《它激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《它激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)1（39頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 它激式開關(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。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對(duì)電影產(chǎn)業(yè)提出個(gè)更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。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。 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

2、亦然。UC3842可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管、IGBT等，適合于制作20～80W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡(jiǎn)潔至上”的原則。 關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，UC3842，脈寬調(diào)制，功率，IGBT EX-STIMULUS POWER-SWITCH DESIGN ABSTRACT Power is to achieve power conversion and power transmission major equipment. In the information age, agriculture, e

3、nergy, transportation, communications and other areas Power of the film industry make a greater and higher requirements，such as energy, materials, weight reduction, environmental protection, safety and reliability. This has forced the power workers have been exploring the technology for a variety of

4、 rural customs, the power to make the best products to meet the requirements of all walks of life. Switching power supply is a new type of power supply, compared to traditional linear power supply, high technology, low energy consumption, easy to use, and has achieved good economic results. UC3842

5、is an excellent current-controlled pulse width modulator. If for some reason, the output voltage increases, the pulse width modulator drive signal will change the pulse width, that is, the duty cycle D, so that the average voltage drop after the chopper to achieve the regulator end, and vice versa h

6、ow ever.UC3842 can control direct drive MOS, IGBT, etc., suitable for the production of 20 ~ 80W low-power switching power supply. As the device is cleverly designed, launched by the main power supply voltage directly to form circuit components required for a small, very consistent with circuit desi

7、gn, "simplicity first" principle. KEY WORDS: Switching Power Supply，UC3842，PWM，power，IGBT 28 目　錄 前　言 1 第1章 開關(guān)電源介紹 2 1.1 開關(guān)電源概述 2 1.1.1 開關(guān)電源工作原理 2 1.1.2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 3 1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn) 4 1.2 開關(guān)器件 4 1.2.1開關(guān)器件的特征 4 1.2.2器件TL431 5 1.2.3電力二極管 6 1.2.4光耦PC817 7 1.2.5電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET 8 1.2.6 絕

8、緣柵IGBT 9 第2章 主要開關(guān)變換電路 10 2.1 濾波電路 10 2.2 反饋電路 10 2.2.1電流反饋電路 10 2.2.2電壓反饋電路 11 2.3電壓保護(hù)電路 12 第3章 UC3842 13 3.1 UC3842簡(jiǎn)介 13 3.1.1 UC3842的引腳及其功能 13 3.1.2 UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 14 3.1.3 UC3842的使用特點(diǎn) 15 3.2 UC3842的典型應(yīng)用電路 16 3.2.1反激式開關(guān)電源 16 3.2.2 UC3842控制的同步整流電路 17 3.2.3升壓型開關(guān)電源 20 第4章 利用UC3842設(shè)計(jì)小功率電源

9、 22 4.1 電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 22 4.1.1元件的選擇 22 4.1.2電路結(jié)構(gòu)的選擇 24 4.2 啟動(dòng)電路 24 4.3 PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 25 4.4 直流輸出與反饋電路 26 4.5 總體電路圖分析 27 結(jié) 論 29 謝辭 30 參考文獻(xiàn) 31 外文資料譯文 32 前　言 隨著電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備

10、電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高。任何電器和電氣設(shè)備要正常工作都離不開電源供電，由于開關(guān)電源具有體積小、功率密度大和工作效率高的一系列優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)電源在人們的工作和生活中得到了廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源[Switching Power Supply]具有功

11、耗小、功率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積小（重量輕）等突出優(yōu)點(diǎn)，在通訊設(shè)備、數(shù)控裝置、儀表儀器、影音設(shè)備家用電器等電子電路中得到了廣泛應(yīng)用。 第1章 開關(guān)電源介紹 1.1 開關(guān)電源概述 1.1.1 開關(guān)電源工作原理 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1-1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

12、直流輸出電壓Uo。 (a) 電路圖；(b) 波形圖 圖1-1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

