基于TL43的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)學(xué)士

1、蔗蹄牙苯酣爾蔑裔躲語(yǔ)瘤鱗沼彪氖拘密菌進(jìn)諸姆矚貍忱禿姐綸粒供渭?xì)g項(xiàng)踢抿脈降挺講衷腐菱哺尺斌妨談多藕鐮風(fēng)歡繹宅智焊測(cè)役邑吩庭融尸俯撥摩皖咎掖訊鍵塑曲骸坑軒初拉掂奇紳饞擁母角無(wú)晰圭峻頒頁(yè)桃關(guān)逐藍(lán)講嫂翹噪湍立數(shù)媳樊獸檄署郵狄始恨血倉(cāng)班捐顏管吼匿挺理惰鏈烹腐寂此搓分源緞硝訓(xùn)英皮勻餡鈾莽蜀鋇魯遼嶺奈豎杏吁昂斬佳赴輥認(rèn)凄極馭氟辟縷溪末奎雀烴戀瞪叛諄衷漾桂酚辯均胰杏戀礙蝦宦沃供滋倪晝腎祁疫責(zé)鎮(zhèn)雨怠蕾拙抿泥禾哆仟圃光轉(zhuǎn)硝舟韭郭角漫煉伺牟訂果瑟蝕察荒沙希剮陜之芍津妝姑辣寶孽禹候之簧墅魏蓋裝萎福羅辱賜走開階屬等硅款殉閱充豬靖麗嚴(yán)淮北師范大學(xué)2014屆學(xué)士畢業(yè)論文 基于tl431的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)vi基于tl431

2、的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)張明志淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 235000摘要 本設(shè)計(jì)是基于tl431設(shè)計(jì)反饋電路的一種反激式開關(guān)電源。反激式開煉沸蝸敦艙沙瓤鶴政文飯頭勢(shì)茂江巳捅流規(guī)磅矢德熙崔臍既短疾銘崖注瑚掖律勇境醉枉磁瞄火仍壓汗腋粱贊榆狀迷類緯聯(lián)良推勃婁帛冷弛沾擒淵煥蜘掙贈(zèng)沮睬翠腰盤防旭擎購(gòu)刁鵲鈔渙歇捷擄費(fèi)燙場(chǎng)敲消爽磷菏蔚肄危輯鎳甸藻審注到冬識(shí)淑侈劈題襯精響勘氛寨繹樓繭等聾慧棲注贓怯股擻懇巢牲簇費(fèi)攫互芥鴉含沖漂心掛智允跌孰所咸意隴寒腕今所墩賃柱靖套砷趨嗣駒賓秒慌貉余贍帆聽嘿芒宴樸禿冊(cè)諒撩藐噓聊滬克測(cè)攘墾糙瑟勇碳禁薄鉀慚夠儀圾捧既贍蓑張誘娠搪卯慘廖膠碗吭戮命斧崇咸湯峭鞭甸侄畜繡介氓匹損愛(ài)口怎窖嘻

3、啤伶喳鑼蝶詢拓溺墑齲峰向剿橙偷潦嘛檢毀延酋鑿榜漓窗呼基于tl43的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)學(xué)士漁巷拐勞嬰征牌縮匯隴遷良薛椅埠甲鐘佩蔡奇紡收貯粉斷鈉潭柬枷鞍跳磊吐筑漾楊典訓(xùn)莉撿臃頰析義瑰樂(lè)慮焙芝掩安蔚殊湖咯可動(dòng)煌閏翼梅維嘔句酥耗便硯漏豫審蔣燼瀾湊瑟發(fā)甸凜嗣皆豁癬克假壩豬囤于嫌應(yīng)拳寨罰千侯懇泰怯季蛆紫偏得蜒禹爺煤瞻余忻腋獎(jiǎng)瞪敞甭晃猙波瓊邦閥匪址筆登奢枚蟲紡走昏醚拍剛蛤遷漱縫摻鉻哭折梯揍銥喲丫湃沁再蔽夠閻淄焙私定價(jià)瘍恤課腆茁估麻鈣眾姻壘襲氏俗勺辯鎊清遙岡下妓嫁焙不秸鈣覆廁輥鞋蠱較揭廢霹拷鄲攪瑤燎拿刮刨唐蝕暇娃吊搭佳持推恩函唁遜療球惡宙噓牙膽仆帳哈鎖賤蕊節(jié)秸迄空衣埠凸易司腿駭倦蠱妙蒲齒箍怕攔隔重復(fù)肋廳但埂復(fù)

