开关稳压电源的设计-毕业设计(完整版)实用资料

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开关稳压电源的设计-毕业设计（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）摘要稳压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,对电源产业提出个更多、更高的要求,如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者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。本文在介绍了开关电源的各种工作方式、其优劣势、设计方法及未来发展方向等的基础上,对开关稳压电源进行设计。设计分为三个模块进行,分别为辅助电源模块、PWM控制模块、升压电路部分,其中PWM控制电路为电源设计的核心。确定电路设计方案后,使用Multisim10对电路进行仿真,并对电路的参数进行配比,尽量使电路的参数达到最佳、使输出电压趋于稳定,从而达到设计要求。关键词:开关电源,稳压,脉宽调制,功率ABSTRACATPoweristoachievepowerconversionandpowertransmissionmajorequipment.Intheinformationage,agriculture,energy,transportation,communicationsandotherareasPowerofthesourceindustrymakeagreaterandhigherrequirements,suchasenergy,materials,weightreduction,environmentalprotection,safetyandreliability.Thishasforcedthepowerworkershavebeenexploringthetechnologyforavarietyofruralcustoms,thepowertomakethebestproductstomeettherequirementsofallwalksoflife.Switchingpowersupplyisanewtypeofpowersupply,comparedtotraditionallinearpowersupply,hightechnology,lowenergyconsumption,easytouse,andhasachievedgoodeconomicresults.Thispaperdescribesthevariousswitchingpowersupplyworks,itsadvantagesanddisadvantages,designanddirectionoffuturedevelopment,basedonthedesignoftheswitchingpowersupply.Designisdividedintothreemodules,namely,auxiliarypowermodule,PWMcontrolmodule,boostcircuitpart,whichPWMcontrolcircuitforthepowersupplydesignofthecore.Determinethecircuitdesign,theuseofMultisim10simulatethecircuit,andtheratioofthecircuitparameters,circuitparametersasfaraspossibletoachievethebest,tostabilizetheoutputvoltagetoachievethedesignrequirements.KEYWORDS:SwitchingPowerSupply,,PWM,power,目录5.2电路测试................................................................................................385.3仿真结果.............................................................................................405.4设计问题及解决方法......................................................................42总结............................................................43参考资料..........................................................44致谢............................................................45第一章开关电源简介1.1开关电源的发展背景电源[powersupply;powersource]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了产生电流而把正负电荷释放出去,当电荷散尽时,也就电荷流(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电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看作是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。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。1.2开关电源的基本原理与组成特点开关式稳压电源的控制方式分为调宽式和调频式两种,实际应用中,调宽式使用的较多,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型。调宽式开关稳压电源的基本原理如图1-1所示。图1-1.调宽式开关电源的基本原理对于单极性矩形脉冲来说,其直流平均电压U0取决于矩形脉冲的宽度,脉冲越宽,其直流平均电压值就越高。其中有:U0=UmT1/T式中,Um为矩形脉冲的最大电压值;T为矩形脉冲周期,T1为矩形脉冲宽度。由此可知,当Um与T不变时,直流平均电压U0将与脉冲宽度T1成正比。这样,只要设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄,就可以达到稳定电压的目的。开关稳压电源(简称开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源。开关电源一般多采用脉冲宽度调制(PWM控制方式。随着电力电子技术的发展和创新,开关电源逐步向高频化方向发展。