【设计】开关稳压电源设计

1、-开关电源的设计同组参加者：方舟、周恒、涛开关式直流稳压电源的掌握方式可分为调宽式和调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也为脉宽调制 pwm型；开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电压变化围宽，节省能耗等优点；开关电源的工作原理就是通过转变开关器件的开 通时间和工作周期的比值即占空比来转变输出电压； 通常有三种方式：脉冲宽度调制pwm，脉冲频率调制pfm和混合调制； pwm 调制是指开关周期恒定，通过转变脉冲宽度来转变占空比的方式，由于周 期恒定，滤波电路的设计比拟简洁，也是应用能够最 广泛的调制方式；开关稳压电源的主要构造框架如图1-

2、1 所示，有隔离变压器产生一个15-18v 的沟通电压， 在经过整流滤波电路，将沟通电变成直流电，然后再 经过 dc dc 变换，由 pwm 的驱动电路去掌握开关管的导通和截止，从而产生一个稳固的电压源，如图1-1 所示；-.可修编 - .图 1-1一 开关转换电路1：滤波电路输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交 流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时 产生的谐波和电磁干扰信号影响沟通电网；如图1-2所示滤波电路中 c1 用以滤除直流份量中的沟通成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻 r 给电容供应放电回路，防止因电容上的电荷积存而影响 滤波器的工作特性， c2、c3

3、跨接在输出端， 能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流c2、c3 宜选用瓷电容器.图 1-22. 电压爱护电路如图 1-3 所示为输出过压爱护电路；稳压管vs 的击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，vs 不导通，晶闸管 vs 的门极电压为零， 不导通，当输出过压时， vs 击穿， vs 受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大， 通过 uc3842掌握开关管关断；图 1-3 输出过压爱护电路3. 电压反应电路电压反应电路如图 1-4 所示；输出电压通过集成稳压器 tl431 和光电耦合器反应到的 1 脚，调剂 r1 r2 的分压比可设定和调剂输出电压，到达较高的稳压精 度；假如输出电

4、压 u0 上升，集成稳压器 tl431 的阴极到阳极的电流在增大 ,uc3842的输出脉宽相应变窄， 输出电压 u0 变小,同样，假如输出电压 u0 减小，可通过反应调剂使之上升；图 1-4 电压反应电路二设计思路开关电源由隔离变压器，整流滤波和dc-dc 变换电路组成；设计的关键是 dc-dc 变换电路，它包含了开关电源中的开关器件， 储能器件 ，脉冲变压器， 滤波器，输出整流等全部功率器件和掌握模块；而掌握 模块的设计又是 dc-dc 的核心， 一般 dc-dc 掌握模块使用专用的 pwm 调制芯片；如 tl494、uc3842等， 芯片部集成了误差比拟器、振荡器、 pwm 调制器等， 有

5、的甚至有爱护电路和驱动电路，在此情形下使用集成芯片加上少量的外围电路即可构成pwm 掌握电路，稳固性能较好、掌握简洁、芯片功耗几乎可以忽视、 本钱低，过流爱护可以使用电流取样电阻串接在负载 上；当取样电阻超过指定围，立刻切断负载，或者降 低输出电压， 然后过一段时间再自动启动， 接上负载，由继电器掌握负载的连通性；三整流滤波电路设计1. 整流滤波电路设计：由给定题目可知开关稳压电源的前级电路主要由 整流、滤、波稳压电路构成，特殊是前一级经过隔离 变压器降压，降压后得到 18v 的沟通电，然后经过整流滤波稳压后，得到一个稳固的直流电送往后级；整 流电路如图 1-5 所示：图 1-5 整流滤波电路

6、整流滤波电路仿真波形2. pwm 脉冲掌握驱动电路四： uc3842分析：uc3842管脚排列图uc3842部构造连接图uc3842功能说明脚是误差放大器的输出端， 外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；脚是反应电压输入端， 此脚电压与误差放大器同相端的 2.5v 基准电压进展比拟，产生误差电压，从而掌握脉冲宽度；脚为电流检测输入端，当检测电压超过1v 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；脚为定时端，部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数打算，f=1.8/rt ct ；脚为公共地端；脚为推挽输出端， 部为图腾柱式， 上升、下降时间仅为 50ns 驱动才能为1a；脚是直流电源供电端，

7、 具有欠压、过压锁定功能，芯片功耗为 15mw；脚为 5v 基准电压输出端，有 50ma 的负载才能；如下图，由分压电阻r 供应分得的电压接入uc3842的 7 脚vcc,uc3842启开工作， 由 6 脚输出推动开关管工作，输出信号为上下电压脉冲，高电压脉 冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时 把能量储存在变压器中；依据同名端标识情形，此时变压器各路副边没有能量输出 ,当 6 脚输出的高电平脉冲完毕时，场效应管截止，依据楞次定律，变压器原 边为维护电流不变，产生上负下正的感生电动势，此 时副边二极管导通，向外供应能量，同时反应线圈向uc3842 供电， uc3842 部设有欠压锁定

8、电路其开启和关闭值分别为 16v 和 10v,电源电压接通后，当7 脚电压升至 16v 时， uc3842开场工作，开场正常工作后， 它的消耗电流约为 15ma；假如出于某种缘由，是输出端短路而产生过流， 开关管的漏极电流将大幅度上升， uc3842的 3 脚电压也将上升，当该脚的电压值超过正常值 0.3v 时，uc3842 的 pwm 比拟器那么输出高电平， 使 pwm 锁存器复位， 关闭输出；此时 uc3842的 6 脚无输出 mos管 q1 截止， 从而起到爱护电路的目的；pwm 输出波形pwm 脉冲掌握驱动电路依据 mos 管的工作频率围，选取适当的工作开关频率，此设计挑选的工作频率为

