毕业论文--开关电源毕业设计设计3

1、基于uc3842的开关电源设计摘要电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能 源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要 求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作考不 断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要 求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含 量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。uc3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因 使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空 比d,使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然

2、。uc3842 可以直接驱动mos管、igbt等，适合于制作2080w小功率开关电源。由 于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符 合电路设计屮“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。关键词：开关电源，uc3842,脉宽调制，功率，igbtswitching power supply design based onuc3842abstracatpower is to achieve power conversion and power transmission major equipment. in the information age, agricultu

3、re, energy，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 variet

4、y of 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 is

5、 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 how ever

6、.uc3842 can control direct drive mos, igbt，etc., suitable for the production of 20 sow 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 design, simplic

7、ity first” principle.key words: switching power supply, uc3842, pwm, power, igbt.1.2.2.2.3.4.4.4 5 .6 .6 7 9 9 9 9 10 101h'j s第1章开关电源的简介1. 1开关电源概述1.1.1幵关电源的工作原理1.1.2幵关电源的组成1.1.3幵关电源的特点1.2开关器件1.2.1开关器件的特征1.2.2 器件 tl4311.2.3电力二极管1.2.4 光耦 pc8171.2.5电力场效应晶体管mosfet第2章主要开关变换电路2.1滤波电路2.2反馈电路2.2.1电流反馈电路

8、2.2.2电压反馈电路2.3电压保护电路第 3 章uc3842 123.1 uc3842 简介123.1.1 uc3842的引脚及其功能123.1.2 uc3842的内部结构133.1.3 uc3842的使用特点14153.2 uc3842的典型应用电路3.2.1反激式幵关电源153.2.2 uc3842控制的同步整流电路163.2.3升压型幵关电源19第4章利用uc3842设计小功率电源214.1电源设计指标214.1.1元件的选择214.1.2电路结构的选择234.2启动电路234.3 pwm脉冲控制驱动电路244.4直流输出与反馈电路254.5总体电路图分析26*吉i仑28参考文献29#

9、诮寸30附录1:总体电路图31附录2:开关电源常用英文标志与缩写32外文资料译文33电源power supply; power source向电子设备提供功率的装置。把其他 形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电 池能把化学能转换成电能.发电机.电池本身并不带电，它的两极分别有正负 电荷，由正负电荷产生电压（电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的）， 电荷导体里本来就有，要产生电流只需要加上电压即可，当电池两极接上导体 时为y产生电流而把正负电荷释放出去，当电荷散尽时，也就荷尽流（压）消了. 干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做 整流

10、电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。品体三极管能把前面送來的 信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路屮去。品体三极管对后 面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有吋也叫做电源。电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关 电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电 子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源 等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。电力电子技术的发展，特别是大功率器件igbt和mosfet的迅速发展，将 开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比

11、等 特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对 电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。第1章开关电源的简介1.1开关电源概述1.1.1开关电源的工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开 关，控制幵关元件的占空比调整输出电压，幵关电源的工作原理可以用图 1-1进行说明。图中输入的直流不稳定电压ui经开关s加至输出端，s为 受控开关，是一个受开关脉冲控制的幵关调整管，若使开关s按要求改变 导通或断幵时间，就能把输入的直流电压ui变成矩形脉冲电压。这个脉冲 电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压uo。ia)(a)

12、电路图；(b)波形图图1-1幵关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下(1-1)式中，t表示幵关s的开关重复周期；ton表示幵关s在一个开关周 期中的导通时间。开关电源直流输出电压uo与输入电压ui之间有如下关系：uo=ujd(1-2)由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若开关周期t 一定，改变开关s的导通 时间t。、，即可改变脉冲占空比d,从而达到调节输出电压的目的。t不变， 只改变t()n来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(pwm)。由于pwm式的幵关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化， 因此pwm式开关电源用得较多。若保持t()n不变，利用改变开

13、关频率f=l/t 实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压uo稳压的方法，称做脉冲 频率调制(pfm)。由于该方式的开关频率不固定，因此输岀滤波电路的设 计不易实现最优化。既改变t()n,又改变t,实现脉冲占空比调节的稳压方 式称做脉冲调频调宽方式。在各种幵关电源中，以上三种脉冲占空比调节 的稳压方式均有应用1。1.1.2开关电源的组成开关电源的基木组成如图1-2所示。其中dc/dc变换器用以进行功率 变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是幵关信号的放大部分，对来自 信号源的幵关信号进行放大和整形，以适应幵关管的驱动要求；信号源产 生控制信号，该信号由它激或自激电路产生，可以是pwm信号、pf