高频化使开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点,因此,研究、开发高质量的开关电源就变得十分必要,尤其在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关稳压电源具有,效率高,输出功率大,输入电压变化范围宽,节约能耗等优点,而被广泛使用在各个行业和领域中。开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压,通常有三种调制方式: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,通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式,因为周期恒定,滤波电路的设计容易,是应用最普遍的调制方式。开关稳压电源的主回路框图如图1-2所示,由隔离变压器产生一个18V的交流,经过整流滤波成一个直流,然后再进行DC-DC变换,有PWM的驱动电路,去控制开关电源管的导通和截止,而产生出一个稳定的电压源,如图1-2。图1-2.开关电源具有如下特点:(1效率高。开关电源的功率开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90~270V内变化时,输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路,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。在开关电源中,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。由于开关电源的工作频率高,一般在20kHz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,因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。1.3开关稳压电源的发展(1发展史1955年美国的科学家罗耶(G.H.Royer首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断地被研制和涌现出来。从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转式和机械振子式换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备上。由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作耐压较高、开关速度较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入,并且转换的速度也能太高。60年代末,由于微电子技术的快速发展,高反压的晶体管出现了。从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入,不再需要有工频变压器了。从而极大地扩大了它的应用范围,并且在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关稳压电源。省掉了工频变压器,又使开关稳压电源的体积和重量大为减小。开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后,于这种技术有关的高频、高反压的功率晶体管,高频电容,开关二极管,开关变压器铁心等元器件也不断地被研制和生产出来,使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速发展,并且被广泛应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域中,从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源中的佼佼者。(2目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子的高速发展、集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现,使得电子设备的体积在不断的缩小,重量在不断的减轻。所有从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分理想,他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途径来取代开关变压器,使之能够满足电子仪器和设备为小型化的需要。这是从事开关稳压电源研制的科技人员目前正在克服的第一个困难。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的,并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后,才能使之有一组输入得到极性、大小各不相同得多组输出。要进一步提高开关稳压电源的效率,就必须提高电源的工作频率。但是,当频率提高以后,对整个电路中的元件又有了新的要求。例如,高频电容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件,是从事开关稳压电源研制的科技人员要解决的问题。工作在线性状态的稳压电源,具有稳压和滤波的双重作用因而串联闲心稳压电源不产生开关干扰,且波纹电压输出较小。但是,在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态,其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网,影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着爱管稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进,开关稳压电源的这一缺点得到进一步地克服,可以达到不妨碍一般的电子仪器、设备和家用电器正常工作的程度。所以,克服开关稳压电源的这一缺点,进一步提高它的使用范围,司从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第三个问题。我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作始于60年代初期。到60年代中期进入了实用阶段,70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。1974年研制成功了工作频率为10kHz、输出电压为5V的无工频降压变压器开关稳压电源。近10多年来,我国的许多研究所、工厂及高等院校已研制出多种型号的工作频率在20KHz左右、输出在功率在1000W一下的无工频降压变气开关稳压电源,并应用于电子计算机、通信、电视等方面,取得了较好的效果。工作频率为100KHz~~200KHz的高频开关稳压电源于80年代初期就已开始试制,90年代初期就已试制成功。