它激式開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）它激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)摘 要 電源是實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時(shí)代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運(yùn)輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對(duì)電影產(chǎn)業(yè)提出個(gè)更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開(kāi)關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。uc3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈沖寬度，亦即占空比d，使斬波后的平均值電壓下降，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反

2、之亦然。uc3842可以直接驅(qū)動(dòng)mos管、igbt等，適合于制作2080w小功率開(kāi)關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，由主電源電壓直接啟動(dòng)，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計(jì)中“簡(jiǎn)潔至上”的原則。關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源，uc3842，脈寬調(diào)制，功率，igbt ex-stimulus power-switch design abstractpower is to achieve power conversion and power transmission major equipment. in the information age, agriculture, energy, transportation,

3、 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 variety of rural customs, the po

4、wer 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 an excellent current-

5、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.uc3842 can contr

6、ol direct drive mos, igbt, etc., suitable for the production of 20 80w 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, simplicity first princ

7、iple.key words: switching power supply，uc3842，pwm，power，igbt28目錄前言1第1章 開(kāi)關(guān)電源介紹21.1 開(kāi)關(guān)電源概述21.1.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理21.1.2 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)31.1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)41.2 開(kāi)關(guān)器件41.2.1開(kāi)關(guān)器件的特征41.2.2器件tl43151.2.3電力二極管61.2.4光耦pc81771.2.5電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet81.2.6 絕緣柵igbt9第2章 主要開(kāi)關(guān)變換電路102.1 濾波電路102.2 反饋電路102.2.1電流反饋電路102.2.2電壓反饋電路112.3電壓保護(hù)電路12第3章

8、uc3842133.1 uc3842簡(jiǎn)介133.1.1 uc3842的引腳及其功能133.1.2 uc3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)143.1.3 uc3842的使用特點(diǎn)153.2 uc3842的典型應(yīng)用電路163.2.1反激式開(kāi)關(guān)電源163.2.2 uc3842控制的同步整流電路173.2.3升壓型開(kāi)關(guān)電源20第4章 利用uc3842設(shè)計(jì)小功率電源224.1 電源設(shè)計(jì)指標(biāo)224.1.1元件的選擇224.1.2電路結(jié)構(gòu)的選擇244.2 啟動(dòng)電路244.3 pwm脈沖控制驅(qū)動(dòng)電路254.4 直流輸出與反饋電路264.5 總體電路圖分析27結(jié) 論29謝辭30參考文獻(xiàn)31外文資料譯文32前言隨著電力電子技術(shù)的高

9、速發(fā)展，電力電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，而電子設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，進(jìn)入80年代計(jì)算機(jī)電源全面實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開(kāi)關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機(jī)、通訊、電子檢測(cè)設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開(kāi)關(guān)電源，更促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。 電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件igbt和mosfet的迅速發(fā)展,將開(kāi)關(guān)電源的工作頻率提高到相當(dāng)高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價(jià)比等特性。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進(jìn)了開(kāi)關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)

10、展，人們生活水平的不斷提高。任何電器和電氣設(shè)備要正常工作都離不開(kāi)電源供電，由于開(kāi)關(guān)電源具有體積小、功率密度大和工作效率高的一系列優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)電源在人們的工作和生活中得到了廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源switching power supply具有功耗小、功率高、穩(wěn)壓范圍寬、體積?。ㄖ亓枯p）等突出優(yōu)點(diǎn)，在通訊設(shè)備、數(shù)控裝置、儀表儀器、影音設(shè)備家用電器等電子電路中得到了廣泛應(yīng)用。 第1章 開(kāi)關(guān)電源介紹1.1 開(kāi)關(guān)電源概述1.1.1 開(kāi)關(guān)電源工作原理開(kāi)關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開(kāi)關(guān)，控制開(kāi)關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開(kāi)關(guān)電源的工作原理可以用圖1-1進(jìn)行說(shuō)明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電