14、m信 号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控 制幵关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制幵关器件的占空比， 以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，幵关电源还有辅助电路，包括 启动、过流过压保护、输入滤波、输出釆样、功能指示等电路。反馈 回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放 大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从 而调整输出电压。dc/dc变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的 pwm变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。开关 电源的负载变换瞬态响应主要由输出端lc滤波器的特性决定，所以可以

15、通过提高开关频率、降低输出滤波器lc的方法来改善瞬态响应特性。图1-2 开关电源的基本组成1.1.3开关电源的特点开关电源具有如下特点：(1) 效率高。开关电源的功率幵关调整管工作在开关状态，所以调整 管的功耗小，效率高，一般在80%90%,高的可达90%以上；(2) 重量轻。由于幵关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的 漆包线和硅钢片，从而使其重量只有同容量线性电源的1/5,体积也大大 缩小了；(3) 稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90270 v内变化时，输 出电压的变化在士2%以下。合理设计幵关电源电路，还可使稳压范围更宽 并保证开关电源的高效率；(4) 安全可靠。在幵关电源中，

16、由于可以方便地设置各种形式的保护 电路，因此当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠；(5) 功耗小。由于幵关电源的工作频率高，一般在20 khz以上，因此 滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；特别是，由于功率开关管 工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围 元件不致因长期工作在高温环境而损坏，因此釆用开关电源可以提高整机 的可靠性和稳定性l2j。1.2开关器件1.2.1开关器件的特征同处理信息的电子器件相比，幵关电源的电子器件具有以下特征：(1) 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是开关器件最重 要的参数，其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆

17、瓦级，大多远大于处 理信息的电子器件。(2) 幵关器件一般都工作在幵关状态，导通时(通态)阻抗很小，接近于 短路，管压降接近于零，电流由外电路决定；阻断时阻抗很大，接近于断 路，电流几乎为零，管子两端电压由外电路决定。(3) 开关器件的动态特性也是很重要的方面，有些时候甚至上升为第 一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替实际开关。(4) 电路中的幵关器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和 控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是 幵关器件的驱动电路。(5) 为保证不致于因损耗散发的热量导致幵关器件温度过高而损坏， 不仅在开关器件封装上讲究散热

18、设计，在其工作时一般都要安装散热器。 导通时，器件上有一定的通态压降；形成通态损耗阻断时，开关器件上有 微小的断态漏电流流过；形成断态损耗时，在幵关器件开通或关断的转换 过程中产生幵通损耗和关断损耗，总称开关损耗。对某些器件来讲，驱动 电路向其注入的功率也是造成开关器件发热的原因之一。1.2.2 器件 tl431.tl431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的 输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从vref (2.5v)到36v范围内的 任何值。该器件的典型动态阻抗为0.20,在很多应用中可以用它代替齐纳 二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等l3j。t

19、l431特点：(1) 最大输出电压为36v；(2) 电压参考误差：士0.4% ,典型值25°c (tl431b)；(3) 低动态输出阻抗，典型0.22q ;(4) 负载电流能力1.0mato 100ma；(5) 等效全范围温度系数50ppm/°c典型；(6) 温度补偿操作全额定工作温度范围；(7) 低输出噪声电压。lp suffixaplastic package 嫩 case 29 wm2) i/ pin 1. reference 参考瑀 i/ 2. anode 正极 “33.cathode负极图1 一3 tl431的外观和管脚1.2.3电力二极管电力二极管可分为普通二极

20、管，快恢复二极管，肖特基二极管三种。(1) 普通二极管(general purpose diode)普通二极管又称为整流二极管(rectifier diode),多用于幵关频率不高(1 khz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5 s以上，这在开 关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很 高，分别可达数千安和数千伏以上。(2) 快恢复二极管(frd)快恢复二极管是恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短的二极管，简称 为快速二极管。快速二极管在工艺上多釆用了掺金措施，有的釆用pn结 型结构，有的采用改进的pin结构。釆用外延型pin结构的快恢复外延二 极管(fas