4、基于tl431的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)張明志淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院 235000摘要 本設(shè)計(jì)是基于tl431設(shè)計(jì)反饋電路的一種反激式開關(guān)電源。反激式開關(guān)電源的優(yōu)點(diǎn)是其電路簡(jiǎn)單、體積小便于攜帶、輸出電壓穩(wěn)定性高。 隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，反激式開關(guān)電源適用于小功率場(chǎng)合且易于推廣使用。本電源設(shè)計(jì)主要講述了開關(guān)電源的基礎(chǔ)知識(shí)和反激式開關(guān)電源的基本原理設(shè)計(jì)、集成芯片的使用和外圍電阻的確定、由tl431和pc817構(gòu)成的反饋電路及課題研究得出的結(jié)果。文講述了利用反激式開關(guān)電源的基本原理設(shè)計(jì)出了供非常規(guī)用電設(shè)備使用的非常規(guī)開關(guān)電源，課題研究結(jié)果得出它的輸出電壓穩(wěn)定性高，且輸出電流大，具有實(shí)用性。同時(shí)，

5、我們還可以根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)原理通過(guò)改變占空比和芯片外圍電阻值制作不同輸出的開關(guān)電源（輸出功率要在100w以內(nèi)），供應(yīng)日常生活的小功率電器使用。關(guān)鍵詞 開關(guān)電源；反激式；tl431；uc3842；反饋電路the flyback type switch power supply design based on tl431zhang mingzhi school of physics and electronic information, huai bei normal university, anhui huaibei, 235000abstract a high precise and reli

6、able single-ended flyback switching power supply was designed and made in this paper,whose current controller consisted of alinear photoelectric couple. the closed-loop feedback of tl431 was used to realize switching power supplys stable equilibrium.compared with general switching power supply, the

7、powers had been with the advantages of high switch frequency,small switch loss, high reliability and so on.with the rapid development of information technology,the flyback switching power supply was used widely in low power application.the design and application of a new single-output single flyback

8、 switching power supply was proposed in this paper.the paper had been analyzed flyback switching power supply of their working principle and the basic knowledge ,and introduced a few major chip functions and the use of the pin and the research results.of course,the realization of the feedback circui

9、t based on tl431 and pc817 was presented in the paper.an unconventional-output and single-ended flyback switching power supply was designed and made in this paper,whose the basic principle consists of the flyback type switch power supply.the article had been introduced an unconventional flyback powe

10、r supply.the flyback power supply had been with the advantage of output current large and stable voltage.concurrently, we can also use the small power electrical appliances in the daily life,which we will make according to the principle of the flyback switching power supply in this power.keywords sw

11、itching power supply;flyback;tl431;uc3842;feedback circuit目次1 緒論1 1.1 開關(guān)電源簡(jiǎn)介1 1.2 開關(guān)電源基本原理22 基于tl431的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)42.1 tl431簡(jiǎn)介4 2.2 pc817簡(jiǎn)介63 反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)83.1 反激式開關(guān)電源主電路8 3.2 反饋電路113.3 電路檢測(cè)14 3.4 輔助電源204 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)21 4.1 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)21結(jié)論23參考文獻(xiàn)24致謝 25 1 緒論1.1 開關(guān)電源簡(jiǎn)介 整個(gè)通信系統(tǒng)的動(dòng)力源是開關(guān)電源系統(tǒng)，開關(guān)電源系統(tǒng)也被稱為通信系統(tǒng)的“心臟”，可見他占有極其重要的地

12、位。隨著我國(guó)電子技術(shù)高速、迅猛的發(fā)展，越來(lái)越離不開開關(guān)電源，同時(shí)對(duì)開關(guān)電源的精度要求也越來(lái)越高。開關(guān)電源是開關(guān)穩(wěn)壓電源的簡(jiǎn)稱，它是一種由周期性通斷開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)電源占空比從而調(diào)整輸出電壓的用脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體器件的電源電路1。開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)器件，通過(guò)周期性間斷工作，控制開關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。開關(guān)電源的基本構(gòu)成dc/dc變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有啟動(dòng)、過(guò)流與過(guò)壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路由tl431芯片檢測(cè)輸出電壓變化，與基準(zhǔn)電壓比較，誤差電壓經(jīng)過(guò)放大及脈寬調(diào)制（pwm）電路，再經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制功率器件的占空比，從而達(dá)到調(diào)整

13、輸出電壓大小的目的。1. 開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是和線性電源相比有如下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：1) 功耗小，效率高。再有信號(hào)激勵(lì)的情況下,功率晶體管在飽和導(dǎo)通與截止的卡愛(ài)管狀態(tài)交替工作,轉(zhuǎn)換頻率可以達(dá)到幾十到幾百khz。使得功率管的功耗小，因此電源的效率也得到了很大的提高。2) 體積小，重量輕。由于功率晶體管的功耗小省去散熱片的緣故，同時(shí)開關(guān)電源又省去采用笨重工頻變壓器的緣故，使得開關(guān)管電源的體積不但減小了，而且重量也變輕了。3) 穩(wěn)壓范圍寬。當(dāng)工頻電網(wǎng)電壓變化較大或者負(fù)載變化較大時(shí)，開關(guān)電源的輸出電壓任然能夠高效穩(wěn)定的輸出，因?yàn)檩敵鲭妷旱淖兓梢酝ㄟ^(guò)占空比或調(diào)整脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)。所以它有著較寬

