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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于Multisim的升压直流稳压电源的仿真专心-专注-专业摘 要 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维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（PWM）控制IC和MOSFET构成。本次设计选择的是Boost升压直流斩波电路，升压直流斩波电路可以分为两部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块。主电路模块，主要由全控器件的开通与关断的时间（占空比）来改变输出电压U的大小。控制电路模块，可用一个UC3842芯片来触发产生一个PWM的控制脉冲来控制全控开关的开通与关断。为简化Boost变换器的电路设计，应用Multisim对Boo
2、st变换器进行建模，并对全部工作过程进行仿真和分析。根据电路测试显示，电路性能能够很好地满足输出电压的设计要求，并达到了最终升压的目的，从而表明仿真结果正确。关键词：开关电源，双闭环控制，电流模式控制PWM反馈，MultisimABSTRACTSwitching power supply is the use of modern electronic technology, the control switch turn-on and turn-off time ratio, maintaining the stability of the output voltage of a power
3、supply, switching power supply is usually consists of pulse width modulation ( PWM ) control of IC and MOSFET.This design choice is Boost step-up DC chopper circuit, a boost DC chopper circuit can be divided into two parts of the circuit block. The main circuit module respectively, a control circuit
4、 module. The main circuit module, mainly by the control device turn-on and turn-off time ( duty cycle) to change the output voltage U size. The control circuit module, a UC3842 chip to trigger a PWM control pulse to control the switch turn-on and turn-off.In order to simplify the Boost converter cir
5、cuit design, application of Multisim to Boost converter is modeled, and the entire working process simulation and analysis. According to the circuit test shows that, the performance of the circuit can well meet the requirements of output voltage, and reached the final boosting is achieved, thereby i
6、ndicating that the simulation result is correct.Key words: Switch power supply, Double loop control, Current mode feedback control PWM, Multisim目录1 电源设计的拟定1.1前言 一般情况下，电源要经过转换才能合乎电子系统使用的需要，如ACDC转换器。多年来在ACDC转换器中线性电源被广泛使用，其中的一个原因是由于它的电路简单，用到的元件少，价格便宜。电路通常由变压器、桥堆和电容组成。变压器把220V的交流电压降到合适的电压，经过四个二极管组成的桥堆得到
7、初步的直流电源，再经过电容滤波，就是一个简单的线性电源了。 线性电源的主要问题在于：输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作。但最大的缺陷还是在体积和重量上。前面提到通过调整器可以使输出精度增加，但这更增加功率消耗，并使效率更低线性电源要达到50的效率就不容易了，而这些消耗掉的无用功还带来散热问题。如果使线性电源在一个通用输入电压范围内(85V265V AC)工作，会导致线性电源的效率更低。而单一输入电压值的线性电源会给生产厂家带来不少麻烦，因为他们不得不准备很多规格的电源。一般来说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转换成另一种电源形式的主电路都叫做开关变
8、换电路。转换时采用自动控制的闭环电路来稳定输出并有各种保护环节的称为开关电源(Switch Power Supply)。DCDC转换器发展至今，已出现了许多类型。从开关种类来分，有硬开关和软开关；从工作方式分，有PWM(脉冲宽度调制)和PFM(脉冲频率调制)两类(现在占主要地位的是PWM型转换器，所以本文也主要讨论此类转换器；从拓扑结构分，有隔离和非隔离两大类，非隔离转换器主要有Buck(降压型)、Boost(升压型)、Buck-Boost、Cuk转换器、罗氏转换器等，而隔离转换器则有正向隔离转换器、逆向隔离转换器、推挽隔离转换器等。 开关电源中主要的组成部分有：PWM控制器、功率开关管、变压
9、器和反馈电路。它的输入部分由桥堆和输入电容组成，产生的未经调整的直流电压进入到变压器的原边，然后耦合到变压器的副边，通过在副边的反馈电路，把输出电压(或电流)的变化反馈到PWM控制器上，而PWM控制电路根据反馈回来电压(或电流)值的大小来决定功率MOSFET开、关时间的长短，从而将输出电压(或电流)维持在一个稳定的值上。也就是说，通过快速的开、关功率管，由MOSFET开、关时间的长短即占空比来调整存在变压器原边的能量，提供个持续的稳定的输出电压。根据反馈电路的不同，输出精度也不同，一般可达士15左右。 虽说开关电源开始对线性电源构成了威胁，但是早期的开关电源除了PWM控制器和功率开关管外，还包
10、括大概40到80个分立元件构成一些辅助电路一。这不但增加了成本和体积，而且还使可靠性受到了影响，所以从提高开关电源的竞争力来说，提高控制电路、保护电路的可集成性，使电源系统的设计简单化成为一个关键的问题。 多年来，由于技术上的障碍(高压、大功率)开关电源集成电路在集成化上一直得不到很大的进步，但是最近几年，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，能将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET的问世，导致了中小型功率电源向高频化发展，而后绝缘门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。因此目前可以通过集成