13、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，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。 1.1.2 開關(guān)電源的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源的基本組成如圖1-2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

14、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(cè)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

15、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1-2 開關(guān)電源的基本組成 1.1.3 開關(guān)電源的特點(diǎn) 開關(guān)電源具有如下特點(diǎn)： (1) 效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可達(dá)90%以上； (2) 重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了； (3) 穩(wěn)壓范圍寬。

16、開關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270 V內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率； (4)安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠； (5) 功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20 kHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。 1.2 開關(guān)器件 1.2.1

17、 開關(guān)器件的特征 同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征： (1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。 (2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定?！? (3) 開關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見往往用理想開關(guān)來代替實(shí)際開關(guān)?！　? (4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電

18、路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。 (5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對(duì)某些器件來講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。 1.2.2 器件TL431 TL431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

19、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0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，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是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。 TL431特點(diǎn)： （1）最大輸出電壓為37V； （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0.22Ω ； （4）負(fù)載電流能力1.0mA --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；

20、 （7）低輸出噪聲電壓； （8）輸出電壓范圍為2.5V--36V；內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5V； (9) 最大工作電流150mA； 圖1－3 TL431的外觀和管腳 TL431的具體功能可以用圖1-4的功能模塊示意。由圖可看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同向端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化 通過三極管的電流將從1到100mA變化。當(dāng)然，該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。

21、 圖1-4 模塊圖 1.2.3 電力二極管 電力二極管（Power Diode)自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器，并已開始逐步取代汞弧整流器。雖不是可控器件，但其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，工作可靠，所以直到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中。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(zhǎng)，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

22、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(jiǎn)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。快速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(zhǎng)，后者則在100 ns以下，有的甚

23、至達(dá)到20～30 ns。 3.肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管(SBD)，簡(jiǎn)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(10～40 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。 1.2.4 光耦PC817 光電耦合

24、器是以光為媒介來傳播電信號(hào)的器件。 PC817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。目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 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,PC8

25、17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1－5 PC817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.2.5 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET 1.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的MOS型，簡(jiǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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

26、圖形符號(hào) 圖1-5 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào) 電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型；對(duì)于N(P)溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。 如圖1-5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。

27、 1.2.6 絕緣柵IGBT MOSFET具有開關(guān)速度快，為電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電壓降稍大，電流、電壓容量不大；雙極型晶體管卻與MOSFET管的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)互易，因而產(chǎn)生了使它們復(fù)合的思想。IGBT控制時(shí)有MOSFET的特點(diǎn)，導(dǎo)通時(shí)有雙極型晶體管特點(diǎn)，這種復(fù)合管稱為絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。IGBT是MOS結(jié)構(gòu)的雙極型器件，是具有功率MOSFET管的高速性能和雙極型器件的低導(dǎo)通電阻性能的功率器件，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)，IGBT正逐步取代大功率晶體管和一些MOSFET管的應(yīng)用領(lǐng)域。 IGBT的應(yīng)用范圍一般都在耐壓為6

28、00V以上、電流為10V以上、工作頻率為1kHz以上的應(yīng)用領(lǐng)域。IGBT集合了場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高、雙極性結(jié)型晶體管飽和電壓降低的優(yōu)點(diǎn)。由IGBT的結(jié)構(gòu)機(jī)理決定了其關(guān)斷時(shí)會(huì)發(fā)生的電流“拖動(dòng)”現(xiàn)象，因而IGBT的開關(guān)工作頻率與功率晶體管（GRT)相當(dāng)。 圖1-6 IGBT的圖形符號(hào) 第2章 主要開關(guān)變換電路 2.1 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2-1所示濾波電路是一種復(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)

29、濾波 圖2-1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。 2.2 反饋電路 2.2.1 電流反饋電路 電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測(cè)開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖2-2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)輸入端⑶腳，當(dāng)UR2＝1V時(shí)，UC3842芯片的輸出脈沖

