基于UC3842的开关电源设计

1、洛阳理工学院毕业设计（论文）基于UC3842的开关电源设计摘 要论述了新型开关电源的产生和发展、结构和原理、特点以及开关电源的一些主要电器元件的工作原理和选用和电流控制型脉宽调制芯片UC3842的内部结构、管脚功能、特性和工作原理以及电流控制型脉宽调制芯片UC3842构成的开关电源的工作原理,分析了基于UC3842构成的它激式升压型开关电源和单端反击式开关电源,并对单端反激式开关电源电路系统启动电路、保护电路、输出整流滤波电路以及反馈电路四个部分进行了详细的分析,得出该开关稳压电源效率高、纹波小、输出电压稳定,性能优良, 具有频响快、电压调整率和负载调整率高的特点，是一种性能较好的开关稳压电源

2、，适合于仪器仪表的控制用电。关键词：开关稳压电源，UC3842，ACDC变换器Switching power supply design based on UC3842ABSTRACTDiscusses the emergence of new switching power supply and development, structure and principles, characteristics, and switching power supply some of the major electrical components of the working principles a

3、nd selection and current-controlled PWM chip UC3842's internal structure, pin function, features and working principle and PWM current control type switching power supply chip UC3842 constitute the working principle of its composition based on UC3842 excited boost switching power supply and sing

4、le-ended counter-switching power supply, and single-ended flyback switching power supply circuit system startup circuit, protection circuit, output rectifier filter circuit and feedback circuit of five parts of a detailed analysis, drawn to the high efficiency switching power supply, ripple, output

5、voltage stability, excellent performance, with fast frequency response, voltage regulation and load regulation characteristics of the high rate is a better performance of the switching power supply, control instrumentation for electricity.KEY WORDS: switching power supply，UC3842，AC/DC converter1目录前言

6、1第1章 开关电源介绍21.1开关电源的产生与发展21.2开关电源概述31.2.1开关电源的工作原理31.2.2开关电源的组成41.2.3开关电源的特点51.2.4开关电源的分类及控制方式51.3开关电源的主要技术指标8第2章 开关电源主要元器件92.1功率开关MOSFET92.2光电耦合器112.3稳压二极管132.4TL431精密稳压源14第3章 滤波电路及保护电路173.1电容滤波电路173.2电感滤波电路183.3 LC滤波电路193.4输出过电压保护193.5过电流保护21第4章 典型它激式开关电源224.1 UC3842介绍224.1.1 UC3842的原理与特点224.1.2 U

7、C3842各管脚功能244.1.3 UC3842的使用特点254.2反激式开关变换电路264.3 UC3842电压反馈电路的选用274.4 UC3842应用31结论35谢 辞36参考文献37附 录38外文资料翻译39前言电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，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、电力检测设备电源、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。新型开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换，经过变换的电能可以满足各种用电要求。由于其高效，节能所带来的巨大

8、经济效益，从而得到了迅速的发展。现今，新型开关电源技术主要向小型化、高频化、集成化、模块化、数字化及绿色化方向发展。其中，自激式开关电源是目前广泛使用的基本电源之一，它是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，它的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。然而，自激式开关电源电路中的开关管既是振荡管又是开关元件，这两种功能相互影响牵制，成为制约自激式开关电源性能提高的主要因素。而它激式开关电源有独立的振荡器、激励级、脉宽调制器、供电保护系统等，因此其电路较自激式更

9、复杂的多。其开关管导通和截止所需要的基极开关脉冲由外振荡器供给，而脉宽调制在专设的振荡级进行。目前大多数它激式开关电源都用集成化驱动器，将误差放大器、脉宽调制器、振荡器以及过电压、过电流保护集成在一体。现已开发出了一系列功能完善、外电路也极简单的驱动器，使它激式开关电源有了极大的发展，我们通过研究和分析由UC3842控制的开关电源电路来更好更深的了解它激式开关电源。 第1章 开关电源介绍1.1开关电源的产生与发展电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进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、电力检测设备电源、控制设

10、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。开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻

