基于UC3843的反激式开关电源设计【毕业设计+开题报告+文献综述】

本 科 毕 业 设 计开题报告电子信息工程基于的反激式开关电源设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义伴随着计算机和电子技术的高速发展，电子设备的越来越小型化以及低成本化，这促使电源朝着轻、薄、小和高效率的方向发展。上个世纪50年代，美国宇航局就以小型化、重量轻为目标，为搭载火箭设计了开关电源。在将近半个多世纪的发展过程中，开关电源由于具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点从而逐渐取代传统技术制造的连续工作电源，并在电子整机与设备中得到了广泛的应用。开关电源是采用功率半导体器件作为开关，通过调整开关的占空比控制输出电压，以功率晶体管（GTR）为例，在开关管饱和导通时，集电极和发射集两端的压降近似零；在开关管截止时，其集电极电流为零。所以它的功耗小，效率可以高达70%~95%。由于功耗很小，所以散热器也随之减小。开关型稳压电源是直接对电网电压进行整流，滤波，调整，然后再由开关调整管来进行稳压，不需要电源变压器。而且开关工作频率为几十千赫，滤波电容、电感器的数值很小，所以，开关电源就具有质量轻、体积小等优点，此外，由于开关电源的功耗小，机内温升较低，提高了电源的稳定性和可靠性。在20世纪80年代，计算机已经全面实现了开关电源化，领先完成了计算机的电源换代。在20世纪90年代，开关电源广泛的应用于电子、家电领域，开关电源进入了蓬勃发展时期。到21世纪初，全世界开关电源的市场规模已经达到了166亿美元。在我国，改革开放后，由于通信、家电等领域的迅猛发展，推动了电源市场的发展。预计中国开关电源市场总额在70亿元人民币以上。开关电源的基础是电力电子技术，它运用了功率变换器把电能进行变换，经过变1换的电能就可以满足各种用电的要求由于其高效节能可以给我们带来巨大的经济效益，所以得到了社会各方面的重视从而能够得到推广。开关电源的发展取决于各方面的因素。功率半导体器件与变压器的发展都是开关电源发展的关键。而现在开关电源的发展趋势偏向于小型化、薄型化、轻量化、高频化：开关电源的体积和重量主要是由磁性元件和电容组件决定的，所以开关电源的小型化，其本质是尽量减小其中储能组件的体积。开关频率在一定范围里的提高，不仅可以更好的减小电容、电感和变压器的尺寸，还可以抑制各种干扰，改善整个系统的性能，因此，高频化也是发展的趋势。开关电源的发展一直都和半导体器件及磁性组件等的发展息息相关。因为要实现高频化，对相应的半导体器件和高频电磁组件的要求就更高。发展功率这些新型的器件，研发可以用于高频的低损磁性材料，改进磁性组件的结构，提高各种电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，都会对开关电源的发展起到推动作用。总而言之，开关电源技术的发展中，研究降低损耗回路技术与开发新型元器件，两者相互带动，相互促进，推动着开关电源不断的更新换代。目前，在我国电力电源市场上，大容量电力电源产品的需求迅速提升，开关电源市场稳步增长。开关电源是电力电子发展的必然产物，顺应了时代的发展，它的出现已经带来了技术的革新。现在无论是国内还是国外都在发展开关电源，所以其前景是美好的，开关电源在一定程度上取代传统电源已经是必然的趋势了。而反激式开关电源属于隔离式开关电源中的一种，反激式是指在变压器原边导通时副边截止，变压器储能。原边截止时，副边导通，能量释放到负载的工作状态，一般常规反激式电源单管多，双管的不常见。反激式因其结构简单，省掉了一个和变压器体积大小差不多的电感，而在中小功率电源中得到广泛的应用，能在设计电路的过程中为达到最优性价比。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：基本内容：基于的开关电源设计主要问题：1.的芯片资料，各引脚的作用。2.反激式开关电源的控制原理23.电路图的绘制4.基于该课题的论文及书面表达三、研究步骤、方法及措施：1.通过相关资料的收集、整理，了解反激式电源开关的设计原理2.了解熟悉的相关芯片资料3.设计并画出要求的电路图4.进行软仿真验证5.整理完成毕业设计四、参考文献[1]周志敏,周纪海.开关电源实用技术---设计与应用[.北京:人民邮电出版社,2003.8.[2]杨旭,斐云庆,王兆安.开关电源技术[.北京:机械工业出版社,2004.1.[3]李峻.开关集成稳压器控制器的原理及应用[.北京:人民交通出版社,1997.[4]王兆安,黄俊编.电力电子技术[.第四版.北京:北京机械工业出版社,2004.[5]李金伴,李捷辉,李捷明编着.开关电源技术[.北京:化学工业出版社.2006.[6]陈坚.电力电子学——电力电子变换和控制技术[.北京:高等教育出版社,2002.[7]任国海.电力电子技术[.杭州:浙江大学出版社,2009.[8]杨旭,裴云庆,王兆安.开关稳压电源的设计和应用[.北京:机械工业出版社,2010.7[9]李金伴,李捷辉,李捷明编着.开关电源技术[.北京:化学工业出版社.2006.3毕业设计文献综述电子信息工程基于UC4383的反激式开关电源设计前言随着电子技术的飞速发展,电子电力技术的应用领域变得越来越广泛,电子设备的种类也越来越多。电子仪器的小型化和低成本化的趋势，令电源开始向更轻、薄、小以及高效率的方向发展。电子电源是可以对公用电网以及其他电能进行变换和控制,并提供优质电能的供电设备可分为线性电源和开关电源,当中,开关电源可以分为电源电源、电源和电源。目前,我国通讯、家用电器等领域普遍的使用开关电源。开关电源用半导体器件作为开关元件过周期性离合开关制开关元件的占空比来调整输出电压，开关电源是直接对电网电压进行整流、滤波，工作频率高，由于采用的电容和电感都比较小，从而体积较小，而且开关电源的功耗较低，结构简单，因此传统的电源的应用逐渐被取代开关电源所取代。开关电源的发展使得电力电子器件朝着轻薄化的方向发展，开关电源有多种拓扑结构，选择合适的拓扑结构和合适的器件，是设计开关电源的重中之重。本文主要介绍了开关电源的发展与现状,以及几种开关电路的特点。主题一．开关电源的发展与现状：电源产品的应用领域很广泛。据统计,1999年,其全球的市场规模已经突破166亿美元。而功率模块电源作为它的一个分支,在通讯、汽车、电力控制和军事方面占有重要的地位全球市场功率模块的规模从1999年的300亿美元增长到2004年的5亿美元。在中国,由于信息、家电领域,油漆是快速通讯事业的发展，促进了电源市场的发展。目前,我国的通信、信息、家用电器等领域,采用的都是开关电源。其中,通信电源是增长最快的一部分。程控交换机市场经在多年的发展以后趋于平稳,而移动通信已成为热点。预测以后中国开关电源市场4。总额至少在70亿元人民币以上,而且功率模块所占的比例将会越来越大。