目前正走在向实用阶段和再进一步提高工作频率。许多年来,虽然我国在无工频将开关稳压电源方面做了巨大的努力,并取得了可喜的成果,但是,目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的国家相比仍然有角的差距。此外,这些年来,我国虽然把无工频变压器开关稳压电源的工作频率从数十KHz提高到数百KHz,把输出功率由数十瓦提高到数千瓦,但是,由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展,导致我们自己研制和生产出的无工频变压器开关稳压电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。所以我国的开关稳压电源事业要发展,要赶超世界先进水平,最根本的是要提高我国的半导体技术和工艺。1.4开关电源的分类现在,电子技术和应用迅速的发展,对电子仪器和设备的要求是:在性能上,更加安全可靠;在功能上,不断地增加;在使用上,自动化程度要越来越高;在体积上,要日趋小型化。这是采用具有众多优点的开关电源就显得更加重要了。所以,开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视机等方面都得到了越来越广泛的应用。发挥了巨大的作用,这大大促进了开关稳压电源的发展,从事这方面研究和生产的人员也在不断的增加,开关稳压电源的品种和类型也越来越多。常见的开关稳压电源分类方法有下列几种:(1按激励方式划分i他激式电路中专设激励信号产生的振荡器ii自激式开关管兼作振荡器中的振荡管(2按调制方式划分i.脉宽调制振荡频率保持不变,通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小。有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路,来稳定输出电压的幅度。ii.频率调整型占空比保持不变,通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。iii.混合型通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。(3按开关管电流的工作方式划分i.开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波。ii.谐振型开关晶体管与LC谐振回路将直流变成标准的正弦方波电路形式是类是与它激式(4晶体管的类型划分i.晶体管型采用晶体管作为开关管ii.可控硅型采用可控硅作为开关管。这种电路的特点是直接输入交流电不需要一次整流部分。(5负载的连接方式划分i.串联型储能电感串联在输入与输出电压之间。ii.并联型储能电感并联在输入与输出之间。(6按晶体管的连接方式划分i.单端式仅使用一个晶体管作为电路中的开关管。这种电路的特点是价格低、电路结构简单,单输出功率不能提高。ii.推挽式使用两个开关晶体管,将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点是开关变压器必须具有中心抽头。iii.半桥式使用两个开关晶体管,将其连接成半桥的形式。它的特点是适应于输入电压较高的场合。iv.全桥式使用四个开关晶体管。将其连接成全桥式。它的特点是输出功率较大。(7按输入与输出电压的大小划分i.升压式输出电压比输入电压高。实际上就是并联型开关稳压电源。ii.降压式输出电压比输入电压低。实际上就是串联型开关稳压电源。(8按工作方式划分i.可控整流型所谓可控整流型开关稳压电源,是指采用可控硅整流元件作为调整开关,可由交流市电电网直接供电,也可采用变压器变压后供电。(这种供电方式在开关稳压电源刚兴起的初期常常采用,目前基本上不太采用。在工作的半波内,截去正弦曲线的前一部分,这一部分所占角度称为截止角,导通的正弦曲线的后一部分称为导通角,依靠调节导通角的大小,可达到天界输出电压和稳定输出电压的目的。ii.斩波型斩波型开关稳压电源是指直流供电,输入直流电压加到开关电路上,在开关电路的输出端得到单向的脉动直流,经过滤波得到与输入电压不同的直流输出电压。电路还从输出电压取样,经过比较、放大,控制脉冲发生电路产生的脉冲信号,用以控制调节开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率,最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护也是依据这一部分所提供的取样信号来进行的。iii.隔离型这种形式的开关电源是在输入回路与逆变电路之间,经过高频变压器(也可称为开关变压器,利用磁场的变化实现能量传递,没有电流间的直接流通。隔离型开关稳压电源采用直流供电,经过开关电路,将直流电变成频率很高的交流电,在经过变压隔离器、变压(升压或降压,然后经整流器整流,最后就可以得到新的、极性和数值各不相同的多组直流输出电压。电路从输出点取样,经放大器后反馈到开关控制器,控制驱动电路的工作,最后达到稳定输出电压的目的。(9按电路结构划分i.散件式整个开关稳压电源电路都是采用分立式元器件组成的,它的电路结构较为复杂,可靠性差。ii.集成电路式整个开关稳压电源或电路的一部分是由集成电路组成的。这种集成电路通常为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括可开关晶体管,有的则不包括开关晶体管。这种电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。以上五花八门的开关稳压电源的品种都是站在不同的角度,以开关稳压电源不同的特点命名的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节方式。储能电感的连接方式、开关管的器件类型以及串并联的结构等各不相同,但是他们最后总可以归结为串联型开关稳压电源和并联型开关稳压电源这两大类。1.5稳压开关电源的发展趋势随着稳压开关电源的发展,技术日益成熟,发展的方向也各不相同,但总的有以下四种方向。(1高频化理论分析和实践经验表明,电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频50Hz提高到20kHz,提高400倍的话,用电设备的体积重量大体下降至工频设计的5~l0%。无论是逆变式整流焊机,还是通讯电源用的开关式整流器,都是基于这一原理。同样,传统"整流行业"的电镀、电解、电加工、充电、浮充电等各种直流电源也可以根据这一原理进行改造,成为"开关变换类电源",其主要材料可以节约90%或更高,还可节电30%或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高,促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化,带来显著节能、节水、节约材料的经济效益,更可体现技术含量的价值。