畢業(yè)設(shè)計(jì) ---基于uc3842的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　電源，即提供電能的設(shè)備，主要分三類：一次電源（將其它能量轉(zhuǎn)換為電能），二次電源和蓄電池。其中，二次電源指的是把輸入電源（由電網(wǎng)供電）轉(zhuǎn)換為電壓、電流、頻率、波形及在穩(wěn)定性、可靠性（含電磁兼容，絕緣散熱，不間斷電源，智能控制）等方面符合要求的電能供給負(fù)載。高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小和重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)，獲得了

2、廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型，前者是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的線形調(diào)整率精度，后者，較電壓控制型有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　UC3842是由Unitrode公司開發(fā)的新型控制器件，是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行

3、比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比較理想的新型的控制器閉。</p><p><b>　　2 開關(guān)電源概述</b></p><p>　　2.1 開關(guān)電源的分類</p><p>　　開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)一般

4、分類如下：</p><p>　?。?）按驅(qū)動(dòng)方式分，有自激式和他激式。</p><p>　　（2）按DC/DC變換器的工作方式分：①單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式等；②降壓型、升壓型和升降壓型等。</p><p>　　（3）按電路組成分，有諧振型和非諧振型。</p><p>　?。?）按控制方式分：①脈沖寬度調(diào)制(PWM)式；②脈

5、沖頻率調(diào)制(PFM)式；③PWM與PFM混合式。</p><p>　　2.2 開關(guān)電源的控制原理</p><p>　　開關(guān)電源是指電路中的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，是一種高頻電源變換電路,采用直-交-直變換,能夠高效率地產(chǎn)生一路或多路可調(diào)整的高品質(zhì)的直流電壓。</p><p>　　開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過周期性間斷工作，控制開關(guān)器件

6、的占空比來調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖2.1所示，其中DC/DC變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有起動(dòng)、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路（R1、R2）檢測(cè)輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓Ur比較，誤差電壓經(jīng)過放大及脈寬調(diào)制（PWM）電路，再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓大小的目的。圖2.2是一種電路實(shí)現(xiàn)形式。</p><p>　　圖2.1 開關(guān)電源的基本構(gòu)成

7、</p><p>　　圖2.2 開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理電路</p><p>　　2.3 開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是和線性電源相比有如下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)功耗小，效率高。功率晶體管在激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下，交替工作在飽和導(dǎo)通與截止的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般在幾十到幾百kHz

8、。這就使得功率晶體管的損耗較小，電源的效率可以大幅度地提高，其效率可以達(dá)到80%以上。</p><p>　　(2)體積小，重量輕。由于沒有采用笨重的工頻變壓器，并且在功率晶體管上的耗散功率大幅降低后，又省去較大的散熱片，因此開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量都可以得到減小。</p><p>　　(3)穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比或者激勵(lì)信號(hào)的頻率來調(diào)節(jié)的，輸入電壓的變化也可

9、以通過變頻或調(diào)寬來進(jìn)行補(bǔ)償。在工頻電網(wǎng)電壓有較大變化或負(fù)載有較大變化時(shí)，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以穩(wěn)壓范圍寬、穩(wěn)壓效果好。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻率調(diào)制型兩種。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。</p><p>　　(4)濾波的效率大為提高，使濾波電容的容量和體積大為減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作

10、頻率目前基本上是工作在50kHz，是線性穩(wěn)壓電源的頻率的1000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。在相同的紋波輸出電壓的要求下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的1／500一1／1000。</p><p>　　(5)電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式；有調(diào)寬型和調(diào)頻型；有單端式和雙端式，等等。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出能滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開關(guān)穩(wěn)壓電

11、源。</p><p>　　3 開關(guān)電源常見的變換器</p><p>　　3.1 PWM變換器</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化

12、來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流

13、源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。其工作原理如圖3.1</p><p>　　圖3.1 PWM變換器的基本工作原理</p><p>　　多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200

14、kHz之間。</p><p>　　PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 </p><p>　　對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可

