畢業(yè)論文-100W反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)研究

1、.目 錄摘 要1前 言21 緒論41.1 開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)41.1.1 開關(guān)電源發(fā)展現(xiàn)狀41.1.2 開關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)41.2 課題背景和研究意義42 開關(guān)電源概述62.1 開關(guān)電源的分類和結(jié)構(gòu)62.2 開關(guān)電源的工作原理62.2.1 開關(guān)電源電路的組成62.2.2 反激式開關(guān)電源的工作原理73 設(shè)計(jì)方案的比較與與選擇83.1 本課題的設(shè)計(jì)要求83.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體架構(gòu)83.3 開關(guān)電源控制電路的比較選擇83.3.1 控制電路分析83.3.2 UC3842的工作原理和特點(diǎn)93.3.3 TOP243Y工作原理和特點(diǎn)113.4 電力場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET133.5 TL431153.6

2、系統(tǒng)原理圖153.6.1 系統(tǒng)原理163.6.2 電路主要參數(shù)的設(shè)計(jì)174 開關(guān)電源系統(tǒng)仿真204.1 NI Multisim 10系統(tǒng)簡介204.2 本課題仿真結(jié)果21致 謝24參 考 文 獻(xiàn)24;第27頁 共25頁100W反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)研究摘 要：隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛。開關(guān)電源以其小型、輕量和高效率的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于各種電氣設(shè)備和系統(tǒng)中，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。開關(guān)電源有多種類型，其中反激式開關(guān)電源由于具有線路簡單，所需要的元器件少，能夠提供多路隔離輸出等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于小功率電源領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,開關(guān)電源的建模仿真研究對(duì)電源

3、的設(shè)計(jì)起著重要的輔助作用,不僅可以縮短開發(fā)周期,而且可以節(jié)約成本,所以電源的建模仿真研究已成為當(dāng)今開發(fā)開關(guān)電源必不可少的部分,而且隨著仿真軟件的完善,使得開關(guān)電源的仿真越來越簡單,可以仿真的部分與功能也越來越多。本文設(shè)計(jì)了一款100W反激式開關(guān)電源。關(guān)鍵詞：反激；開關(guān)電源；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；芯片Abstract：With the development of power electronics, switching power supply used more and more widely. Switching power supply with its small, light weight an

4、d high efficiency characteristics, is widely used in various electrical equipment and systems, the merits of their performance is directly related to the realization of the whole system functions. There are many types of switching power supply, including flyback switching power supply With simple ci

5、rcuit, the fewer components needed, can provide multiple advantages, such isolated output is widely used in low-power power supply field. With the development of computer technology, the modeling and simulation of Switching Power Supply have assistant effects on power design and study; it can not on

6、ly shorten the researching and development cycle but also reduce the design cost. The modeling and simulation research of power supply have become the essential part for Switching Power Supply researching and developing, and as simulation software improved, the simulation of Switching Power Supply i

7、s simpler, the part and function of Switching Power Supply can be simulation also more and more.The paper designed a 100W flyback switching power supply.Key words: Flyback ;Switching Power supplies;Topology Structure;Chip前言電是工業(yè)的動(dòng)力，是人類生活的源泉，我們都離不開電。而電源是產(chǎn)生電能的裝置，表示電源性能的參數(shù)有功率、頻率、電流、電壓、效率、體積、重量等。因此，開關(guān)電源憑

8、借著其小型、輕量和高效率的特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）、控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)，它運(yùn)用功率變換器進(jìn)行電能變換，經(jīng)過變換電能，可以滿足各種用電要求。由于其高效節(jié)能可帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益，因而引起社會(huì)各方面的重視而得到迅速推廣。正因?yàn)槿绱耍?994 年我國原郵電部做出重大決策，要求通信領(lǐng)域推廣使用開關(guān)電源以取代相控電源。開關(guān)電源的發(fā)展歷史可以追溯到幾十年前，可分為下列幾個(gè)時(shí)期：1) 電子管穩(wěn)壓電源時(shí)期(1950 年代)。此時(shí)期主要為電子管直流電源和磁

9、飽和交流電源，這種電源體積大、耗能多、效率低。2) 晶體管穩(wěn)壓電源時(shí)期(1960 年代-1970 年代中期)。隨著晶體管技術(shù)的發(fā)展，晶體管穩(wěn)壓電源得到迅速發(fā)展，電子管穩(wěn)壓電源逐漸被淘汰。3) 低性能穩(wěn)壓電源時(shí)期(1970 年代-1980 年代末期)。出現(xiàn)了晶體管自激式開關(guān)穩(wěn)壓電源，工作頻率在 20kHz 以下，工作效率 60%左右。隨著壓控功率器件的出現(xiàn)，促進(jìn)了電源技術(shù)的極大發(fā)展，它可使兆瓦級(jí)的逆變電源設(shè)計(jì)簡化，可取代需要強(qiáng)迫換流的晶閘管，目前仍在使用。功率 MOSFET 的出現(xiàn)，構(gòu)成了高頻電力電子技術(shù)，其開關(guān)頻率可達(dá) l00kHz 以上，并且可并聯(lián)大電流輸出。4) 高性能的開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)期(

10、1990 年代至今)。隨著新型功率器件和脈寬調(diào)制(PWM)電路的出現(xiàn)和各種零電壓、零電流變換拓?fù)潆娐返膹V泛應(yīng)用，出現(xiàn)了小體積、高效率、高可靠性的混合集成 DC-DC 電源。由于開關(guān)電源功耗小、效率高(可高達(dá) 70%-95%)、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬、濾波效率高、不需要大容量濾波電容等優(yōu)點(diǎn)，而線性電源效率低(一般低于50%)，并且電壓轉(zhuǎn)換形式單一(只有降壓)等缺點(diǎn)，如今開關(guān)電源已逐漸取代線性電源。當(dāng)然線性電源因?yàn)槠涞驮肼暋⒌图y波的優(yōu)點(diǎn)，在一些電子測(cè)量儀器、代線性電源 AD/DA 和取樣保持電路中，線形電源仍然無法被開關(guān)電源取代。開關(guān)電源通常由六大部分組成：輸入電路、功率因數(shù)校正、功率轉(zhuǎn)換、輸