9、f=40khz, 因此uc3842 的工作频率为f=1.8/rt ct,再依据挑选的工作频率 f=40khz，挑选适当的电阻电容值，电阻为 1k、电容为 45nf,供应 vcc 管脚电压为 16v，2 脚输入基准电压为 5v；3. 开关管的挑选作为开关管使用的晶体管，除了具有放大特性以 外，仍要求具有开关速度和输出功率大等优点；由于 开关管应能承担 380v 以上的电压， 为平安起见， 应采纳耐压 vdcm=1kv，最大漏极电流 idm=4.3a ，最大功耗 pdm=150w，这些参数完全符合要求；五电路输出局部设计依据设计要求，输出电路局部采纳升压式斩波电路；这一局部电路由电感、续流二极管、

10、电容及负载电阻组成；1. 升压斩波电路升压斩波电路的构造如下图升压斩波电路升压斩波电路开关管漏极电压波形开关管以 uc3842设定的频率周期开闭，使电感 l 储存能量并释放能量，当开关管导通时，电感以vi/l 的速度充电，通过二极管 d 把储存的电能以 v0-vi/l的速度释放到输出电容器 c2 中；输出电压由传递的能量多少来掌握，而传递能量的多少通过电感电流的峰值来掌握；升压斩波电路分析 ：升压斩波电路可以工作在电流断续工作模式和 电留恋续工作模式，电流工作模式适合大功率输出电路，负载要到达 10%以上时，电感电流需保持连续状态；设开关管 v 处于导通的时间为 ton，在此阶段 l 上储存的

11、能量为 eiiton ；设 v 处于关断的时间为 toff ， 那么在此期间电感 l 释放的能量为 u0-eiitoff 当电路工作与稳固状态时 1 个周期 t 中电感 l 储存与释放的能量相等；即eiiton=u0-eiitoff1化简得： u0=ton+toff/toff=t/toffe 22式中的 t/toff 1，输出电压高于输入电压，即升压斩波电路；2式中 t/toff表示升压比，通过调剂升压比的大小就可以转变输出电压的大小， 从而到达升压的目的；假设定义斩波电路的占空比： k=t0n/t那么输出电压为：u0=ton u/toff=ton u/t-ton=k u/1-k3式3中，假设

12、转变占空比 k 那么输出电压即可于输入电压，也可能低于；由此可知当 0k1/2 时，斩波器输出电压低于直流电源输入，此时为降压电路；当1/2 k1 时， 斩波器输出电压高于直流电源输入，此时为升压斩波 电路；2. 升压斩波电路参数挑选储能电感 l：根 据输 入电 压 和输 出 电压可 打算最 大占比 即 ：当输出最大负载时至少应满意电路工作在工作模式下，即必需满意：电留恋续同时考虑在 10%额定负载以上电留恋续的情形，实际设计时可以假设电路在额定输出时，电感纹波电流为 平均电流的 20%-30%，为不增加输出纹波电压就需增加输出电容c2,取 30%为平稳点，即 l 电感量选取180300uh

13、且通过 5a 以上电流不回饱和的电感；输出二极管 d 和输出电容 c 的挑选：升压电路中输出二极管 d 必需承担和输出电压值相等的反向电压，并传导负载所需的最大电流；二极 管的峰峰值电流 id=1.5a, 依据需要此电路的二极管可选用 6a/50v 以上的快速复原二极管，如正向压降低的肖特基二极管，整个电路的效率将得到提高；输出电容 c 2 的挑选主要取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效串联电阻有关，电容器的答应纹波电流要大于电路中的纹波电流；电容的等效电阻约为 0.3,由于低温时电容的等效电阻将增大，故应按低温下的等效电阻来挑选电容器， 因此应挑选 200uf/50v 以上频率特

14、性较好的电解电容；六电路整体分析整体电路如下图，电路由三部纷纷组成：启动电路，即降压整流滤波电路，这一局部电路主 要是得到 dc-dc 的输入电压和为 uc3824供应驱动电压；pwm 脉冲掌握驱动电路， 它的主体是芯片 uc3842，以及他的外围电路组成；输出局部，它是由一个升压斩波电路构成，构造原理简洁；仿真电路输出波形七电路测试测量电路如下图 1、2、3、4、5、6、7 为测量点：理论仿真结果 ：输出电压围 2836v；输出最大电流 i0=2a;电压调整率 su=0.069%2%；负载调整率 si=3.164%5%;输出噪声纹波电压峰 -峰值 vopp=290mv1v;dc-dc 变换器

15、的效率=88.46%70%;过流爱护：过流爱护电流为 2.51a八涉及调试及解决方案标设计调试中的问题解决方案号1 降压整流滤波电路响应时间长，有等待时间不断调整加大整流滤波电容2 pwm 掌握器的输出脉冲波形有失真3 uc3842 输出驱动波形不稳固4 在测试输出时有较大的纹波5 使用软件进展仿真时， 响应太慢减小储能电感和输出电容，找到适当的值，并且调剂 uc3842脚的补偿网络，转变放大器的增益和频响；在他的输入端增加一个滤波电容， 对输入进展再一次的滤波， 通过调剂找到相宜的电容；转变驱动 mos 管属于软件弊端在设计过程中遇到许多问题，但是通过我们的商议， 许多问题都得以克制，凭我们的才能也并不是全部的 问题都能解决