1955年科学家研制出了一种利用磁芯的饱和来进行自己振荡的晶体管直流变换器。之后，因这种技术，而发展出来的各种直流变换器取代了过去的换流设备，其变换器中功率晶体管处于开关工作状态，成为了最初的开关电源。到了70、80年代，由于各种新型的晶体管、开关变压器以及开关二极管的相继出现，开关电源得到了飞速的发展，而成为各种电源中的佼佼者。我国开关电源研制工作起源于20世纪60年代初期，到80年代中期,开关电源产品开始推广应用过20多年的不断发展,我国的新型功率器件的研发为开关电源的高频化奠定了基础,而功率和I的应用更是使中小功率开关电源工作频率得到了更大的提高。软开关技术的出现,真正实现了开关电源的高频化,它不仅可以减少电源的体积和重量,而且提高了开关电源的效率。目前,采用软开关技术的国产开关电源,其效率已达到93%。开关电源技术发展的基础是新型半导体器件的研制要高性能的碳化硅半导体器件研制成功,那将是革命性的影响有就是各种变压器和新型电容器等元器件的发展,也为对电。源技术的发展提供助力

开关电源已经向集成化发展。集成化是将各种功用的电路和功率开关器件进行一体化。集成化和模块化使开关电源电路更加简单,可靠性更高,还减小了电源体积、减轻了重量。。开关电源技术是一项系统工程。它的主要技术平台包括主电路拓扑结构、标准IC和装置传统的工艺与成熟的技术的设计际统一的安全指标、计算机仿真以及制造平台、自动在线测试及功能测试,生产等各种技术的规范化列化当中,生产工艺与质量控制的技术平台是其中一个最关键的组成部分。提供的一套完整的质量控制技术包括自动嵌套、自动插件到最后的组装生产工艺、S以及焊接过程中接头结合的工艺,在线测试、功能测。试和性能以及老化测试等

。拓扑结构,主要以单元与模块化,积木块的方式组合电压零电流软开关技术和同步整流技术已成为一个重要途径，来提高效率。磁材料的先进的设计技术，如可变电压平面磁器。件技术和集成技术，是追求小型化的发展方向

。低压、大电流、大功率的需求以及其他的问题给设计者带来了很大的挑战。如何减少损耗、提高效率、提高热交换率，并最终实现冗余的热插拨,以促进合并成一个分布式供。的电系统,是当前主要的课题之一

开关电源的有关技术研究正处于迅速发展阶段。小型化、轻量化和高频化，高效率和高。可靠，低噪声和良好的动态相应等几个方面是开关电源发展的方向。

5中国的电力供应市场在未来的几年里、大容量电源产品的快速增长需求,将使得开关电源市场稳步增长。由于我国能源和环境问题日益凸显,政府也开始越来越重视，所以电力行业体制改革是势在必行的;随着先进的电力电子技术发展，开关电源在环境节能问题中扮演的角色越来越重要,高效容量的机组已逐渐成为主力有效的推动了电源市场的需求,所以中国的电力供应市场的这个改变方向与国家的宏观政策调控以及电力工业的影响是密不可分的宏观经济政策的影响,中国电力工业的结构已经开始调整,小的火力发电机组已经停止,大的,高效的生产单位纷纷投入生产种结构的变化显著刺激电力行业市场需求对大容量电源,开关电源市场,以有效地促进平稳增长。。技术的不断进步推动着产品创新源产品和电子技术的进步发展是密切相关的年来，伴随电力电子技术的迅速发展，开关电源产品也向高频、高功率密度、高功率因数、高效率、高可靠性和高智能化发展绿色”电源的到来以及模块化电源的问世，为缓解中国。的能源和环境问题带来了巨大的帮助

[6]二．开关电源的几种电路特点Buck电路是一种非隔离型电路，即为降压斩波电路。其输出电压和开关管的占空比成正比，所以通过改变开关管的占空比可以控制输出平均电压的大小。由于占空比总是小于1，所以总是小于，所以此电路称为降压斩波电路，即buck变换器。Buck电路只能达到降压目的，所以在任何时间，只能输出电压比输入电压低。由于其中没有变压器，所以没有输入和输出之间隔离。Buck电路不能用于多路输出，除非外加个第二级的电压调节器，虽然buck电路不仅可以工作在电流连续状态，还可以工作在电流断断续续的状态。Buck转换器开关的门极驱动很麻烦，但是buck电路简单，因此成本相对较低，而且。buck变换器可以转变一个正的输入为一个负的输出。

[7]正激电路是隔离型电路的一种的电压比关系和降压型电路非常相似有的差别在于变压器的电压比，因此正激电路的电压比可以看成是，将输入电压Ui按电压比折算至变压器二次侧后根据降压型电路得到。正激电路导通时输入馈电给负载，截止时L供电给负载，当单管正激时，开关管的电压最大，变压器的利用率不高（仅适用磁滞回线第一象限制作上要加反馈绕组。正激电路一般采用电压叠加的双正激开关电路。当采用双正激时，功率增大了一倍，6。输出频率增加一倍，纹波及动态响应得到改善，开关管耐压值减半，而且取消了反馈绕组，自身的几个稳压管构成反馈路径低了变压器的制作工艺要求此双正激电路广泛应用。于大功率变换电路中，被认为是目前可靠性较高，制作不复杂的主要电路之一