11、出電路、控制電路、頻率振蕩發(fā)生器。參考文獻(xiàn)24-68-11113-15詳細(xì)的講解了各個(gè)部分電路的工作原理、功能、設(shè)計(jì)方法以及參數(shù)的計(jì)算。參考文獻(xiàn)1研究的是共模傳導(dǎo)的模型分析了單相小功率回掃式開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾源和共模干擾傳播通道， 在細(xì)致分析回掃變壓器繞組和屏蔽層作用的基礎(chǔ)上， 建立了開關(guān)電源的共模傳導(dǎo)干擾電路模型。具體說明了各干擾源的作用。文獻(xiàn)12介紹了控制芯片UC3842的功能原理和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及各管腳的功能。文獻(xiàn)7介紹了采用實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果建立基于Matlab 環(huán)境下的開關(guān)電源神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法，以及利用該非線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)合遺傳算法理論對(duì)開關(guān)電源的電路參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程。文獻(xiàn)3對(duì)目

12、前出現(xiàn)的幾種典型的開關(guān)電源技術(shù)作了歸納總結(jié)和分析比較，在此基礎(chǔ)上指出了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r和開關(guān)電源產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)。并且對(duì)開關(guān)電源的發(fā)展史、應(yīng)用范圍、主電路的選擇作了簡要的介紹。1 緒論1.1 開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.1.1 開關(guān)電源發(fā)展現(xiàn)狀從開關(guān)電源出現(xiàn)以來，其發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：最早出現(xiàn)的開關(guān)電源是由分立器件組成的，其開關(guān)速度慢、效率低，并且電路復(fù)雜、所含器件多、穩(wěn)定性差、設(shè)計(jì)和調(diào)試都很不容易；20世紀(jì)70年代由于大集成電路的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，人們實(shí)現(xiàn)了開關(guān)電源控制電路的集成化，從而開關(guān)電源的體積減小，效率和穩(wěn)定性得到了很大的提高；20世紀(jì)80年代研制成功了單片開關(guān)電源，它

13、可以將開關(guān)電源的基本功能通過一個(gè)集成IC來實(shí)現(xiàn)，這種電源屬于一種高度集成化的交流一直流變換器；如今,隨著各種類型開關(guān)電源集成電路的不斷發(fā)展和控制芯片功能的不斷完善，電源的集成化程度越來越高,其效率和穩(wěn)定性也不斷的得到提高。1.1.2 開關(guān)電源發(fā)展趨勢(shì)科學(xué)技術(shù)的日新月異，開關(guān)電源取得了快速的發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)大致為：1) 小型化和高頻化：開關(guān)電源的發(fā)展方向之一是小型化，降低其體積和重量，提高功率密度。為了實(shí)現(xiàn)電源高功率密度，必須提高 PWM 變換器的工作頻率，從而減小電路中儲(chǔ)能元件的體積和重量；2) 高效率：減少開關(guān)電源損耗，提高電能的轉(zhuǎn)換效率；3) 數(shù)字化：在功率電子技術(shù)中，控制部分最初是按模擬

14、信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的出現(xiàn)和日趨發(fā)展，并且越來越完善和成熟，數(shù)字電路顯得越來越重要，顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn)。因此數(shù)字開關(guān)電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用，成為國內(nèi)外開關(guān)電源行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)；4) 模塊化：在設(shè)計(jì)的開關(guān)電源時(shí)，應(yīng)盡可能使用較少的器件，提高集成度，采用大規(guī)模集成電路和模塊化設(shè)計(jì)。通過以上幾個(gè)方面的不斷發(fā)展，使開關(guān)電源技術(shù)的越來越成熟，從而實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)和高效率用電的結(jié)合。1.2 課題背景和研究意義在電力電子技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，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)了開關(guān)電源化，率先完成計(jì)算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年

15、代開關(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關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。開關(guān)電源的前身是線性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)簡單。其中的關(guān)鍵元件是穩(wěn)壓調(diào)整管，電源工作時(shí)檢測(cè)輸出電壓，通過反饋電路對(duì)穩(wěn)壓調(diào)整管的基極電流進(jìn)行負(fù)反饋控制。這樣，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化，或負(fù)載變化引起電源的輸出電壓變化時(shí)，就可以通過改變穩(wěn)壓調(diào)整管的管壓降來使輸出電壓穩(wěn)定。為了使穩(wěn)壓調(diào)整管可以發(fā)揮足夠的調(diào)節(jié)作用，穩(wěn)壓調(diào)整管必須工作在線性放大狀態(tài)，且保持一定的管壓降。因此，這種電源被稱為線性穩(wěn)壓電源。早期的開關(guān)電源的頻率僅為幾千赫，隨著電力電子器件及磁性

16、材料性能的不斷改進(jìn)，開關(guān)頻率才得以提高。20世紀(jì)60年代末，垂直導(dǎo)電的高耐壓、大電流的雙極型電力晶體管(亦稱巨型晶體管、BJT、GTR)的出現(xiàn)，使得采用高工作頻率的開關(guān)電源得以問世。但當(dāng)開關(guān)頻率達(dá)到10KHZ左右時(shí)，變壓器、電感等磁性元件發(fā)出很刺耳的噪聲，給工作和生產(chǎn)造成了很大噪聲污染。為了減小噪聲，并進(jìn)一步減小電源體積，在20世紀(jì)70年代，新型電力電子器件的發(fā)展給開關(guān)電源的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。開關(guān)頻率終于突破了人耳聽覺極限的20KHZ。電子技術(shù)的迅猛發(fā)展一方面帶動(dòng)了電源技術(shù)的發(fā)展，一方面也對(duì)電源產(chǎn)品提出了越來越高的要求。體積小、重量輕、高效能、高可靠性的“綠色電源”已成為下一代電源產(chǎn)品的發(fā)展