11、壓ui經(jīng)開(kāi)關(guān)s加至輸出端，s為受控開(kāi)關(guān)，是一個(gè)受開(kāi)關(guān)脈沖控制的開(kāi)關(guān)調(diào)整管，若使開(kāi)關(guān)s按要求改變導(dǎo)通或斷開(kāi)時(shí)間，就能把輸入的直流電壓ui變成矩形脈沖電壓。這個(gè)脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓uo。 (a) 電路圖；(b) 波形圖圖1-1開(kāi)關(guān)電源的工作原理為方便分析開(kāi)關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下 (1-1)式中，t表示開(kāi)關(guān)s的開(kāi)關(guān)重復(fù)周期；ton表示開(kāi)關(guān)s在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的導(dǎo)通時(shí)間。開(kāi)關(guān)電源直流輸出電壓uo與輸入電壓ui之間有如下關(guān)系：uo=uid (1-2)由式(1-1)和式(1-2)可以看出，若開(kāi)關(guān)周期t一定，改變開(kāi)關(guān)s的導(dǎo)通時(shí)間，即可改變脈沖占空比d，從而達(dá)到調(diào)節(jié)

12、輸出電壓的目的。t不變，只改變來(lái)實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(pwm)。由于pwm式的開(kāi)關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計(jì)，易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，因此pwm式開(kāi)關(guān)電源用得較多。若保持不變，利用改變開(kāi)關(guān)頻率f=1/t實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)輸出直流電壓uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(pfm)。由于該方式的開(kāi)關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計(jì)不易實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。既改變，又改變t，實(shí)現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開(kāi)關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用。1.1.2 開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的基本組成如圖1-2所示。其中dc/dc變換器用以進(jìn)行功率變換，它是

13、開(kāi)關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)關(guān)信號(hào)的放大部分，對(duì)來(lái)自信號(hào)源的開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行放大和整形，以適應(yīng)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)要求；信號(hào)源產(chǎn)生控制信號(hào)，該信號(hào)由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是pwm信號(hào)、 pfm信號(hào)或其他信號(hào)；比較放大器對(duì)給定信號(hào)和輸出反饋信號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，控制開(kāi)關(guān)信號(hào)的幅值、 頻率、 波形等，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制開(kāi)關(guān)器件的占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開(kāi)關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動(dòng)、 過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、 輸入濾波、 輸出采樣、 功能指示等電路。反饋回路檢測(cè)其輸出電壓，并與基準(zhǔn)電壓比較，其誤差通過(guò)誤差放大器進(jìn)行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的通斷時(shí)間，從而調(diào)整輸出電壓。dc/

14、dc變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的pwm變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端lc濾波器的特性決定，所以可以通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率、 降低輸出濾波器lc的方法來(lái)改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。圖1-2 開(kāi)關(guān)電源的基本組成1.1.3 開(kāi)關(guān)電源的特點(diǎn)開(kāi)關(guān)電源具有如下特點(diǎn)：(1) 效率高。開(kāi)關(guān)電源的功率開(kāi)關(guān)調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在80%90%，高的可達(dá)90%以上；(2) 重量輕。由于開(kāi)關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了；(3) 穩(wěn)壓范圍寬。開(kāi)關(guān)

15、電源的交流輸入電壓在90270 v內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓的變化在2%以下。合理設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開(kāi)關(guān)電源的高效率；(4)安全可靠。在開(kāi)關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)切斷電源，保障其功能可靠； (5) 功耗小。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率高，一般在20 khz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長(zhǎng)期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開(kāi)關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。1.2 開(kāi)關(guān)器件1.2.1 開(kāi)關(guān)器件的特征同處理信息的電子