[10]。反激电路可以看成是将升降压电路中的电感换成变压器绕组W1和W2相互耦合的电感而得到的此它的变压器在工作中总是经历着储能---放电的过程激型电路的结构最为简单器件数少此成本较低泛适用于数瓦至数十瓦的小功率电源中各种家电、。计算机设备、工业设备中广泛使用的小功率开关电源中，基本上都采用反激式电路

[4]总结随着我国电力行业的不断扩展关电源的也不断的在更新换代加适应我国的发展要求，向世界靠拢。开关电源有多种拓扑结构，常用的是上面所提到的几种，每一种拓扑结构都要自己的优势和缺点以只有仔细分析各种拓扑结构能决定自己的设计选择哪种才是最优设计。参考文献[1]美Lenk著正仕军明译.实用开关电源设计[.北京:人民邮电出版社.2006.[2]叶慧贞,杨兴洲著.新颖开关稳压电源[.北京:国防工业出版社.1999.[3]李金伴,李捷辉,李捷明编著.开关电源技术[.北京:化学工业出版社.2006.[4]王兆安,黄俊主编.电力电子技术[.北京:机械工业出版社.2008.[5]赵军.开关电源技术发展[J].船电技术，2005：5:13~16.[6]李龙文.开关电源技术的最新进展.2005-第四届中国国际科技产业论坛.[7]周志敏,周纪海.开关电源实用技术—设计与应用[.北京:人民邮电出版社,2003.[8]华东计算技术研究所电源室.晶体管开关稳压电源[.北京:人民邮电出版社,1985.[9]叶天培著,世界模块电源的发展趋势[J]混合微电子技术,2002.[10]张小林,冉建桥,李贤云,郭丽萍.我国开关电源发展的思考[J],微电子学,2004.34（4）:402~406.7本 科 毕 业 设 计基于的反激式开关电源设计8摘要开关电源是利用现代电力电子技术制开关开通和关断的时间比率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（控制IC和构成。开关式与线性的电源比较者的成本都是伴随输出功率的增加而增长不过两者的增长速率并不相同。线性电源的成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，随着电力电子技术的不断的发展与创新得开关电源技术不断地革新一成本的反转点慢慢向低输出电力方向移动，这为开关电源提供了更大的发展空间。843是一种电流型集成控制器文设计了一种基于843的适用于小型功率场合的电流型控制电路的反激式开关电源，其输出电压为可调的20最大输出电流为3变换器的效率≥70并具有过流保护功能。主要以主电路和控制电路两方面进行介绍细地介绍了电路的组成结构以及各组成电路的具体工作原理以及作用对各部分电路的选择以及元器件的计算作了详细的分析电路部分主要包含输入电路频变换电路以及输出整流电路，主要是以高频变换电路为核心而设计的，其选用的是反激式电路。而控制电路主要以843芯片为核心设计的。本文特别对各部分组成电路，以及控制电路的控制原理以及843芯片的内部结构作了详细介绍以及深入研究。关键词：开关电源；反激式；电流控制9AbstractSwitchingpowersupplyisusedofmodernpowerelectronicstechnologytocontrolthetimerateofswitchonandofftomaintainastableoutput-voltage.Generally,switchingpowersupplyismadeofthecontrolICofPWMandMOSFET.Comparedthecostofswitchingpowersupplyandthatoflinear-power,alltheircostareincreasewiththeincreaseofoutput-power,butwithdifferentgrowthrate.costishigherthantheswitchingpowersupplyatalinearoutputpowerpoint.Withthedevelopmentandinnovationofpowerelectronicstechnology,makingswitchingpowersupplytechnologyhasconstantlyinnovative,thepointofcostreverseismovingtooutputoflow-powerMobile,whichprovideabroadspacefordevelopmenttoswitchingpowersupply.UC3843isaCurrentintegratedcontroller.ThisarticleisdesignedbasedonUC3843ofoccasionsforsmallpowercurrent-modecontrolcircuitflybackswitchingpowersupply,adjustableoutputvoltageis20V~30V,maximumoutputcurrentof3A,DC-DCconverterefficiency≥70%,andhasovercurrentprotection.Inthemaintexttothemaincircuitandcontrolcircuitareintroducedbothadetaileddescriptionofthecircuitstructureandthecompositionofthecircuitcomposedofthespecificworksandtheroleofthevariouspartsofthecircuitandcomponentsofthecalculationofchoicesandmadeadetailedanalysis.Themaincircuitsectionincludesinputcircuit,highfrequencyconversioncircuitandoutputcircuit,mainlyhigh-frequencyconverterdesignedforthecore,thechoicesareflybackcircuit.ThecontrolcircuitmainlyUC3843chipasthecoredesign.ThisparticularpartofthecircuitandcontrolcircuitofthecontrolprincipleandtheinternalstructureofUC3843chip,describedindetailandindepth.Keywords:switchingpowersupply;flyback;Currentcontroller10目 录第1章绪论 121.1关于开关电源 121.2开关电源的发展概况 121.3开关电源的发展方向 13第2章开关电源的工作原理 142.1设计总思路 142.2输入电路 142.3高频变换电路 152.4整流滤波电路 182.5控制电路 20第3章单元电路的设计 223.1输入电路 223.1.1进线滤波电路 223.1.2单相桥式整流电路 233.2高频变换路 243.3输出整流滤波电路 263.4控制电路 283.4.1芯片介绍 283.4.2简介及选取 313.4.3控制电路的设计 323.5总电路图 34结论 35参考文献 36致谢.................................................................................................错误！未定义书签。附件图以及实物图 3711第1章 绪论1.1关于开关电源随着计算机、电子技术的高速发展，应用电子技术的领域越来越广泛，各种电子设备也越来越多子设备和人们的工作和生活的关系日益密切何电子设备都离不开可靠的电源，而电源技术作为电力电子应用的一项基础技术，其重要性更加突出。由于电子设备的小型化以及低成本化趋势，使得电源向轻、薄、小以及高效率方向发展。传统的晶体管串联调整稳压电源是连续控制的线性稳压电源种传统稳压电源拥有稳定性很好出纹波电压比较小、可靠性更高等特点，但通常都需要体积大且笨重的工频变压器以及滤波器。为了适应时代的要求，开关电源随之出现。顾名思义关电源是电路中的电力电子器件工作在开关状态的电源属于交换电能的电源。它是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。开关电源电路是电力电子电路的一种，它通常分为交流（直流（两大类。因此基本的电力电子电路可分为电路、电路、电路、电路。电力电子电路的核心元器件是电力电子器件们一般都是工作在开关状态样可以使损耗很小。如果把这四类基本电力电子电路都看成电源电路所有的电力电子电路都可以看成开关电源电路。开关电源，要同时具备三个条件，即：开关（电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态高频（电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频）和直流（电源输出是直流而不是交流按照目前的习惯，开关电源是专指电力电子器件工作在高频开关状态下的直流电源，因此，开关电源也常被人称为高频开关电源。开关电源主要由主电路和控制电路两部分组成电路主要处理电能控制电路主要处理电信号。控制方式，总的来说分成电压模式控制和电流模式控制两大类。1.2开关电源的发展概况开关电源的前身是线性稳压电源。开关电源出现之前，各种电子设备、许多电气控制仪器的工作电源用的都是线性稳压电源于计算机等电子仪器的集成度越来越高能也越来越强，但体积却越来越小。因此，对体积小、重量轻、效率高、性能好新型电源的迫切要求，成为了开关电源技术出现的契机。20世纪70年代初，由于出现了垂直导电的高耐压、大电流的双极型电力晶体管，这让开关电源可以采用更高的工作频率，现在沿用的开关电源的基本结构是在那时确定的。开关频率的提高有利于整个开关电源的体积的减小以及重量的减轻早期的开关电源的开关频率仅仅只有数千赫着使用的开关器件和磁性材料性能的不断改进关频率也不断的提高当频率达到10时压器感等磁性组件所引发的噪声就会变得刺耳。12到了20世纪70年代，开关频率终于超过了人类听觉极限的20这使得噪声变小了，体积也减小了。后来，随着电力的应用，开关电源进一步提高，使得电源体积更小，重量更轻，功率密度进一步提高。20世纪80年代，随着I绝缘栅双极型晶体管）的出现，打破了中大功率直流电源以晶闸管相控电源为主的格局。它使得开关电源的容量不断增大，迅速取代了相控电源，成为各种电力系统的主流电源出现了一种软开关技术采用准谐振技术的零电压开关电路与零电流开关电路的出现是为了解决开关频率的提高导致开关损耗增大源效率降低和电磁干扰问题的。此时，计算机也已经全面实现了开关电源化。到了20世纪90年代，出现了功率因数校正技术，并在开关电源中大量应用。同时，开关电源已经遍布于各种电力电子产品领域，并开始进入蓬勃发展的时期。到21世纪初，全世界开关电源的市场规模已经达到了166亿美元。在我国，改革开放后，由于通信、家电等领域的迅猛发展，推动了电源市场的发展。预计中国开关电源市场总额在70亿元人民币以上。1.3开关电源的发展方向开关电源正处于蓬勃发展时期，21世纪的总体发展趋势概括为以下四个方面：（1）小型化、轻量化以及高频化。开关电源的体积和重量主要是由磁性元件和电容组件决定的，所以开关电源的小型化，其本质是尽量减小其中储能组件的体积。开关频率在一定范围里的提高，不仅可以更好的减小电容、电感和变压器的尺寸，还可以抑制各种干扰，改善整个系统的性能，因此，高频化也是发展的趋势。