17、趨勢(shì)。功率密度的急劇增大導(dǎo)致電源內(nèi)部電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，因之產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)電源本身及周圍電子設(shè)備的正常工作都造成威脅。同時(shí)隨著國際電磁兼容法規(guī)的日益嚴(yán)格，產(chǎn)品的EMC性能指標(biāo)直接關(guān)系到其推向市場(chǎng)的時(shí)間。高效反激式開關(guān)電源以其電路抗干擾、高效、穩(wěn)定性好、成本低廉等許多優(yōu)點(diǎn)，特別適合小功率的電源以及各種電源適配器，具有較高的實(shí)用性。本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一款低功耗的反激式開關(guān)電源控制IC。該芯片應(yīng)具有以下特點(diǎn)：突出的性價(jià)比，較少的外圍元件；能耗低，具有綠色模式功能，使系統(tǒng)在空載或輕載時(shí)工作在較低的頻率下，能夠有效減少能耗；具備各種完善的保護(hù)電路，在各種突發(fā)情況下仍能保證系統(tǒng)安全；優(yōu)秀的抗電磁干擾(Ele

18、ctromagnetic Interference，EMI)特性；體積小，重量輕，適用于多種便攜設(shè)備及電源適配器。本課題研究的是開關(guān)電源及其幾個(gè)研究熱點(diǎn)，符合開關(guān)電源的發(fā)展方向，有助于新技術(shù)在國內(nèi)開關(guān)電源中的應(yīng)用。理論聯(lián)系實(shí)際，通過對(duì)開關(guān)電源的研究，可以使得理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際工程中，同時(shí)也培養(yǎng)了我的科研能力和創(chuàng)新意識(shí)。2 開關(guān)電源概述2.1 開關(guān)電源的分類和結(jié)構(gòu)開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)有多種：1) 按驅(qū)動(dòng)方式分：有自勵(lì)式和他勵(lì)式；2) 按電路控制方式分：有脈寬調(diào)制式(PWM)式、脈沖頻率調(diào)制(PFM)均式和PWM與PFM混合式；3) 按電路組成分：有諧振型和非諧振型；4) 按電源是否隔離和反饋控制信號(hào)耦

19、合方式分：有隔離式、非隔離式和變壓器耦合式、光藕耦合式等；5) 按變換器的工作方式分：有單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式、降壓式、升壓式和升降壓式等。2.2 開關(guān)電源的工作原理2.2.1 開關(guān)電源電路的組成開關(guān)電源通常由六大部分組成，如圖2-1所示。圖2-1 開關(guān)電源工作原理框圖第一部分是輸入電路，它包含有低通濾波和一次整流環(huán)節(jié)。交流電直接經(jīng)低通濾波和橋式整流后得到未穩(wěn)壓的直流電壓，經(jīng)第二部分功率因數(shù)校正，提高其功率因數(shù)，保持輸入電流與輸入電壓同相。第三部分是功率轉(zhuǎn)換，由電子開關(guān)和高頻變壓器完成，把高功率因數(shù)的直流電壓變換成受控制的、符合設(shè)計(jì)要求的高頻方波脈沖電壓。第四部分是輸出電路

20、，將高頻方波脈沖電壓經(jīng)整流濾波后變成直流電壓輸出。第五部分是控制電路，輸出電壓經(jīng)分壓、采樣后與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大。第六部分是頻率振蕩發(fā)生器，它產(chǎn)生一種高頻波段信號(hào)，該信號(hào)與控制信號(hào)疊加進(jìn)行脈沖調(diào)制，達(dá)到脈沖寬度可調(diào)。有了高頻振蕩才有電源變換，所以說開關(guān)電源的實(shí)質(zhì)就是電源變換。2.2.2 反激式開關(guān)電源的工作原理反激式開關(guān)電源的反激是指變壓器的初級(jí)極性與次級(jí)極性相反。如果變壓器的初級(jí)上端為正，則次級(jí)上端為負(fù)?；倦娐啡鐖D2-2所示：圖2-2 反激式開關(guān)電源原理圖當(dāng)PWM控制的MOSFET管導(dǎo)通時(shí)，它在變壓器初級(jí)電感線圈中存儲(chǔ)能量，與變壓器次級(jí)相連的二極管VD處于反偏壓狀態(tài)，二極管VD截止，在變

21、壓器次級(jí)無電流流過，即沒有能量傳遞給負(fù)載當(dāng)PWM控制的MOSFET管截止時(shí)，變壓器初級(jí)所積蓄的電能向次級(jí)傳送，這時(shí)變壓器次級(jí)電感線圈中的電壓極性反轉(zhuǎn)下端為負(fù)、上端為正，使二極管VD正向?qū)?，給輸出電容C充電，同時(shí)負(fù)載上也有電流流過，變壓器在電路中既起著變壓器的作用，又起著電感儲(chǔ)能的作用。當(dāng)變壓器初級(jí)儲(chǔ)存的電能釋放到一定程度后，電源電壓通過變壓器的初級(jí)繞組向三極管VT的集電極充電，又開始儲(chǔ)能。上升到一定程度后，三極管VT截止，又開始了新一輪的放電。3 設(shè)計(jì)方案的比較與選擇3.1 本課題的設(shè)計(jì)要求本課題的設(shè)計(jì)要求如下：1) 電路形式：單端反激式；2) 輸 入： ；3) 輸 出：；4) 開關(guān)管頻率：

22、 3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)整體架構(gòu)本設(shè)計(jì)單端反激式開關(guān)電源系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)整體架構(gòu)如圖3-1所示，主要包括：前級(jí)保護(hù)電路、EMI 濾波電路、整流電路、RCD 鉗位電路、反激變換電路、同步整流電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路等。圖3-1 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖工作過程分析：接入交流電，經(jīng)過濾波電路之后；進(jìn)行 EMI 電磁濾波，濾除電源接入噪聲和自身噪聲干擾；橋式整流為左右的直流電壓；通過反激式主變換電路進(jìn)行電壓變換，主電路包括高頻變壓器、和功率開關(guān)管；經(jīng)過變壓器二次側(cè)變換之后送至后級(jí)同步整流電路進(jìn)行整流濾波；如輸出濾波效果不明顯，可增加后級(jí)濾波電路；在交流輸入電壓波動(dòng)時(shí)，為了保證輸出穩(wěn)定，需要進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)，從