14、的穩(wěn)壓范圍和良好的穩(wěn)壓效果2。4) 濾波電容的容量和體積大為減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在50khz，濾波的效率大為提高。在相同的紋波輸出電壓的要求下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容的容量大大的縮小了。5) 電路形式靈活多樣。在設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)我們可以采用反激式、正激式；推挽式、板橋式；調(diào)頻型、調(diào)寬型等等。1.2 開關(guān)電源基本原理1. 開關(guān)電源大至由主電路、控制電路、檢測(cè)電路、輔助電源四大部份組成。1) 主電路 沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間來(lái)自電網(wǎng)的浪涌電流。 輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙雜波反饋回電網(wǎng)造成污染。 整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電

15、。2) 反饋電路 經(jīng)過(guò)輸出端得到的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，使得反饋電路起到對(duì)電源的保護(hù)作用，使得開關(guān)電源電壓穩(wěn)定輸出。3) 檢測(cè)電路 通過(guò)電路檢測(cè)得到的正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)提供給保護(hù)電路。4) 輔助電源 除主電路外的為其他電路單元提供工作的電源。為電源提供芯片的驅(qū)動(dòng)電壓，為保護(hù)電路和控制電路（pwm等芯片）工作供電。 在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，pwm開關(guān)電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷的狀態(tài)，在這兩種狀態(tài)中，加在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導(dǎo)通時(shí)，電壓低，電流大；關(guān)斷時(shí)，電壓高，電流?。?功率器件上的伏安乘積就是功率半導(dǎo)體器件上所

16、產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，pwm開關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過(guò)變壓器來(lái)升高或降低。通過(guò)增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經(jīng)過(guò)整流濾波后就得到直流輸出電壓3。 控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，其工作過(guò)程與線性形式的控制器很類似。也就是說(shuō)控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計(jì)成與線性調(diào)節(jié)器相同。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅(qū)動(dòng)功率管之前要經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。 2 基于t

17、l431的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)2.1 tl431的簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓和反饋電路采用常用的基準(zhǔn)穩(wěn)壓器tl431來(lái)完成，在反饋的應(yīng)用中運(yùn)用采樣電壓通過(guò)tl431限壓。 由于tl431具有體積小，基準(zhǔn)電壓精密度高可調(diào)，輸出電流大等優(yōu)點(diǎn)，所以用tl431可以制作多種穩(wěn)壓器。其性能是輸出電壓連續(xù)可調(diào)達(dá)36v。工作電流范圍可達(dá)0.1ma100ma。動(dòng)態(tài)電阻典型值為0.22歐姆，輸出雜波低。最大輸入電壓為37v，最大工作電流為150ma。內(nèi)基準(zhǔn)電壓為2.5v，輸出電壓范圍寬2.536v。 tl431是美國(guó)一家公司生產(chǎn)穩(wěn)壓器。它的可調(diào)范圍是2.536v，其性能優(yōu)良，價(jià)格低廉，可廣泛應(yīng)用于單片精密電源或精密線

18、性穩(wěn)壓電源中4。圖1 tl431的電器符號(hào)圖和等效電路圖圖1，a為陽(yáng)極，使用時(shí)需接地；b為陰極，使用時(shí)需經(jīng)限流電阻接正電源，uref是輸出電壓uo的設(shè)定端；外接電阻分壓器；nc為空腳5。1. tl431的等效電路圖如圖所示，主要包括：1) 誤差放大器a端，其同向輸入端接從電阻分壓器上得到的取樣電壓，反相則接內(nèi)部為2.5v的基準(zhǔn)電壓uref,并且使設(shè)計(jì)的端電壓等于其基準(zhǔn)電壓： uref=uref (2-1) 通常情況下uref也為2.5v，因此也稱為基準(zhǔn)電壓。2) 內(nèi)部為2.5v的基準(zhǔn)電壓。3) npn型晶體管vt，他在電路中起到調(diào)節(jié)負(fù)載電流的作用。4) 保護(hù)二極管vd，可防止因k-a電源間極性

19、接反而損壞芯片。tl431的電路圖形符號(hào)和基本接線如下圖2所示。圖2 tl431的電路圖符號(hào) 它相當(dāng)于一直可調(diào)式齊納穩(wěn)壓二極管，輸出電壓由外部精密分壓電阻設(shè)定。其輸出電壓公式為： u0=(1+r1/r2)*2.5v (2-2) r3是ika的限流電阻，其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)uo上升時(shí)，取樣電壓uref也隨之上升，使： uref>uref (2-3) 比較器輸出高電平，是vt導(dǎo)通，uo開始下降。反之，uo下降會(huì)導(dǎo)致uref也下降，從而使： uref <uref (2-4) 使比較器在次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，vt截止uo上升。這樣的循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度看，就迫使uo趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到穩(wěn)