(2)高可靠性和高效率关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍此提高了可靠性。从设计方面着眼，尽可能使用较少的期间，提高集成度，可以解决电路复杂、可靠性差的问题。(3)低噪声及良好的动态响应关电源有噪声大的缺点果只是一味的追求高频化，噪声就会不断增大。因此，尽可能的降低噪声，也是研究的重点方向(4)利用计算机来辅助设计和控制开关电源。运用和等技术来设计最新的变换拓扑以及最佳的参数开关电源拥有简单的结构和最好的工作状态果在其电路中加入微机检测以及控制，便可以形成多功能监控系统，实现实时检测、记录和自动报警的功能。开关电源的发展一直都和半导体器件及磁性组件等的发展息息相关。因为要实现高频化，对相应的半导体器件和高频电磁组件的要求就更高。发展功率-这些新型的器件，研发可以用于高频的低损磁性材料，改进磁性组件的结构，提高各种电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，都会对开关电源的发展起到推动作用。总而言之，开关电源技术的发展中，研究降低损耗回路技术与开发新型元器件，两者相互带动，相互促进，推动着开关电源不断的更新换代。13第2章 开关电源的工作原理2.1设计总思路本文是以843为核心控制部件，供电电源采用市电，设计一个小功率带变压器隔离的单端反激式开关电源。电源电路主要由单端反激式变换电路和制电路两部分组成体思路是源通过整流滤波，驱动843，并使之提供驱动脉冲，推动开关管工作，同时通过对电压的检测，改变输出电流信号，调整开关管的导通与截止，从而达到稳定输出电压的目的。其系统框图如图2.1所示：220V交 流输出整流滤波电路输出整流滤波电路高频变换电路控制电路输入电路 图2.1开关电源系统框图2.2输入电路交流市电进入开关电源先经过高功率因数整流器的进线滤波电路滤掉高频电磁干扰波。再通过桥式整流器整流，将交流电转换成直流电。输入电路包括三部分，即线路滤波器、浪涌电流抑制电路以及整流电路。如图2.2所示。1.线路滤波器的主要作用是将电网电源线进入的外来噪声衰减止下级连接的电路或部件，以及接于输出端的设备产生误动作。另一方面，又可对开关电源产生的传导噪声或辐射噪声进行衰减至于对其它电子设备产生电磁干扰成线路滤波器的主要部件是14扼流线圈和电容，根据所产生噪声电平大小以及使用频率高低来选定回路、所用部件、材料以及决定它们的数值等。市电线路滤波器浪涌电线路滤波器浪涌电流抑制电路整流电路 图2.2输入电路框图2.浪涌电流抑制电路：所输入电路的第二部分，是浪涌电流抑制部分。开关电源的输入端因为是整流平滑滤波电容器输入的，当接通交流电源时，滤波电容就有充电电流通过。这就是一种浪涌电流，它是在输入电压最大，相位90°时得到最大值。为了保护输入电源的开关接点，防止电源线发生故障，必须抑制浪涌电流。3.整流电路:输入电路的第三部分是整流电路种电路可分为电容输入型流圈输入型两大类开关电源中通常采用电容输入型种类型的整流方式又以桥式整流电路最常用。2.3高频变换电路根据电路是否具备电能回馈能力出端与输入端是否电气隔离以及电路的结构形式等三个原则，可以将开关电源中的电力电子电路分为非回馈型和回馈型、隔离型与非隔离型。非回馈隔离型分为正激型、反激型、半桥型、全桥型、推挽型。而非回馈非隔离型包含升降压型、升压型、降压型、Cuk型、Sepic型、zeta型。各种不同的电路有不同的特点以及应用场合。但总体上，相对于回馈型而言，非回馈型电路的结构较为简单，而且成本很低，且大部分的应用场合都不要求具备回馈能力，因此，非回馈型电路应用远比回馈型电路广泛。非隔离型电路的结构简单、成本低，但隔离型的应用比较广泛是因为大部分的应用场合都需要开关电源的输出端与输入端相互隔离离型电路中的各个电路有各自的特点，如表2.1所示：表2.1各隔离型电路的特点15电路优点缺点功率范围应用领域电路图电路较变压器正激型简单本单向励磁，几百瓦各种中、低靠性利用率低——几千小功率开高动电瓦关电源路简单电路非难以达小功率反激型常简单到较大的几瓦—和消费电本很低功率压—几十瓦子设备靠性高器单向励算机设备动电路简磁用率开关电源单低结构复变压器杂，成本大功率双向励磁，高靠性几百万工业用开全桥型容易达到低要复——几百关电源大功率杂的多组千瓦接电源隔离驱动解电源等电路直通和偏磁问题变压器有直通各种工半桥型双向励磁，问题靠几百瓦业用开关无变压器性低要——几千电源算偏磁问题，复杂的隔瓦机设备用开关较少，离驱动电开关电源成本低路等变压器有偏磁问几百瓦—双向励磁，题—几千瓦推挽型变压器一低输入次电流回电压的开路中只有关电源一个开关，通态损耗较小动简单隔离型电路中的主电路结构众多合小功率电源使用的有正激型激型以及半桥型，适合大功率电源的有正激型、半桥型和全桥型。由于电路非常简单，成本很低，可靠性高，16驱动电路简单，一般来说，小功率电源都采用反激型电路。如图2.3为反激型电路图。它的工作过程是，接通后，通过启动电路、、、在基极中流过小电流，一次绕组启动，在反馈绕组'上产生一个感应电压；此电压使基极电流增大，导致其集电极电流随之增大，形成正反馈过程，使很快饱和。致使两端电压使反偏，随着集电极电流增大，上的压降增加，的基极电位由于电路中加了稳压二极管而保持不变，故基极电流不断减小，开始退出饱和区,并向截止状态转换。的基极电流减小引起集电极电流减小，、'及上的极性均发生翻转，的基极电流进一步减小，其集电极电流也随之减小，形成正反馈过程，VT很快截止。在截止期间，由于极性翻转式导通，T在导通期间所存储的磁能转成电能而释放，供给负载。当磁能全部释放完毕，'上压降为零时，启动电路重新开始工作，周而复始，形成自激震荡。图2.3反激型电路图由图2.4反激波形图可得：