16、器件相比，開(kāi)關(guān)電源的電子器件具有以下特征：(1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開(kāi)關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級(jí)，大至兆瓦級(jí)，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件。(2) 開(kāi)關(guān)器件一般都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時(shí)阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。(3) 開(kāi)關(guān)器件的動(dòng)態(tài)特性也是很重要的方面，有些時(shí)候甚至上升為第一位的重要問(wèn)題。作電路分析時(shí)，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)往往用理想開(kāi)關(guān)來(lái)代替實(shí)際開(kāi)關(guān)。(4) 電路中的開(kāi)關(guān)器件往往需要由信息電子電路來(lái)控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對(duì)控制

17、電路的信號(hào)進(jìn)行放大，這就是開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)電路。(5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開(kāi)關(guān)器件溫度過(guò)高而損壞，不僅在開(kāi)關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計(jì)，在其工作時(shí)一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時(shí)，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時(shí)，開(kāi)關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過(guò)；形成斷態(tài)損耗時(shí)，在開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開(kāi)關(guān)損耗。對(duì)某些器件來(lái)講，驅(qū)動(dòng)電路向其注入的功率也是造成開(kāi)關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。1.2.2 器件tl431tl431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從vref（2.5v）到36v范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型

18、動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。tl431是一種并聯(lián)穩(wěn)壓集成電路。因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。tl431特點(diǎn)： （1）最大輸出電壓為37v； （2）電壓參考誤差：0.4 ，典型值25（tl431b）；（3）低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22 ； （4）負(fù)載電流能力1.0ma -100ma； （5）等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/典型； （6）溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍； （7）低輸出噪聲電壓； （8）輸出電壓范圍為2.5v-36v；內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5v； (9) 最大工作電流150ma；圖13 tl

19、431的外觀和管腳tl431的具體功能可以用圖1-4的功能模塊示意。由圖可看到，vi是一個(gè)內(nèi)部的2.5v的基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反向輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)ref端（同向端）的電壓非常接近vi（2.5v）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著ref端電壓的微小變化通過(guò)三極管的電流將從1到100ma變化。當(dāng)然，該圖絕不是tl431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但可用于分析理解電路。 圖1-4 模塊圖1.2.3 電力二極管電力二極管（power diode)自20世紀(jì)50年代初期就獲得應(yīng)用，當(dāng)時(shí)也被稱為半導(dǎo)體整流器，并已開(kāi)始逐步取代汞弧整流器。雖不是可控器件，但其結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，工作可靠，所以直

20、到現(xiàn)在電力二極管仍然大量應(yīng)用于許多電氣設(shè)備中。電力二極管可分為普通二極管, 快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。1. 普通二極管(general purpose diode)普通二極管又稱為整流二極管(rectifier diode)，多用于開(kāi)關(guān)頻率不高(1 khz以下)的整流電路中。其反向恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，一般在5 s以上，這在開(kāi)關(guān)頻率不高時(shí)并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上。2. 快恢復(fù)二極管(frd)快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過(guò)程很短，特別是反向恢復(fù)過(guò)程很短的二極管，簡(jiǎn)稱為快速二極管?？焖俣O管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用pn結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的

21、pin結(jié)構(gòu)。采用外延型pin結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管(fast recovery epitaxial diodes，fred)，其反向恢復(fù)時(shí)間更短(可低于50 ns)，正向壓降也很低(0.9 v左右)，但其反向耐壓多在400 v以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)，前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100 ns以下，有的甚至達(dá)到2030 ns。3.肖特基二極管 以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管(sbd)，簡(jiǎn)稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)很多，主要是：反向恢復(fù)時(shí)間很短(1040 ns)，正向恢復(fù)過(guò)程中不會(huì)有明顯的電壓過(guò)沖；在反向耐壓

22、較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開(kāi)關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是：當(dāng)反向耐壓提高時(shí)，其正向壓降也會(huì)高得不能滿足要求，因此多用于200 v以下；反向漏電流較大且對(duì)溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴(yán)格地限制其工作溫度。1.2.4 光耦pc817光電耦合器是以光為媒介來(lái)傳播電信號(hào)的器件。 pc817是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當(dāng)作耦合器件，具有上下級(jí)電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響。目的在于增加安全性，減小電路干擾，簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)。 當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受