15、以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。</p><p>　　3.2 DC/DC變換器</p><p>　　DC/DC變換器用于開關(guān)電源時(shí)，很多情況下要求輸入與輸出間進(jìn)行電隔離。這時(shí)必須采用變壓器進(jìn)行隔離，稱為隔離變換器。這類變換器把直流電壓或電流變換為高頻方波電壓或電流，經(jīng)變壓器升壓或降壓后，再經(jīng)整流平滑濾波變?yōu)橹绷麟妷夯螂娏?/p>

16、。因此，這類變換器又稱為逆變整流型變換器。</p><p>　　DC/DC變換器有5種基本類型：?jiǎn)味苏な?、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。下面重點(diǎn)分析隔離式單端反激轉(zhuǎn)換電路，電路結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 電路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　電路工作過程如下：當(dāng)M1導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管

17、VD處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管VD截止，在變壓器次級(jí)無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載；當(dāng)M1截止時(shí)，變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)，使VD導(dǎo)通，給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載R上也有電流I流過。M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)淙鐖D3.3所示。 </p><p>　　圖3.3 M1導(dǎo)通與截止的等效拓?fù)洹　?  </p><p>　　4 基于UC3842的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)&l

18、t;/p><p>　　4.1 UC3842的簡(jiǎn)介</p><p>　　4.1.1 UC3842的工作原理</p><p>　　UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流直至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比

19、較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。其他的保護(hù)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(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。</p><p>　　這些器件可提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝（SO-14），如圖4.1所示。SO-14封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有單獨(dú)的電源和接地管腳。</p><p>　　圖4.1 UC3842封裝</p&g

20、t;<p>　　UC3842的簡(jiǎn)易方框圖如圖4.2：</p><p>　　圖4.2 UC3842的簡(jiǎn)易方框圖</p><p>　　UC3842管腳連接如圖4.3</p><p>　　圖4.3 UC3842管腳連接圖</p><p>　　各管腳功能簡(jiǎn)介如下：</p><p>　?。?） 8腳雙列直插塑料

21、封裝的器件：</p><p>　　1腳 輸出補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。</p><p>　　2腳 電壓反饋，此腳是內(nèi)部誤差放大器反相輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度。</p><p>　　3腳 電流取樣，在外圍電路中，在功率開關(guān)管(如Vmos管)的源極串接一個(gè)小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換

22、成電壓，此電壓送入3腳，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開關(guān)管的電流增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1V時(shí)，UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率開關(guān)管。</p><p>　　4腳 RT/CT，通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500kHz。</p><p>　　5腳 接地，為控制電路和電源的公共地。</p>

23、<p>　　6腳 輸出端，該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，高達(dá)1.0A的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。</p><p>　　7腳 VCC，控制集成電路的正電源。</p><p>　　8腳 Vref，基準(zhǔn)電壓的參考輸出，它通過電阻RT向電容CT提供充電電流，可輸出精確的+5V基準(zhǔn)電壓，電流可達(dá)50mA。</p><p>　?。?） 14腳塑料表面貼

24、裝封裝的器件：</p><p>　　1腳 輸出補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出，并可用于環(huán)路補(bǔ)償。</p><p>　　3腳 電壓反饋，此腳是內(nèi)部誤差放大器反相輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度。</p><p>　　5腳 電流取樣，在外圍電路中，在功率開關(guān)管(如VMos管)的源極串接一個(gè)小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)

25、換成電壓，此電壓送入5腳，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開關(guān)管的電流增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1V時(shí)，UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率開關(guān)管。</p><p>　　7腳 RT/CT，通過將電阻RT連接至Vref以及電容CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500kHz。</p><p>　　8腳 電源地，一個(gè)連回到電源的分離電源地返回端，用于減少

26、控制電路中開關(guān)瞬態(tài)噪聲的影響。</p><p>　　9腳 接地，控制電路的返回端，并被連回到電源地。</p><p>　　10腳 輸出端，該輸出直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極，高達(dá)1.0A的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。</p><p>　　11腳 Vc，輸出高態(tài)（Voh）由加到此管腳的電壓設(shè)定。通過分離的電源連接，可以減小開關(guān)瞬態(tài)噪聲對(duì)控制電路的影響。</p