V =V

+nV

（2-1）cemax imax omax二极管上的最大反压为：

= +VVVima= +VVVVD2 cemaxn

（2-2）17图2.4反激波形图周期T越输入电压及输出电压的关系式为：1 1 1T=Ton+Toff

= =2PL（ +

） （2-3）0w1 00w1 0从上式可知，当、一定时，f与P成反比；当P、一定时，f与成反比，属于脉冲宽度与频率混合调制，也是自激行反激式电路的主要特性。变压器一次电流与输入电压、输出电压之间的关系式为：21 1i =TonV

=2P(V

+nV)

（2-4）lmax

1 0 1 0从上式可知，当P、一定时，增大，i减小；当、一定时，i与P(即I0)成正比，在，以及PP时，i值最大。 L RW输出电压与输入电压之间的 L RWV=TonV

（2-5）0 1在T导通期间，反偏；在T截止时，正偏，供给负载功率；T集电极承受的最大电压值n。2.4整流滤波电路整流电路的作用是将交流电转换成直流电实现这一目标主要是依靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率（1kW以下）整流电路中，普遍使用的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍流整流电路。他们有各自的特点，如表2.2所示。表2.2三种整流电路特点18电路电压比平 均二极管断优点缺点应用领域电流态电压全桥DI/2U/D二极管电压低，二极管数量多，高输出电压型整Lo变压器绕组结总通态损耗大（>100的电路流构简单全波DI/22U/D器件总数少，结二极管电压高，输出电压为整流Lo构简单，总通态变压器绕组需5-100V的电路损耗小中心抽头倍流2I/22U/D总通态损耗小，二极管电压高，输出电压非常低整流Lo变压器绕组结电感数量众多（的电路构简单滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波般由电抗组件组成在负载电阻两端并联电容器在整流电路输出端与负载间串联电感器L,以及由电容感组合而成的各种复式滤波电路。常用的滤波电路如表2.3所示。表2.3几种滤波电路特点及结构电路特点结构电容滤波电路电路简单载电流电压较高，纹波也较小输出特性较差。整流管导电角较大，电感滤波电路无峰值电流出特性比较平坦易引起电磁干扰。19双电容滤波电路提高电路工作的可靠性小电容器的漏电流。2.5控制电路控制电路主要是控制开关电源主电路中开关器件的工作果出现错误能使整个电源停止工作甚至损坏。而且开关电源的许多指标，比如稳压稳流精度、纹波、输出特性等等也与控制电路有关。因此，控制电路的设计对开关电源非常重要。控制电路中包含了驱动电路、调节器电路。并流均流电路、保护电路、PWM控制电路。如图2.5所示。驱动电路是控制电路与主电路的接口，与开关电源的可靠性、效率等性能有关。驱动电路需要很高的快速性，能提供一定的驱动功率，并具有较高的抗干扰和隔离噪声能力。调节器电路的作用是将给定量和反馈量进行比较和运算，得到控制量。当开关电源需要并机组成系统运行时入并机均流电路获得更大的容量和更高的可靠性。为了保证开关电源在正常和非正常使用情况下的可靠性，其控制电路中应包含保护电路该具备自身保护和负载保护两方面的功能旦出现故障即使开关电路停止工作，并以声或光的形式报警，以保证在任何情况下，自身不损坏，并且不损坏负载。制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等封锁信封锁信号保护电电温基准源调节器PWM驱动并机均流反馈if压流度连接并机线20图2.5控制电路的结构效地获得所需要波形制电路的作用是将在一定范围内连续变化的控制量模拟信号转换为信号，该信号的开关频率固定，占空比随着输入信号连续变化。经常使用的集成控制器有S525、TL494和825、842/3/4/5/6、875/6/7/8/9等。其内部电路的典型结构如图2.6所示。VVEA脉宽调制器门电路门电路基准源振荡器分频器图2.6 制器内部的典型结构示意图通常集成制器将误差电压放大器、振荡器、较器、驱动、基准源、保护电路等常用开关电源控制电路集成在同一芯片中成功能完整的集成电路着微电子技术的发展种各样的流变换器集成控制器不断出现此开关电源所用的元器件数量大幅减少，这不但提高了开关稳压电源的可靠性，而且还简化了开关稳压电源的设计计算，使开关稳压电源更便于生成和维护。成控制器分为电压型控制器和电流型控制器两种论是电压模式控制还是电流模式控制者拥有输出电压反馈以及电压调节器电压模式中存在电压反馈控制环，而电流模式控制中，不仅有电压反馈控制环，还拥有一个电流控制内环。相比之下，电流模式控制有着不可比拟的优点：（1）系统的稳定性增强，稳定域扩大。（2）系统动态特性改善，主要体现在对输入电压扰动的抵抗能力提高。（3）具有快速限制电流的能力。实际上，如果运用电流控制模式，电源中不必再加入输出短路保护，因为如果发生短路，电流控制电路会使电源输出电压减小，从而限制输出的电流值，电源不会损坏。21第3章 单元电路的设计3.1输入电路3.1.1进线滤波电路交流市电由L火线、N零线进入，首先经过的是进线滤波电路。开关电源两根交流进线存在共模干扰和差模干扰种干扰以不同比例同时存在如，在开关电源中，当开关管的电流、电压快速上升或者下降时，电感、电容的电流也迅速发生变化些都构成了电磁干扰源了减少干扰信号通过电网影响其它电子设备的正常工作，也为了减少干扰信号对本机信号造成影响，要加入线路滤波器。一般由电感、电容构成。设计电路如图3.1所示：图3.1 进行滤波电路设计图FU为熔断器，其选定值约为输入电流的2-3倍。电路中的RTH是热敏电阻一种安全保护器件主要作用是对电源电路中瞬间出现的浪涌电流起到限制作用，可以有效地降低过大的浪涌电流，破坏输入电路，以及避免损坏开关管和振荡电路芯片。是放电电阻（安全电阻，用于防止电源线插拔时插头长时间带电。LF为L型高压低通滤波器用于防止电源噪声信号。之后、、、。LF组成电路。它防止电源本身的电磁干扰脉冲通过传导或辐射方式干扰公共线路上的其它电器设备时也防止公共线路上的电磁脉冲干扰电源本身的工作。与抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；、、组成抗共模干扰电路，用于抑制共态噪声干扰。它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减旁路作用。22进线滤波电路的电感电容参数选择如下：LF的电感值一般为几百微亨至几个毫亨，LF取5通常取0.1uF，即取为0.1uF。通常取0.1uF，即取为0.1uF。3.1.2单相桥式整流电路交流市电经过进线滤波电路滤波后，才通过由4个二极管构成的单相桥式整流器，将交流电源转换成直流电源。设计部分如图3.2所示单相桥式整流电路是将交流转换为直流的最基本的电路，如图。整流电路中的二极管具有单向导通性整流电路中作为开关用式整流器的工作原理就是利用4个整流二极管的分组导通性来实现的。当交流正弦波正半周时，二极管导通，输出得到正弦波的正半周；当交流正弦波负半周时，二极管导通，输出得到正弦波的负半周；然后输出正负半周经过合成，得到一个同方向的单相脉动电压，即单相脉动直流电压。这样就将正弦交流电转换成了脉动直流电。图3.2单相桥式整流设计图单相桥式整流器的二极管参数选择如下：整流电路输入电压为工频正弦，流过的电流也近似为工频正弦，输入功率因数约为1。因此，二极管承受的最高电压为输入最大的相电压峰值，依据逆变输出的功率和估算的电路效率可以大致计算出输入电流的有效值样就可以很容易地确定输入整流二极管的参数要求。acokm假定输入交流电压的最大峰值为U 灯负载的功率为P输入输出的变换acokmacmin.95、输出最低交流电压有效值为U ，则整流二极管反向重复峰值电acminRRM acpkmU =（1.5~RRM acpkm（3-1）