23、后級(jí)輸出端進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)送至控制電路，經(jīng)過取樣、比較、放大等環(huán)節(jié)產(chǎn)生比率可調(diào)的脈沖信號(hào)來控制開關(guān)管作出相應(yīng)調(diào)整，從而使輸出穩(wěn)定。3.3 開關(guān)電源控制電路的比較選擇3.3.1 控制電路分析在開關(guān)電源中，控制電路的主要功能是為開關(guān)管提供比率可調(diào)的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。常用的調(diào)制方式有三種：PWM脈寬調(diào)制、PFM脈頻調(diào)制和PWM-PFM調(diào)寬調(diào)頻混合電路。a) PWM脈沖寬度調(diào)制PWM 調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，使輸出脈沖寬度發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。在調(diào)制期間脈沖周期是固定不變的。不論是負(fù)載電流發(fā)生變化，還是輸入電壓發(fā)生變化，都會(huì)引起輸出電壓的變化，通過反饋采樣這個(gè)變

24、化，然后經(jīng)過穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，最終使輸出脈沖寬度改變，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定電壓的目的。即不變，發(fā)生變化，即脈沖寬度改變。b) PFM脈沖頻率調(diào)制PFM 調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，使輸出脈沖周期發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。即脈沖寬度不變化，而周期發(fā)生變化，即頻率改變。c) PWM-PFM脈寬脈頻綜合調(diào)制PWM-PFM 脈寬脈頻綜合調(diào)制方式就是控制芯片根據(jù)輸入電壓的變化，不但使輸出脈沖寬度發(fā)生變化，而且頻率也同時(shí)發(fā)生變化的一種調(diào)制方式。PWM-PFM調(diào)制方式是同時(shí)改變周期和導(dǎo)通時(shí)間兩個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。PWM-PFM 兼有 PWM和PFM 的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用第一種 PWM 調(diào)制方式，屬于

25、 PWM 調(diào)制方式中的電流反饋模式。3.3.2 UC3842的工作原理和特點(diǎn)UC3842是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電源集成控制器，由尤尼創(chuàng)（Unitrode）公司開發(fā)的新型控制器件。它是一種高性能的固定頻率電流模式控制型脈寬調(diào)制器，所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高。并且為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案，這些集成電路具有可

26、微調(diào)的振蕩器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高效益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。主要特點(diǎn)如下：1) 微調(diào)的振蕩器放電電流，可精確控制占空比；2) 電流模式工作到500kHZ： 3) 自動(dòng)前饋補(bǔ)償；4) 鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流；5) 內(nèi)部微調(diào)的參考電壓，帶欠壓鎖定；6) 大電流圖騰柱輸出；7) 欠壓鎖定，帶滯后。a) UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(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、基準(zhǔn)電壓、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路、輸出電路等。下圖3-2示出了UC

27、3842的引腳圖，UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個(gè)引腳，各腳功能如圖3-2：圖3-2 UC3842引腳排列圖腳COMP：誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳:反饋電壓輸入端，管腳電壓與誤差放大器同相端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；腳：為電流檢測(cè)輸入端，通過一個(gè)和開關(guān)管串聯(lián)的電阻將流過變壓器初級(jí)的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將此電壓送入腳，從而來調(diào)節(jié)脈沖寬度。并且當(dāng)取樣電壓大于時(shí)，芯片停止工作，起到保護(hù)開關(guān)管作用；腳：為定時(shí)端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數(shù)決定，將和腳連接，和地相連，以確定振蕩器的頻率；腳G

28、ND：為公共地端；腳OUTPUT：為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式輸出，上升、下降時(shí)間僅為，驅(qū)動(dòng)能力為 ；腳：是直流電源供電端，該芯片的啟動(dòng)電壓為，低壓鎖定門限。具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為；腳：為基準(zhǔn)電壓輸出端，有的負(fù)載能力。b) UC3842 的工作原理UC3842是單電源供電，帶電流正向補(bǔ)償，單路調(diào)制輸出的集成芯片，主要用于高頻中小容量開關(guān)電源，用它構(gòu)成的電路在驅(qū)動(dòng)開關(guān)管時(shí)，通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋電路經(jīng)電阻分壓得到的信號(hào)與內(nèi)部基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差比較器的輸出端與反向輸入端用RC元件接成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，誤差比較器的輸出端與電流采樣電壓進(jìn)行比較，從而控制PWM序列的占空比，達(dá)到電路穩(wěn)定

29、的目的。它主要包括高頻振蕩、誤差比較、欠壓鎖定、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存等功能電路。芯片工作起動(dòng)電壓是，關(guān)閉電壓是，的起動(dòng)與關(guān)閉電壓差可有效防止電路在閥值電壓附近工作而引起的振蕩。芯片起動(dòng)電流為，所以，芯片可以對(duì)高壓用電阻降壓起動(dòng)，待起動(dòng)完成后由饋電繞組供電。還提供的基準(zhǔn)電壓,帶載能力。在UC3842的輸入端與地之間，還有的穩(wěn)壓管，一旦輸入端出現(xiàn)高壓，該穩(wěn)壓管就被反向擊穿，將供電電壓鉗位于，保護(hù)芯片不致?lián)p壞。3.3.3 TOP243Y工作原理和特點(diǎn)TOPSwitch 系列器件是三端離線式 PWM 開關(guān)器件(Three terminal off line PWM Switch)。第四代單片開關(guān)