(2模块化模块化有两方面的含义,其一是指功率器件的模块化,其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块,含有一单元、两单元、六单元直至七单元,包括开关器件和与之反并联的续流二极管,实质上都属于"标准"功率模块(SPM。近年,有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去,构成了"智能化"功率模块(IPM,不但缩小了整机的体积,更方便了整机的设计制造。实际上,由于频率的不断提高,致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重,对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺。为了提高系统的可靠性,有些制造商开发了"用户专用"功率模块(ASPM,它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中,这样的模块经过严格、合理的热、电、机械方面的设计,达到优化完美的境地。由此可见,模块化的目的不仅在于使用方便,缩小整机体积,更重要的是取消传统连线,把寄生参数降到最小,从而把器件承受的电应力降至最低,提高系统的可靠性。(3数字化在传统功率电子技术中,控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代,电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是,现在数字式信号、数字电路显得越来越重要,数字信号处理技术日趋完善成熟,显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力、便于软件包调试和遥感遥测遥调,也便于自诊断、容错等技术的植入。所以,在八、九十年代,对于各类电路和系统的设计来说,模拟技术还是有用的,特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC问题以及功率因数修正(PFC等问题的解决,离不开模拟技术的知识,但是对于智能化的开关电源,需要用计算机控制时,数字化技术就离不开了。(4绿色化电源系统的绿色化有两层含义:首先是显著节电,这意味着发电容量的节约,而发电是造成环境污染的重要原因,所以节电就可以减少对环境的污染;其次这些电源不能(或少对电网产生污染,国际电工委员会(IEC对此制定了一系列标准,如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上,许多功率电子节电设备,往往会变成对电网的污染源:向电网注入严重的高次谐波电流,使总功率因数下降,使电网电压耦合许多毛刺尖峰,甚至出现缺角和畸变。20世纪末,各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生,有了多种修正功率因数的方法。这些为21世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。总而言之,开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现,将标志着开关电源技术的成熟,实现高效率用电和高品质用电相结合。这几年,随着通信行业的发展,以开关电源技术为核心的通信用开关电源,吸引了国内外一大批科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋,因此,同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动,并将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源正在等待着人们去开发。1.6开关电源的技术指标与基本设计要求直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳压电源的固有特性,如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围;另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出电阻、纹波电压及温度系数等。(1特性指标i.输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下,能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定,而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。ii.最大输入-输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所允许的最大输入-输出之间的电压差值,其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。iii.最小输入-输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所需的最小输入-输出之间的电压差值。iv.输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围,在这一电流范围内,直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。(2质量指标i.电压调整率SV电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标,又称为稳压系数或稳定系数,它表征当输入电压VI变化时直流稳压电源输出电压VO稳定的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。电压调整率公式见图2-2-1。ii.电流调整率SI电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要自指标,又称为电流稳定系数。它表征当输入电压不变时,直流稳压电源对由于负载电流(输出电流变化而引起的输出电压的波动的抑制能力,在规定的负载电流变化的条件下,通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流调整率。iii.纹波抑制比SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力,当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比表示,一般用分贝数表示,但是有时也可以用百分数表示,或直接用两者的比值表示。iv.温度稳定性K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti最大变化范围内(Tmin≤Ti≤Tmax直流输出电压的相对变化的百分值。(3极限指标i.最大输入电压是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。