11、、效率高的隔离式开关电源。隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的

12、设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高150200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。在70年代后期，功率在100W以上的开关电源是有竞争力的。到1980年，功率在50W以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W以上，就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源

13、在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显著。当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。 1.2开关电源概述 1.2.1开关电源的工作原理开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的不稳定直流电压经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可以得到稳定的直流输出电压。（a）原理图 （b）波形图图1-1 开关电源的工作原理图为了分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下： （1

14、-1）式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。开关电源直流输出电压U0与输入电压之间有如下关系： （1-2）由公式（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TON，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TON来实现占空比调节的稳压方式叫脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，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。若保持不变，利用改变开关频率 f=1T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压稳定的方法，称作脉冲频率调制（PFM）。由于该方式的开关频率不固定，因此输出

15、滤波电路的设计不容易实现最优化，既改变TON，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称作脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用1。1.2.2 开关电源的组成开关电源的基本组成如图1-2所示。其中DCDC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；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、PFM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，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值

16、的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。图 1-2 开关电源工作组成图DCDC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。开关电源与线性电源相比，其输入的瞬态变换比较多地表现在输出端，在提高开关频率的同时，由于比较放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也得到改善。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。1.2.3 开关电源的特点开关电源具有如下特点：（1）效率高：开关电源的功率开

17、关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在百分之八十到百分之九十之间，高的可达到百分之九十以上。（2）重量轻：由于开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15，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90270V内变化时，输出电压的变化子啊20%以下。合理设计开关电源电路，还可以使稳压范围变宽，并保证开关电源的高效率。（4）安全可靠：在开关电源中，由于可以方便的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：由于开关电源的工作效率高，一般在20kHz以上，因此

18、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，因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。1.2.4 开关电源的分类及控制方式1按开关电源的触发方式分类（1）自激式开关电源自激式开关电源利用电源电路中的开关晶体管和高频脉冲变压器构成反馈环路，来完成自激振荡，使开关电源输出直流电压。在显示设备的PWM式开关电源中，自激振荡频率同步于行频脉冲，即使在行扫描电路发生故障时，电源电路仍能维持自激振荡而有直流输出电压。（2）它激式开关电源它激式开关电源必须有一个振荡器，用以产生开关脉冲

19、来控制开关管，使开关电源工作，输出直流电压。2按其他方式分类 开关电源按功率开关管的连接方式，可分为单端正激开关电源、单端反激开关电源、半桥开关电源和全桥开关电源；按功率开关管与电源供电、储能电感、稳压电压的输出方式，可分为串联开关电源和并联开关电源。 3.下面着重介绍其控制方式（1）脉冲宽度调制方式脉冲宽度调制方式简称脉宽调制（Pules Width Modulation，缩写为PWM）。其特点是固定开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比。其缺点是受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能做宽范围有效调节。目前集成开关电源大多采用PWM方式。如图13（a）（2）脉冲频率调制方式脉冲频率调

20、制方式简称脉频调制(Pules Frenqency Modulation，缩写为PFM)。它是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比的。PWM方式和PFM方式的调制波形分别如图13（a）、（b）所示，tp表示脉冲宽度（即功率开关管的导通时间TON，T代表周期)。从中很容易看出两者的区别。无论是改变tp还是T，最终调节的都是脉冲占空比（tp /T），输出电压和占空比成正比。如图13（b）(a) (b)图1-3 开关电源调制波形（3）混合调制方式混合调制方式是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PWM和PFM混合方式。由于tp和T均可单独调节，因此占空比调节范围最宽，适合

21、制作供实验室使用的输出电压可宽范围调节的开关电源。4. 电源控制方式的应用下面介绍一种开关式稳压电路实例脉宽调制型开关电源电路如图1-4所示。该电路也是用闭合的反馈环路来实现自动调节的。除了有检测比较放大部分外，还必须把差动放大器的输出电压量，转换成脉冲宽度的脉宽调节器和一个产生固定频率的振荡源， 以作为时间振荡器装置。由于输入电源向负载提供能量不像串联线性稳压电源那样连续，而是断续的，为使负载能得到连续的能量供给，开关型稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时能将能量储存起来，在开关断开时向负载释放能量。这需要用由电感L、电容C组成的滤波器。二极管D用以使负载电流继续流通，所以称为续流二极