21、t recovery epitaxial diodes，fred),其反向恢复时间更短(可低于 50 ns),正向压降也很低(0.9 v左右)，但其反向耐压多在400 v以下。快 速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级，前者反向恢复 时间为数百纳秒或更长，后者则在100 ns以下，有的甚至达到2030 ns。(3)肖特基二极管以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极 管(sbd),简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多，主要是：反 向恢复时间很短(1040 ns),正向恢复过程中不会有明显的电压过冲；在反 向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二

22、极管；其幵关 损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基二极管的不 足之处是：当反向耐压提高时，其正向压降也会高得不能满足要求，因此 多用于200 v以下；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不 能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度4j '1.2.4 光耦 pc817pc817j是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常 被当作耦合器件，具宥上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响.当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接 受光线后导通，产生光电流从输岀端输出，从而实现了“电-光-电”的转换。普通光电耦合器只能传输数字信号(开关信号)

23、，不适合传输模拟信号。线 性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压 或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使 光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同，pc817光电 禍合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。主要应用范围：开关电源、适配器、充电器、ups、dvd、空调及其 它家用电器等产品l6j。田4. 28 pc日17内部框g权极 极电 阳i集 12 3 4图1 一4 pc817的外观和内部结构1.2.5电力场效应晶体管mosfet(1)电力场效应晶体管的特点电力场效应晶体管主要指绝缘栅型中的mos型，简称电力mosfet。

24、 其特点是：用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率 小，开关速度快，工作频率高，热稳定性好，电流容量小，耐压低，一般 只适用于功率不超过10 kw的电源电子装置。90(2)电力场效应晶体管的结构和工作原理巨sp沟道n沟道(a) n沟道内部结构断面示意图； (b)电气图形符号图1-5电力mosfet的结构和电气图形符号电力mosfet的种类按导电沟道可分为p沟道和n沟道，如图1-5 所示。其中g为栅极，s为源极，d为漏极。电力mosfet的工作原理是: 在截止状态，漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。p基区与n漂移区 之间形成的pn结反偏，漏源极之间无电流流过；在导电状态，在栅源

25、极 间加正电压ugs,栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过，但栅极的正 电压会将其下面p区中的空穴推开，而将p区中的电子吸引到栅极下面的 p区表面。第2章主要开关变换电路2.1滤波电路输入滤波电路具有双向隔离作用，它可抑制从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交流电网。 图2-1所示滤波电路是一种复合式emi滤波器，门、£2和g构成第一级 滤波，共模电感13和电容c2、03进行第二级滤波l1c2=bac220v ci =r hl2l3c3图2-1输入滤波电路c1用于滤除差模干扰，选用高频特性较好的薄膜电容。电阻r给电 容提供放电回路，避免因电

26、容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。c2、 c3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 选用陶瓷电容器。2.2反馈电路2.2.1电流反馈电路电流反馈电路采用电流互感器，通过检测幵关管上的电流作为采样电 流，原理如图2-2所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平 均值反馈两路，r2上的电压反映电流瞬时值。开关管上的电流变化会使 变化，（7r2接入uc3842的保护输入端脚，当t/r2=lv时，uc3842 芯片的输出脉冲将关断。通过调节k、r2的分压比可改变幵关管的限流值， 实现电流瞬时值的逐周期比较，属于限流式保护。输出脉冲关断，实现对 电流平均值的保护，属

27、于截流式保护。两种过流保护互为补充，使电源更 为安全可靠。采用电流互感器釆样，使控制电路与主电路隔离，同时与电阻采样相比降低了功耗，有利于提高整个电源的效率11。2.2.2电压反馈电路电压反馈电路如图2-3所示。输出电压通过集成稳压器tl431和光电 耦合器反馈到uc3842的脚，调节r,、r2的分压比可设定和调节输出电 压，达到较高的稳压精度。如果输出电压升高，集成稳压器tl431的 阴极到阳极的电流增大，使光电耦合器输出的三极管电流增大，即uc3842 脚对地的分流变大，uc3842的输岀脉宽相应变窄，输岀电压/（）减小。 同样如果输出电压uc,减小，可通过反馈调节使之升高101。o输出2