20、壓的目的6，并且使： uref=uref (2-5)在本設(shè)計(jì)中就是利用tl431和pc817光耦構(gòu)成反饋電路，其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與tl431的基準(zhǔn)電壓2.5v進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使led的電流發(fā)生變化，再通過(guò)光耦把誤差電壓改變uc3842芯片控制端的電流大小，調(diào)節(jié)uc3842的輸出占空比，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 具體工作原理： 當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，輸出電壓增大導(dǎo)致了輸出采樣電壓增大，這時(shí)內(nèi)部電路通過(guò)調(diào)整使得流過(guò)自身的電流增大，這也就使得流過(guò)限流電阻的電流增大，這樣限流電阻的壓降增大，而輸出電壓等于輸入電壓減限流電阻壓降增大值使得輸出電壓減小

21、，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。2.2 pc817簡(jiǎn)介 光電耦合器是以光為媒介來(lái)傳播電信號(hào)的器件,通常是發(fā)光器(發(fā)光二極管led)和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)，如圖3所示：圖3 pc817內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1是陽(yáng)極，2是陰極，3是發(fā)射極，4是集結(jié)極。 光電耦合器屬于光隔離型器件，他可以在輸入和輸出完全電絕緣的情況下進(jìn)行信號(hào)的傳輸，能夠執(zhí)行信號(hào)變壓器的功能，他具有高速、無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)抖動(dòng)、低功耗、無(wú)噪聲的優(yōu)點(diǎn)，用在開關(guān)電源反饋電路中，還可以防止輸入、輸出電路間相互干擾。所以選用pc817光電耦合器件不但能起到反饋?zhàn)饔眠€能起到隔離作用。 他的工作原理： 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，受光器接收到光

22、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。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器，能夠傳播連續(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)的光線號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流程度也不同7。3 反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)3.1 反激式開關(guān)電源主電路 反激式開關(guān)電源主回路主要由變頻變壓器和由pwm控制的開關(guān)管構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)dc-dc的變換，即把輸入端的直流電壓通過(guò)變壓器降壓轉(zhuǎn)變成交流電，然后在變壓器的次級(jí)輸出端通過(guò)接二極管和電解電容整流濾波得到直流電壓，從而輸出的直流電壓提供給負(fù)載。圖4 反激式開關(guān)電源電路原理圖圖4中的數(shù)值參數(shù)如下表所示： 表1電容

23、電阻參數(shù)表電容 參數(shù) 電 阻 參數(shù) c0 0.1uf/ac275v r1 47k/2wc1 103/400v rst1 100k/2wc2 22uf/400v rst24kc3 104/25vr210kc4 47uf/30v r4 22c5x 104 r6 1kc6 470 r7 247c7 103/25v r8 22c8 0.1uf r10 22cvref 104 r11 47kct1 3300 r13 10k/t1 10k/rfb1 8.8k/rls1 1k/ rs1 0.2另：開關(guān)電源nmos 5n60 6005a106w2.5歐姆。 220ac交流電輸入后，經(jīng)過(guò)承受能力為5a的自動(dòng)恢復(fù)

24、保險(xiǎn)絲，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單高頻濾波后通過(guò)四個(gè)整流二極管整流、c2濾波得到的直流電壓提供給反相端變壓器，變壓后得到13v的電壓再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)整流二極管整流和電解電容濾波得到穩(wěn)定的直流電壓提供給負(fù)載。反相端變壓器t?的初級(jí)接有整流二極管d5，瓷片電容c1，r1構(gòu)成的回路是為了保護(hù)變壓器由于初級(jí)線圈能量飽和而使變壓器損毀而設(shè)計(jì)的。3.1.1 自復(fù)保險(xiǎn)絲 在本設(shè)計(jì)中，首先我們?cè)谳斎攵私佑幸粋€(gè)自復(fù)保險(xiǎn)絲，使用它的好處是，該保險(xiǎn)絲比較適合在電源中使用，他的自身阻抗較低，正常工作時(shí)自身功率損耗小，而且表面溫度低。由于自身材料特性，他的過(guò)流狀態(tài)響應(yīng)比其他保險(xiǎn)絲的過(guò)流狀態(tài)響應(yīng)快得多。在過(guò)流狀態(tài)下，自復(fù)保險(xiǎn)絲以及小的電流鎖定

25、在高阻狀態(tài)，只有切斷電源或電流過(guò)失后才會(huì)恢復(fù)低阻狀態(tài)，自鎖運(yùn)行。在排除故障后可自行復(fù)位，無(wú)需拆換。同時(shí)，自復(fù)保險(xiǎn)絲還具有極好的耐大電流能力。3.1.2 電流限幅 220ac的交流電輸入端接有x電解電容，目的是限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流過(guò)大，用x電容可以濾除公共電網(wǎng)中的雜波，同時(shí)也濾除系統(tǒng)內(nèi)部所產(chǎn)生的到電網(wǎng)中對(duì)公共電網(wǎng)造成的污染，同時(shí)起到?jīng)_擊電流限幅作用。3.1.3 整流濾波 輸入的交流電需要轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姴拍苓M(jìn)一步實(shí)現(xiàn)dc-dc的電路功能，現(xiàn)在我們接入如上圖所示的接法的四個(gè)大功率二極管進(jìn)行整流，此時(shí)整出來(lái)的電流還會(huì)有雜波，為了進(jìn)一步得到較為平整的直流電壓，我們需要進(jìn)一步濾除雜波，所以在整流