22、管。图1-4 脉宽调制型开关电源脉宽调制器产生一串矩形脉冲，当脉冲是低电平时，V2截止，则V1基极得到全部的IS值而饱和导通，这时续流二极管D因反偏而截止，使A点电压VA达到输入电压Vi值，于是对电感L和电容C进行充电，同时给负载提供能量输出，电感L在V1接通的时间TON内储存能量，电感中的电流IL在TON时间内是线性增加的。当脉冲使V2饱和导通时，开关管V1截止，电感中流过电流通过二极管D续流，电感电压极性倒转；电感中储存的能量释放时，电感中电流IL线性减小。适当选择L和C值，在V1关断时间TOFF内保证负载电流的连续性。1.3开关电源的主要技术指标开关电源有以下技术指标：（1）输入电压变化

23、范围：当稳压电源的输入电压发生变化时，使输出电压保持不变的输入电压变化范围。这个范围越宽，表示电源适应外界电压变化的能力越强，电源使用范围就越宽。它和电源的误差放大、反馈调节电路的增益以及占空比调节范围有关。目前开关电源的输入电压变化范围已做到90270V，可以省去许多电器中的110V/220V转换开关。（2）输出电阻：输出电压的变化量与输出电流的变化量的比值。这个比值越小，表示电源输出电压随负载电流的变化越小，稳压性能越好。（3）效率：电源输出功率与输入功率的比值。这个比值越高，开关电源的体积越小，同时可靠性也越高。目前开关电源的效率可达到90%以上。（4）输出波纹电压：由于开关电源的稳压过

24、程是一个不断反馈调节的过程，因此在输出的直流电压上会出现一个叠加的波动的纹波电压，即输出纹波电压。这个电压值越小，表示电源的输出性能越好。这个参数的表示有两种方法：一是输出纹波电压有效值；二是输出纹波电压峰峰值。（5）输出电压调节范围：由于电源的输出电压只和基准电压与输出取样电路的元器件参数有关，因此，输出电压调节范围反映在线性电源上是稳压调整管集电极电流的变化范围，反映在开关电源上是开关调整管脉冲占空比D的变化范围。（6）输出电压稳定性：输出电压随负载变化而变化的特性，这个变化是越小越好。它主要和反馈调节回路的增益及频响特性有关。反馈调节回路增益越高，输出电压的稳定性就越好。（7）输出功率：

25、电源能输出给负载的最大功率，它和负载功率有关。为了保障电源安全，要求输出功率有20%50%的裕量。第2章 开关电源主要元器件2.1功率开关MOSFETMOSFET分P沟道耗尽型、P沟道增强型、N沟道耗尽型和N沟道增强型4种类型。增强型MOSFET具有应用方便的“常闭”特性（即驱动信号为零时，输出电流为零）。在开关电源中，用作开关功率的MOSFET几乎全部是N沟道增强型器件。这是因为MOSFET是一种依靠多数载流子工作的单极型器件，不存在二次击穿和少数载流子的储存时间问题，所以具有较大的安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。MOSFET在大功率开关电源中用作开关，比双极型功率晶体管具有

26、明显的优势。所有类型的有源功率因数校正器都是为驱动功率MOSFET而设计的，所以说，用作开关的MOSFET是任何双极型功率晶体管所不能替代的。1.MOSFET的结构和工作原理MOSFET也是多元集成结构，一个器件由许多个小MOSFET元组成。每个元的形状和排列方法，不同生产厂家采用了不同的设计，因而对其产品取了不同的名称。但是，不管名称怎么样，垂直导电的基本思想没有改变。图21（a）给出了N沟道增强型MOSFET中的一个单元的截面图。MOSFET的电气图形符号如图21（b）所示。 N沟道 P沟道(a) N沟道内部结构断面示意图 (b) 电气图形符号图2-1 MOSFET内部结构图和电气符号当漏