30、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2-2電流反饋電路 2.2.2 電壓反饋電路 電壓反饋電路如圖2-3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⑴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的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器

31、輸出的三極管電流增大，即UC3842⑴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。 圖2-3電壓反饋電路 2.3 電壓保護(hù)電路 圖2-4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2-4輸出過電壓保護(hù)電 第3章 UC3842 3.1 UC3842簡(jiǎn)介 繼MC1394、AN5900之后，人

32、們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。其特點(diǎn)是除內(nèi)部PWM系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。典型的UC3842就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。UC3842是美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。 UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由5.0V基準(zhǔn)電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等

33、構(gòu)成。端1為COMP端；端2為反饋端；端3為電流測(cè)定端；端4接Rt、Ct確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在8～40V；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5V，帶載能力50mA。 3.1.1 UC3842的引腳及其功能 圖3－1 UC3842的引腳 如圖3－1 ： 1腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件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(cè)電壓超過lV時(shí)停止

34、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。 3.1.2 UC3842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、輸出電

35、路等，見圖3-2 圖3-2 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

36、：③腳ISENSE用于檢測(cè)開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)VISENSE>1V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，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

37、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”。 3.1.3 UC3842的使用特點(diǎn) (1) 采用單端圖騰柱式PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為200mA，峰值可達(dá)1 A。 　 (2) 啟動(dòng)電壓大于16 V，啟動(dòng)電流僅1 mA即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在10～34 V之間，負(fù)載電流為15 mA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài)，無驅(qū)

38、動(dòng)脈沖輸出。 (3) 內(nèi)設(shè)5 V(50 mA)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)2∶1分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。 (4) 輸出電流為200 mA，峰值為1 A，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)MOSFET管。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速RC電路，同時(shí)將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在40 kHz以下。若驅(qū)動(dòng)MOSFET管，振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá)500 kHz。 (5) 內(nèi)設(shè)過流保護(hù)輸入(3腳)和誤差放大輸入(1腳)兩個(gè)PWM控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主PWM控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在30％～100％時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在8 ％以下，負(fù)載變動(dòng)在70％～100％時(shí)負(fù)載調(diào)整率在3％以下。

39、 (6) 過流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到0.01%／V。如果③腳電壓大于1 V或①腳電壓小于1 V，PWM比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來時(shí)才重新置位。利用①腳和③腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個(gè)周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由④腳外接電阻與⑧腳外接電容設(shè)定。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過④腳引入外同步。④腳和⑧腳外接RT、 CT構(gòu)成定時(shí)電路，CT的充電與放電過程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出： （3－1）

40、 3.2 UC3842的典型應(yīng)用電路 3.2.1 反激式開關(guān)電源 反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。工作過程是：開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過次級(jí)繞組和V向輸出端釋放。 圖3-3是反激式開關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用UC3842。電源的輸出電壓等級(jí)有三種：＋5V、＋12V、－12V。該電路變換器是一個(gè)降壓型開關(guān)電路。由單管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器TC主繞組N1電流，C2、R3可以提供變壓器原邊泄放的通路。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。芯片所用的電源Vcc由R2從整流后

41、電壓提供提供。Vcc同時(shí)也作為輔助反饋繞組N3的反饋電壓。 反饋比較電路信號(hào)是從輔助繞組N3經(jīng)過V1、V2、C3、C4等整流濾波后得到的Vcc分壓提取的。C6、R7構(gòu)成信號(hào)的有源濾波。開關(guān)管電流被R10取樣后，經(jīng)R9、C7濾波，送芯片ISENSE端，當(dāng)反饋信號(hào)值超過閾值1V時(shí)，確認(rèn)過載，關(guān)斷電源輸出。芯片輸出部分由OUT端驅(qū)動(dòng)單MOSFET管，C8、V3對(duì)開關(guān)管有電壓鉗位作用。 圖3-3 UC3842組成的反激式電源 3.2.2 UC3842控制的同步整流電路 圖3－4為使用它激式驅(qū)動(dòng)電路UC3842組成的5V／10A開關(guān)穩(wěn)壓電源。其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓8～16V，輸出電

