基于UC3842的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì) (2)

1、代 號分類號10701TN6學(xué) 號密 級1040421995公開題（中、英文）目基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)Design of Multi-output Voltage Switching PowerSupply Based on UC3842作者姓名張召朋指導(dǎo)教師姓名、職務(wù) 宣榮喜 教授學(xué)科門類工學(xué) 學(xué)科、專業(yè)電力電子與電力傳動提交論文日期二一三年一月西安電子科技大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文基于 UC3842的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)Design of Multi-output VoltageSwitching Power SupplyBased on UC3842張召朋工學(xué)

2、電力電子與電力傳動導(dǎo)師：宣榮喜教授西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文創(chuàng)新性聲明秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果；也不包含為獲得西安電子科技大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說明并表示了謝意。申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切的法律責(zé)任。本人簽名：日期西安電子科技大學(xué)關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：

3、研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬西安電子科技大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，發(fā)表論文或使用論文工作成果時(shí)署名單位仍然為西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱和借閱論文；學(xué)?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，可以允許采用影印、縮印、或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的文章一律署名單位為西安電子科技大學(xué)。本人簽名：導(dǎo)師簽名：日期日期摘要摘要開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛，而人們對電源性能的要求越來越高，提高電源的工作效率、功率因數(shù)，降低諧波分量等越來越受到重視。論文以某項(xiàng)目為背景、以提高性能為出發(fā)點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)高精度、電壓型、多路輸出開關(guān)電源。本文

4、設(shè)計(jì)了一種基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源，完成了開關(guān)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能模塊電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)，并詳細(xì)分析了各個(gè)模塊的工作原理與功能，包括 EMI 濾波、整流電路、功率因數(shù)校正、箝位電路、芯片外圍電路、高頻變壓器、緩沖回路、反饋回路、輸出濾波電路、保護(hù)電路等；變壓器一次側(cè)加入有源功率因數(shù)校正電路，使網(wǎng)側(cè)電流能夠很好的跟蹤輸入電壓，功率因數(shù)有較大提高；合理選擇器件，系統(tǒng)地計(jì)算了電路和器件參數(shù)，給出了電路設(shè)計(jì)圖；采用 saber 軟件進(jìn)行了仿真，得到電路的工作性能參數(shù)。仿真分析表明，開關(guān)電源各路輸出誤差分別為 2%（±5V），1%（±12V），工作效率達(dá)到

5、85%以上，功率因數(shù)為 0.91 以上。電源各指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵字：開關(guān)電源UC3842 APFC 反激式變換器saber 仿真AbstractAbstractWith the increasingly widespread applications of switching power supply, therequirements of power performance are higher and higher, the improvement of powerefficiency and power factor, and the reduce of harmonic comp

6、onent attract more andmore attention. The paper, based on the background of a project and the starting point ofimproving performance, designs a high-precision multiple-output voltage switchingpower supply.A multiple-output voltage switching power supply which is based on UC3842 isdesigned in this es

7、say, the design of switching power supply system is accomplished;the design of function module circuit is achieved, and the working principle andfunction of the various modules, including EMI filter, rectifier circuit, power factorcorrection circuit, the clamp circuit, chip peripheral circuit, high-

8、frequency transformer,snubber circuit, the feedback loop, the output filter circuit, protection circuit and etc. areanalyzed; the active power factor correction circuit is added in the transformer primaryside, so the input voltage can be well tracked by the grid-side current , and power factorcan be

9、 greatly improved; the devices are reasonably chosen , the circuit and deviceparameters are systematically calculated, and the map of circuit design is given; sabersoftware is applied to simulate, and circuit performance parameters are deserved.From the analysis of simulation, it is can be seen that

10、 the errors of each output ofthe switching power supply are 2% (±5V), 1% (±12V), the efficiency is over 85%. Theindicators have reached the designated requirements, work stably, perform well, meetthe designated requirements.Key words: Switching power supplySaber simulationUC3842 APFCFlybac