28、.3电压保护电路图2-4所示为输出过电压保护电路。稳压管vs的击穿，电压稍大于 输出电压额定值，输出正常时，vs不导通，晶闸管v的门极电压为零， 不导通。当输出过压时，vs击穿，v受触发导通，使光电耦合器输出三极 管电流增大，通过uc3842控制开关管关断。图2-4输出过电压保护电第 3 章 uc38423.1 uc3842 简介继mc1394、an5900之后，人们又开发出功能更完善的它激单端输出 驱动集成电路。其特点是除内部pwm系统外，还设有多路保护输入和稳 定的基准电压发生器，同时还具有小电流启动功能。典型的uc3842就是 其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前广泛被各种普通电源采用

29、，还 被用于有源因数改善电路和高压升压式开关电源中。uc3842是美国 unitrode公同ll4j生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯 片。uc3842为8脚双列直插式封装，其内部原理框图如图1所示。主要 由5.0v基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流 测定比较器、pwm锁存器、高增益e/a误差放大器和适用于驱动功率 mosfet的大电流推挽输出电路等构成。端1为comp端；端2为反馈端; 端3为电流测定端；端4接rt、ct确定鋸齿波频率；端5接地；端6为推 挽输出端，宥拉、灌电流的能力；端7为集成块工作电源电压端，可以工 作在840v;端8为内部供外用的基

30、准电压5v,带载能力50ma。3.1.1 uc3842的引脚及其功能rvnvfbcompiti211vet- _7 vok42（l.l isrnse 5图31 uc3842的引脚如图3 1 : 脚为内部误差放大器输出端，外接阻容元件可改善误差放大器的增益和频率特性； 脚为误差放大器的取样电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端 的2.5v基准电压进行比较，产生误差电压，而控制脉冲宽度； 脚为pwm比较器的另一输入端，当检测电压超过iv时停止脉冲输 出使电源处于间歇工作状态； 脚为定时电容ct端，内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数 决定，f=1.8/(rtxct); 脚为接地端。 脚为推挽输出

31、端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱 动能力为±1a; 脚为启动/工作电压输入端脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定 功能，芯片功耗为15mw。 脚为内部5v基准电压输出端，有50ma的负载能力。3.1.2 uc3842的内部结构uc3842为双列8脚单端输出的它激式幵关电源驱动集成电路，其 内部电路包括振荡器、误差放大器、电流取样比较器、pwm锁存电路、 5vc基准电源、欠压锁定电路、图腾柱输出电路输出电路等，见图 3-2。(1) 5v的基准电源:内部电源，经袞减得到2.5v作为误差比较器的比较 基准.该电源还可以提供外部5v/50ma.(2) 振荡器:产生波振荡.rt

32、接在4ret8脚之间，ct接4gnd5之间.频 率 f=1.8/ctrt,最大为 500khz.(3) 误差放大器：由vfb端输入的反馈电压和2.5v做比较，误差电 压comp用于调节脉冲宽度。comp端引出接外部rc m络，以改变增益和 频率特性.(4) 输出电路：图腾柱输出结构，电路1a，驱动mos管及双极型晶 体管。(5) 电流取样比较器：脚isense用于检测开关管电流，可以用电 阻或电流互感器釆样，当visense>1v时，关闭输出脉冲，使开关管关断。 这实际上是一个过流保护电路。(6) 欠压锁定电路vvlo：开通阈值16v,关闭阈值10v。具有滞回 特性。(7) pwm锁存电

33、路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期， 即所谓逐脉冲控制。另外，vcc与gnd之间的稳压管用于保护，防止器 件损坏。图腾柱输出电路lj(totempole):由于此结构画出的电路图有点像印第 安人的图腾柱，所以叫图腾柱式输出，也叫图腾式输出。输出极采用一个 上电阻接一个npn型晶体管的集电极，这个晶体管的发射极接下面管子的 集电极同时输出；下晶体管的发射极接地。两晶体管的基极分别接前级的 控制。就是上下两个输出晶体管，从直流角度看是串联，两晶体管联接处 为输出端。上晶体管导通下晶体管截止，输出高电平；下晶体管导通上晶 体管截止，输出低电平；上下两晶体管均截止，则输出为高阻态。在开关 电