42、壓5V，最大負(fù)載電流10A，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D－S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

43、開關(guān)管形成瞬間共態(tài)導(dǎo)通，造成供電電路短路損壞開關(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3－4 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： 腳為內(nèi)部誤差比較器的誤差檢測(cè)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。 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5

44、V基準(zhǔn)電壓分壓得到2.5V基準(zhǔn)電壓。 腳為高電平保護(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⑵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。 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。 腳為共地端。 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。 腳為供電端，

45、接入8～16V輸入電壓。 該電路的同步整流器由VT1、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(chǎng)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)IC1⑹腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖為高電平

46、時(shí)，VT1內(nèi)部P溝道FET管截止，N溝道FET管導(dǎo)通，VT2柵極通過R7、VT1⑺腳和⑴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(zhǎng)。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⑺腳和⑴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，IC1⑹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(chǎng)能量，V2正偏導(dǎo)通，VT1⑸腳漏極輸出高電平經(jīng)過R7，使VT3導(dǎo)通，其漏源極

47、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 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100μF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。 3.2.3 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3-5。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V

48、T7。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(shì)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3-5 由UC3842組成的它激式升壓開關(guān)電源電路 在圖3-5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，UC38

49、42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(shì)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

50、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UC3842⑧腳內(nèi)部的5 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(zhǎng)，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)UC3842③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4章 利用UC3842設(shè)計(jì)小功率電源 4.1 電源設(shè)計(jì)指標(biāo) 小型電源輸入、輸出參數(shù)如下：

51、輸入電壓：AC 110/220V； 輸入電壓變動(dòng)范圍：90～240V； 輸入頻率：50/60Hz； 輸出電壓：12V； 輸出電流：2.5A。 控制電路形式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路。電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器的特性。開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動(dòng)態(tài)響應(yīng)也越好。但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動(dòng)損耗、輸出整流管的損耗會(huì)越來越突出，而且頻率越高，對(duì)磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計(jì)的要求會(huì)越苛刻。另外高頻下線路的寄生參數(shù)對(duì)線路的影響程度難以預(yù)料，整個(gè)電路的穩(wěn)定性、運(yùn)行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)比較困難。在本電源中，選定工作頻率為85kH

52、z.。 4.1.1 元件的選擇 1 變壓器和輸出電感的設(shè)計(jì) 依據(jù)UC3842應(yīng)用方式，選定定時(shí)電阻RT＝1.8kΩ，定時(shí)電容CT＝10μF。確定開關(guān)頻率f＝85kHz，周期T＝11.8μs。 設(shè)計(jì)單端控制開關(guān)電源時(shí)，一般占空比D最大不超過0.5，這里選擇D＝0.5，則 (4-1) 根據(jù)電源規(guī)格、輸出功率、開關(guān)頻率選擇PQ26/25磁芯，磁芯截面積S＝1.13cm2，磁路有效長(zhǎng)度L＝6.4cm，飽和磁通密度BS＝0.4T。取變壓器最大工作磁感應(yīng)強(qiáng)度Bmax＝BS/3≈0.133T，則電感系數(shù)A為：

53、 (4-2) 變壓器原邊線圈匝數(shù)N1為： (4-3) 式中，UI――最小直流輸入電壓。 交流輸入電壓的最小值約為90V，UI＝90√2≈127(V)，得出N1＝49.9匝，取50匝。原邊線圈電感L＝AN12＝11.1(mH)。 副邊線圈匝數(shù)為： (4-4) 式中：UDF――整流二極管VDl上的壓降； UL――輸出電感L上的壓降。 取UDF+UL＝0.7V，代入式(6-4)，得N2＝10匝。副邊線圈電感為：