11、k converter目錄目錄第一章 緒論. 11.1 課題研究的背景及意義. 11.2 國內(nèi)外開關(guān)電源研究現(xiàn)狀. 11.3 本文主要工作和內(nèi)容安排. 3第二章 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì). 52.1 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指標(biāo). 52.2 電源結(jié)構(gòu)及工作原理. 52.2.1 開關(guān)電源的組成. 52.2.2 開關(guān)電源的工作原理. 62.2.3 反激式開關(guān)電源拓?fù)浞治? 62.3 開關(guān)電源體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 72.4 本章小結(jié). 8第三章 開關(guān)電源模塊設(shè)計(jì). 93.1 EMI 濾波電路設(shè)計(jì) . 93.1.1 EMI 濾波電路 . 93.1.2 EMI 電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 . 103.2 整流濾波電路. 133.2.1 全橋

12、整流電路. 133.2.2 整流橋器件選擇. 133.2.3 輸入濾波電容參數(shù)估算. 143.3 功率因數(shù)校正. 153.3.1 升壓變換器電路的設(shè)計(jì). 163.3.2 乘法器分壓電阻及電流比較器電阻計(jì)算. 183.3.3 誤差放大器偏置電阻. 193.3.4 啟動電路元件的計(jì)算與選用. 193.3.5 濾波電容的計(jì)算. 193.4 高頻變壓器設(shè)計(jì). 203.4.1 計(jì)算最大與最小直流輸入電壓. 213.4.2 確定占空比 Dmax . 213.4.3 計(jì)算輸入功率與輸出功率. 223.4.4 用 AP 法選擇磁芯材料. 22基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)3.4.5 計(jì)算初級

13、電流峰值和有效值. 233.4.6 計(jì)算初級電感量. 243.4.7 計(jì)算初級和次級繞組圈數(shù). 243.4.8 核算臨界電感量. 253.4.9 計(jì)算初級和次級線徑. 253.4.10 核算變壓器磁芯氣隙. 263.5 功率開關(guān)管的選擇. 273.5.1 MOFET 的主要參數(shù) . 273.5.2 MOSFET 的選擇 . 273.6 鉗位電路. 283.6.1 箝位電路分析. 283.6.2 漏感抑制. 303.6.3 RCD 箝位電路 . 303.7 緩沖回路設(shè)計(jì). 313.8 控制芯片及外圍電路. 323.8.1 UC3842 的功能分析 . 323.8.2 UC3842 外圍電路設(shè)計(jì)

14、. 333.9 反饋電路設(shè)計(jì). 343.9.1TL431 . 343.9.2 光耦合器. 363.9.3 光耦反饋電路. 373.9.4 參數(shù)計(jì)算. 383.10 輸出濾波電路. 393.10.1 三端集成穩(wěn)壓器. 393.10.2 輸出濾波電路. 403.10.3 輸出濾波電容計(jì)算. 403.11 整體電路 . 423.12 本章小結(jié). 43第四章 仿真分析. 454.1 仿真電路設(shè)計(jì). 454.2 結(jié)果分析. 454.2.1 占空比分析. 454.2.2 漏極電壓波形. 464.2.3 偏置電路輸出波形. 474.2.4 輸出電壓波形. 47目錄4.2.5 功率因數(shù)校正. 474.2.6

15、諧波分量分析. 494.3 本章小結(jié). 49第五章 總結(jié). 51致謝. 53參考文獻(xiàn). 55第一章 緒論1第一章 緒論1.1 課題研究的背景及意義電源是各種電子、電器設(shè)備工作的動力，是自動化不可或缺的組成部分。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電子信息技術(shù)領(lǐng)域里電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，這些設(shè)備對電源的要求也越來越高。傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源已經(jīng)無法再滿足當(dāng)前的使用要求。線性穩(wěn)壓電源是指電壓調(diào)整功能的器件始終工作在線性放大區(qū)的一種直流穩(wěn)壓電源。這種穩(wěn)壓電源發(fā)展的最早、它的應(yīng)用也最廣泛。但是線性穩(wěn)壓電源的體積比較大，效率也比較低，可靠性也差，操作使用也不方便，并且沒有很好的自我保護(hù)能力。這就迫切需要對電源進(jìn)行創(chuàng)新與研