23、光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)（開(kāi)關(guān)信號(hào)），不適合傳輸模擬信號(hào)。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，這樣隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,pc817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。主要應(yīng)用范圍：開(kāi)關(guān)電源、適配器、充電器、ups、dvd、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品。圖15 pc817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 1.2.5 電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管mosfet1.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的mos型，

24、簡(jiǎn)稱電力mosfet。其特點(diǎn)是：用柵極電壓來(lái)控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10 kw的電源電子裝置。2.電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理(a) n溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖； (b) 電氣圖形符號(hào)圖1-5 電力mosfet的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號(hào)電力mosfet的種類按導(dǎo)電溝道可分為p溝道和n溝道，當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型；對(duì)于n(p)溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。如圖1-5所示，其中g(shù)為柵極，s為源極，d為漏極。電力mosfet的工作原理是：在截止?fàn)?/p>

25、態(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。p基區(qū)與n漂移區(qū)之間形成的pn結(jié)反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓ugs，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)，但柵極的正電壓會(huì)將其下面p區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將p區(qū)中的電子吸引到柵極下面的p區(qū)表面。1.2.6 絕緣柵igbtmosfet具有開(kāi)關(guān)速度快，為電壓控制的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是導(dǎo)通電壓降稍大，電流、電壓容量不大；雙極型晶體管卻與mosfet管的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)互易，因而產(chǎn)生了使它們復(fù)合的思想。igbt控制時(shí)有mosfet的特點(diǎn)，導(dǎo)通時(shí)有雙極型晶體管特點(diǎn)，這種復(fù)合管稱為絕緣柵雙極型晶體管（igbt）。igbt是mos結(jié)構(gòu)的雙極型器件，是具有功

26、率mosfet管的高速性能和雙極型器件的低導(dǎo)通電阻性能的功率器件，具有電壓型控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、開(kāi)關(guān)速度快、工作頻率高、安全工作區(qū)大等優(yōu)點(diǎn)，igbt正逐步取代大功率晶體管和一些mosfet管的應(yīng)用領(lǐng)域。igbt的應(yīng)用范圍一般都在耐壓為600v以上、電流為10v以上、工作頻率為1khz以上的應(yīng)用領(lǐng)域。igbt集合了場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高、雙極性結(jié)型晶體管飽和電壓降低的優(yōu)點(diǎn)。由igbt的結(jié)構(gòu)機(jī)理決定了其關(guān)斷時(shí)會(huì)發(fā)生的電流“拖動(dòng)”現(xiàn)象，因而igbt的開(kāi)關(guān)工作頻率與功率晶體管（grt)相當(dāng)。圖1-6 igbt的圖形符號(hào) 第2章 主要開(kāi)關(guān)變換電路2.1 濾波電路輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑

27、制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號(hào)，同時(shí)也防止開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號(hào)影響交流電網(wǎng)。圖2-1所示濾波電路是一種復(fù)合式emi濾波器，l1、l2和c1構(gòu)成第一級(jí)濾波，共模電感l(wèi)3和電容c2、c3進(jìn)行第二級(jí)濾波圖2-1輸入濾波電路c1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻r給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。c2、c3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，c2、c3宜選用陶瓷電容器。2.2 反饋電路 2.2.1 電流反饋電路電流反饋電路采用電流互感器，通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖2-2所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時(shí)值反

28、饋和電流平均值反饋兩路，r2上的電壓反映電流瞬時(shí)值。開(kāi)關(guān)管上的電流變化會(huì)使ur2變化，ur2接入uc3842的保護(hù)輸入端腳，當(dāng)ur21v時(shí)，uc3842芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過(guò)調(diào)節(jié)r1、r2的分壓比可改變開(kāi)關(guān)管的限流值，實(shí)現(xiàn)電流瞬時(shí)值的逐周期比較，屬于限流式保護(hù)。輸出脈沖關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流平均值的保護(hù)，屬于截流式保護(hù)。兩種過(guò)流保護(hù)互為補(bǔ)充，使電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時(shí)與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個(gè)電源的效率。圖2-2電流反饋電路2.2.2 電壓反饋電路電壓反饋電路如圖2-3所示。輸出電壓通過(guò)集成穩(wěn)壓器tl431和光電耦合器反饋到uc3842的腳