27、><p>　　12腳 VCC，控制集成電路的正電源。</p><p>　　14腳 Vref，基準(zhǔn)電壓的參考輸出，它通過電阻RT向電容CT提供充電電流，可輸出精確的+5V基準(zhǔn)電壓，電流可達(dá)50mA。</p><p>　　2腳,4腳,6腳,13腳 空腳，內(nèi)部沒有連接。</p><p>　　4.1.2 UC3842的工作描述</p>

28、<p>　　UC3842是專門設(shè)計(jì)用于離線和直流—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(jì)者提供適應(yīng)最少外部元件的高性能價(jià)格比的解決方案。代表性方框圖如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 UC3842代表性方框圖</p><p><b>　?。ㄒ唬┱袷幤?lt;/b></p><p>　　振蕩器頻率由定時(shí)元件

29、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，再有一個(gè)內(nèi)部的電流宿放電至1.2V。在Ct放電期間，振蕩器內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部消隱脈沖保持“或非”門的中間輸入為高電平，這導(dǎo)致輸出為低狀態(tài)，從而產(chǎn)生一個(gè)數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時(shí)間。</p><p>　　要注意的是盡管許多的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(shí)間。振蕩器門限是溫度補(bǔ)償?shù)?，?/p>

30、電電流在Tj=25攝氏度時(shí)被微調(diào)并確保在±10%之內(nèi)，這些內(nèi)部電路的優(yōu)點(diǎn)使振蕩器頻率及最大輸出占空比的變化最小。結(jié)果顯示在圖4.5和圖4.6中。</p><p>　　圖4.5 振蕩器放電電流與溫度關(guān)系曲線</p><p>　　圖4.6 最大輸出占空比與定時(shí)電阻關(guān)系曲線</p><p>　　在很多噪聲敏感應(yīng)用中，可能希望將變換器頻率鎖定在外部系統(tǒng)時(shí)鐘上。

31、這可通過將時(shí)鐘信號(hào)加到圖4.7所示的電路來完成。為了可靠的鎖定，振蕩器自振頻率應(yīng)設(shè)為比時(shí)鐘頻率低10%左右。圖4.8所示為多單元同步的一種方法。通過修整時(shí)鐘波形，可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確輸出占空比箝位。</p><p>　　圖4.7 外部時(shí)鐘同步</p><p>　　圖4.8 外部占空比箝位和多器件同步</p><p><b>　　（二）誤差放大器</b&g

32、t;</p><p>　　提供一個(gè)有可訪問反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。同相輸入在內(nèi)部偏置于2.5V而不經(jīng)管腳引出。典型情況下變換器輸出電壓通過一個(gè)電阻分壓器分壓，并由反相輸入監(jiān)視。最大輸入偏置電流為-2.0uA，它將引出輸出電壓誤差，后者等于輸入偏置電流和等效輸入分壓器源電阻的乘積。</p><p>　　圖4.9 鎖定關(guān)斷</p><p>　　誤差放大器輸出

33、（管腳1）用于外部回路補(bǔ)償（圖4.9）。輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（≈1.4V）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1處于其最低狀態(tài)時(shí)（Vol），保證在輸出（管腳10）不出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)脈沖。這發(fā)生在電源正在工作并且負(fù)載被取消時(shí)，或者在軟啟動(dòng)過程的開始（圖4.10，4.11）。最小誤差放大器反饋電阻受限于放大器的拉電流（0.5mA）和到達(dá)比較器的1.0V箝位電平所需的輸出電壓（Voh）：</p><p

34、>　　Rf（min）≈[3.0（1.0V）+1.4V]/0.5mA=8800Ω</p><p>　　圖4.10 軟啟動(dòng)電路</p><p>　　圖4.11 帶有軟啟動(dòng)的箝位電平可調(diào)節(jié)緩沖降低</p><p>　?。ㄈ╇娏魅颖容^器和脈寬調(diào)制鎖存器</p><p>　　UC3842作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)