16、究。開關(guān)電源是采用開關(guān)變換技術(shù)，利用自動控制技術(shù)來穩(wěn)定輸出，并加有各種保護(hù)控制電路的電源開關(guān)變換電路，是進(jìn)行交流/直流（AC/DC）、直流/直流（DC/DC）、直流/交流（DC/AC）變換的裝置。開關(guān)電源與傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源相比較就有了以下優(yōu)點(diǎn)：1、它的效率比較高，損耗也非常小。開關(guān)電源的開關(guān)管一直工作在開關(guān)狀態(tài)，截止期間開關(guān)元件漏極電流極小，因此功率損耗非常小而效率又非常高，通常開關(guān)電源的效率可達(dá) 80%90%以上。2、穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的電壓調(diào)整作用是通過對直流電壓進(jìn)行脈寬調(diào)整而實(shí)現(xiàn)的，所以線性控制區(qū)域比較大。在輸入電壓發(fā)生較大波動時(shí)，電源依然保持很好的穩(wěn)定性。3、體積小，重量輕。開關(guān)電

17、源將輸入的交流電壓直接整流再進(jìn)行 PWM 控制，這樣就可以省去笨重的電源變壓器，使開關(guān)電源的體積大大的縮小，而重量也因此大大的減輕。4、安全可靠。開關(guān)電源一般都具有多種輔助電路，用來實(shí)現(xiàn)電源的自我保護(hù)功能，使其安全可靠的工作。正因?yàn)殚_關(guān)電源有著多方面的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)考慮本課題的實(shí)際應(yīng)用要求，本文設(shè)計(jì)了一款四路獨(dú)立輸出的電壓型開關(guān)電源，研究重點(diǎn)是提高開關(guān)電源的功率因數(shù)、消除高次諧波的干擾。課題來源于某科研項(xiàng)目，具有較好的應(yīng)用價(jià)值和工程應(yīng)用前景。1.2 國內(nèi)外開關(guān)電源研究現(xiàn)狀自從上世紀(jì)的 50 年代開始，美國宇航局把小型的重量輕的電源搭載到火箭電2基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)源以來

18、，在 50 多年發(fā)展的過程中，由傳統(tǒng)的技術(shù)制造的相控穩(wěn)壓電源逐步被新型的開關(guān)電源取代，并在電子整機(jī)設(shè)備中廣泛的被應(yīng)用。幾十年來集成電路不停的發(fā)展，開關(guān)電源的發(fā)展方向也逐漸趨于模塊化和小型化。近 20 年來，集成開關(guān)電源發(fā)展的過程中主要有兩個(gè)方向，第一個(gè)發(fā)展的方向是實(shí)現(xiàn)控制電路的集成化。在 1977 年時(shí)候，第一個(gè)脈寬調(diào)制（PWM）控制器集成電路在美國研制成功，不久一系列 PWM 控制芯片便在美國 Motorola 公司、Silicon General 公司等推動下生產(chǎn)上市?，F(xiàn)在，國外已經(jīng)研制出了開關(guān)頻率能夠達(dá)到 1MHz 高速 PWM、PFM 控制芯片。第二個(gè)發(fā)展的方向是能夠?qū)⒁恍┲?、小功率?/p>

19、開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。在 1994 年，一種三端隔離式的 PWM 型 AC/DC 變換器單片開關(guān)電源率先由美國電源集成公司（Power Integrations）研制成功。不久 TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch 等系列單片開關(guān)電源相繼生產(chǎn)。當(dāng)前，單片開關(guān)電源控制芯片已經(jīng)形成了數(shù)十個(gè)系列和上百種產(chǎn)品,它作為一項(xiàng)發(fā)展前景廣闊，并且影響力深遠(yuǎn)的新產(chǎn)品，在國內(nèi)外的電源界引起了普遍關(guān)注，所以，單片開關(guān)電源從第一次出現(xiàn)就顯示出了它強(qiáng)大的生命力。單片開關(guān)電源的特點(diǎn)是集成度高、性價(jià)比好、外圍電路簡單、