27、极接电源正端，源极接电源负端，栅极和源极间电压为零时，P基区与N漂移区之间形成的PN结反偏，漏源极之间没有电流流过。如果在栅极和源极之间加一正电压，由于栅极是绝缘的，所以并不会有栅极电流流过。但栅极的正电压却会将其下面的P区中的空穴推开，而将P区中的少子电子吸引到栅极下面的P区表面。当大于某一电压值时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P型半导体反型而成N型半导体，形成反型层，该反型层形成N沟道而使PN结消失，漏极和源极导电。电压成为开启电压（或阈值电压），超过越多，导电能力越强，漏极电流越大。2.MOSFET的主要参数（1）漏极电压：这是标称MOSFET电压定额的参数。（2）漏极

28、直流电流和漏极脉冲电流幅值：这是标称MOSFET电流定额的参数。（3）栅极电压：栅源之间的绝缘层很薄，>20V将导致绝缘层击穿。（4）极间电容：MOSFET三个电极之间分别存在极间电容、和。一般生产厂家提供的是漏极短路时的输入电容、共源极输出电容和反向转移电容。他们之间的关系是 （2-1） （2-2） （2-3）漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了MOSFET的安全工作区。一般来说，MOSFET不存在二次击穿问题，这是它的一大优点。在实际使用中，仍应注意留适当的裕量。3.MOSFET的主要特点MOSFET是一种依靠多数载流子工作的典型场控制器件。由于它没有少数载流子的存储效

29、应，所以它适用于100200MHz的高频场合，从而可以采用小型化和超小型化的磁性元件和电容器。MOSFET具有负的电流温度系数，可以避免热不稳定性和二次击穿，适合在大功率和大电流条件下应用。MOSFET从驱动模式上来分，属于电压控制器件，驱动电路设计比较简单，驱动功率甚微，在启动或稳定工作条件下的峰值电流要比采用双极型功率晶体管小的多。MOSFET中大多数集成有阻尼二极管，而双极型功率晶体管中大多数没有内装阻尼二极管。MOSFET对系统的可靠性与安全性的影响并不像双极型晶体管那样重要。MOSFET的主要缺点是导通电阻（）较大，而且具有正温度系数，用在大电流开关状态时，导通损耗较大，开启门限电压

30、较高（一般为24V）,要求驱动变压器绕组的匝数比采用双极型晶体管多1倍以上。4. MOSFET的驱动电路MOSFET的驱动电路如图2-2和图2-3所示。图22 加速VT关断驱动电路 图23 功率驱动电路在图2-2中，为脉冲变压器次级驱动绕组，R是MOSFET的栅极限流电阻。齐纳二极管、反向串接在一起，用于对VT的栅漏极进行钳位，防止驱动电压过高而使VT击穿。R的阻值一般为60200。尽管MOSFET的输入阻抗很高，但仍会产生充电电流。R值小，则开关速度高，只要栅极的驱动电压一撤销，就会立刻截止。图2-3所示是加速漏极电流跌落时间、有利于零功率控制的电路。当MOSFET得栅极驱动电压突然降到门限

31、电压时，MOSFET由导通突然变截止，三极管BC557加速了的跌落，为MOSFET起到加速作用。2.2 光电耦合器1. 光电耦合器工作原理光电耦合器也叫光电隔离器，简称光耦。它是一种以红外光进行信号传递的器件，由两部分组成：一是发光体，实际上是一只发光二极管，受输入电流的控制，发出不同强度的红外光；另一部分是受光器，受光器接受光照以后，产生光电流并从输出端输出。它的光电反应也是随着光的强弱改变而变化的。这就实现了“电光电”功率转换，也就是隔离信号传递。光电耦合器的主要优点是单向信号传输，输入端和输出端完全实现了隔离，不受其它任何电气干扰和电磁干扰，具有很强的抗干扰能力。因为它是一种发光体，而且