34、源中，类似的电路常称为“半桥电路”。3.1.3 uc3842的使用特点(1) 采用单端图腾柱式pwm脉冲输出，输出驱动电流为±200ma,峰 值可达± 1 a。(2) 启动电压大于16 v,启动电流仅1 ma即可进入工作状态。处于 正常工作状态时，工作电压在1034 v之间，负载电流为15 ma。超出此 限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。(3) 内设5 v(50ma)基准电压源，经2 : 1分压后作为取样基准电压。(4) 输出电流为200 ma，峰值为1 a,既可驱动双极型三极管也可驱 动mosfet管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速rc电路

35、， 同时将内部振荡器的频率限制在40 khz以下。若驱动mosfet管，振荡 频率由外接rc电路设定，工作频率最高可达500 khz。(5) 内设过流保护输入(3脚)和误差放大输入(1脚)两个pwm控制端。 误差放大器输入构成主pwm控制系统，可使负载变动在30%100%时 输出负载调整率在8 %以下，负载变动在70%100%时负载调整率在3 % 以下。(6) 过流检测输入端可对每个脉冲进行控制，直接控制每个周期的脉 宽，使输出电压调整率达到0.01%/v。如果脚电压大于iv或脚电压 小于iv，pwm比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时 才重新置位。利用脚和脚的电平关系，在外电路

36、控制锁存器的开/闭， 使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开 关管不会误触发，提高了可靠性。(7) 内部振荡器的频率由脚外接电阻与脚外接电容设定。集成电 路内部基准电压通过脚引入外同步。脚和脚外接rt、ct构成定时 电路，ct的充电与放电过程构成一个振荡周期，其振荡频率可由下式近似得出:3.2 uc3842的典型应用电路3.2.1反激式开关电源反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合 的电感。工作过程是：幵关开通后，v处于断态，初级绕组的电流线性增 长，电感储能增加；幵关关断后，初级绕组的电流被切断，变压器中的磁 场能量通过次级绕组和v向输出端释放

37、。图3-3是反激式开关电源原理图，其中的控制芯片采用uc3842。电源的输出电压等级有三种：+5v、+12v、一 12v。该电路变换器是一个降 压型开关电路。由单管驱动隔离变压器tc主绕组n,电流，c2、r3可以提 供变压器原边泄放的通路。输出经整流、滤波送负载。芯片所用的电源 由r2从整流后电压提供提供。vcc同时也作为辅助反馈绕组沁的反馈电 压。反馈比较电路信号是从辅助绕组n3经过vh v2、c3、c4等整流滤波 后得到的ke分压提取的。c6、心构成信号的有源滤波。开关管电流被r1() 取样后，经r9、c7滤波，送芯片isense端，当反馈信号值超过阈值iv 时，确认过载，关断电源输出。芯

38、片输出部分由out端驱动单mosfet管，c8、v3对开关管有电压钳位作用r1图3-3 uc3842组成的反激式电源3.2.2 uc3842控制的同步整流电路图3-4为使用它激式驱动电路uc3842组成的5v / 10a开关稳压电 源。其基木技术参数如下：输入电压816v，输出电压5v，最大负载电 流10a,输出端脉冲纹波峰值80mv,输入电压、负载电流以及环境温度 在额定范围内变化时输出电压变动小于2 %,环境温度-10+70°c,变换 器频率120khz，在允许的输入电压范围内，负载电流最大时幵关电源的 平均效率95%。设驱动脉冲在tn期间，变换器开关管导通，向电感存储磁能。存储

39、能量正比于tn的脉冲宽度。在驱动脉冲tn截止后，经过设定的死区时间 td,脉冲间歇期的低电平输出通过控制电路，使续流二极管上并联的幵关 管导通。低内阻的mosfet管d s极并联接入续流二极管，使电路等效 内阻大幅度降低，储能电感能量释放电流增大，向负载放电。死区时间的 设定，是为了避免两只不同功能幵关管形成瞬间共态导通，造成供电电路 短路损坏幵关管。由于mosfet管无存储效应，可以将死区时间td设置 短一些，更利于在稳压电路的控制下大范围改变脉宽速度，以实现更大的 稳压范围。+ o 10v dc图3-4 基于同步整流技木的电源电路 uc3842釆用脉冲宽度调制方式稳定输岀电压，其各脚功能及