20、性能指標(biāo)優(yōu)越等。與國外開關(guān)電源技術(shù)相比，國內(nèi)從 1977 年才開始進(jìn)入初步發(fā)展期，起步較晚、技術(shù)相對落后。目前國內(nèi) DC/DC 模塊電源市場主要被國外品牌所占據(jù)，它們覆蓋了大功率模塊電源的大部分以及中小功率模塊電源一般的市場。但是，隨著國內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，進(jìn)口中小功率模塊電源正在快速被國產(chǎn) DC/DC 產(chǎn)品所代替。開關(guān)電源的使用提高了變換效率，減少了工作能耗，使電源工作周圍的環(huán)境溫度降低。使用為國家節(jié)省了大量銅材、鋼材和占地面積。由于變換效率提高，能耗減少，降低了電源周圍環(huán)境的室溫，是針對國家投資 4000 億元用于城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)的供電工程改造、提高輸配電供電質(zhì)量而推出的，它已經(jīng)開始采

21、用開關(guān)電源取代傳統(tǒng)的相控電源。國內(nèi)一些通信公司如中興通訊等均以相繼推出系列產(chǎn)品。目前市場上開關(guān)電源中功率管多采用雙極性晶體管，開關(guān)頻率可達(dá)幾十千赫茲；采用 MOSFET 的開關(guān)電源轉(zhuǎn)換頻率可達(dá)幾百千赫茲。而高速開關(guān)器件的使用，可以提高開關(guān)電源的開關(guān)頻率。對于兆赫茲以上開關(guān)頻率的電源可以利用諧振電路，這種工作方式稱為諧振開關(guān)方式。它可以極大地提高開關(guān)速度，理論上開關(guān)損耗為零，噪聲也很小，這是提高開關(guān)電源工作頻率的一種方式。采用諧振開關(guān)方式的兆赫茲級變換器已經(jīng)實(shí)用化。開關(guān)電源發(fā)展的趨勢和技術(shù)的追求可以概括四個(gè)方面，即：高頻化、薄型化、輕量化、小型化。開關(guān)電源的重量和體積主要由一些儲能元件（如電容和

22、磁性元件）來決定，所以說，使開關(guān)電源盡量的小型化就是使其中電容和磁性元件等儲能元件體積盡可能的減?。灰话銇碚f，提高電源的開關(guān)頻第一章 緒論3率，一方面能夠使變壓器及電感、電容的尺寸減小，另一方面還能夠有效的抑制干擾，使系統(tǒng)的動態(tài)性能得到很好的改善。所以，高頻化就成了開關(guān)電源一個(gè)主要的發(fā)展方向。高可靠性。開關(guān)電源所使用的電子元器件與連續(xù)工作的電源相比少了數(shù)十倍，所以提高了電源的可靠性。另一方面，從壽命的角度出發(fā)，如光耦合器、排風(fēng)扇以及電解電容等元器件的壽命能夠決定著開關(guān)電源的使用壽命。因此要從設(shè)計(jì)的方面考慮，盡可能較少的使用元器件，以提高電源的集成度。這樣不但能夠解決可靠性差、電路復(fù)雜的問題，還

23、增加了一些保護(hù)功能等，使電路得到簡化，最重要是將平均無故障的時(shí)間提高了。低噪聲。噪聲大是開關(guān)電源一個(gè)很大的缺點(diǎn)。在單純?nèi)プ非箅娫锤哳l化的同時(shí)，電源的噪聲也將隨之而增大。為此采用部分諧振轉(zhuǎn)換回路技術(shù)，能夠在原理上不僅降低噪聲還可以提高開關(guān)頻率。所以，開關(guān)電源另一個(gè)發(fā)展的方向就是盡可能的使電源的噪聲降低。開關(guān)電源一直被稱為是高效能的電源，現(xiàn)在它代表了穩(wěn)壓電源發(fā)展的方向，并且成為了穩(wěn)壓電源最主要的產(chǎn)品。開關(guān)電源采用了控制集成電路和高頻變壓器，具有效率高、可靠性好、輸出穩(wěn)定等一些特點(diǎn)，成為了電源今后發(fā)展的趨勢。開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛，而人們對電源性能的要求也越來越高，電源的工作效率、功率因數(shù)、諧波分