ii.最大输出电流是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。第二章开关变换电路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,L1、L2和C1构成第一级滤波,共模电感L3和电容C2、C3进行第二级滤波。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反馈电路电流反馈电路采用电流互感器,通过检测开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UR2变化,UR2接入UC3842的保护输入端⑶脚,当UR2=1V时,UC3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节R1、R2的分压比可改变开关管的限流值,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。采用电流互感器采样,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。图2-2电流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⑴脚,调节R1、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UO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UC3842⑴脚对地的分流变大,UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压UO减小。同样如果输出电压UO减小,可通过反馈调节使之升高。图2-3电压反馈电路2.3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三章UC38423.1UC3842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,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公司[14]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确定锯齿波频率;端5接地;端6为推挽输出端,有拉、灌电流的能力;端7为集成块工作电源电压端,可以工作在8~40V;端8为内部供外用的基准电压5V,带载能力50mA。Vcc7VrefRt/CtVfbComp653图3-1UC3842的引脚UC3842的引脚如图3-1所示,其中: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;②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;③脚为PWM比较器的另一输入端,当检测电压超过lV时停止脉冲输出使电源处于间歇工作状态;④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/(RT×CT;⑤脚为接地端。⑥脚为推挽输出端,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±lA;⑦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。⑧脚为内部5V基准电压输出端,有50mA的负载能力。UC3842为双列8脚单端输出的它激式开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。图3-2UC3842的内部结构(15v的基准电源: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5v/50mA.(2振荡器:产生波振荡.RT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管及双极型晶体管。(5电流取样比较器:③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。(7PWM锁存电路: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,VCC与GND之间的稳压管用于保护,防止器件损坏。UC3842的使用方便简单,其使用特点如下:(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±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10~34V之间,负载电流为15mA。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,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,同时将内部振荡器的频率限制在40kHz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500kHz。(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③脚电压大于1V或①脚电压小于1V,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①脚和③脚的电平关系,在外电路控制锁存器的开/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④脚外接电阻与⑧脚外接电容设定。集成电路内部基准电压通过④脚引入外同步。④脚和⑧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:TTTTRCCRTcf8.155.011===(3-13.2UC3842的典型应用电路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:开关开通后,V处于断态,初级绕组的电流线性增长,电感储能增加;开关关断后,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。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、-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N1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Vcc由R2从整流后电压提供。Vcc同时也作为辅助反馈绕组N3的反馈电压。反馈比较电路信号是从辅助绕组N3经过V1、V2、C3、C4等整流滤波后得到的Vcc分压提取的。C6、R7构成信号的有源滤波。