32、用低电平的电源供电，所以它的使用寿命长，传输效率高，而且体积小，可广泛用于级间耦合、信号传输、电气隔离、电路开关以及电平转换等。在仪器仪表、通信设施及各种电路接口中都应用到了光电耦合器。在开关电源电路中利用光电耦合器构成反馈回路，通过光电耦合器来调整、控制输出电压，达到稳定输出电压的目的；通过光电耦合器进行脉冲转换。2. 光电耦合器的分类光电耦合器有多种，根据不同的用途，可选用不同类型的光电耦合器。光电耦合器有双排直插式、管式、光导纤维式等多种封装，其型号有无基极引线通用型、有基极引线通用型、达林顿型、光电集成电路型、光敏晶闸型等。3. 光电耦合器的主要参数光电耦合器的主要参数有：电流传输比C

33、TR（100%）、绝缘电压 （1550V）、暗电流（为50 ）、最大正向正电流(60mA)、反向击穿电压(30V)、饱和压降（0.3V)。在这些参数里，前两个参数比较重要，设计电路时也要考虑和。4. 光电耦合器的检测根据光电耦合器的结构和内部电路，可用万用表的R1K挡测量发光二极管的正、反向电阻，其中正向电阻为2k左右，反向电阻为无穷大；接收管CE极的电阻为无穷大。绝缘电阻可用2500V的ZC115型兆欧表进行测量，若测得的绝缘电阻大于，证明质量很好。 NEC2501的管脚排列如图2-4所示。靠近黑圆点的是第一脚，它是发光二极管的正极，然后按反时针数各个脚位。电流传输比（CTR）是观点耦合器的

34、主要参数，在接收管的输出保持不变时，它的输出电流与输入电流之比就是传输比，。如PC817的传输比为80%160%，4N30为100%5000%。可见，4N30只需要较小的输入电流，就可以输出变换为较大的电流，具有放大作用，因此选择合适的电压或电流传输信号而且呈线性关系是很重要的3。 图2-4 NEC2501光电耦合器2.3稳压二极管稳压二极管又叫齐纳二极管，具有单向导电性，它工作在电压反向击穿状态。当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极管两端的电压恒定，这就叫做稳定。它在电子电路中用作过压保护、电平转换，也可用来提供基准电压。1. 稳压二极管的分类稳压二极管分低压和高压两种。

35、稳压值低于40V的叫做低压稳压二极管；高于200V的叫做高压稳压二极管。现在市面上从2.4V到200V，各种型号规格齐全。稳压管的直径一般只有2mm，长度为4mm。它的稳压性能好，体积小，价格便宜。稳压二极管从材料上分为N型和P型两种。选用稳压二极管的原则是：第一，注意稳定电压的标称值；第二，注意电压的温度系数。2. 稳压二极管的用途稳压二极管具有以下作用：第一，对漏极和源极进行钳位保护，如图2-5（a）所示；第二，起到加速开关管导通的作用，如图2-5（b）所示；第三，在开关电源中常用高压稳压二极管代替瞬态电压抑制器TVS对初级回路产生的尖峰电压进行钳位；第四，在晶体管反馈回路中，常常在晶体管

36、的发射极串联一只稳压管作电压负反馈，提高放大电路的稳定性2。图2-5 稳压二极管的作用2.4 TL431精密稳压源TL431是由美国德州仪器公司和摩托罗拉公司联合生产的，为 2.5036V可调式精密并联稳压源，广泛用于开关电源、电子仪器和各种检测仪表中。在电子电路中，TL431可以用来设计延时电路、电压比较器、精密恒流源、大电流稳压源等；在开关电源中，可构成外部误差放大器，再与光电耦合器组成隔离式反馈电路，使电源电压稳定输出。1. TL431的性能特点TL431共有以下几种型号：TL431C、TL431AC、TL431I、TL431M、TL431Y。它们的内部结构一样，只是技术指标优点差异，其

37、特点是：（1）动态阻抗低，典型值为0.2；输出噪声低。（2）阴极工作电压范围是2.5036V，极限值为37V；阴极工作电流 =1100mA，极限值为150mA；额定功率为1W， 25时，则按 8.0mW的规律递减。2. TL431的工作原理TL431的基本电路接线如图2-6所示。它相当于一只可调节的齐纳稳压二极管，输出电压由外部的、来设定，。是限流电阻，是常态下的基准稳压端（电压为2.5V）。图2-7所示是TL431的等效电路，它主要由误差放大器A、外接电阻分压器上所得到的取样电压、2.50V基准稳压源、NPN型晶体管VT（用以调节负载电流）和保护二极管VD（防止A、K间极性接反，起保护作用）

