào)制方式穩(wěn)定輸出電壓，其各腳功能及外圍元器件作用如下：（1）腳為內(nèi)部誤差比較器的誤差檢測輸出端，在集成電路內(nèi)部控制脈寬調(diào)制器。外電路接入R2作為負(fù)反饋電阻，以穩(wěn)定增益。C8作為頻率特性校正，避免比較器產(chǎn)生自激。（2）腳為比較器正向輸入端。穩(wěn)壓器輸出5V電壓，由R4、R1分壓，正常穩(wěn)壓狀態(tài)為2.5V取樣電壓。比較器的反向輸入端在集成電路內(nèi)部，由5V基準(zhǔn)電壓分壓得到2.5V基準(zhǔn)電壓。（3）腳為高電平

45、保護(hù)輸入端，其輸入電平保護(hù)閾值為1V。在1V以下，可以控制輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的脈寬，達(dá)到1V，則瞬間關(guān)斷輸出脈沖。在圖4-12中，由電流互感器T1對(duì)開關(guān)管VT2導(dǎo)通電流取樣，經(jīng)V1整流，R5、R6分壓后，送入集成電路腳作為開關(guān)管過流保護(hù)。電容器C11為高次諧波旁路電容，以避免脈沖尖峰使保護(hù)電路誤動(dòng)作。（4）腳為內(nèi)部振蕩器的外接定時(shí)電路端子，5V基準(zhǔn)電壓通過電阻向電容器C10充電。R3、C10設(shè)定振蕩器的脈沖頻率。該振蕩器頻率設(shè)定為120KHz。（5）腳為共地端。（6）腳為PWM驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端，用以驅(qū)動(dòng)P-N溝道對(duì)管VTl組成的移相驅(qū)動(dòng)器。（7）腳為供電端，接入816V輸入電壓。該電路的同步整流器由V

46、T1、VT2和VT3組成。開關(guān)管VT2為P溝道FET管IRF4905，其漏源極導(dǎo)通電阻為20M，關(guān)斷時(shí)間80ns。開關(guān)管VT3為N溝道FET管IRF3205，其導(dǎo)通電阻8M，其漏一源極并聯(lián)接在續(xù)流二極管V2兩端。V2為反壓10V、最大電流30A的肖特基二極管，當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)，其飽和壓降在0.5V左右。VT3導(dǎo)通后，與V2并聯(lián)，將此電壓降低到100mV，大大降低了開關(guān)管的損耗。為了實(shí)現(xiàn)VT2、VT3的輪流導(dǎo)通，電路中由雙場效應(yīng)管VT1組成驅(qū)動(dòng)脈沖相位分離電路。VT1內(nèi)部由P溝道和N溝道FET對(duì)管組成。當(dāng)IC1腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖為高電平時(shí)，VT1內(nèi)部P溝道FET管截止，N溝道FET管導(dǎo)通，VT2柵極

47、通過R7、VT1腳和腳得到電壓，VT2導(dǎo)通，輸入電壓通過VT2源一漏極加到L2左端，由電源向L2存儲(chǔ)磁能，同時(shí)向負(fù)載供電。電流呈線性增長。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖達(dá)到截止點(diǎn)時(shí)，Cl2充電電壓最大。在VT2導(dǎo)通的同時(shí)，VT1導(dǎo)通，其腳和腳將VT3柵源極短路，使VT3截止。在L2存儲(chǔ)能量期間，VT2也反偏截止。在驅(qū)動(dòng)脈沖的截止期，IC1腳輸出低電平，VT1內(nèi)部P溝道FET管導(dǎo)通，將VT2的柵源極短路。此時(shí)VT1的N溝道FET管截止。使VT2也截止，L2釋放磁場能量，V2正偏導(dǎo)通，VT1腳漏極輸出高電平經(jīng)過R7，使VT3導(dǎo)通，其漏源極低內(nèi)阻并聯(lián)在續(xù)流二極管V2兩端，使L2的釋放電流增大。此部分電路中，利用MOS