30、電源 TOPSwitch-GX 是一個(gè)集成的開關(guān)模式電源芯片。通過高電壓電源 MOS 管的漏極 D 輸入量來改變輸入占空比的大小從而使輸出穩(wěn)定。在正常工作情況下，功率 MOS 管的占空比隨控制引腳電流的增加而線性減少。第四代 TOPSwitch-GX 芯片具有以下特點(diǎn)：1) 功率擴(kuò)展到最大，適合構(gòu)成大、中功率的高效率、隔離式開關(guān)電源；2) 外圍電路簡單，成本低廉；3) 完全集成的軟啟動(dòng)，限制啟動(dòng)時(shí)的峰值電流和電壓，顯著降低或消除大多數(shù)應(yīng)用中的輸出過沖；4) 對(duì)于大多電源來說，可寬范圍輸入，具有更小的輸出電容；5) 在 Y/R/F 封裝上有離線和電流限制管腳；6) 具有線性限壓檢測(cè)，無關(guān)斷尖峰干

31、擾；7) 頻率抖動(dòng)可減少 EMI；8) 用單電阻設(shè)置可同時(shí)實(shí)現(xiàn)過壓和欠壓保護(hù)；9) 在輕載時(shí)，頻率減小能降低開關(guān)損耗和維持穩(wěn)定的輸出，保持多路輸出電源具有良好的交叉穩(wěn)壓精度，且空載時(shí)不需要假負(fù)載；10) 有電壓前饋，能有效減少電源紋波，增加承受瞬態(tài)干擾和浪涌電壓的能力。a) TOP243Y內(nèi)部結(jié)構(gòu)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3-3：圖3-3 TOP243Y 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TOP243Y 控制芯片主要由控制電壓源、帶隙基準(zhǔn)電壓源、頻率抖動(dòng)振蕩器、軟啟動(dòng)電路等 18 部分組成,具體結(jié)構(gòu)如上圖3-3所示。外部有6個(gè)管腳腳，管腳功能描述如下：D 管腳：高電壓電源 MOS 管漏極 D 輸出。內(nèi)部起始偏置電流通過一個(gè)轉(zhuǎn)

32、換高電壓電流源來驅(qū)動(dòng)這個(gè)管腳。漏極電流的內(nèi)部流限檢測(cè)點(diǎn)。C 管腳：誤差放大器和反饋電流輸入管腳用于調(diào)節(jié)占空比的大小。與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時(shí)的內(nèi)部偏置電流。也用作電源旁路和自動(dòng)重啟動(dòng)/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn)。L 管腳：對(duì)于 OV(過壓)，UV(欠壓)的輸出管腳,線路檢測(cè)伴隨著 減少，開關(guān)開通或關(guān)斷及同步性。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。X 管腳：外部流限調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開/關(guān)控制和同步輸入引腳。連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能。F 管腳：這個(gè)管腳是用來選擇輸入開環(huán)頻率的。連接到 S 管腳時(shí)，則輸出132kHz，如果與 C 管腳相連，則輸出為 66kHz。S 管腳：這個(gè)引腳是功率

33、MOS 管的源極連接點(diǎn)，用于高壓功率的回路，也是初級(jí)控制電路的公共點(diǎn)及參考地點(diǎn)。b) TOP243Y工作原理分析TOP243Y是利用反饋電流IC來調(diào)節(jié)占空比D，從而達(dá)到穩(wěn)定的目的，屬于PWM 型電流反饋模式。當(dāng)V0降低時(shí)，經(jīng)過光耦反饋電路使得IC減少，則占空比 D相應(yīng)增大，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。芯片內(nèi)部具體工作過程分析如下：在啟動(dòng)的過程中，當(dāng)濾波后的直流高電壓加在D管腳時(shí)，MOS管起初出于關(guān)斷狀態(tài)，在開關(guān)高電壓電流源連接在D管腳和C管腳之間，C 管腳電容被充電。當(dāng)C管腳的電壓VC達(dá)到大概5.8V的時(shí)候，控制電路被激活并開始軟啟動(dòng)。在 10ms 左右時(shí)間內(nèi)，軟啟動(dòng)電路使MOS管的占空比從零

34、逐漸上升到最大值。如果在軟啟動(dòng)末期，沒有內(nèi)部的反饋和電流回路加在管腳C上，高電壓電流源將轉(zhuǎn)向，C 管腳在控制回路之間通過放電來維持驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)UC3842和TOP243Y的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、功能特點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用UC3842。3.4 電力場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET開關(guān)電源中的功率開關(guān)晶體管是影響電源可靠性的關(guān)鍵器件。開關(guān)電源所出現(xiàn)的故障中約60%是功率開關(guān)晶體管損壞引起的。主電路中用作開關(guān)的功率管主要有雙極型晶體管和MOSFET兩種。隨著綠色開關(guān)電源的發(fā)展，IGBT、BSIT及聯(lián)柵晶體管（GAT）等新型功率開關(guān)器件也不斷地涌現(xiàn)。因?yàn)殚_關(guān)管的工作頻率為100kHz,故選擇MOSFET作為開關(guān)管。M

35、OSFET分為P溝道耗盡型、P溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型和N溝道增強(qiáng)型4中類型。增強(qiáng)型MOSFET具有應(yīng)用方便的“常閉”（即驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí)，輸出電流為零）特性。在開關(guān)電源中，用作開關(guān)功率管的MOSFET幾乎全部都是溝道增強(qiáng)型器件。這是因?yàn)镸OSFET是一種依靠多數(shù)載流子工作的單極型器件，不存在二次擊穿和少數(shù)載流子的存儲(chǔ)時(shí)間問題，所以具有較大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非?？斓拈_關(guān)速度。a) 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)介紹：漏源擊穿電壓，表征功率管的耐壓極限。最大漏極電流，在特性曲線飽和區(qū)中,漏極電流達(dá)到的飽和值。閥值電壓，又稱開啟電壓,是指功率MOSFET流過一定量的漏極電流時(shí)的最小柵源電壓。當(dāng)柵源