54、 (4-5) 開關(guān)管斷開時(shí)，N1兩端將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為了保證開關(guān)管正常工作，將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)限制到e=300V。反饋電線圈向UC3842提供U＝12V的工作電壓，按電容C1上的電壓UC＝16V計(jì)算，以保證有足夠的供電電壓給UC3842。由N3＝(UC /e)N1可得N3＝2.67匝，取3匝。 變壓器副邊電流為矩形波，其有效值為： (4-6) 導(dǎo)線電流密度取4A/mm2，所需繞組導(dǎo)線截面積為1.77/4≈0.44(mm2)。同樣可選擇原邊繞組導(dǎo)線，原邊電流有效值為：

55、 (4-7) 所需繞組導(dǎo)線截面積為0.354/4＝0.0885mm2，選用截面積為0.09621mm2的導(dǎo)線(Φ0.41mm)。 取輸出電感的電流變化量△IL＝0.2IO＝0.5A，則輸出電感為： （4-8） 式中：U2――副邊線圈最小電壓。 計(jì)算得： （4-9） 取UDF＝0.5V，UO＝3V，代入式(6-8)可得L＝140μH。根據(jù)輸出電感上的電流IL＝IO，所需繞組導(dǎo)線截面積應(yīng)為2.5/4＝0.625mm2，選擇截面積為0.6362mm2導(dǎo)線(Φ0.9

56、6mm)。 4.1.2 電路結(jié)構(gòu)的選擇 小功率開關(guān)電源可以采用單端反激式或者單端正激式電路，電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低。與單端反激式電路相比，單端正激式電路開關(guān)電流小，輸出紋波小，更容易適應(yīng)高頻化。用電流型PWM控制芯片UC3842構(gòu)成的單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的主電路如圖4-1所示。 單端正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源加有磁通復(fù)位電路，以釋放勵(lì)磁電路的能量。在圖4-1中，開關(guān)管VT導(dǎo)通時(shí)V1導(dǎo)通，副邊線圈N2向負(fù)載供電，V4截止，反饋電線圈N3的電流為零；VT關(guān)斷時(shí)V1截止，V4導(dǎo)通，N3經(jīng)電容C1濾波后向UC3842⑺腳供電，同時(shí)原邊線圈N1上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)使V3導(dǎo)通并加在RC吸收回路。

57、由于變壓器中的磁場(chǎng)能量可通過N3泄放，而不像一般的RCD磁通復(fù)位電路消耗在電阻上，達(dá)到減少發(fā)熱，提高效率的目的。 圖4－1單端正激式開關(guān)電源的主電路圖 4.2 啟動(dòng)電路 圖4－2輸入220v交流電，經(jīng)過C1、 L、 C2進(jìn)行低通濾波 濾波后的交流電壓經(jīng)D1～D4橋式整流以及電解電容C1、C2濾波后變成3l0V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)通過電阻R18分壓給uc3842提供啟動(dòng)電壓，當(dāng)電壓達(dá)到16v時(shí)達(dá)到芯片的啟動(dòng)電壓，UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖， uc3842的啟動(dòng)電壓大于16 V，啟動(dòng)電流僅1 mA即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在10～34 V之間，負(fù)

58、載電流為15 mA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護(hù)狀態(tài)，無驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。

59、

60、 圖4－2高頻濾波整流電路 4.3 PWM脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 圖4－3 PW

61、M脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路 圖4－3由分壓電阻R18提供分得的電壓接入U(xiǎn)C3842的7（vcc）管腳，UC3842啟動(dòng)工作，由6端（output）輸出推動(dòng)開關(guān)管工作，輸出信號(hào)為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間，場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電流通過變壓器原邊，同時(shí)把能量?jī)?chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況，此時(shí)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(shí)，場(chǎng)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(fù)的感生電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)副邊各路二極管導(dǎo)通，向外提供能量。同時(shí)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，電源電壓接通之后，當(dāng)7端電壓升至