29、，調(diào)節(jié)r1、r2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓uo升高，集成穩(wěn)壓器tl431的陰極到陽(yáng)極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即uc3842腳對(duì)地的分流變大，uc3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓uo減小。同樣如果輸出電壓uo減小，可通過(guò)反饋調(diào)節(jié)使之升高。圖2-3電壓反饋電路2.3 電壓保護(hù)電路圖2-4所示為輸出過(guò)電壓保護(hù)電路。穩(wěn)壓管vs的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時(shí)，vs不導(dǎo)通，晶閘管v的門極電壓為零，不導(dǎo)通。當(dāng)輸出過(guò)壓時(shí)，vs擊穿，v受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過(guò)uc3842控制開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。圖2-4輸出過(guò)電壓保護(hù)電第

30、3章 uc38423.1 uc3842簡(jiǎn)介繼mc1394、an5900之后，人們又開(kāi)發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動(dòng)集成電路。其特點(diǎn)是除內(nèi)部pwm系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護(hù)輸入和穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，同時(shí)還具有小電流啟動(dòng)功能。典型的uc3842就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開(kāi)關(guān)電源中。uc3842是美國(guó)unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。uc3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由5.0v基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測(cè)定比較器、pwm鎖存器

31、、高增益e/a誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率mosfet的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端1為comp端；端2為反饋端；端3為電流測(cè)定端；端4接rt、ct確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在840v；端8為內(nèi)部供外用的基準(zhǔn)電壓5v，帶載能力50ma。3.1.1 uc3842的引腳及其功能圖31 uc3842的引腳如圖31 ：1腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻率特性;2腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；3腳為pwm比較器的另一

32、輸入端，當(dāng)檢測(cè)電壓超過(guò)lv時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)；4腳為定時(shí)電容ct端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，f=1.8(rtct);5腳為接地端。6腳為推挽輸出端 ，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅(qū)動(dòng)能力為la；7腳為啟動(dòng)/工作電壓輸入端腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mw。8腳為內(nèi)部5v基準(zhǔn)電壓輸出端，有50ma的負(fù)載能力。3.1.2 uc3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)uc3842為雙列8腳單端輸出的它激式開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、pwm鎖存電路、5vc基準(zhǔn)電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路

33、等，見(jiàn)圖3-2圖3-2 uc3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(1) 5v的基準(zhǔn)電源:內(nèi)部電源,經(jīng)衰減得到2.5v作為誤差比較器的比較基準(zhǔn).該電源還可以提供外部5v/50ma.(2) 振蕩器:產(chǎn)生波振蕩.rt接在4ret 8腳之間,ct接4gnd5之間. 頻率f=1.8/ctrt,最大為500khz.(3) 誤差放大器：由vfb端輸入的反饋電壓和2.5v做比較，誤差電壓comp用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。comp端引出接外部rc網(wǎng)絡(luò),以改變?cè)鲆婧皖l率特性.(4) 輸出電路：圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1a，驅(qū)動(dòng)mos管及雙極型晶體管。(5) 電流取樣比較器：腳isense用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當(dāng)vis

34、ense1v時(shí)，關(guān)閉輸出脈沖，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。這實(shí)際上是一個(gè)過(guò)流保護(hù)電路。(6) 欠壓鎖定電路vvlo：開(kāi)通閾值16v，關(guān)閉閾值10v。具有滯回特性。(7) pwm鎖存電路：保證每一個(gè)控制脈沖作用不超過(guò)一個(gè)脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。另外，vcc與gnd之間的穩(wěn)壓管用于保護(hù)，防止器件損壞。圖騰柱輸出電路(totem pole)：由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點(diǎn)像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。輸出極采用一個(gè)上電阻接一個(gè)npn型晶體管的集電極，這個(gè)晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時(shí)輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩晶體管的基極分別接前級(jí)的控制。就是上下兩個(gè)輸出晶體管，從直流角度看是串