35、峰值電感電流到達(dá)誤差放大器輸出/補(bǔ)償（管腳1）建立的門限電平時(shí)中止。這樣在逐周基礎(chǔ)上誤差信號(hào)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(gè)單脈沖出現(xiàn)在輸出端。電感電流通過插入一個(gè)與輸出開關(guān)Q1的源極串聯(lián)的以地為參考的取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓由電流取樣輸入（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：</p>

36、<p>　　Ipk(max)=[V(pin1)-1.4V]/3Rs</p><p>　　當(dāng)電源輸出過載或者如果輸出電壓取樣丟失時(shí)，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1.0V。因此最大峰值開關(guān)電流為：</p><p>　　Ipk(max)=1.0V/Rs</p><p>　　當(dāng)設(shè)計(jì)一個(gè)大功率開關(guān)穩(wěn)壓器時(shí)為了保持Rs的功耗在

37、一個(gè)合理的水平上希望降低內(nèi)部箝位電壓。調(diào)節(jié)此電壓的簡(jiǎn)單方法如圖4.12所示。使用了兩個(gè)外部二極管來補(bǔ)償內(nèi)部二極管，以便在溫度范圍內(nèi)有固定箝位電壓。如果Ipk(max)箝位電壓降低過多將導(dǎo)致由于噪聲拾取而產(chǎn)生的不誤操作。</p><p>　　圖4.12 箝位電平可調(diào)節(jié)降低</p><p>　　圖4.13 電流波形尖脈沖抑制</p><p>　　通常在電流波形的前沿

38、可以觀察到一個(gè)窄尖脈沖，當(dāng)輸出負(fù)載較輕時(shí)，它可能會(huì)引起電源不穩(wěn)定。這個(gè)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(shí)間造成的。在電流取樣輸入端增加一個(gè)RC濾波器，使它的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，通常將消除不穩(wěn)定性（參見圖4.13）。</p><p><b>　?。ㄋ模?欠壓鎖定</b></p><p>　　采用了兩個(gè)欠壓鎖定比較器來保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前

39、，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(gè)都具有內(nèi)部的滯后，以防止在通過它們各自的門限時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)誤輸出動(dòng)作。Vcc比較器上下門限分別為：UC3842 16V/10V。Vref比較器高低門限為3.6V/3.4V。</p><p><b>　　（五） 輸出</b></p><p>　　這些器件有一個(gè)單圖騰柱輸出級(jí)，是專門設(shè)計(jì)用

40、來直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的，在1.0nF負(fù)載下時(shí)，它能提供高達(dá)±1.0A的峰值驅(qū)動(dòng)電路和典型值為50nS的上升、下降時(shí)間。還附加了一個(gè)內(nèi)部電路，使得任何時(shí)候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌模式，這個(gè)特性使外部下拉電阻不再需要。</p><p>　　SO-14表面貼裝封裝為Vc（輸出電壓）和電源地提供了分離的管腳，恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用可以顯著地減小加到控制電路的開關(guān)瞬態(tài)噪聲。這在降低Ipk（max）箝位電平時(shí)特別有

41、用。分離的Vc電壓輸入允許設(shè)計(jì)者在不受Vcc影響而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)具有更多靈活性。當(dāng)在Vcc大于20V的系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)功率MOSFET時(shí)，通常在該輸入端連接一個(gè)齊納箝位。</p><p><b>　?。?參考電壓</b></p><p>　　5.0V帶隙參考電壓在Tj=25℃時(shí)調(diào)整誤差至：±2.0%，它首要的目的是為振蕩器定時(shí)電容提供充電電流。參看部分具有短

42、路保護(hù)功能并能向附加控制電路供電提供超過20mA的電流。</p><p>　　4.2 主電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)以UC3842為核心控制部件，設(shè)計(jì)一款單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成單極點(diǎn)，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。</p><p>　　主要的