24、量等性能迫切需要得到更好的改善，特別是針對具有多路輸出開關(guān)電源的精度和穩(wěn)定性，更是需要進(jìn)行研究攻克的難點(diǎn)。1.3 本文主要工作和內(nèi)容安排本文設(shè)計(jì)一款 4 路輸出的電壓型開關(guān)電源，主要工作如下：1、分析開關(guān)電源工作原理，結(jié)合本設(shè)計(jì)要求及工作指標(biāo)梳理知識脈絡(luò)，整理文獻(xiàn)材料，為設(shè)計(jì)電源做基礎(chǔ)工作。2、從整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，宏觀的分析設(shè)計(jì)出電源的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析其工作原理，構(gòu)建出整個(gè)系統(tǒng)的框架圖。整理系統(tǒng)包含的模塊結(jié)構(gòu)。3、以整體的框架結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，按模塊逐一設(shè)計(jì)電路并分析其工作原理，詳細(xì)計(jì)算各部分元件參數(shù)。最終得到整個(gè)設(shè)計(jì)的原理圖。4、利用 saber 仿真軟件對系統(tǒng)進(jìn)行仿真測試，得到關(guān)鍵參數(shù)及波形。有利

25、于電路的分析與改進(jìn)。5、總結(jié)整個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與不足，確定未來改進(jìn)的方向。本論文內(nèi)容安排：第一章是緒論。闡明本課題的研究的背景及意義，描述開關(guān)電源的國內(nèi)外現(xiàn)狀。并簡單給出了本論文的主要工作及內(nèi)容安排。4基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)第二章是電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。給出了設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇了電源設(shè)計(jì)的住拓?fù)湫问?，從宏觀的角度分析設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。第三章是開關(guān)電源模塊設(shè)計(jì)。對電源的每一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，包括 EMI濾波電路、整流濾波電路、功率因數(shù)校正、高頻變壓器設(shè)計(jì)、功率開關(guān)管的選擇、箝位電路、緩沖回路、控制芯片及外圍電路、反饋電路、輸出濾波電路，詳細(xì)的計(jì)算元件參數(shù)。第四章是仿真分析。利用

26、saber 軟件對電路進(jìn)行建模仿真。得到電路的具體波形和工作狀態(tài)，對結(jié)果進(jìn)行分析。第五章是總結(jié)。第二章 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)5第二章 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章確定電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)，系統(tǒng)的分析開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)，確定本設(shè)計(jì)的拓?fù)?，從總體出發(fā)，應(yīng)用基本理論創(chuàng)建電源設(shè)計(jì)的整體框架，為進(jìn)一步的設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。2.1 開關(guān)電源設(shè)計(jì)指標(biāo)電源的性能指標(biāo)是設(shè)計(jì)電源的前提，只有明確了各項(xiàng)性能指標(biāo)的要求，在設(shè)計(jì)電路中才能有的放矢，有針對性的對總體結(jié)構(gòu)或模塊分析做出有利的評估。本次電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：1、輸入：AC185250V，50Hz2、輸出：±5V 獨(dú)立輸出/1A，±12V 獨(dú)立輸出/1A3、開關(guān)頻率：5

27、0KHz4、效率：大于 80%5、輸出紋波：最大 100mV（峰峰值）6、紋波系數(shù)：小于 1%7、輸出精度：±5%2.2 電源結(jié)構(gòu)及工作原理2.2.1 開關(guān)電源的組成圖 2.1 開關(guān)電源的組成框圖開關(guān)電源的組成結(jié)構(gòu)如圖 2.1。開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器（EMI）、整流濾波電路、功率6基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)變換電路、PWM 控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過欠壓保護(hù)電路、輸出過欠壓保護(hù)電路、輸出過流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。AC/DC 轉(zhuǎn)換電路是整流濾波電路。DC/DC 轉(zhuǎn)換器是開關(guān)電源中最重要的組成部分，有以下幾種基本類型