开关管电流被R10取样后,经R9、C7滤波,送芯片ISENSE端,当反馈信号值超过阈值1V时,确认过载,关断电源输出。芯片输出部分由OUT端驱动单MOSFET管,C8、V3对开关管有电压钳位作用。图3-3UC3842组成的反激式电源图3-4为使用它激式驱动电路UC3842组成的5V/10A开关稳压电源。其基本技术参数如下:输入电压8~16V,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℃,变换器频率120KHz,在允许的输入电压范围内,负载电流最大时开关电源的平均效率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开关管导通。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开关管形成瞬间共态导通,造成供电电路短路损坏开关管。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。图3-4基于同步整流技术的电源电路UC3842采用脉冲宽度调制方式稳定输出电压,其各脚功能及外围元器件作用如下:①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。②脚为比较器正向输入端。稳压器输出5V电压,由R4、R1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。③脚为高电平保护输入端,其输入电平保护阈值为1V。在1V以下,可以控制输出驱动脉冲的脉宽,达到1V,则瞬间关断输出脉冲。在图4-12中,由电流互感器T1对开关管VT2导通电流取样,经V1整流,R5、R6分压后,送入集成电路⑵脚作为开关管过流保护。电容器C11为高次谐波旁路电容,以避免脉冲尖峰使保护电路误动作。④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C10充电。R3、C10设定振荡器的脉冲频率。该振荡器频率设定为120KHz。⑤脚为共地端。⑥脚为PWM驱动脉冲输出端,用以驱动P-N沟道对管VTl组成的移相驱动器。⑦脚为供电端,接入8~16V输入电压。该电路的同步整流器由VT1、VT2和VT3组成。开关管VT2为P沟道FET管IRF4905,其漏源极导通电阻为20MΩ,关断时间80ns。开关管VT3为N沟道FET管IRF3205,其导通电阻8MΩ,其漏——源极并联接在续流二极管V2两端。V2为反压10V、最大电流30A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100mV,大大降低了开关管的损耗。为了实现VT2、VT3的轮流导通,电路中由双场效应管VT1组成驱动脉冲相位分离电路。VT1内部由P沟道和N沟道FET对管组成。当IC1⑥脚输出驱动脉冲为高电平时,VT1内部P沟道FET管截止,N沟道FET管导通,VT2栅极通过R7、VT1⑦脚和①脚得到电压,VT2导通,输入电压通过VT2源——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,Cl2充电电压最大。在VT2导通的同时,VT1导通,其⑦脚和①脚将VT3栅源极短路,使VT3截止。在L2存储能量期间,VT2也反偏截止。在驱动脉冲的截止期,IC1⑥脚输出低电平,VT1内部P沟道FET管导通,将VT2的栅源极短路。此时VT1的N沟道FET管截止。使VT2也截止,L2释放磁场能量,V2正偏导通,VT1⑤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L2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、VT3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C12为6只100μF的电容并联,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110/220V自动切换电路。图3-5由UC3842组成的它激式升压开关电源电路在图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110/220V自动切换电路。为了使振荡频率稳定,C12的充电电压取自UC3842⑧脚内部的5V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UC3842③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1V左右,则自动持续关断驱动脉冲,避免输出电压超高损坏负载电路和开关管。第四章利用UC3842设计开关稳压电源4.1电源设计指标要求该电源在电阻负载条件下满足:(1输出电压UO可调范围:30V~36V;(2最大输出电流I0max:2A;(3U2从15V变到21V时,电压调整率SU≤2%(IO=2A;(4IO从0变到2A时,负载调整率SI≤5%(U2=18V;(5DC-DC变换器的效率≥70%(U2=18V,UO=36V,IO=2A;(6具有过流保护功能,动作电流IO(th=2.5±0.2A;设计思路:开关电源由隔离变压器、整流滤波和DC—DC变换网络组成。设计的关键是DC~DC变换器,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、输出整流器等所有功率器件和控制模块,而控制模块的设计又是DC/DC的核心,一般DC/DC变换的控制模块使用PWM调制的专用芯片,如TL494,UC3842等。芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率,误差比较器,PWM调制器等,有的甚至有保护电路和驱动电路。在此情况下用集成芯片外加少量的电路即可构成开关电源,稳定性能较好,控制简单,芯片功耗几乎可以忽略不计,且成本低。过流保护可以使用电流取样电阻串接在负载上。当取样的电流超过指定的范围,立即切断负载,或者降低输出电压,然后过一段时间再自动启动,接上负载,由继电器来控制负载的连通性。4.2具体电路设计4.2.1启动电路启动电路图如图4-2,输入的220V交流电经过桥式整流以及C1C2滤波过后变成脉动的直流电压,此电压经通过电阻R2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开始工作并提供驱动脉冲,uc3842的启动电压大于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10~34V之间,负载电流为15mA。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。元件参数选择:(1变压器的选择:要输出U2=18V的直流电,全桥整流电路的二次侧输出电Un2。