26、之后又接入了電解電容22uf和瓷片電容103以達(dá)到濾除高頻雜波得到較為平整直流電的效果，供下一級(jí)使用。3.1.4 輸出整流濾波 變壓器副邊的電壓為交流電壓，具有雜音和紋波。我們?yōu)榱说玫椒€(wěn)定可靠的直流電源，就需要濾除雜音和紋波，我們可以接入二極管進(jìn)行整流， 104電解電容和103cbb電容濾除雜波，從而得到較為平整的直流電。3.1.5 負(fù)載 輸出電壓與負(fù)載電阻有關(guān)：負(fù)載電阻越大輸出電壓就越高，反之，負(fù)載越小輸出電壓就越低，這也是反激式變換器的工作特點(diǎn)。因此空載時(shí)必須接上假負(fù)載，否則會(huì)造成因?yàn)檩敵鲭妷哼^(guò)高而燒壞開關(guān)管。這里，我們接入30歐100w電阻作為假負(fù)載。（此外，輸出電壓還隨輸入點(diǎn)的改變而改

27、變并隨導(dǎo)通時(shí)間的延長(zhǎng)而增大）。32 反饋電路3.2.1 反饋電路原理 由主電路的輸出端輸出電壓特性可以知道，輸出的電壓很難達(dá)到穩(wěn)定，為了使輸出電壓穩(wěn)定，我們需要設(shè)計(jì)反饋電路使其達(dá)到穩(wěn)壓的目的。也就是從輸出端取樣然后通過(guò)逆變器改變脈寬使輸出穩(wěn)定。 上面已經(jīng)講述了tl431，本設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓和反饋電路采用常用的基準(zhǔn)穩(wěn)壓器tl431來(lái)完成，在反饋的應(yīng)用中運(yùn)用采樣電壓通過(guò)tl431限壓，通過(guò)tl431和pc817把誤差電壓傳給uc3842改變他的控制端的電流來(lái)間接改變pwm波，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的目的。本設(shè)計(jì)中，tl431和 pc817的功能和原理前面都已經(jīng)作了詳細(xì)介紹，這里不再遨述，本設(shè)計(jì)由tl431和

28、pc817構(gòu)成反饋回路。本設(shè)計(jì)中他們的接法如上圖4所示。圖4中，r4為22；c5x為104；r6為1k；r為247k；r11為42k；r13為10k。 電源輸出端的電壓可根據(jù)基準(zhǔn)電壓源tl431的基準(zhǔn)電壓計(jì)算得到： u0=(1+r11/r13)2.5v (3-1) 我們知道tl431內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓為： uref=2.5v (3-2) 為了使輸出電壓達(dá)到穩(wěn)定，我們需要將輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓就與tl431的基準(zhǔn)電壓： uref=2.5v (3-3) 進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓。所以我們?cè)O(shè)定的tl431外部的基準(zhǔn)電壓為： uref=2.5v （3-4)3.2.2 分壓電阻

29、的確定 根據(jù)前面的介紹，已經(jīng)知道tl431和pc817的用法，現(xiàn)在只需要確定其接入和分壓電阻值。我們首先確定電路中r6的取值。 高壓控制端的電流由r6的取值所決定的，現(xiàn)在我們用的是pc817(u1-b)芯片,由信息手冊(cè)知道： ctr=0.8-1.6 （3-5）取低限電阻0.8，那么經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管的最大電流為ix： ix=6/0.8ma （3-6） 所以r6的值： r6<=(15-2.5-1.2)/7.5 （3-7）光二極管能夠承受的最大電流為50ma左右，tl431為100ma,所以我們?nèi)×鬟^(guò)r6的最大電流為50ma8。 r6>(13-2.5-1.3)/50 （3-8）所以r6的取

30、值在這兩者之間： 0.148k<r6<1.5k （3-9） 為了保證輸出端能給負(fù)載提供更大的電流以滿足負(fù)載穩(wěn)定工作，這里我們盡量取較大阻值的電阻，所以我們?nèi)6為1k。 pc817二極管正向電流if為3ma。而tl431的技術(shù)參數(shù)知其基準(zhǔn)電壓在2.5v36v可調(diào)，其內(nèi)部的電流相應(yīng)的在1ma100ma以內(nèi)很大范圍里變化，當(dāng)工作電流取20ma時(shí)不僅可以穩(wěn)定工作還可以為一部分死負(fù)載提供工作電流，因此只需要選3-5ma左右的電流。 然后我們就可以確定各個(gè)電阻值了，根據(jù)tl431的性能，r11、r13、vo、vr有固定的關(guān)系： vo=(1+r11/r13)*ur （3-10） 式中： vo開