43、功能模塊包括：?jiǎn)?dòng)電路、過流過壓欠壓保護(hù)電路、反饋電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析。</p><p>　　電路原理圖如附錄圖1所示。</p><p>　　4.2.1 啟動(dòng)電路</p><p>　　如附錄圖1所示，交流電由CX1,RA+RB,LF1進(jìn)行低通濾波，組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲；而CY3,CY4,CY5組成EMI濾波器，作為抗共

44、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(duì)電磁干擾有很強(qiáng)的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng)D1～D4橋式整流以及電解電容C1濾波后變成400V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)R1A降壓后給C2充電，當(dāng)C2的電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值時(shí)，UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由腳6輸出推動(dòng)開關(guān)管工作。隨著UC3842的啟動(dòng)，R1A的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組TLB，由反饋繞組TLB產(chǎn)生電壓給UC3842供電。由于輸入

45、電壓超過了UC3842的工作，為了避免意外，用D7穩(wěn)壓管限定UC3842的輸入電壓，否則將出現(xiàn)UC3842被損壞的情況。</p><p>　　4.2.2 短路過流、過壓、欠壓保護(hù)電路</p><p>　　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。如附錄圖1所示，如果由于某種原因，輸出端短路

46、而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R1兩端的電壓上升，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的腳6無輸出，MOS管Q1截止，從而保護(hù)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(jí)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

47、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(dāng)下降lV(正常值是3．4V)以下時(shí)，PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。因此，此電路具有短路過流、過壓、欠壓三重保護(hù)。</p><p>　　4.2.3 反饋電路</p><p>　　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

48、性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖5.1所示，R13A,R13B,R13C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(dāng)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓VR5也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓(TL431的基準(zhǔn)電壓為2．5V)，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(dòng)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(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時(shí)，誤

49、差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對(duì)PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。</p><p>　　4.2.4 整流濾波電路</p><p>　　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(duì)波紋幅值的影響主要有以下幾個(gè)方面。</p><p>

50、　　（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C8，以濾除此噪聲干擾。</p><p>　　（2）高頻信號(hào)噪聲，開關(guān)電源中對(duì)直流輸入進(jìn)行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進(jìn)行傳輸，在這個(gè)過程中，必然會(huì)摻入高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對(duì)于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用π型濾波的方式。</p><p>　　（3）采用

51、快速恢復(fù)二極管DR整流?；诘蛪骸⒐牡?、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。</p><p>　　4.3 主要器件的選擇及其功能</p><p>　　4.3.1 TL431</p><p>　　TL431是一個(gè)良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。外部有三極分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）、參考端（REF

52、）。其芯片體積小、基準(zhǔn)電壓精密可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以可以用來制作多種穩(wěn)壓器件。</p><p>　　其具體功能可用圖4.14的功能模塊示意。由圖可看出，VI是一個(gè)內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng)REF端的電壓十分接近VI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，電流將從1到100mA變化。</p><p>

53、;　　圖4.14 TL431的功能模塊示意圖</p><p>　　在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，一般輸出經(jīng)過TL431（可控分流基準(zhǔn)）反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動(dòng)一個(gè)光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個(gè)電流模式的PWM控制器的開關(guān)時(shí)間，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸出。</p><p>　　4.3.2 PC817</p><p

54、>　　PC817是一個(gè)比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.15所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。</p><p>　　在開關(guān)電源中，當(dāng)電流流過光二極管時(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時(shí)PC817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。</p><p>　　圖4.15 PC817內(nèi)部框圖</p

55、><p>　　4.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用的是N溝道增強(qiáng)型MOSFET,它具有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：工作頻率高達(dá)200kHz以上，從而可進(jìn)一步減小開關(guān)電源的體積和重量；同時(shí)它還具有工作速度快、功率大、耐壓高、增益高，幾乎不存在存儲(chǔ)時(shí)間，沒有熱擊穿等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)功率MOSFET用作開關(guān)器件時(shí)，漏源極間電壓降與漏極電流成正比。也就是說，功率MOSFET工作在恒定電阻區(qū)