36、電壓大于閥值電壓時(shí),功率MOSFET開始導(dǎo)通。閥值電壓一般在之間。導(dǎo)通電阻，導(dǎo)通電阻是指在確定的柵源電壓下，功率MOSFET處于恒流區(qū)的直流電阻，它與輸出特性密切相關(guān),在開關(guān)電源中，決定了輸出電壓和自身的損耗。一般導(dǎo)通電阻小,漏源擊穿電壓高的MOSFET好。現(xiàn)在的工藝水平可以達(dá)到1以下?？鐚?dǎo)(互導(dǎo))，表征功率MOSFET的放大性能。最高工作頻率，在漏源電壓的作用下，電子從源區(qū)通過溝道到漏區(qū)是需要一定時(shí)間的。當(dāng)柵源之間的控制信號(hào)的周期與此時(shí)間相當(dāng)時(shí)，電子就來不及跟隨控制信號(hào)。這個(gè)信號(hào)的頻率就是最高工作頻率。我們選用MOSFET的原因之一便是由于它的響應(yīng)頻率較高，一般達(dá)到幾百KHZ。導(dǎo)通時(shí)間，和關(guān)

37、斷時(shí)間，MOSFET是依靠多數(shù)載流子傳導(dǎo)電流的。一般來說,影響開關(guān)速度的主要因數(shù)是器件的輸入電阻、輸入電容、輸出電阻、輸出電容。導(dǎo)通時(shí)間定義為：從輸入信號(hào)波形上升至幅值10%到輸出信號(hào)下降至幅值的90%所需時(shí)間；關(guān)斷時(shí)間定義為：從輸入信號(hào)波形下降至幅值的90%到輸出信號(hào)上升至幅值的10%所需時(shí)間:開關(guān)時(shí)間幾乎與溫度變化無關(guān)，但與柵極驅(qū)動(dòng)電源以及漏極所接的負(fù)載性質(zhì)、大小有關(guān)。一般導(dǎo)通時(shí)間為幾十納秒，關(guān)斷時(shí)間為幾百到幾千納秒。隨增加而增加，卻隨增加而減小。極間電容,極間電容是影響開關(guān)頻率的主要因數(shù)。b) 功率MOSFET與功率晶體管的比較：功率MOSFET比功率晶體管有如下的優(yōu)點(diǎn)：1) 開關(guān)速度非

38、?？?功率MOSFET是多數(shù)載流子器件，不存在功率BJT的少數(shù)載流子存貯效應(yīng),所以具有非常快的開關(guān)速度。一般低壓器件開關(guān)時(shí)間為10ns數(shù)量級(jí)，高壓器件為100ns數(shù)量級(jí)。特別適合于制作高頻開關(guān),可以大大減少元件的損耗、尺寸和重量。2) 高輸入阻抗和低驅(qū)動(dòng)電流；直流電阻達(dá)以上，因而它的輸入阻抗極高，是一種理想的電壓控制器件。平均直流驅(qū)動(dòng)電流很小，在100nA數(shù)量級(jí)。3) 安全工作區(qū)大;功率MOSFET沒有二次擊穿。4) 漏極電流為負(fù)的溫度系數(shù)有良好的熱穩(wěn)定性?？梢院唵蔚夭⒙?lián)以增加其電流容量。c) MOSFET的驅(qū)動(dòng)：功率MOSFET工作頻率可以達(dá)到很高，但是當(dāng)功率MOSFET工作在高頻時(shí)，就會(huì)出

39、現(xiàn)振蕩。為了防止振蕩,應(yīng)注意兩點(diǎn)：1) 盡可能減少功率MOSFET各端點(diǎn)的連線長度，特別是柵極引線?；蛘咴诳拷鼥艠O處串聯(lián)一個(gè)小電阻以便抑制寄生振蕩；2) 由于功率MOSFET的輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)電源的阻抗必須比較低，以避免正反饋所引起的振蕩。3.5 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)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意的設(shè)置到從（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值?；緫?yīng)用電路如下圖3-4：圖3-4 TL431基本應(yīng)用電路圖3.6 系統(tǒng)原理圖經(jīng)過對(duì)開關(guān)電源工作原理的分析與了解，以及對(duì)輸入電路、主電路、輸出電路、反饋電路和控制電路的構(gòu)成和各電路器件的選擇，設(shè)計(jì)出了本課題要

40、求的原理圖如圖3-5：圖3-5 100W反激式開關(guān)電源原理圖3.6.1 系統(tǒng)原理本文以UC3842為核心控制部件，設(shè)計(jì)一款A(yù)C 220V輸人，DC 12V功率100W輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成單極點(diǎn)，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。主要的功能模塊包括:啟動(dòng)電路、過流過壓欠壓保護(hù)電路、反饋電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析。a) 啟動(dòng)電路如圖3-5所示，交流電由、進(jìn)行低通濾波，是單級(jí)低通濾波電路。其中、組成抗串模干擾電路，所用的電容啥聚酯電容，用于抑制正態(tài)噪聲。低通濾

41、波回路啥開關(guān)電源輸入的“大門”，電網(wǎng)電力就是經(jīng)低通濾波進(jìn)入的。它有兩個(gè)作用：第一，防止輸入電源竄入噪聲干擾，同時(shí)還要抑制浪涌電壓、尖峰電壓的進(jìn)入；第二，阻止、限制開關(guān)電源所產(chǎn)生的噪聲、高頻電磁干擾信號(hào)通過輸入電線饋進(jìn)入電網(wǎng)。濾波后的交流電壓經(jīng)橋式整流以及電解電容濾波后變成的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)降壓后給充電，當(dāng)?shù)碾妷哼_(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值時(shí),UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由腳6輸出推動(dòng)開關(guān)管工作。隨著UC3842的啟動(dòng)，的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給UC3842供電。由于輸入電壓超過了UC3842的工作，為了避免意外，用穩(wěn)壓管限定UC3842的

42、輸人電壓，否則將出現(xiàn)UC3842被損壞的情況。b) 短路過流、過壓、欠壓保護(hù)電路由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生。因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如圖3-5所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.3V達(dá)到1V(即電流超過1.5A)時(shí)，UC3842的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時(shí)，UC3842的腳6無輸出，MOS管截止，從而保護(hù)了電路。如果供電電壓發(fā)生過壓(在265V以上)，UC38