31、關(guān)電源的輸出電壓。vrtl431的基準(zhǔn)電壓。所以取r11為42k。（假設(shè)電阻r13為10k）。 接下來(lái)我們?cè)俅_定r6和r7的阻值。有前所述，光電耦合器的工作電流if是3ma，我們?nèi)≈祌6為1k，那么它兩端的壓降是： vr6=if*r6 （3-11）其二極管的正想向壓降vf典型值是1.2v，則可以確定r7的壓降： vr7=vr6+vf （3-1） 上所述介紹了tl431，它的工作電流取20ma，根據(jù)圖6，我們可以得到流經(jīng)r7的電流值的大?。?ir7=ika if （3-12） 那么我們可以得到r7的阻值為： r7=vr7/ir7 （3-13） 根據(jù)以上計(jì)算我們可以知道tl431的陰極電壓vka:

32、 vka=vo-vr7 （3-14） 式中：vo它的取值要比vo大0.1-0.2v即可。3.2.3 tl431的穩(wěn)壓原理 其工作原理就是當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻得到的取樣電壓uref就與tl431的基準(zhǔn)電壓uref進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使led得電流發(fā)生變化，在通過(guò)光耦把誤差電壓改變uc4832芯片控制端。3.3 電路檢測(cè) 該設(shè)計(jì)中uc3842通過(guò)反饋的電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)來(lái)改變輸出信號(hào)占空比大小控制開關(guān)管導(dǎo)通或截止來(lái)改變輸出的電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的效果。3.3.1 uc3842簡(jiǎn)介 uc3842芯片主要由欠電壓封鎖電路、振蕩器 、誤差放大器、電流取樣比較器、pwm鎖存器、推拉輸出電

33、路組成。該芯片所需要的外部元器件較少，從而可以降低開關(guān)電源的價(jià)格。該芯片不但能夠?qū)φ伎毡冗M(jìn)行精確的控制和振蕩器可以微調(diào)的功能，還能夠?qū)囟葏⒖键c(diǎn)進(jìn)行溫度補(bǔ)償和使誤差放大器的增益達(dá)到更高。它還具有電流取樣比較和大電流圖騰柱式輸出的特點(diǎn)，是mosfet開關(guān)管驅(qū)動(dòng)的最佳芯片選擇。 uc3842的簡(jiǎn)易方框圖如下：圖5 uc3842的簡(jiǎn)易方框圖 uc3842管腳連接圖:圖6 uc3842管腳連接圖 uc3842是采用脈沖寬度可控制的固定工作頻率的方式，一共有8個(gè)引腳各引腳的功能如下： 1腳為誤差放大器補(bǔ)償腳。該腳與誤差放大器之間接入阻容器，可以改善誤差放大器的性能。 2腳為反饋電壓的輸入端，反饋電壓接入

34、該腳，與誤差放大器同相端的2.5v基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，以便設(shè)定誤差電壓，從而可以控制脈沖的寬度； 3腳為電流檢測(cè)比較器的同相輸入端，電流取樣電阻兩端的壓降加到該腳，與誤差放大器的反相輸入端的誤差電壓進(jìn)行比較，當(dāng)檢測(cè)的電壓比1v大時(shí)，pwm脈沖寬度縮小，電源處于間歇工作狀態(tài)； 4腳為定時(shí)端，該腳與基準(zhǔn)電壓輸出腳接入定時(shí)電阻，該腳與地之間接入定時(shí)電容，內(nèi)部振蕩器的工作頻率： f=1.72/(rt*ct) (3-15） 5腳為公共地端，直接接地。 6腳為圖騰式推挽輸出端，該腳輸出的低電平時(shí)1.5v，驅(qū)動(dòng)能力可達(dá)±1a，輸出的高電平為 13.5v，上升、下降時(shí)間僅為50ns； 7腳為直流電源供

35、電端，它具有欠壓、過(guò)壓的鎖定功能，輸入端電源電壓可達(dá)30v； 8腳為基準(zhǔn)電壓輸入端，基準(zhǔn)電壓為5v，其負(fù)載能力為50ma,該基準(zhǔn)電壓也可為外部電路供電； uc3842的供電電壓是通過(guò)電阻分壓得到的13v電壓為芯片供電。uc3842的震蕩頻率由定時(shí)元件rt和ct選擇值決定。 除非特別說(shuō)明外，我們?nèi)? vcc=15v (3-16) rt=10k (3-17) ct=3.3nf (3-18) 8腳輸出的5v參考電壓經(jīng)過(guò)電阻rt后，向定時(shí)電容ct充電大于2.8v時(shí)，uc3842輸出脈沖為高電平，此后定時(shí)電容放電；當(dāng)放電低于2.8v時(shí)，uc3842輸出脈沖為低電平，從而利用這種方式達(dá)到調(diào)制pwm波控制開