38、组成。TL431的工作原理是这样的：当输出电压上升时，取样电压也随之上升，使取样电压大于基准电压，致使晶体管VT导通，其集电极电位下降，即输出电压下降。图2-6 TL431的基准电路接线图 图2-7 TL431的等效电路图3. TL431的应用（1）TL431能实现可调的输出电压如图2-8所示，将三端稳压器L7805接在TL431的阴极上，调节来改变输出电压。输出电压的大小仍用上述公式计算，最低输出电压,最高输出电压是L7805的输出电压的最大值35V加上，所以.图2-8 可调输出电路（2）可以做成输出电压为5V、电流为1.5A的精密稳压源如图2-9所示，将TL431接在三端稳压器LM317的

39、调整端与地之间。LM317的静态工作电流只有50，小于1mA，无法为TL431提供正常的阴极电流。在电路中加入后，输出电压经向TL431的阴极提供电流，保证TL431正常工作。图2-10所示是大电流并联稳压电路。 图2-9 大电流稳压电路 图2-10 大电流并联稳压电路4. TL431的检测方法利用万用表的电阻挡可以检测TL431质量的好坏。从等效电路图知道，TL431实际上是一只二极管，因此A、K之间呈现出单向导电的特性。选用R1K档，黑表笔接K极，红表笔接A极，这时测量出的电阻为无穷大；调换表笔后测出的电阻为5k左右。再用黑表笔接极，红表笔接K极，这时显示电阻为7.5 k. 15洛阳理工学

40、院毕业设计（论文）第3章 滤波电路及保护电路3.1电容滤波电路最简单的电容滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器，如图3-1（a）所示。 (a) (b) (c)图3-1 电容滤波电路当负载开路（RL=）时，设电容无能量储存，输出电压从0开始增大，电容器开始充电。一般充电速度很快，vO=vC可达到v2的最大值。 （3-1）此后，由于v2下降，二极管处于反向偏置而截止， 电容无放电回路。所以保持在的数值上，其波形如图3-1(b)所示。当接入负载后，前半部分和负载开路时相同，当v2从最大值下降时，电容通过负载RL放电，放电的时间常数为 (3-2)在较大时，的值比充电时的时间常数大。按指数规律下

41、降，如图3-1（c）所示的AB段。当的值再增大后，电容再继续充电，同时也向负载提供电流。电容上的电压仍会很快地上升。这样不断地进行，在负载上得到的直流电压波形要比无滤波电路时平滑的直流电。在实际应用中，为了保证输出电压的平滑，使脉动成分减小，电容器C的容量选择应满足： (33)其中T为交流电的周期。在单相桥式整流、电容滤波时的直流电压输出一般为 (34)电容滤波电路的特点是电路简单，可以减小输出电压的波动。缺点是启动时有冲击电流，负载电流不能过大（即RL不能太小），否则会影响滤波效果。所以电容滤波适用于负载变动不大、电流较小的场合。另外，由于输出直流电压较高，整流二极管截止时间长，导通角小，故

42、整流二极管冲击电流较大，所以在选择管子时要注意选整流电流I较大的二极管。 3.2电感滤波电路利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。在整流电路和负载RL之间，串联一个电感L就构成了一个简单的电感滤波电路，如图3-2所示。图3-2 电感滤波电路根据电感的特点，在整流后电压的变化引起负载的电流改变时，电感L上将感应出一个与整流输出电压变化相反的反电动势，两者的叠加使得负载上的电压比较平缓，输出电流基本保持不变。对抑制电流波动效果非常明显。电感滤波电路中，RL愈小，则负载电流愈大，电感滤波效果越好。在电感滤波电路中，输出的直流电压一般为；二极管承受的反向峰值电压仍为。3.3 LC滤波电路采用单一的