40、外围元器件作用如下： 脚为内部误差比较器的误差检测输出端，在集成电路内部控制脉宽 调制器。外电路接入r2作为负反馈电阻，以稳定增益。c8作为频率特性 校正，避免比较器产生自激。 脚为比较器正向输入端。稳压器输出5v电压，由r4、r,分压，正 常稳压状态为2.5v取样电压。比较器的反向输入端在集成电路内部，由 5v基准电压分压得到2.5v基准电压。 脚为高电平保护输入端，其输入电平保护阈值为iv。在iv以下， 可以控制输出驱动脉冲的脉宽，达到iv,则瞬间关断输出脉冲。在图4-12 中，由电流互感器乃对开关管vt2导通电流取样，经乂,整流，r5、r6分 压后，送入集成电路脚作为开关管过流保护。电容

41、器ch为高次谐波旁 路电容，以避免脉冲尖峰使保护电路误动作。 脚为内部振荡器的外接定时电路端子，5v基准电压通过电阻向电容 器c1g充电。设定振荡器的脉冲频率。该振荡器频率设定为120khzo 脚为共地端。 脚为pwm驱动脉冲输出端，用以驱动p-n沟道对管vtfl成的移 相驱动器。 脚为供电端，接入816v输入电压。该电路的同步整流器由vt,、vt2和vt3组成。开关管vt2ap沟道 fet管irf4905,其漏源极导通电阻为20md,关断时间80ns。开关管¥丁3为n沟道fet管irf3205，其导通电阻8mq,其漏一源 极并联接在续流二极管v2两端。v2为反压10v、最大电流30

42、a的肖特基 二极管，当负载电流最大时，其饱和压降在0.5v左右。vt3导通后，与 v2并联，将此电压降低到loomv,大大降低了幵关管的损耗。为了实现vt2、vt3的轮流导通，电路中由双场效应管vtjfl成驱动 脉冲相位分离电路。vt,内部由p沟道和n沟道fet对管组成。当ica6） 脚输出驱动脉冲为高电平时，vt,内部p沟道fet管截止，n沟道fet管 导通，vt2栅极通过r7、vtj7）脚和脚得到电压，vt2导通，输入电压 通过vt2源一漏极加到l2左端，由电源向l2存储磁能，同时向负载供电。 电流呈线性增长。当驱动脉冲达到截止点时，ci2充电电压最大。在vt2 导通的同时，vti导通，其

43、脚和脚将vt3栅源极短路，使vt3截止。 在“存储能量期间，vt2也反偏截止。在驱动脉冲的截止期，1<3冲）脚输出低电平，vt内部p沟道fet管导 通，将vt2的栅源极短路。此时vt的n沟道fet管截止。使vt2也截 止，12释放磁场能量，v2正偏导通，vt,脚漏极输出高电平经过r7，使 vt3导通，其漏源极低内阻并联在续流二极管v2两端，使12的释放电流 增大。此部分电路中，利用mosfet管的快速开关特性对vt2、乂丁3的导 通/截止进行控制，使vt2、vt3开关损耗进一步降低。由于l2在磁-电的 存储/释放过程中难免形成开关脉冲纹波，因此电路中滤波电容cl2为6 只100 uf的电

44、容并联，以有效地降低电解电容的分布电感，使其高次谐 波的滤波性能更好。3.2.3升压型开关电源由uc3842组成的它激式升压开关电源电路见图3-5。储能电感l5、开 关管vt7组成斩波式开关稳压器，uc3842构成开关控制电路。输入经负 温度系数电阻ntc、桥式整流器、电容c4,成为直流电压，正极经l5并 联接入vt7。当vt7导通时，输入整流电压经l5、vt7漏源极、r6完成 回路，输入整流电压全部加在l5两端，从而使电能变为磁能存储于l5。 当vt7截止时，l5产生的自感电势与输入整流电压串联连接，通过升压 二极管v6、电容c7向负载供电。vt7导通时间正比于l5存储能量，因 此，控制vt