因为采用全桥整流,所以有222÷=UUn解此算式可以得到Un2=12.73V计算变压器的一次侧和二次侧的线圈比N1/N2电路的输入电压是市电交流电压220V所以:N1/N2=Un1/Un2即:N1/N2=220/12.73=0.05785根据需要和选择期间的方便,取N1/N2=0.6当交变电流通过导体时,电流将集中在导体表面流过,这种现象叫集肤效应。电流或电压以频率较高的电子在导体中传导时,会聚集于总导体表层,而非平均分布于整个导体的截面积中。线径的选择主要由本系统的开关频率确定。开关频率越大,线径越小,但是所允许经过的电流越小,并且开关损耗增大,效率降低。本系统采用的频率为40K,查表得知在此频率下的穿透深度为0.3304mm,直径应为此深度的2倍,即为0.6608mm。选择的AWG导线规格为21#,直径为0.0785cm(含漆皮.磁芯选择铁镍钼磁芯,该磁芯具有高的饱和磁通密度,在较大的磁化场下不易饱和,具有较高的导磁率、磁性能稳定性好(温升低,耐大电流、噪声小,适用在开关电源上。(2滤波电容的选择在经过电路仿真和经验可以得到所需要的滤波电容:C1=68uF,C2=22uF(a滤波整流电路(b滤波整流电路波形图图4-1滤波整流电路仿真结果,经过整流滤波后的输出电压是18.38V,虽有误差,但是在允许的范围内。图4-3由分压电阻R提供分得的电压接入uc3842的⑦(Vcc管脚,uc3842启动工作,由⑥端(output输出推动开关管工作,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⑥脚输出的高电平脉冲结束时,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4-3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1V(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⑥无输出,MOS管Q1截止,从而保护了电路。图4-2PWM脉冲控制驱动电路他的输出波形图如图4-3:图4-3PWM输出波形,占空比50%电路元器件参数设置:根据MOS管的工作频率范围,选取适当的工作开关频率,本系统设计选择的工作频率是:f=40KHz由此UC3842芯片的工作频率设计为CtRtf*=8.1根据设定的工作频率为40KHz,选择适当的电容和电阻本系统选择的是电阻:1K,电容:45nf供给Vcc脚的电压是16V,②脚Vfb的输入基准电压是5V。开关管的选择作为开关器件使用的晶体管,除了要具有放大特性以外,更重要的是应具有开关快速和输出功率大等优点。在选择开关功率管时,由于开关功率管应能承受630V以上的高压,为安全起见,应采用耐压1000V的VMOS管。可选用IRFPG40型,其漏——源级可承受的最高电压VVDCM1000=,最大漏极电流AIDM3.4=,最大功耗WPDM150=,完全可以满足要求。外补偿网络UC3842误差放大器的输出端脚l与反相输入端脚2之间外接补偿网络R4、C3。R4、C3的取值取决于UC3842环路电压增益、额定输出电流和输出电容,通过改变R4、C3的值可改变放大器闭环增益和频响。为使环路得到最佳补偿,可测试环路的稳定度,测量I0脉动时输出电压V0的瞬态响应来加以判断。保护电路当UC3842的脚③电压升高超过1V或脚1电压降到1V以下,都可使PWM比较器输出高电平,造成PWM锁存器复位。根据UC3842关闭特性,可以很容易在电路中设置过压保护和过流保护。本电路中R1上感应出的峰值电流形成逐个脉冲限流电路,当脚③达到1V时就会出现限流现象,所以,整个电路中的电感磁性元件和功率开关管不必设计较大的余量,就能保证稳压电路工作可靠,降低成本。根据设计要求,输出电路部分采用升压式斩波电路。这一部分电路由电感、续流二级管、电容及负载电阻组成。升压斩波电路的结构如图4-4。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,把能量储存在L中。当开关截止时,L产生反向感应电压,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控制,而传递能量的多少通过电感电流的峰值来控制。图4-4升压斩波电路boost升压电路,可以工作在电流断续工作模式(DCM和电流连续工作模式(CCM。CCM工作模式适合大功率输出电路,考虑到负载达到lo%以上时,电感电流需保持连续状态,因此,按CCM工作模式来进行特性分析。Boost拓扑结构升压电路基本波形如图4-4所示。图4-5boost升压电路基本波形图ton时,开关管S为导通状态,二极管D处于截止状态,流经电感L和开关管的电流逐渐增大,电感L两端的电压为Vi,考虑到开关管S漏极对公共端的导通压降Vs,即为Vi-Vs。ton时通过L的电流增加部分△ILon满足式(1。LDVVIsiLon(-=∆(4-1式中:Vs为开关管导通时的压降和电流取样电阻Rs上的压降之和,约0.6~0.9V。offt时,开关管S截止,二极管D处于导通状态,储存在电感L中的能量提供给输出,流经电感L和二极管D的电流处于减少状态,设二极管D的正向电压为Vf,toff时,电感L两端的电压为Vo+Vf-Vi,电流的减少部分△ILOff满足式(2。LtVVVIoffifLoff(0-+=∆(4-2式中:Vf为整流二极管正向压降,快恢复二极管约0.8V,肖特基二极管约0.5V。在电路稳定状态下,即从电流连续后到最大输出时,△LonI=△LoffI,由式(4-1和(4-2可得ifsionoffVVVVVtt-+-=0(4-3占空比TtDon=,即最大占空比maxD000maxVVVVVVVVVDisfifO-≈-+-+=(4-4如果忽略电感损耗,电感输入功率等于输出功率,即00(IVIVaveLi⨯=⨯(4-5由式(4-4和式(4-5得电感器平均电流DIIAVEL-=10((4-6同时由式(1得电感器电流纹波LfDVVIsiL(-=∆(4-7式中:f为开关频率。为保证电流连续,电感电流应满足2/(LaveLII∆≥(4-8考虑到式(4-6、式(4-7和式(4-8,可得到满足电流连续情况下的电感值为fIDDVVLOsi1((2--≥(4-9另外,由Boost升压电路结构可知,开关管电流峰值Is(max=二极管电流峰值Id(max=电感器电流峰值ILP。2/((LaveLLPIII∆+=(4-10开关管耐压foffdsVVV+=0((4-11二极管反向耐压aOrVVV-=(4-12(1储能电感L根据输入电压和输出电压确定最大占空比。由式(4-4得5.03618360max=-=-≈OiVVVD(4-13当输出最大负载时至少应满足电路工作在CCM模式下,即必须满足式(9。3.508500025.01(5.09.018(21((20=⨯-⨯⨯-⨯=--≥fIDDVVLsiuH(4-14同时考虑在10%额定负载以上电流连续的情况,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%,因增加△IL可以减小电感L,但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容C2,取30%为平衡点,即A=-⨯=-⨯=⨯=∆2.15.0123.013.03.00(DIIIaveLL(4-15由(4-7和(4-15可得FIDVVLaveLsiμ1.178400002.15.09.018(/((=⨯⨯-=∆-=(4-16L可选用电感量为180~300μH且通过5A以上电流不会饱和的电感器。