43、电容或电感滤波时，电路虽然简单，但滤波效果欠佳，大多数场合对滤波效果的要求都很高，即要求电压要稳定，电流也要稳定。为了达到这一目的，人们将前两种滤波电路结合起来，构成了一种新的滤波电路LC滤波电路。LC滤波电路最简单的形式如图3-3所示。图3-3 LC滤波电路与电容滤波电路比较，LC滤波电路的优点是：外特性比较好，输出电压对负载影响小， 电感元件限制了电流的脉动峰值，减小了对整流二极管的冲击。它主要适用于电流较大， 要求电压脉动较小的场合。LC滤波电路的直流输出电压和电感滤波电路一样，为 （35）3.4输出过电压保护1.过电压的产生电力电子变换系统中可能发生的过电压由外因过电压和内因过电压两类

44、：（一）外因过电压：1 雷击过电压；2 操作过电压。（二）内因过电压：1 二极管反向恢复过电压 ；2 开关管关断过电压。2.输出过电压保护输出过电压保护在开关稳压电源中是至关重要的。特别对输出为5V的开关稳压器来说,它的负载是大量的高集成度的逻辑器件。如果在工作时,开关稳压器的开关三极管突然损坏,输出电位就可能立即升高到输入未稳压直流电源的电压值,瞬时造成很大的损失。常用的方法是晶闸管短路保护。最简单的过电压保护电路如图3-4所示。图3-4简单的输出过电压保护 当输出电压过高时,稳压管被击穿,触发晶闸管导通,把输出端短路,造成过电流，通过保险丝或电路保护器将输入切断,保护了负载。这种电路的响应

45、时间相当于晶闸管的开通时间，约为 510s。它的缺点是动作电压是固定的，温度系数大，动作点不稳定。另外，稳压管存在着参数的离散性，型号相同但过电压起动值却各不相同，给调试带来了困难。图3-5是改进后的电路。其中R和R是取样电路，V是基准电压。图3-5输出过电压保护 输出电压Esc突然升高，晶体管V、V导通，晶闸管就导通。基准电压V由式来确定，U为V的发射结（BE）电压降。本电路的动作电压可变，并且动作点相当稳定。当稳压管为7V时，其温度系数和晶体管V的发射结（BE）电压的温度系数可以抵消，能使温度系数降得很低。但是对于输出为55.5V的直流开关稳压器来说，其常用的动作电压是5.56V。那么稳压

46、管电压必在3.5V以下，此电压附近的稳压管的温度变化系数是2030mV/。因此,温度变化大的场合保护电路还会发生误动作。采用集成电路电压比较器来检测开关稳压器的输出电压，是目前较为常用的方法，利用比较器的输出状态的改变跟相应的逻辑电路配合，构成过电压保护电路，这种电路既灵敏又稳定。3.5 过电流保护当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过稳压器中开关三极管的电流过大，使管子功耗增大,发热,若没有过流保护装置,大功率开关三极管就有可能损坏。故而在开关稳压器中过电流保护是常用的。最经济简便的方法是用保险丝。由于晶体管的热容量小,普通保险丝一般不能起到保护作用,常用的是快速熔断保

47、险丝。这种方法具有保护容易的优点，但是,需要根据具体开关三极管的安全工作区要求来选择保险丝的规格。这种过流保护措施的缺点是带来经常更换保险丝的不便。 在线性稳压器中常用的限流保护和电流截止保护在开关稳压器中均能应用。但是, 根据开关稳压器的特点,这种保护电路的输出不能直接控制开关三极管,而必须使过电流保护的输出转换为脉冲指令,去控制调制器以保护开关三极管。为了实现过电流保护一般均需要用取样电阻串联在电路中,这会影响电源的效率,因此多用于小功率开关稳压器的场合。在大功率的开关稳压电源中,考虑到功耗，应尽量避免取样电阻的接入。因此,通常将过电流保护转换为过、欠电压保护5。20第4章 典型它激式开关