56、，因此它實(shí)際上像電阻一樣起作用。</p><p>　　4.3.4 高頻變壓器</p><p>　　PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源的高頻變壓器，并不需要像脈沖變壓器那樣不失真地傳遞原邊的脈沖波形，其主要作用是電壓變換、功率傳送、實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的隔離。PWM脈寬調(diào)制方式，也就是占空比控制方式，通常是在固定開關(guān)頻率的條件下，直接改變主功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間寬度。通過取樣、比較放大、驅(qū)動(dòng)電路控制開關(guān)周

57、期的占空比，把電網(wǎng)輸入整流濾波后的直流高壓．變成了高頻交變開關(guān)脈沖并傳遞到副邊，再經(jīng)二次整流濾波輸出客戶所需要的特定直流電壓和電流值。</p><p>　　變壓器完成的功能有3 個(gè)：功率傳送、電壓變換和絕緣隔離。此外，變壓器還提供其它重要的功能：① 通過改變初級(jí)與次級(jí)匝比，獲得所需要的輸出電壓；② 增加多個(gè)不同匝數(shù)的次級(jí)，獲得不同的多路輸出電壓；③ 為了安全，要求離線供電或高壓和低壓不能共地，變壓器方便地提供安全

58、隔離。</p><p><b>　　5 制作電路板</b></p><p>　　印刷電路板（Printed circuit board，PCB）幾乎會(huì)出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中。如果在某樣設(shè)備中有電子零件，那么它們也都是鑲在大小各異的PCB上。除了固定各種小零件外，PCB的主要功能是提供上頭各項(xiàng)零件的相互電氣連接。隨著電子設(shè)備越來越復(fù)雜，需要的零件越來越多，PCB上頭

59、的線路與零件也越來越密集了。</p><p>　　板子本身的基板是由絕緣隔熱、并不易彎曲的材質(zhì)所制作成。在表面可以看到的細(xì)小線路材料是銅箔，原本銅箔是覆蓋在整個(gè)板子上的，而在制造過程中部份被蝕刻處理掉，留下來的部份就變成網(wǎng)狀的細(xì)小線路了。這些線路被稱作導(dǎo)線（conductor pattern）或稱布線，并用來提供PCB上零件的電路連接。</p><p>　　制作電路板的基本流程：①利用原理

60、圖設(shè)計(jì)工具繪制原理圖，并且生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)表（元件清單表如附錄表1所示）；②畫出自己定義的非標(biāo)準(zhǔn)器件的封裝庫；③設(shè)置PCB設(shè)計(jì)環(huán)境，包括設(shè)置格點(diǎn)大小和類型，光標(biāo)類型，版層參數(shù)，布線參數(shù)，電路版的邊框等；④布置零件封裝的位置，也稱零件布局，并布線；⑤放置覆銅區(qū)；⑥做DRC檢測(cè)。</p><p>　　PCB設(shè)計(jì)規(guī)則：①板型大小：47.75mm*85.09mm；②走線間距約束：0.3mm；③走線拐角模式：45o；④布線工

61、作層：頂層、底層；⑤過孔類型：通孔、焊盤大小：1.27mm，通孔直徑：0.7112mm；⑥走線寬度:最小0.254mm，最大5mm，最佳0.75mm；⑦其它設(shè)置系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)。</p><p>　　PCB板覆銅圖如5.1所示：</p><p>　　圖5.1 PCB板覆銅圖</p><p>　　PCB板效果圖如圖5.2所示：</p><p>　

62、　圖5.2 PCB板效果圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)晶體管和MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在100W以下的開關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。</p><p>　　本文利用集成芯片UC3

63、842設(shè)計(jì)的電流制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低的缺點(diǎn)，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、體積小、易實(shí)現(xiàn)。該穩(wěn)壓電源是目前實(shí)用和理想的穩(wěn)壓電源，具有很大的發(fā)展前景。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　1 孫樹樸，鄭征等.電子電子技術(shù).徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2000</p&

64、gt;<p>　　2 周志敏，周紀(jì)海.開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)－設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：人民郵電出版社.2003 </p><p>　　3 楊 旭，裴云慶，王兆安.開關(guān)電源技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　4 [日]原田耕介 主編.耿文學(xué) 譯.開關(guān)電源手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　5 劉泉海，陳因等.電子電

65、子技術(shù).重慶：重慶大學(xué)出版社.2004</p><p>　　6 滕國仁.脈寬集成控制器UC3842在開關(guān)電源中的應(yīng)用.華北礦業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)</p><p>　　7 張占松，蔡宣三.開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社2001 </p><p>　　8 張占松.高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源.廣東科技出版社</p><p>　　9 陳伯時(shí).