1.52.0220110%×223=513.3~684.4V整流二极管正向通态平均电流为1IF（AV）=（2.0~3.0） ×1.57ηUacmin 2

（3-2）90 1=（2.0~3.0） ×1.570.95220（1-10） 2=431.1~646.5mA当接通线路后，由于电容、容值一般仅为1uF2uF，只能用作高频滤波旁路，故桥式整流输出的是100的正弦半波脉动电压。输入的220V交流电压经整流后的脉动直流电由滤波电容滤波后获得310V左右的直流电压过R2的压降作用后C12充电C12的电压达到UC3843要求的启动电压C3843开始工作。随着UC3843的启动，R2的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压给UC3843供电。3.2高频变换路输入电路产生的310V左右的直流电压，之后进入主电路，即开关电源的核心电路。由于反激型电路的结构最为简单，组件数少，成本较低，广泛使用于各种功率为数瓦至数十瓦的小功率以这里采用反激型电路电路可以看成是将升降压型电路的电感换成相互耦合的电感得到此反激型电路中的变压器在工作中总是经历着储能——放电的过程计部分如图3.3所示。图3.3高频变换电路设计图24、、以及、、组成浪涌吸收电路以保护功率SF。1．变压器是开关电源中的核心元件，高频开关电源变压器的设计要求包括磁芯参数，线圈参数等内容。按照输出为=20IA的要求，以及考虑20％的余量，则输出功率P.20×30×3=108据输出功率选择磁芯际选取能输出170率的磁芯据表3-1选用ＥＩ（-35，查表可得该磁芯的有效截面积Ａｅ＝1.01ｃｍ。输出功率与磁2芯的尺寸之间关系如表3-1所示，根据表3-1，磁芯选择为-35，它的有效截面积S=101mm，磁芯材料相当于的，最大工作磁通密度Bm可由图3-4查出。实际使用时磁芯温度约为100℃，需要确保Bm为线性范围，因此，Bm为3000高斯以下，但2设计时需要减小剩磁，同时满足安培环路定律：Hl=Ni=F。表3.1 输出功率与磁芯尺寸的关系磁芯型号x长(x宽(x高(有效截面积标准输出功率-2222.519.56.042203040（-2525.918.77.041306090-2828.720.810.8856090130-3030.727.211.011195130200-3535.929.410.3101120170260-4040.935.312.0148190290440-5051.243.015.0230300440650-6061.445.016.0247360550800剩磁随磁芯温度以及工作频率而改变，此处，剩磁温度为100℃，工作频率为100则剩磁约减小为1000高斯，Bm为1500高斯。图3.4 H7C4材料磁芯的B-H特性2．变压器初级绕组的匝数计算：25=

(VDC

T 4×0.8102

(3-3)(B)(311−1)

5 4×0= 2 1011500)=40.9式中为输入直流电压为磁芯横截面积d为磁通密度匝数取整数因此141匝。3.次级绕组匝数的计算。

(OUTT)NN= on N=1Vt21Vt

(3-4)DCmin(30=2.1 230=12.7式中为输出电压，为最小输入电压。取13匝。4.变压器辅助绕组匝数的计算：变压器次级输出电压的计算：

(U +U

)U'= VU'=INtON

(3-5)C式中：U是电容上压降，为SFT上正向压降，采用仿真值。变压器次级最低电压CU'式中，V为估算值。所以

INmin

(10+5)= 5.7V2.1

（3-6）U' N INmin=2

（3-7）UN' 'UNOUTmin可求的N.3，取整数7匝。3.3输出整流滤波电路输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。设计部分如图3.5：26图3.5输出整流滤波电路设计电路中存在寄生振荡，整流管会承受较大的尖峰电压，当副边电压为零时，在全桥整流器中四只二极管全部导通出滤波电感电流处于自然续流状态当副边电压变化为高电压某个比值时，整流桥中有两只二极管要关断，两只二极管继续导通。这时候变压器的漏感就开始和关断的整流二极管的电容谐振使采用快恢复二极管极管依然会承受至少两倍的尖峰电压此须采用有效的缓冲电路里采用了二极管并联的方法、，以及、、，使得尖峰电压减少很多。开关电源中对直流输入进行高频的斩波后通过高频的变压器进行传输这个过程中，必然会掺入高频的噪声干扰。还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。采用快恢复二极管、整流。基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。计算输出扼流圈的电感量。流经扼流圈的电流ΔIL如图3.6所示。图3.6 扼流圈中的电流波形U' −(U +U )= ΔI INmin F = ΔIL ONmaxL

（3-8）式中，L为输出扼流圈的电感（u。这里选ΔIL为输出电流

I的100因此，0按ΔIL为I的20行计算。ΔIL0

=I=3=0.6(，由此式，可求得：0U' −(U +U ) 73.1−(0.5+30)0= ΔI INmin F = ΔIL ONmaxLΔIL

= .1=149(uH)0.6

（3-9）这样，采用149uH，3A的扼流圈。27再确定输出电容的容量。输出电容的大小主要由输出纹波电压抑制要求而确定出纹波电压ΔV由ΔIL和输出电容的等效串联电阻确定，但输出纹波通常为输出电压的0.3.5r0ΔV≈r0