48、FET管的快速開關(guān)特性對(duì)VT2、VT3的導(dǎo)通截止進(jìn)行控制，使VT2、VT3開關(guān)損耗進(jìn)一步降低。由于L2在磁-電的存儲(chǔ)釋放過程中難免形成開關(guān)脈沖紋波，因此電路中濾波電容C12為6只100F的電容并聯(lián)，以有效地降低電解電容的分布電感，使其高次諧波的濾波性能更好。4.4.2由UC3842控制的升壓型開關(guān)電源由UC3842組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖4-5。儲(chǔ)能電感L5、 開關(guān)管VT7組成斬波式開關(guān)穩(wěn)壓器，UC3842構(gòu)成開關(guān)控制電路。輸入經(jīng)負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC、橋式整流器、電容C4，成為直流電壓，正極經(jīng)L5并聯(lián)接入VT7。當(dāng)VT7導(dǎo)通時(shí)，輸入整流電壓經(jīng)L5、VT7漏源極、R6完成回路，輸入整流電

49、壓全部加在L5兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ)于L5。當(dāng)VT7截止時(shí)，L5產(chǎn)生的自感電勢與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過升壓二極管V6、 電容C7向負(fù)載供電。VT7導(dǎo)通時(shí)間正比于L5存儲(chǔ)能量，因此，控制VT7通斷占空比，可以控制升壓幅度。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入110/220 V自動(dòng)切換電路。圖4-5 由UC3842組成的它激式升壓開關(guān)電源電路在圖4-5中，升壓電路由UC3842為核心，構(gòu)成它激式開關(guān)電路。為了提高升壓電路的可靠性，UC3842采用多路取樣的控制方式形成保護(hù)電路。UC3842在該開由UC3842組成的它激式升壓開關(guān)電源電路見圖3-5。儲(chǔ)能電感L5、開關(guān)管V

50、T7組成斬波式開關(guān)穩(wěn)壓器，UC3842構(gòu)成開關(guān)控制電路。輸入經(jīng)負(fù)溫度系數(shù)電阻NTC、橋式整流器、電容C4，成為直流電壓，正極經(jīng)L5并聯(lián)接入VT7。當(dāng)VT7導(dǎo)通時(shí)，輸入整流電壓經(jīng)L5、VT7漏源極、 R6完成回路，輸入整流電壓全部加在L5兩端，從而使電能變?yōu)榇拍艽鎯?chǔ)于L5。當(dāng)VT7截止時(shí)，L5產(chǎn)生的自感電勢與輸入整流電壓串聯(lián)連接，通過升壓二極管V6、 電容C7向負(fù)載供電。VT7導(dǎo)通時(shí)間正比于L5存儲(chǔ)能量，因此，控制VT7通斷占空比，可以控制升壓幅度。這種升壓電路適合不同輸入電壓輸入，取代了傳統(tǒng)的交流輸入110/220 V自動(dòng)切換電路。為了使振蕩頻率穩(wěn)定，C12的充電電壓取自UC3842腳內(nèi)部的5

51、 V基準(zhǔn)電壓。如果電路故障使UC3842輸出驅(qū)動(dòng)脈沖占空比過大時(shí)，VT7導(dǎo)通時(shí)間將變長，截止時(shí)間將縮短，其漏源極平均電流增大，致使過流取樣電阻R6、 R7壓降增大，此時(shí)UC3842腳電壓升高，通過內(nèi)部比較器控制觸發(fā)器，使驅(qū)動(dòng)脈沖占空比減小。如果過流取樣電壓達(dá)到1 V左右，則自動(dòng)持續(xù)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)脈沖，避免輸出電壓超高損壞負(fù)載電路和開關(guān)管。第5章UC3842保護(hù)電路的缺陷及改進(jìn) 5.1UC3842保護(hù)電路的缺陷5.1.1 過載保護(hù)的缺陷當(dāng)電源過載或輸出短路時(shí)，UC3842的保護(hù)電路動(dòng)作，使輸出脈沖的占空比減小，輸出電壓降低，UC3842的供電電壓也跟著降低，當(dāng)?shù)偷経C3842不能工作時(shí)，整個(gè)電路關(guān)閉，