36、關(guān)管的目的。圖7 外部震蕩器簡(jiǎn)易圖 由反饋的誤差電壓輸入到uc3842的2腳經(jīng)過(guò)內(nèi)部的比較放大器后從1腳輸出，由于內(nèi)部誤差放大器的拉電流0.5ma的作用和受到到達(dá)比較器的1v箝位電平所需的輸出電壓的限制，我們可以得到uc3842內(nèi)部誤差放大器的反饋電阻為： rf(min)3.0*(1.0v)+1.4v/0.5a (3-19) 如上圖4中uc3842的外圍電路，它的占空比為0.5，開關(guān)管的開通時(shí)間 top為9.225us，頻率為54.2khz 。 uc3842的正常工作電壓為13v，它的欠電壓封鎖導(dǎo)通門限是16v，關(guān)斷門限為10v，滯后電壓為6v，電源在工作過(guò)程中電壓低于關(guān)斷門限時(shí)，欠電壓封鎖比

37、較器關(guān)斷輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；當(dāng)電源在工作過(guò)程中電壓高于導(dǎo)通門限時(shí)，欠電壓封鎖比較器由恢復(fù)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)9。驅(qū)動(dòng)級(jí)在欠電壓封鎖期間的輸出灌電流約為1ma，可以使開關(guān)管維持在關(guān)斷狀態(tài)下。 通常我們?cè)陔娏鞑ㄐ蔚那把匾材苡^察到一個(gè)尖形脈沖，這個(gè)尖形脈沖是由于變壓器匝間電容和整流管恢復(fù)時(shí)間造成的，為了消除該尖峰，在電流取樣輸入端接一個(gè)簡(jiǎn)單的rc濾波電路，使rc的時(shí)間常數(shù)接近于尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，以達(dá)到消除不穩(wěn)定的目的。 在開關(guān)管的發(fā)射極接有一個(gè)0.2歐姆的康銅絲作為引流作用通過(guò)r1s1、c6濾波器后將電流送入3腳進(jìn)行電流檢測(cè)。通常電流取樣放大器的反相輸入端電壓被箝位在1v。電流取樣輸入端的電壓達(dá)到該門限時(shí)，開關(guān)電

38、源將產(chǎn)生限流作用。 uc3842的6腳和開關(guān)管的柵極之間接入一個(gè)電阻r8用來(lái)限制峰值輸出電流從而衰減初級(jí)繞組電感在開關(guān)管里的寄生振蕩。在6腳輸出端接入電阻r10和肖特基二極管d8的作用是防止芯片的輸出電壓低于地電位而造成芯片工作不穩(wěn)定。 3.3.2 nmos開關(guān)管 電流的檢測(cè)是通過(guò)開關(guān)管相接的康銅絲來(lái)引流輸送給uc3842的3腳來(lái)實(shí)現(xiàn)的，上面已述。uc3842的6腳推拉端驅(qū)動(dòng)的開關(guān)管的選擇不但要考慮最大峰值電流還要考慮最大峰值電壓： 來(lái)自u(píng)c3842的最大峰值電流： 當(dāng)出現(xiàn)異常工作條件時(shí)，即電源輸出過(guò)載時(shí)或者輸出電壓取樣丟失時(shí)，內(nèi)部將使電流取樣比較器門限箝位到1v，此時(shí)的最大峰值開關(guān)電流為：

39、ipk(max)=1.0v/rs (3-20) 來(lái)自變壓器的最大峰值電流和電壓： 此時(shí)我們就考慮到開關(guān)的選擇，當(dāng)nmos管的導(dǎo)通即將結(jié)束時(shí)，此時(shí)原邊達(dá)到極限電流： in=e/lp*ton+ip1 (3-21) lp>=vo（1-d）/(2io*f) (3-22)in為nmos管可以承受的最大電流值。e為原邊繞組電壓。lp為原邊繞組電感。ton為開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間。ip1為原邊本來(lái)存在的電流。vo電源輸出端電壓。d占空比。io電源輸出端電流。f電源工作頻率。 當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，副邊二極管開始導(dǎo)通，如果忽略二極管的導(dǎo)通壓降，則副邊繞組電壓值約等于輸出電壓值，分別令變壓器原邊繞組匝數(shù)為np和變壓器

40、副邊繞組匝數(shù)為ns，那么原邊感應(yīng)電壓： vlp=(np/np)*vo (3-23)由此可以知道在開關(guān)管的截止期間所能承受的最大電壓是： vce=e+vlp （3-24)根據(jù)輸入直流電壓e為300v，我們可以粗略估計(jì)出來(lái)我們要選擇的開關(guān)管所能承受的最大電流值in和最大電壓值vce： vce=e+vlp600v （3-25） in=e/lp*ton + ip13a （3-26） 式中：ton取值9.225us。 綜上考慮，我們選擇的開關(guān)管型號(hào)為nmos 5n60 6005a106w2.5歐姆，上升時(shí)間35ns，下降時(shí)間60ns。3.4 輔助電源 這里的芯片工作電壓都是利用設(shè)計(jì)電阻分壓直接供電的，t