(0.3~0.5)U

(0.3~0.5)0= =90mV

~150mV100 100又因为：ΔV=ΔI

（3-10）r L由3-10式得：ΔV 90~150ESR= r= =150~250(mΩ)LΔI 0.6L因此，工作频率为100需要选用ESR值为250mΩ的电容。流经电容的纹波电流为Ic2rms为ΔI 0.62×3Ic2rms= L= =0.173(2×2×3因此，根据表3-2，可选用470uF的电容。表3.2 适用高频的电容实例容量（uF）tanδ(120阻抗（Ω/100允许纹波电流（）4700.190.245755600.190.188076800.220.217348200.220.19800由于存在输入电源的噪声存在功率器件在开关过程中产生的高频噪声用电解电容I，以滤除此噪声干扰，他们与形成三个滤波电容的滤波回路，以提高电路工作的可靠性，减小电容器的漏电流。同时，当关断时，由它放电。3.4控制电路3.4.1843芯片介绍843是最近几年来问世的新型电流型脉宽调制集成电路。它具有功能全，工频高，引脚少，外围组件简单等特点。它的电压调整率可达0.01常接近线性稳压电源的调整率。它的启动电路非常简单，为单端输出式，驱动电平非常适合于驱动场效应管。它可产生脉宽可调的脉冲输出脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，控制输出脉宽的占空比。其引脚图如图3.7所示。28图3.7843引脚图其主要特性如下：（1） 具有最优化的离线DC变换器。（2） 静态电流小（1mA。（3） 具有快速自动补偿电路。（4） 具有单步脉冲控制电路。（5） 增强负载回馈特性。（6） 断电停止特性。（7） 采用双脉冲抑制方式。（8） 大电流标识输出。（9） 内置基准参考电压。（10）工作频率为500kHz。其内部框图，如图3.8所示。图3.8843内部框图843有4种封装形式种是14pin双列直插和S14外一种8pin双列直插和29S8，引脚功能见表3.3。表3.3843引脚功能引引脚符号引脚功能说明8管脚14管脚11内部误差放大器的输出端接补偿网络到误差放大器的反相输入端决定放大器的闭环增益和频率响应使芯片工作稳定。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。23反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输入端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。误差放大器反相输入端，接收控制信号。35IE一个正比于电感器电流的电压接至此输入，脉宽调制器使用此信息中止输出开关的导通。47定时端。RT/CT为锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端，外接定时电阻和定时电容决定振荡器工作频率，f.8/(。5-地该管脚是控制电路和电源的公共地（仅对8管脚封装如此610输出端，直接驱动功率的栅极，高达1.的峰值电流经此管脚开和关。712电源端。当供电电压低于+16V时843不工作时耗电在1以下。输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压获得。极限输入电压为30其开启阀值设在16V814ef基准电压输出，可输出精确的V基准电压，电流可达508电源地该管脚是一个连回至电源的分离电源地返回端（仅14管脚封装如此用于减少控制电路中开关瞬态噪声的影响。11输出高态（由加到此管脚（仅14管脚封装如此）的电压设定。通过分离的电源连接，可以减小开关瞬态噪声对控制电路的影响。9地该管脚是控制电路地返回端（仅4管脚封装如此并被连回到电源地。2,4,6,13空脚无连（仅14管脚封装如此这些管脚没有内部连接。。843的误差放大器同相输入端接在内部.5V基准电压上相输入端接收外部控制信号，其输出端可外接电阻、电容构成的网络，然后接到反相输入端，在应用中改变C的参数来改变放大器的闭环增益和频率响应。由电阻、电容构成误差放大器补偿网络接在芯片1脚和2脚之间，误差放大器补偿网络可以稳定电流型制器。正常运行时，检测电阻的峰值电压由内部误差放大器控制，满足下式：30U −1.4I=SC （3-11）I=S3RS式中为误差放大器的输出电压；I为检测电流。843的内部电流测定比较器的反相端输入端钳位电压为1最大限制电流I/.在和脚3之间，常用电阻电容C组成一小的滤波器，用于抑制功率管开通时产生的电流尖峰，其时间常数近似等于电流尖峰持续时间（通常为几百纳秒3.4.2简介及选取1.原理功率场效应管又叫功率场控晶体管，实际上，功率场效应管也分结型、绝缘栅型。但通常指后者中的管，即talideSeconductorFieldfectansistor它又分为N沟道、P沟道两种。器件符号如下图3.9所示。 N沟道 P沟道图3.9电路符号符号器件的电极分别为栅极漏极源极S。和普通管一样，它也有：耗尽型：栅极电压为零时，即存在导电沟道。无论正负都起控制作用。增强型：需要正偏置栅极电压，才生成导电沟道。达到饱和前，正偏越大，I越大。一般使用的功率多数是N沟道增强型。而且不同于一般小功率管的横向导电结构，使用了垂直导电结构，从而提高了耐压、电流能力，因此又叫2.的特点这种器件的特点是输入的绝缘电阻比较1万兆欧以上极电流几乎是零。而且驱动功率小，速度高，安全工作区宽。但高压时，导通电阻与电压的平方成正比，因而提高耐压和降低高压阻抗困难。非常适合100V以下，属于理想的使用器件。目前的研制水平在100065A左右（参考3.参数与器件特性无载流子注入，速度取决于器件的电容充放电时间，与工作温度关系不大，故热稳定性好。另外，的一个明显特点是三个极间存在比较明显的寄生电容，这些电容对开关速度有一定影响。偏置电压高时，电容效应也加大，因此对高压电子系统会有一定影响。以栅源极为例，其特性如下：可以看到：器件开通延迟时间内，电荷积聚较慢。随着电压增加，电荷快速上升，对应着管子开通时间。最后，当电压增加到一定程度后，电荷增加再次变慢，此时管子已经导通。4.器件的选取 考虑市电的变化范围为-155%，则INmaxU =220×21.15=357其变压器初级漏感约为最大的输入电压值的1.3倍因INmax加在上的电压峰值为31=(UUdsp ima=(UU

+U)(1+10%~20%)

（3-12）f=(357+35.7)(1+10%~20%)f=432~47为管关断时初级励磁线圈的续流电压。上式中的最后的100是为理想的电压峰值，留有100裕量。选用时，一般取额定电压为正常工作时所承受峰值电压的2倍，因此，取额定电压为100V的F可以满足要求。实际上，这电压叠加有浪涌电压，波形如图3.10所示。漏极电流I为Ids

P= OUT

（3-13）120= 140.7=3.67A图3.10加在主开关上的电压的波形P为输入功率为输出功率为功率因数。为了防止浪涌电流对管的破坏，一般留有2倍的裕量。3.4.3控制电路的设计控制电路设计的目标是使开关电源在各种工况下均能稳定工作且达到要求的动态性能，因此控制电路设计工作的核心是电压、电流反馈控制系统的设计。设计电路如图3.11所示。32图3.11控制电路部分设计与是3843的开关工作频率的设定电阻和电容，他们确定振荡频率以及死区时间。这里选用的2.4,10000pF，可算得振荡频率为foscf

1.72CR= （3-12CRTT将、代入，可得振荡频率为71。为过流检测电阻，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，的两端的电压上升，843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1即电流超过1．5时，843的较器输出高电平，使存器复位，关闭输出。这时，843的脚6