52、然后通過R6扦始下一次啟動(dòng)過程。這種保護(hù)被稱為“打嗝”式(hiccup)保護(hù)。在這種保護(hù)狀態(tài)下，電源只工作幾個(gè)開關(guān)周期，然后進(jìn)入很長時(shí)間(幾百ms到幾s)的啟動(dòng)過程，因此，它的平均功率很低。但是，由于變壓器存在漏感等原因，有的開關(guān)電源在每個(gè)開關(guān)周期都有很高的開關(guān)尖峰電壓，即使在占空比很小的情況下，輔助供電電壓也不能降到足夠低，所以不能實(shí)現(xiàn)理想的保護(hù)功能。5.1.2過流保護(hù)的缺陷UC3842的過流保護(hù)功能是通過腳3實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)腳3上檢測的電壓高于lV時(shí)，就會(huì)使UC3842內(nèi)部的比較器翻轉(zhuǎn)，將PWM鎖存器置零，使脈沖調(diào)制器處于關(guān)閉狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了電路的過流保護(hù)。由于檢測電阻能感應(yīng)出峰值電感電流，所以

53、自然形成逐個(gè)脈沖限流電路，只要檢測電阻上的電平達(dá)到lV，脈寬調(diào)制器立即關(guān)閉，因此這種峰值電感電流檢測技術(shù)可以精確限制輸出的最大電流，使得開關(guān)電源中的磁性元件和功率器件不必設(shè)計(jì)較大的余量，就能保證穩(wěn)壓電源的工作可靠。但是，通常我們采用的采樣電阻都是金屬膜或氧化膜電阻，這種電阻是有感的，當(dāng)電流流過取樣電阻時(shí)，就會(huì)感生一定的感性電壓。這個(gè)電感分量在高頻時(shí)呈現(xiàn)的阻抗會(huì)很大，因此它將消耗很大的功率。隨著頻率的增加，流過取樣電阻的電流有可能在下一個(gè)振蕩周期到來之前還沒放完，取樣電阻承受的電流將越來越大，這樣將會(huì)引起UC3842的誤操作，甚至?xí)鹫C(jī)。因此，UC3842的這種過流保護(hù)功能有時(shí)難以起到很好的

54、保護(hù)作用，存在著一定的缺陷。5.1.3電路穩(wěn)定性的缺陷 在圖5-l所示的電路中，當(dāng)電源的占空比大于50，或變壓器工作在連續(xù)電流條件下時(shí)，整個(gè)電路就會(huì)產(chǎn)生分諧波振蕩，引起電源輸出的不穩(wěn)定。圖2表示了變壓器中電感電流的變化過程。沒在t0時(shí)刻，開關(guān)開始導(dǎo)通，使電感電流以斜率m1上升，該斜率是輸入電壓除以電感的函數(shù)。t1時(shí)刻，電流取樣輸入達(dá)到由控制電壓建立的門限，這導(dǎo)致開關(guān)斷開，電流以斜率m2衰減，直至下一個(gè)振蕩周期。如果此時(shí)有一個(gè)擾動(dòng)加到控制電壓上，那么它將產(chǎn)生一個(gè)I，這樣我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)電路存在著不穩(wěn)定的情況，即在一個(gè)固定的振蕩器周期內(nèi)，電流衰減時(shí)閘減少，最小電流開關(guān)接通時(shí)刻t2上升了I+Im2/m1

55、，最小電流在下一個(gè)周期t3減小到(I+Im2/m4)(m2/m1)，在每一個(gè)后續(xù)周期，該擾動(dòng)m2m1被相乘，在開關(guān)接通時(shí)交替增加和減小電感電流，也許需要幾個(gè)振蕩器周期才能使電感電流為零，使過程重新開始，如果m2m1大于l，將會(huì)不穩(wěn)定。因此，圖l所示的電路在某狀態(tài)下存在著一定的失穩(wěn)隱患。 5-1電感電流波形圖5.2保護(hù)電路的改進(jìn)針對(duì)上述分析，改進(jìn)電路如圖5-2所示。5-2改進(jìn)的UC3842應(yīng)用電路結(jié) 論UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3

56、842可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管、IGBT等，適合于制作2080W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡潔至上”的原則。謝 辭本次設(shè)計(jì)是在何老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對(duì)本次設(shè)計(jì)的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設(shè)計(jì)，這一步一步的走來，其中都包含了何老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計(jì)，我從了解了uc3842的功用，對(duì)于小功率電源的設(shè)計(jì)有了初步的認(rèn)識(shí)。此外還要感謝我們宿舍的同學(xué)，在他們的幫助下我才慢慢地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，我們相互討論，也解決了一定的問題，從你們身上我看到了“認(rèn)真”二字，在無形中也促使我更加用心的完成本次設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過程中，也得到了許多其他同學(xué)寶貴的建議，在此一并致以誠摯的謝