48、电源4.1 UC3842介绍自激式开关电源电路中的开关管既是振荡管又是开关元件，这两种功能相互影响牵制，成为制约自激式开关电源性能提高的主要因素。它激式开关电源的开关管本身和脉冲变压器不属振荡器组成部分，开关管导通和截止所需要的基极开关脉冲由外振荡器供给，而脉宽调制在专设的振荡级进行。由于它激式稳压器振荡级和脉宽调制级都是独立的，因此开关管的激励状态与输入电压无关，不仅其工作极为稳定，而且稳压范围也更宽。此外，它激式开关电源损坏极小，输出功率较大。它激式开关电源有独立的振荡器、激励级、脉宽调制器、供电保护系统等，因此其电路较自激式更复杂的多。目前大多数它激式开关电源都用集成化驱动器，将误差放大

49、器、脉宽调制器、振荡器以及过电压、过电流保护集成在一体。现已开发出了一系列功能完善、外电路也极简单的驱动器，使它激式开关电源有了极大的发展。目前中小功率的负载也采用它激式开关电源，不仅其电路结构比自激式简单的多，且性能也远超过自激式。与同类型开关电源相比，它激式方式可以大幅度的提高开关电源的效率和稳压性能。4.1.1 UC3842的原理与特点UC3842是一种高性能固定频率电流型控制器，包含误差放大器、PWM比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元，UC3842 是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。该电路主

50、要特点有：（1）内含欠电压锁定电路（2）低起动电流（典型值为0.12mA）（3）稳定的内部基准电压源（4）大电流推挽输出（驱动电流达1A）（5）工作频率可到500kHz（6）自动负反馈补偿电路（7）双脉冲抑制（8）较强的负载响应特性UC3842 内部工作原理简介: 图4-1 UC3842 内部原理框图 （1）5V基准电源：内部电源，经衰减得到2.5V作为误差比较器的比较基准。该电源还可以提供外部5V50mA.（2）振荡器：产生方波振荡。接在、REF脚之间，接在、GND之间。频率，最大为500kHz。（3）误差放大器：由端输入的反馈电压和2.5V做比较，误差电压CO

51、MP用于调节脉冲宽度。COMP端引出接外部RC网络，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管及双极型晶闸管。（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采样，当>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：开通阈值16V，关闭阈值10V。具有滞回特性。（7）PWM所存电路：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，与GND之间的稳压管用于保护、防止器件损坏。（8）图腾柱输出电路（Totem Pole）：由于此结构画出的电路图有点像印第安人得图腾柱，所以叫图

52、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。在开关电源中，类似的电路常称为“半桥电路”。4.1.2 UC3842各管脚功能1脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。2脚FEED BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同向

53、输入端的基准电压(一般为+2.5V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。3脚 ISENSE是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3842就停止输出，有效地保护了功率开关管。4脚RT/CT是定时端.锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端。5脚GND是接地。6脚OUT是输出端，此脚为图滕柱式输出，驱动能力是±lA。这种图腾柱结构对被驱动的功率管的关断有利，因为当三极管VTl截止时，VT2导通，为功率管关断时提

54、供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速功率管的关断。7脚Vcc是电源。当供电电压低于 16V时，UC3824不工作，此时耗电在1mA以下。输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入电压可在+10+30V之间波动，低于+10V停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。8脚VREF是基准电压输出，可输出精确的+5V基准电压，电流可达50mA。UC3842的电压调整率可达0.01%，工作频率为500kHz，启动电流小于1mA，输入电压为1030V，基准电压为4.95.1V，工作温度070，输出电流为1A。4.1.3 UC3842的使用特点（1）采用单端图腾柱式PWM

55、脉冲输出，输出驱动电流为200m A，峰值可达1A。（2）启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在1034V之间，负载电流为15mA。超过此限制，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5V（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200mA，峰值为1A，即可驱动双极型三极管也可驱动MOSEFET管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速RC电路，同时将内部振荡器的频率限制在40kHz以下。若驱动MOSEFET管，振荡频率由外接RC电路设定，见式（4-1），工作频率最高可达500kHz.（5）内设过流保护输入（脚）和误差放输入（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，