43、42無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級(jí)繞組電壓大大提高，UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)的電壓低于85V,UC3842的腳1電壓也下降，當(dāng)下降1V(正常值是3.4V)以下時(shí)，PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。因此，此電路具有過壓、欠壓雙重保護(hù)。c) 反饋電路反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817（由于仿真軟件multisim中沒有PC817故用其他元件代替）。利用TL431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖3-5所示，、是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它決定輸出電壓的高低，和TL431

44、一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，取樣電壓也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓（2.5V），使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓下降，最后趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時(shí)，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補(bǔ)償輸人電流隨之變化，促使片內(nèi)對(duì)PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。d) 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對(duì)波紋幅值的影響主要有以下幾個(gè)方面。1) 輸人電源的噪聲，是指輸人

45、電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸人端加電容，以濾除此噪聲干擾。2) 高頻信號(hào)噪聲，開關(guān)電源中對(duì)直流輸人進(jìn)行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進(jìn)行傳輸，在這個(gè)過程中，必然會(huì)摻人高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對(duì)于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用型濾波的方式。濾波電感采用電感，可濾除高頻噪聲。3) 采用快速恢復(fù)二極管整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。3.6.2 電路主要參數(shù)的設(shè)計(jì)a) 開關(guān)穩(wěn)壓電源中 RCD箝位參數(shù)計(jì)算單端反激式開關(guān)電源具有結(jié)構(gòu)簡單、輸入輸出電氣隔離、電壓升降范圍寬、易于多路輸

46、出、可靠性高、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于小功率場(chǎng)合。然而，反激變換器在功率開關(guān)管關(guān)斷的瞬間，由于變壓器漏感的存在，會(huì)產(chǎn)生較大的尖峰電壓，這個(gè)電壓可能會(huì)超過開關(guān)管的額定值，從而給變換器帶來嚴(yán)重危害，同時(shí)在開關(guān)管上產(chǎn)生較大的關(guān)斷損耗及電磁干擾。為了消除這些隱患，需要在變壓器原邊側(cè)采用箝位電路和在開關(guān)管上并聯(lián)緩沖電路，在反激式變換器中，箝位電路采用RCD形式具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此這里采用RCD網(wǎng)絡(luò)作為反激電路的箝位電路和開關(guān)管的緩沖電路。下圖3-6為RCD 箝位電路：圖3-6 RCD 箝位電路圖3-6中：箝位電容兩端間的電壓；輸入電壓；開關(guān)管漏極電壓；初級(jí)繞組的電感量；初級(jí)繞組的漏感量。該

47、圖中RCD箝位電路的工作原理是：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，能量存儲(chǔ)在和中，當(dāng)反激式變換器中RCD箝位電路的開關(guān)管關(guān)閉時(shí)，中的能量將轉(zhuǎn)移到副邊輸出,但漏感中的能量將不會(huì)傳遞到副邊。如果沒有RCD箝位電路，中的能量將會(huì)在開關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到開關(guān)管的漏源極間電容和電路中的其它雜散電容中，此時(shí)開關(guān)管的漏極將會(huì)承受較高的開關(guān)應(yīng)力。若加上RCD 箝位電路， 中的大部分能量將在開關(guān)管關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到箝位電路的箝位電容上，然后這部分能量被箝位電阻消耗。這樣就大大咸少了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。計(jì)算箝位電容和箝位電阻可以通過以下公式計(jì)算： （3-1） （3-2）式中：箝位電阻消耗的能量；：初級(jí)繞組漏感中存儲(chǔ)的能量；：次級(jí)到初級(jí)的折

48、射電壓。：箝位電壓；將能量轉(zhuǎn)換為平均功率則(3-1)式可變?yōu)椋?（3-3）式中：變換器的工作頻率；：初級(jí)繞組的漏感量；：開關(guān)管的最大峰值電流(即低壓滿載時(shí)的峰值電流)。這樣由(3-1)、(3-3)式就可得到箝位電阻的計(jì)算公式： （3-4）箝位電容的值應(yīng)取得足夠大以保證其在吸收漏感能量時(shí)自身的脈動(dòng)電壓足夠小，通常取這個(gè)脈動(dòng)電壓為箝位電壓的5%-10% ，這樣，就可通過下式來確定的最小值。 （3-5）b) 變壓器設(shè)計(jì)中注意事項(xiàng)：1) 首先要確定變壓器應(yīng)用的電路結(jié)構(gòu), 再采用正確的計(jì)算方法選擇最優(yōu)磁芯。2) 在通過窗口充填系數(shù)核算磁芯窗口面積時(shí), 如果窗口的利用率過大或過小都必須重新選擇磁芯, 重新

49、開始設(shè)計(jì)。3) 由于磁芯的磁通量越大磁芯體積越小, 在設(shè)計(jì)過程中可先根據(jù)窗口面積選擇最小的鐵芯體積, 再根據(jù)工作頻率選擇合適的磁芯頻率和磁通量。因此, 為了降低損耗要綜合上述兩個(gè)方面的因素來合理地選擇磁芯。4) 為了減少繞組的損耗, 可從如下三個(gè)方面綜合考慮: 第一，要減少電路中的諧波分量； 第二, 繞組導(dǎo)線要細(xì)化； 第三，選擇合適的繞線方式。5) 設(shè)計(jì)中要根據(jù)損耗的大小考慮溫升問題并留有余地, 以保證變壓器能夠正常工作。6) 設(shè)計(jì)中, 在最大輸出功率時(shí), 磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度不應(yīng)達(dá)到飽和, 以免在大信號(hào)時(shí)產(chǎn)生失真。7) AP法對(duì)于已形成標(biāo)準(zhǔn)化和系列化的鐵氧體磁心非常有效, 卻不適用于目前尚無統(tǒng)