28、：buck型、boost 型、buck-boost 型、正激式、反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉(zhuǎn)換器。2.2.2 開關(guān)電源的工作原理開關(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3。在線性電源中，功率晶體管工作在線性的模式下，而與線性電源所不同的是，PWM 開關(guān)電源讓功率晶體管工作在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)下，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)體器件上所產(chǎn)生的損耗。與線性電源相比，PWM

29、開關(guān)電源更為有效的工作過程是通過“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實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過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)過整流濾波后就得到直流輸出電壓?？刂破鞯闹饕康氖潜３州敵鲭妷悍€(wěn)定，其工作過程與線性形式的控制器類似。即控制器的功能塊、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)動功率管之前要經(jīng)過一個(gè)電壓/脈沖寬度轉(zhuǎn)換單元。2.2.3 反激式開關(guān)電源拓?fù)浞治龇醇な介_關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

30、如圖 2.2 所示，當(dāng)開關(guān)管 Q1 導(dǎo)通時(shí)，只有初級繞組導(dǎo)通（其他繞組因未導(dǎo)通，可暫不考慮其對初級電壓的影響），此時(shí)，開關(guān)管可認(rèn)為只是給電感儲存能量。當(dāng)開關(guān)管 Q1 關(guān)斷時(shí)，只有次級繞組導(dǎo)通，分析時(shí)可暫不考慮初級繞組對次級繞組的影響（此時(shí)次級可認(rèn)為只是電感放電過程）。所以，反激變換器從功能上考慮，實(shí)際只是有著若干繞組的電感而已。在這種情況下，初次級繞組的電壓并不相關(guān)，次級繞組電壓只與負(fù)載有關(guān)系。假設(shè)次級繞組安匝數(shù)為 100，匝數(shù)為 10，則峰值電流為 10A，如果將這樣的次級繞組與 100 的負(fù)載相連，則可以在次級得到不可思議的 1000V 電壓。當(dāng)次級有幾個(gè)繞組同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，則所有次級繞組的安

31、匝數(shù)之和與初級繞組的安匝數(shù)守恒8。第二章 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)7根據(jù)反激變換器初級電感和負(fù)載電流的不同，可分為以下三種工作模式：斷續(xù)工作模式(DCM）、連續(xù)工作模式(CCM)和臨界工作模式。圖 2.2 反激式開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.3 開關(guān)電源體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次電源設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.3 所示圖 2.3 系統(tǒng)整體機(jī)構(gòu)框圖系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)包括：EMI 濾波電路、整流濾波電路、箝位電路、吸收回路、控制電路、輸出整流濾波電路和反饋電路，另外還有高頻變壓器與開關(guān)器件MOSFET11。系統(tǒng)工作過程分析：交流電壓U i 經(jīng)過前級保護(hù)電路后，進(jìn)入 EMI 濾波電路一方面減少電源內(nèi)部對電網(wǎng)的干擾，同時(shí)減小電網(wǎng)對電源的干

32、擾。經(jīng) EMI 濾波以后的交流電壓經(jīng)過橋式整流濾波電路，將交流電變成電壓約為 320V 的直流電壓。此時(shí)的直流電壓便可以經(jīng)過高頻變壓器的導(dǎo)通與關(guān)斷來改變幅值，并通過變壓器的8基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)次級側(cè)將電壓輸送到輸出端的輸出整流濾波電路。得到期望的輸出電壓 U o 。在此過程中，由于反激式變換器在開關(guān)管關(guān)斷期間，一次側(cè)會存有大量的能量，為保護(hù)電路，需要在一次側(cè)加入一個(gè)箝位電路，是整個(gè)電路能夠正常工作。另一方面，為了能夠提高電路的工作效率，可以在 MOSFET 傍邊加一個(gè)吸收回路，用來減少開關(guān)管在開關(guān)過程中的損耗。由于電路工作過程中可能遇到輸入電壓波動或輸出負(fù)載的變化