45、7通断占空比，可以控制升压幅度。这种升压电路适合不同输在图3-5中，升压电路由uc3842为核心，构成它激式开关电路。为 了提高升压电路的可靠性，uc3842采用多路取样的控制方式形成保护电 路。uc3842在该开由uc3842组成的它激式升压幵关电源电路见图3-5。 储能电感l5、开关管vt7组成斩波式开关稳压器，uc3842构成开关控制 电路。输入经负温度系数电限ntc、桥式整流器、电容c4,成为直流电 压，正极经l5并联接入vt7。当vt7导通时，输入整流电压经l5、vt7 漏源极、r6完成回路，输入整流电压全部加在l5两端，从而使电能变 为磁能存储于l5。当vt7截止时，l5产生的自感

46、电势与输入整流电压串 联连接，通过升压二极管v6、电容c7向负载供电。vt7导通时间正比 于l5存储能量，因此，控制vt7通断占空比，可以控制升压幅度。这种 升压电路适合不同输入电压输入，取代了传统的交流输入110/220 v自动 切换电路。为了使振荡频率稳定，c12的充电电压取自uc3842脚内部的5 v基 准电压。如果电路故障使uc3842输出驱动脉冲占空比过大时，vt7导通 时间将变长，截止时间将缩短，其漏源极平均电流增大，致使过流取样电 阻r6、r7压降增大，此时uc3842脚电压升高，通过内部比较器控制 触发器，使驱动脉冲占空比减小。如果过流取样电压达到1 v左右，则自 动持续关断驱

47、动脉冲，避免输出电压超高损坏负载电路和幵关管。第4章利用uc3842设计小功率电源4.1电源设计指标小型电源输入、输出参数如下：输入电压：ac 110/220v；输入电压变动范围：90240v;输入频率：50/60hz；输出电压：12v；输出电流：2.5a。控制电路形式为它激式，采用uc3842为pwm控制电路。电源幵关 频率的选择决定了变换器的特性。幵关频率越高，变压器、电感器的体积 越小，电路的动态响应也越好。但随着频率的提高，诸如幵关损耗、门极 驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出，而且频率越高，对磁性材料 的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外高频下线路的寄生参数对线路的 影响程度难以

48、预料，整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较 网难。在木电源中，选定工作频率为85khz.。4.1.1元件的选择1变压器和输出电感的设计依据uc3842应用方式，选定定时电阻/?t=1.8kq,定时电容ct = 10pf。确定开关频率/=85khz,周期r=11.8ps。设计单端控制开关电源时，一般占空比£>最大不超过0.5,这里选择 £> = 0.5，则：ton=txd = 5.9(s)(4-1)根据电源规格、输出功率、开关频率选择pq26/25磁芯，磁芯截面积 1.13cm2，磁路有效长度l = 6.4cm,饱和磁通密度fis = 0.4t。取变压器

49、最大工作磁感应强度bmax = bs/3-0.133t,则电感系数a为：a = (0.4s/)xl0-6 =4a4(/h/n2)变压器原边线圈匝数为:(4-3)m="/xd)xs式中，ca最小直流输入电压。交流输入电压的最小值约为90v, = 90x2-121,得出=49.9匝，取50匝。原边线圈电感zaall.lonh)。副边线圈匝数为：nn 人 u(、+udr+ul)u(4-4)式中：整流二极管vdi上的压降；ul输出电感l上的压取t/df+f4 = 0.7v,代入式(6-4),得7v2=1o匝。副边线圈电感为：l2 = n!al=444"h(4-5)开关管断幵时，况两

50、端将会产生感应电动势，为了保证开关管正常工 作，将感应电动势限制到e=300v。反馈电线圈向uc3842提供j7=12v的 工作电压，按电容q上的电压j/c=16v计算，以保证有足够的供电电压 给 uc3842。由 7v3 = (t/c/em/vi 可得 = 2.67 匝，取 3 匝。变压器副边电流为矩形波，其有效值为：(4-6)；2 =1.77 a导线电流密度取4a/mm2,所需绕组导线截面积为1.77/4=0.44(mm2)。 同样可选择原边绕组导线，原边电流有效值为：(4-7)选用截面积为= = 0354/1 八1所需绕组导线截面积为0.354/4 = 0.0885mm2 ,0.0962