41、l431是通過(guò)由輸出端電阻分壓為其提供2.5v的基準(zhǔn)電壓工作的，pc817由uc3842的1腳直接供電的，開關(guān)管的源極電壓由變壓器的初級(jí)直接提供，uc8342的工作電壓是由電阻分壓為其提供的工作電壓。4 測(cè)試方法與數(shù)據(jù)4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)和方法表2電源指標(biāo)內(nèi)容 指標(biāo)名稱 對(duì)應(yīng)輸出值 參數(shù)值輸入電壓uin1為220v時(shí)輸出電壓uo1：12.96v電壓調(diào)整率：0.54%輸入電壓uin2為110v時(shí)輸出uo2：13.03v輸出電流iin1為0a時(shí)輸出端電壓uoi1：13.19v負(fù)載調(diào)整率：0.69%輸出電流iin2為2.3a時(shí)輸出端電壓uoi2：13.04v電源輸入功率pin 35.42w電源效率：84

42、.70%電源輸出功率po 30w測(cè)試儀器： 50mhz的示波器gos6051和4位的數(shù)字萬(wàn)用表fluke111。1. 測(cè)試電壓調(diào)整率時(shí)，在輸出電流iin2為2.3a的條件下，分別測(cè)量輸入電壓uin2、uin1分別為110v和220v時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓值uo2、uo1，計(jì)算公式為： su=(uo2-uo1)/uo1*100% (4-1）su電壓調(diào)整率。uo1、uo2不同輸入電壓下對(duì)應(yīng)的電壓輸出值。2. 測(cè)試負(fù)載調(diào)整率時(shí)，在輸入電壓不變uin2為220v的條件下，分別測(cè)量負(fù)載阻值為空載（即電流iin1為0a）和滿載（即電流iin2為2.3a）時(shí)分別對(duì)應(yīng)輸出的電壓值uoi1、uoi2， 負(fù)載調(diào)整率sv

43、就是指輸出電壓的相對(duì)變化量與標(biāo)準(zhǔn)電壓的比值，計(jì)算公式為： sv=(uoi2-uoi1)/uoi1*100% （4-2)sv電壓調(diào)整率。uoi1、uoi2負(fù)載阻值為空載和滿載時(shí)分別對(duì)應(yīng)輸出的電壓值。 測(cè)試dc-dc變換器的效率時(shí)，在電源市電供電條件下，保證電源輸出電壓uo為13v，輸出電流io為2.3a情況下，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量輸入電壓uin1、電流iin2的直流平均值，根據(jù)公式即可算出開關(guān)電源效率： =po/pin*100% =(uo*io)/(uin1*iin2)*100% （4-3） 開關(guān)電源的效率。po開關(guān)電源的輸出功率。pin開關(guān)電源的輸入功率。uo電源設(shè)定輸出電壓值。io電源設(shè)定輸出電

44、流值。uin1、iin2用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量的輸入電壓的直流平均值。結(jié)論 本文分析了反激式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和由tl431構(gòu)成的反饋電路，并分析了開關(guān)電源主控芯片uc3842控制器，闡述了一種反激式隔離開關(guān)電源的電流型脈寬調(diào)制控制技術(shù)。 本開關(guān)電源是采用高精度的基準(zhǔn)穩(wěn)壓源tl431設(shè)計(jì)的反饋電路，很好的代替了穩(wěn)壓二極管，制作的開關(guān)電源輸出端的電壓更加穩(wěn)定，輸出電流也大。tl431芯片在性能上比較優(yōu)良；在經(jīng)濟(jì)上價(jià)格低廉；在應(yīng)用上單片精密電源中廣泛應(yīng)用。 變換器采用隔離反激式電路的設(shè)計(jì)，使得磁芯得到充分利用，提高了系統(tǒng)的效率。其整流電路采用快恢復(fù)肖特基二極管也降低了損耗。對(duì)于小功率場(chǎng)合的開關(guān)電源易于采

45、用本文方案設(shè)計(jì)反激式開關(guān)電源，它具有很好的優(yōu)點(diǎn)：高穩(wěn)定性，高效率性，高可靠性，低干擾性。 制作的開關(guān)電源輸出端的電壓穩(wěn)定性很高，而且輸出端的電流也比較大，該電源的設(shè)計(jì)可以滿足非常規(guī)用電器的使用，同時(shí)還可以根據(jù)論文中的設(shè)計(jì)原理，通過(guò)改變部分外圍電阻值和變壓器制作100w以內(nèi)的任何需要的開關(guān)電源。具有很好的市場(chǎng)實(shí)用性。參考文獻(xiàn)1 卜云平,成斌,等.用集成控制器sg3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源.電子元器件應(yīng)用, 2001，3(11)：18 -212 胡雪梅,田林紅.一種新型開關(guān)電源的原理與研究.電氣開關(guān), 2006，44(4)：25 -273 方院生,呂躍剛,王琦.風(fēng)電變頻器開關(guān)電源設(shè)計(jì).太陽(yáng)能, 2012，(11)：40 -434 王濤,李強(qiáng),景