66、自動(dòng)控制系統(tǒng).中央廣播電視大學(xué)出版社</p><p>　　10 常敏慧.開關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修 </p><p>　　11 黃燕.開關(guān)電源故障檢修方法</p><p>　　12 蔡宣三，襲紹文.高頻功率電子學(xué).北京：科學(xué)出版社.1993</p><p>　　13 高曾輝，于相旭.電力電子技術(shù).航空工業(yè)出-1單端反激式開關(guān)電源的穩(wěn)定性

67、分析.重慶大學(xué)學(xué)報(bào).2001</p><p>　　14 楊旭.開關(guān)電源技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004</p><p>　　15 張占松，蔡宣三，王正元.電力電子學(xué)的發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)查研究報(bào)告.電工技術(shù)學(xué)報(bào)</p><p>　　16 張衛(wèi)平.綠色電源-現(xiàn)代電源變換技術(shù)及應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社</p><p>　　17 陳大欽.模擬電子技

68、術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社.2000</p><p>　　18 Tamots Ninomiya.soft Switching Converters.password,shindengen E1. Mfg. Ltd. 1999 </p><p>　　19 Donald T Staffiere.Power in the year 2000.IEEE APEC1995, Dallas,US

69、A,5-9 </p><p>　　20 Dinand C.Geerlings.SMPS Power Inductor Design and Transformer Design, Part 2. Powerconversion International.January/February.1980</p><p>　　21 Ferdinand C.Geerlings.SMPS Powe

70、r Inductor Design and Transformer Design, Part 2. Powerconversion International. January/February.1980</p><p>　　22 Ayyanar R.Ne Mohan，and Jian Sun.Single-Stage Three-phase Power- Factor- Circuit Using Thr

71、ee Isolated Single-Phase SEPIC Conerters Operating in CCM. Proceeding of PESC.2000</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　首先要感謝各位老師對(duì)我的辛勤栽培，讓我從一個(gè)懵懂的孩子逐步走向成熟，三年的大學(xué)生活，讓我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考問題，自己提出問題并去解決問題，并初

72、步具備了創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力。能把理論與實(shí)踐相結(jié)合，鞏固了所學(xué)的知識(shí)，懂得個(gè)人與集體相結(jié)合并發(fā)揮其作用，做這份畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來說是對(duì)我在校期間知識(shí)積累的考驗(yàn)，更是對(duì)我綜合運(yùn)用各種知識(shí)的一次挑戰(zhàn)！</p><p>　　這次畢業(yè)論文能夠得以順利完成，是所有曾經(jīng)指導(dǎo)過我的老師，幫助過我的同學(xué)，一直支持著我的家人對(duì)我的教誨、幫助和鼓勵(lì)的結(jié)果。我要在這里對(duì)他們表示深深的謝意！首先要特別感謝我的指導(dǎo)老師.在我畢業(yè)論文的撰寫過程中

73、，給我提供了極大的幫助和指導(dǎo)。從開始選題到中期修正，再到最終定稿，同時(shí)系里的老師們也給予了我很多關(guān)心和幫助，每當(dāng)學(xué)校有什么通知時(shí)，老師們都會(huì)及時(shí)的把它公布到郵箱里，以便我們能及時(shí)知道各個(gè)通知，對(duì)他們的辛勤勞動(dòng)我在此也表示衷心的感謝！</p><p><b>　　圖1：電路原理圖</b></p><p><b>　　表1：元器件清單</b><