33、導(dǎo)致輸出電壓不穩(wěn)定。為此，在電路輸出端加入一個(gè)反饋回路，通過將輸出端電壓的采樣與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并把反饋信號輸送給控制電路，控制PWM 的占空比，達(dá)到控制開關(guān)管的導(dǎo)通與閉合，從而使輸出電壓穩(wěn)定。2.4 本章小結(jié)本章系統(tǒng)分析了開關(guān)電源總體結(jié)構(gòu)與工作原理，明確了電源設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，選擇了反激式為設(shè)計(jì)的基本拓?fù)?，并確定了系統(tǒng)運(yùn)行的整體架構(gòu)。將本次設(shè)計(jì)的總體思路闡明，按模塊分為多個(gè)部分，為接下來的設(shè)計(jì)提供方向。第三章 開關(guān)電源模塊設(shè)計(jì)9第三章 開關(guān)電源模塊設(shè)計(jì)本章逐一分析電源的每一個(gè)電路模塊，按設(shè)計(jì)指標(biāo)分析設(shè)計(jì)模塊電路的工作原理，按照要求計(jì)算元件參數(shù)并合理選取相應(yīng)元器件。3.1 EMI 濾波電路設(shè)計(jì)

34、3.1.1 EMI 濾波電路如圖 3.1 所示為 EMI 濾波器的基本電路，該濾波電路共有五個(gè)端口，包括輸入端口（2 個(gè)）、輸出端口（2 個(gè)）和接地端口（1 個(gè)），在應(yīng)用此濾波電路時(shí)外殼應(yīng)當(dāng)與大地接通。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容 C1C4。共模扼流圈不能作用于差模信號，但它對于共模干擾，卻有很好的抑制作用。由于經(jīng)過耦合的共模扼流圈，磁通的方向是相同的，明顯的增大了它的電感量，所以共模扼流圈對于共模信號能夠呈現(xiàn)較大的感抗，使共模信號很難通過。在共模電流流過扼流圈時(shí)，會在扼流圈上產(chǎn)生相互加強(qiáng)的兩個(gè)磁場14。共模扼流圈的電感量與 EMI 濾波器的額定電流 I 有關(guān)，當(dāng)濾波器的電

35、流 I 較大時(shí)，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)增大EMI 共模扼流圈的線徑，使扼流圈可以承受更大的電流。除此以外，將扼流圈的電感量增大，可以使低頻衰減的特性得到改善。C1 和 C2 的作用是濾除差模信號的干擾，容量一般選擇 0.010.47F 之間，采用的是薄膜電容器。C3 和 C4 跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接通大地，它們的作用是抑制共模信號的干擾，容量一般選擇 200pF0.1F 之間。C1C4 耐壓值均為 630VDC 或 250VDC。圖 3.1 EMI 濾波器基本電路EMI 濾波器主要的參數(shù)EMI 濾波器主要的技術(shù)參數(shù)包括：額定電壓，額定電流，漏電流，測試電壓，絕緣電阻，直流電阻，溫度的使用范圍，工作溫升（Tr）,插入損耗（AdB），外形10基于 UC3842 的多路輸出電壓型開關(guān)電源設(shè)計(jì)尺寸，重量。EMI 濾波器的性能優(yōu)劣主要由插入損耗評價(jià)，是最重要的一個(gè)參數(shù)。插入損耗（AdB）表示插入 EMI 濾波器前后負(fù)載上噪聲電壓的對數(shù)比，并且用dB 表示，分貝值越大，說明抑制噪聲干擾能力越強(qiáng)。設(shè) EMI 濾波器插入前后傳輸?shù)截?fù)載上噪聲電壓分別為 U1、U2，且 U2<<U1。在某一頻率下計(jì)算插入損耗的公式為AdB = 20 lg