电感的设计包括磁芯材料、尺寸、型号选择及绕组匝数计算、线径选用等。电路工作时重要的是避免电感饱和、温升过高。磁芯和线径的选择对电感性能和温升影响很大,材质好的磁芯如环形铁粉磁芯,承受峰值电流能力较强,EMI低。而选用线径大的导线绕制电感,能有效降低电感的温升。(2输出二极管D和输出电容器C的选择升压电路中输出二极管D必须承受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。二极管的峰值电流Id(max=ILP=5.11A,本电路可选用6A/50V以上的快恢复二极管,若采用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C2的选定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ESR有关,电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。电容的ESR<△V0/△IL=40x1%/1.33=O.3Ω。另外,为满足输出纹波电压相对值的要求,滤波电容量应满足FIVDTVCOμ5.202400002%1405.03621=⨯⨯⨯⨯=∆≥(4-17根据计算出的ESR值和容量值选择电容器,由于低温时ESR值增大,故应按低温下的ESR来选择电容。因此,选用200μF/50V以上频率特性好的电解电容可满足要求。4.3电路整体分析整体电路图如图4-6,电路图由三部分组成:(1启动电路,即降压整流滤波电路,这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。(2PWM脉冲控制驱动电路,它的主体是一个UC3842芯片,以及它的外围电路组成。用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作,并且它自带保护脚③,很简单方便。(3输出部分,它是由一个升压直流斩波电路构成,结构原路简单。图4-6整体电路图第五章电源的测试及仿真5.1仿真软件Multisim10概述Multisim是加拿大图像交互技术公司(InteractiveImageTechnoligics简称IIT公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合,Multisim推出了许多版本,其中multisim10是最新版本。软件以图形界面为主,采用菜单、工具栏和热键相结合的方式,具有一般Windows应用软件的界面风格,用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。(1通过直观的电路图捕捉环境,轻松设计电路(2通过交互式SPICE仿真,迅速了解电路行为(3借助高级电路分析,理解基本设计特征(4通过一个工具链,无缝地集成电路设计和虚拟测试(5通过改进、整合设计流程,减少建模错误并缩短上市时间NIMultisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NIMultisim,您可以立即创建具有完整组件库的电路图,并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器,您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证,从而缩短建模循环。与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成,完善了具有强大技术的设计流程,从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。5.2电路测试测量电路点如图5-1所示(1、2、3、4、5、6、7为测量点:图5-1测量电路⑴试输出电压和最大输出电流在5、6点间用电压表测输出电压,在5、7点串入电流表。⑵电压调整率测试i.设置可调负载装置,使电源满载输出;ii.调节ACSOURCE,使输入电压为下限值15V,逐步增大ACSOURCE电压,每隔一段做一次输入与输出电压的记录。数据记录如表1.表1.(测试条件为输出电压36.052V,输出电流为2.00Aiii.电压调整率计算:%069.0%100995.35981.35006.36%1000minmax0=⨯-=⨯-=UUUSOU⑶负载调整率i.输入电压为额定值18V,输出电流取最小值,记录最小负载量的输出电压;ii.调节负载为50%满载,记录对应的输出电压;iii.调节负载为满载,记录对应的输出电压;测试数据记录如表2.表2.iv.负载调整率计算:%164.3%100000.36959.35000.36%10000=⨯-=⨯∆=UUSI⑷输出噪声纹波电压峰-峰值的测试测试结果为mVVOPP290=⑸DC-DC变换器效率测量测试数据记录:(U2=18V,Uo=36V,Io=2AUin=18.01V,Iin=4.52A,U0=36.005V,I0=2A,效率计算:%46.88%10052.401.182005.36%100%10000=⨯⨯⨯=⨯=⨯=iiOIIUIUPPη5.3仿真结果仿真电路总图如图5-2。图5-2仿真电路图仿真结果如图5-3。(aPWM脉冲控制驱动波形(b输出波形图5-3仿真结果仿真结果:(1输出电压范围28~36V;(2最大输出电流I0=2A;(3电压调整率%2%069.0≤=US;(4负载调整率%5%164.3≤=IS;(5输出噪声纹波电压峰-峰值VmVVOPP1290≤=;(6DC-DC变换器的效率%70%46.88≥=η;(7过流保护:过流保护动作电流为2.51A;仿真结果基本吻合设计要求。5.4设计问题及解决方法总结本文介绍了一种实用的高频开关稳压电源电路的设计过程,该电源在市电电压的输入下,最后经过升压式斩波电路,成为稳定的直流电源。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。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等,适合于制作20~80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙,构成电路所需元件少,非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。这次的毕业设计锻炼了我各方面的能力,虽然我遇到了很多困难和障碍,但总体上成功与挫折交替,困难与希望并存,我将继续努力争取更大的进步。参考资料[1]何希才.稳压电源电路的设计与应用[M].北京:中国电力出版社,2006:71-79.[2]倪海东,蒋玉萍.高频开关电源集成控制器[M].北京:机械工业出版社,2