51、1mm2 的导线(oo.41mm)。取输出电感的电流变化量/vi = 0.2a)= 0.5a，则输出电感为:lu2-udf-uota'(4-8)式中：t/2副边线圈最小电压。计算得：= 25a(v)(4-9)取/df = 0.5v, l/0 = 3v,代入式(6-8)可得l=140(ih。根据输山电感 上的电流= 所需绕组导线截面和疲为2.5/4 = 0.625mm2，选择截面和 为 0.6362mm2 导线(<d0.96mm)。4.1.2电路结构的选择小功率幵关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，电源结构 简单，工作可靠，成木低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关

52、电流小，输出纹波小，更容易适应高频化。用电流型pwm控制芯片uc3842 构成的单端正激式开关稳压电源的主电路如图4-1所示。单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。 在图4-1中，幵关管vt导通时v,导通，副边线圈沁向负载供电，¥4截 止，反馈电线圈n3的电流为零；vt关断时v1截止，v4导通，n3经电容 c,滤波后向uc3842脚供电，同时原边线圈n,上产生的感应电动势使 v3导通并加在rc吸收回路。由于变压器中的磁场能量可通过n3泄放， 而不像一般的rcd磁通复位电路消耗在电阻上，达到减少发热，提高效 率的目的。图4-1单端正激式开关电源的主电路图4.2启

53、动电路图4-2输入220v交流电，经过cl、l、c2进行低通滤波滤波后 的交流电压经d1d4桥式整流以及电解电容cl、c2滤波后变成310v的脉动直流 电压，此电压经通过电阻r18分压给uc3842提供启动电压，当电压达到16v 时达到芯片的启动电压，uc3842幵始工作并提供驱动脉冲，uc3842的启 动电压大于16 v,启动电流仅1 ma即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在1034 v之间，负载电流为15 ma。超出此限制，开关4.3 pwm脉冲控制驱动电路图4一3 pwm脉冲控制驱动电路图4-3由分压电阻r18提供分得的电压接入uc3842的（vcc）管脚， uc3842启动

54、工作，由端（output）输出推动幵关管工作，输出信号为高 低电压脉冲。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。根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没 有能量输出。当脚输出的高电平脉冲结朿时，场效应管截止，根据楞次 定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副 边各路二极管导通，向外提供能量。同时反馈线圈向uc3842供电。uc3842 内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16v和10v，电源电压 接通之后，当7端电压升至16v时uc3842开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为15ma。由于输入电压的不稳定，或者一些其他

55、的外在因素，有时会导致电路 出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具 有一定的保护功能。如图4一3所示，如果由于某种原因，输出端短路而产 生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，r6两端的电压上升，其中r19 和c8组成滤波电路防止脉冲尖峰使电路误操作，uc3842的脚3上的电压 也上升。当该脚的电压超过正常值0.3v达到iv（即电流超过1. 5a）时， uc3842的pwm比较器输出高电平，使pwm锁存器复位，关闭输出。这 时，uc3842的脚无输出，mos管s1截止，从而保护了电路l8j。4.4直流输出与反馈电路(4-10)当开关管导通时，整流电压加在变压器初级绕组上

56、的电能变成磁能储 存在变压器中，开关管截止后，能量通过次级绕组释放到负载上。由公式:uo=(ton/ (ntofij) e可以得出，输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比；与初, 次级绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。l2反馈电路采用精密稳压器tl431和线性光耦pc81。利用tl431可调 式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调 整。如图4-4输出电压经r9, r11分压后得到的取样电压，与tl431中的 2.5 v带隙基准电压进行比较。当输出电压出现正误差，取样电压2.5 v， tl431的稳压值降低，光耦控制端电流增大，uc3842的反馈端（vfb）电压值 增大，输出端的脉冲信号占空比降低，开关管的导通时间减少，输出电压 降低；反之，如果输出电压出现负误差，uc3842的输出脉冲占空比增大， 输出电压增高，达到稳压目的。在对电压精度要求高的场合，会把电压反馈信号从补偿端（cmop）输入, 不用uc3842的内部放大器，因此反馈信号的传输缩短了一个放大器的传输 时间，使电源的动态响应更快。4.5总体电路图分析图4 一 5总体电路图木设计利用uc3842组成的pwm脉冲控制驱动电路，输出