62、16V時(shí)UC3842開始工作，啟動(dòng)正常工作后，它的消耗電流約為15mA。 由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如圖4－3所示，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，R6兩端的電壓上升，其中R19和C8組成濾波電路防止脈沖尖峰使電路誤操作，UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.3V達(dá)到1V(即電流超過1．5A)時(shí)，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(shí)，UC3842的6腳無輸出，MOS管S1截止，從而保

63、護(hù)了電路。 4.4 直流輸出與反饋電路 當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，整流電壓加在變壓器初級(jí)繞組上的電能變成磁能儲(chǔ)存在變壓器中，開關(guān)管截止后，能量通過次級(jí)繞組釋放到負(fù)載上。由公式： Uo=(Ton/(n))E （4－10） 可以得出，輸出電壓和開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間及輸入電壓成正比；與初，次級(jí)繞組的匝數(shù)比及開關(guān)管的截止時(shí)間成反比。 反饋電路采用精密穩(wěn)壓器TL431和線性光耦PC81。利用TL431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(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。 如圖4－4輸出電壓經(jīng)R9，R11分壓后得到的取樣電壓，與TL431中的2.5 V帶

64、隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)正誤差，取樣電壓>2.5 V，TL431的穩(wěn)壓值降低，光耦控制端電流增大，UC3842的反饋端(VFB)電壓值增大，輸出端的脈沖信號(hào)占空比降低，開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間減少，輸出電壓降低；反之，如果輸出電壓出現(xiàn)負(fù)誤差，UC3842的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達(dá)到穩(wěn)壓目的。 圖4－4 直流輸出與反饋電路 在對(duì)電壓精度要求高的場(chǎng)合，會(huì)把電壓反饋信號(hào)從補(bǔ)償端(CMOP)輸入，不用UC3842的內(nèi)部放大器，因此反饋信號(hào)的傳輸縮短了一個(gè)放大器的傳輸時(shí)間，使電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。 4.5 總體電路圖分析 本設(shè)計(jì)利用UC3842組成的PWM脈沖控

65、制驅(qū)動(dòng)電路，輸出＋5v和＋12v兩個(gè)直流電源。電路分為四個(gè)模塊，整流濾波電路，為UC3842提供啟動(dòng)電壓，UC3842組成的PWM脈沖電路，驅(qū)動(dòng)MOSFET管為變壓器線圈提供脈沖，兩個(gè)輸出電路，以及一個(gè)電壓反饋電路。 當(dāng)電路啟動(dòng)運(yùn)行后，UC3842的啟動(dòng)電壓由R7分壓,再經(jīng)二極管整流后，得到的直流電壓提供，此時(shí)第一模塊的啟動(dòng)電路不再提供啟動(dòng)電壓。 設(shè)計(jì)的特點(diǎn)在于精密的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖4－5總體電路圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié) 論 在信息和數(shù)字時(shí)代，所有電子設(shè)備都需要有一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源來提供能量。因此開關(guān)電源的發(fā)展對(duì)于國(guó)家的發(fā)展與建設(shè)有及其重要的作用。經(jīng)過幾十

66、年的發(fā)展，開關(guān)電源方面的技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了小型化，高效率可靠的開關(guān)電源，全世界的工程師做出了不懈的努力。 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(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般有PWM控制IC和開關(guān)器件（MOSFET、BJT等）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(zhǎng)，但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣泛的發(fā)展空間。 開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進(jìn)入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動(dòng)了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(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(hù)環(huán)境方面都具有重要的意義。 謝 辭 本課題是在我的指導(dǎo)老師辛伊波老師的精心指導(dǎo)下完成的。在制作過程中，我的指導(dǎo)老師辛老師傾注了大量的心血，從選課題到構(gòu)架及寫作提綱，