35、聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。在開(kāi)關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋電路”。3.1.3 uc3842的使用特點(diǎn)(1) 采用單端圖騰柱式pwm脈沖輸出，輸出驅(qū)動(dòng)電流為200ma，峰值可達(dá)1 a。 (2) 啟動(dòng)電壓大于16 v，啟動(dòng)電流僅1 ma即可進(jìn)入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時(shí)，工作電壓在1034 v之間，負(fù)載電流為15 ma。超出此限制，開(kāi)關(guān)電源呈欠電壓或過(guò)電壓保護(hù)狀態(tài)，無(wú)驅(qū)動(dòng)脈沖輸出。 (3) 內(nèi)設(shè)5 v(50 ma)基準(zhǔn)電壓源，經(jīng)21分壓后作為取樣基準(zhǔn)電壓。(4) 輸出電流為200

36、 ma，峰值為1 a，既可驅(qū)動(dòng)雙極型三極管也可驅(qū)動(dòng)mosfet管。若驅(qū)動(dòng)雙極型三極管，應(yīng)加入開(kāi)關(guān)管截止加速rc電路，同時(shí)將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在40 khz以下。若驅(qū)動(dòng)mosfet管，振蕩頻率由外接rc電路設(shè)定，工作頻率最高可達(dá)500 khz。 (5) 內(nèi)設(shè)過(guò)流保護(hù)輸入(3腳)和誤差放大輸入(1腳)兩個(gè)pwm控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主pwm控制系統(tǒng)，可使負(fù)載變動(dòng)在30100時(shí)輸出負(fù)載調(diào)整率在8 以下，負(fù)載變動(dòng)在70100時(shí)負(fù)載調(diào)整率在3以下。(6) 過(guò)流檢測(cè)輸入端可對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行控制，直接控制每個(gè)周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達(dá)到0.01%v。如果腳電壓大于1 v或腳電壓小于1 v，pwm比較

37、器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí)才重新置位。利用腳和腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開(kāi)/閉，使鎖存器每個(gè)周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強(qiáng)，開(kāi)關(guān)管不會(huì)誤觸發(fā)，提高了可靠性。 (7) 內(nèi)部振蕩器的頻率由腳外接電阻與腳外接電容設(shè)定。集成電路內(nèi)部基準(zhǔn)電壓通過(guò)腳引入外同步。腳和腳外接rt、 ct構(gòu)成定時(shí)電路，ct的充電與放電過(guò)程構(gòu)成一個(gè)振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出：（31）3.2 uc3842的典型應(yīng)用電路3.2.1 反激式開(kāi)關(guān)電源反激電路中的變壓器起著儲(chǔ)能元件的作用，可以看作是一對(duì)相互耦合的電感。工作過(guò)程是：開(kāi)關(guān)開(kāi)通后，v處于斷態(tài)，初級(jí)繞組的電流線性增長(zhǎng)，電感儲(chǔ)能增加；開(kāi)關(guān)關(guān)斷后，初級(jí)繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場(chǎng)能量通過(guò)次級(jí)繞組和v向輸出端釋放。圖3-3是反激式開(kāi)關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用uc3842。電源的輸出電壓等級(jí)有三種：5v、12v、12v。該電路變換器是一個(gè)降壓型開(kāi)關(guān)電路。由單管驅(qū)動(dòng)隔離變壓器tc主繞組n1電流，c2、r3可以提供變壓器原邊泄放的通路。輸出經(jīng)整流、濾波送負(fù)載。芯片所用的電源vcc由r2從整流后電壓提供提供。vcc同時(shí)也作為輔助反饋繞組n3的反饋電