50、一形狀及尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)的非晶及納米晶軟磁合金。因此, 對(duì)于采用納米晶軟磁合金材料的變壓器, 其磁心參數(shù)需采取其它設(shè)計(jì)方法。4 開關(guān)電源系統(tǒng)仿真借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，通過對(duì)設(shè)計(jì)理論的計(jì)算機(jī)建模仿真研究，可以對(duì)開關(guān)電源的設(shè)計(jì)起到重要的輔助作用，不僅可以縮短開發(fā)周期，還可以降低設(shè)計(jì)成本，所以開關(guān)電源的建模仿真研究己成為當(dāng)今開發(fā)開關(guān)電源的必不可少的部分。伴隨著開關(guān)電源的高頻化與新技術(shù)的出現(xiàn)，電路更加復(fù)雜,電源的建模更加困難，對(duì)電源的建模仿真也提出了更高的要求，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，立合適的模型也成為許多研究者研究的新課題。本文在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，搭建合理的仿真模型，對(duì)設(shè)計(jì)的開關(guān)電源進(jìn)行仿真和驗(yàn)證。由于M

51、ultisim的元件庫中提供了UC3842的模型，所以本設(shè)計(jì)的仿真時(shí)基于Multisim進(jìn)行的。4.1 NI Multisim 10系統(tǒng)簡介Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬

52、儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。本課題所用的版本為NI Multisim 10，NI Multisim 10是美國國家儀器公司（NI，National Instruments）推出的Multisim最新版本。NI Multisim 10的元器件庫提供數(shù)千種電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，同時(shí)也可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊(cè)中查到，因此也很方便的在工程設(shè)計(jì)中使用。NI Multisim 10的虛擬測(cè)試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)用的通用儀器，如萬用表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

53、、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。NI Multisim 10具有較為詳細(xì)的電路分析功能，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，以幫助設(shè)計(jì)人員分析電路的性能。4.2 本課題仿真結(jié)果圖4-1(a)、(b)是用multisim仿真軟件所畫的開關(guān)電源原理圖，由于屏幕小，一次不能把整個(gè)電路原理圖截完，因此分兩次。圖4-1（a）圖4-1 (b)圖4-2 是經(jīng)濾波整流后的輸

54、出電壓309.505V約為310V圖4-2圖4-3是輸出電壓11.894V約為12V圖4-3圖4-4是輸出波形圖4-4本課題仿真因multisim元件庫里有很多元件沒有，如反激式變壓器，PC817光電耦合器等原因，不能完整正確的仿真出本課題的要求。輸出電壓雖能符合要求達(dá)到12V，但電流偏大，功率也比課題所要求的100W高。在網(wǎng)上以及圖書館借的multisim教程里也找了很多解決方法，最后都未能成功新建所需元件。以后工作學(xué)習(xí)中，會(huì)多下功夫。致 謝畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)完成了，雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)是我的，但是是在很多人的幫助下才完成的。 首先要感謝我的導(dǎo)師，我在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的中期有點(diǎn)放松，沒有緊迫感，老師主動(dòng)催促我，

55、讓我能夠準(zhǔn)時(shí)完成設(shè)計(jì)。在資料的準(zhǔn)備中，我過于依賴網(wǎng)絡(luò)，很多資料找的不是很全面，老師教我如何利用好學(xué)校圖書館的資源，而且鼓勵(lì)我到圖書館去多看看。在設(shè)計(jì)時(shí)，好多元器件的選擇都是按照資料和計(jì)算得來的，沒有考慮到現(xiàn)實(shí)的因素，老師給予了適當(dāng)?shù)闹更c(diǎn)。我要深深地感謝指導(dǎo)老師。我還要感謝班主任老師，四年來班導(dǎo)給了我們很多的關(guān)懷，讓我在異地沒有感覺到孤單，在學(xué)習(xí)上給我們的鼓勵(lì)和催促，雖然和班主任老師的接觸不多，但是我還是要說謝謝老師。在大學(xué)的四年里，接觸最多的是室友，對(duì)我?guī)椭疃嗟囊彩鞘矣选Ｍ瑢W(xué)四年已經(jīng)養(yǎng)成了互幫互助的習(xí)慣，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，好多以前學(xué)過的知識(shí)和軟件都記得有些模糊了，是室友之間相互幫助，解決了不少

56、的難題。我還要感謝我的爸爸媽媽，因?yàn)樗麄兊母冻?，我才能有今天。再次感謝！感謝所有幫助過我的人。參 考 文 獻(xiàn)1 和軍平,陳為,姜建國.開關(guān)電源共模傳導(dǎo)干擾模型的研究J.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,25(8):50542 劉濤.LED恒流驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源的研制D.成都.電子科技大學(xué)，20093 趙軍.開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展J.船電技術(shù)，2005，（5）：13154 脫立芳.降壓型PWM DC-DC開關(guān)電源技術(shù)研究D.西安.西安電子科技大學(xué)，20085 楊曉靜.高頻開關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)D.武漢.武漢理工大學(xué),20116 張維.單端反激式開關(guān)電源研究與設(shè)計(jì)D.西安.西安電子科技大學(xué),20117 余明楊等.開

57、關(guān)電源的建模與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究J.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,26(2):1651688 閆福軍.寬電壓輸入反激式開關(guān)電源的研究D.成都.電子科技大學(xué),20109 王蓉.高頻高壓開關(guān)電源的設(shè)計(jì)D.南昌.南昌大學(xué)，200810 許幸.高效率同步整流型DC-DC開關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)D.杭州.浙江大學(xué)，200611 岳鵬.大功率開關(guān)電源主電路研究D.廣州.華南理工大學(xué),201012 張厚升,趙艷雷.新型多功能反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)J.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（1）：11311713 鄒懷安.寬輸入電壓高頻開關(guān)電源的研究與實(shí)現(xiàn)D.武漢.武漢理工大學(xué),200514 任學(xué)峰.一種電流模式控制PWM開關(guān)電源的設(shè)計(jì)D.西安.西安電子科技大學(xué),200815 張敏娟.48V/25A通信用高頻開關(guān)電源的研究與開發(fā)D.南京.河海大學(xué),200516 L. Asnin and V. Backmutsky.Data acquisition in power systems an