11、复杂的功能电路来进一步提高开关电源的性能和安全性，这包括热关断电路、限流电路、过欠压保护电路等等。与线性电源相比，开关电源输出精度高、转换效率高，性能可靠。除此之外，开关电源最大的优势还在于能够大幅度缩小变压器的体积和重量，这是因为开关电源的变压器工作于50KHz到lMHz的高频条件下，而不是像线性电源中的那样工作于50Hz的低频状态，因此缩小了变压器的体积和重量，而这也就缩小了整个电子系统的体积和重量一。理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积和重量与供电频率的平方根成反比。如果把工作频率从工频50Hz提高到20KHz，提高400倍，用电设备的体积和重量可以下降至工频设计的
12、510，其主要材料可节约90或更高，可节电30或更多。一般说来，开关电源的重量是线性电源的l4，相应的体积大概是线性电源的13。因此，开关电源代替线性电源是大势所趋。 开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外
13、，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。 调制方式一般是说对开关管的控制方式，通常用的有PWM、PFM、PSM两种。PWM是脉冲宽度调制，这种方式是对开关管的Ton时间进行调制。具体来说是反馈电阻对输出电压进行采样，将采样记过Vfb与内部基准源Vref比较判断，当VfbVref，超过基准源，则减小Ton；若VfbVref，则增大Ton。PFM是脉冲频率调制，这种模式在为了提高在轻载或者空载情况下电源的效率。在轻载或者空载时候，负载需要的电流非
14、常小，反馈电压还没有低于Vref，开关管还不需要导通，但是PWM内部是固定的时钟频率触发器，在一个周期内总会有一次开关。这个开关会产生损耗，而实际上是毫无必要的。而在PFM模式下，当负载低于一定条件，系统直接降低固定时钟的工作频率，从而减少开关损耗，提高效率。PSM是跨周期调制Pulse Skip Modulation，在轻载情况下，系统触发器会隔一段时间，忽略一些触发信号，形成一种跳跃模式，最终的目的也是减少无必要的开关周期，提高效率。本次设计采用PWM调制。Boost变换电路，它是一种升压型DC-DC变换器，其输出电压平均值要大于输入电压E，主要用于开关稳压电源、直流电机能量回馈制动中。同
15、样根据功率开关器件VT的开关频率、储能电感L、滤波电容C的数值，电感电流或负载电流可能连续或断续，此时变换器的特性不同，需分开讨论。1.1.1 课题的来源 自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模
16、分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。对于这些要求，传统的线性
17、稳压电源无法实现，和线性稳压电源相比，稳压电源具有以下的一些优越性:(1)效率高(2)稳压范围宽(3)体积小重量轻 (4)安全可靠 直流稳压电源最基本的应用遍布于我们的生活中。笔记本电脑、MP3以及很多数码产品的电源充电器都属于稳压电源，大部分电子产品的外置电源也是稳压电源。业余电台爱好者必备的、为家中固定电台供电的 13.8V电源更是典型的稳压电压。直流稳压电源为我们使用电台提供了一个稳定的低压直流源。 直流稳压电源的意义在于可以替代电池提供稳定、可控的直流电源，其输出的电压稳定程度要优于普通电池。稳压电源输出电压易于控制，可满足各种应用的需要。通常，用于实验和维修的稳压电源都安装有电压和电
18、流表指示装置，以实时监控电源输出状态，使用起来比临时用万用表测量供电电压和电流方便实用得多。不少多功能的稳压电源还具备恒流源功能、电压跟踪功能、可调过流保护功能等，进一步扩展了稳压电源的应用。开关电源的设计要求有非常高的效率，高效率减少了能量在传递过程中的损失，最理想的情况是输入端的能量完全传递到输出端，在开关电源内部不损失任何的能量。然而，在实际设计过程中是不可能实现的，这涉及到各种元件的性能和设计电路的布局。如果电源内部出现较大的损失，这部分的能量将会转化为热能损耗在元器件上，倘若开关电源的设计缺少了散热系统或者散热系统出现工作不良的情况，这将会影响到开关电源的长时间工作，从而缩短了电源的
19、寿命，也会增加了电源的不稳定性。但是巨大的散热部件阻碍了开关电源向小型化的发展，其中在小型开关电源或手持设备的应用中尤为明显。其次，这也违背了当代节约能源的理念，因此电子设备的功耗也规定了硬性的指标。2009年我国开始实施的节能评价值为待机能耗1W，能效指数为0.75。所以提高开关电源的效率已成为各个产品必须满足的一项技术指标。开关电源的应用领域中小型化和集成化的需求越来越高，例如笔记本电脑的电源系统，不仅需要完成充电控制，还需要完成对微处理器和硬盘供电的降压处理，以及对屏幕供电的直流交流变换等。这就要求所有的功能都尽可能在较小的体积中完成。因此，小型化是开关电源的另一个发展方向。开关电源产品
20、广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。 1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，1957年美国查赛（Jen Sen)发明了自激式推挽双变压器，1964年美国科学家们提出取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了一条根本的途径。到了1969年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终
21、于做成了25千赫的开关电源。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌，可
22、采用R-C或L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过，对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活跃，因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零，而且噪声也小，可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前，世界上许多国家都在致力于数兆赫兹的变换器的实用化研究。1.1.2课题研究的目的和意义传统的开关电源采用模拟电路控制，其局限性有：（1）控制电路复杂，使用元器件多，可靠性降低。（2）控制
23、电路硬件设计随控制方法变动。（3）因硬件局限性，一些先进的控制方法因无法用模拟电路实现或实现起来非常困难而不能采用。开关电源实现数字化控制可带来以下好处：（1）数字控制易于采用先进的控制方法和智能控制策略，可以从根本上提高系统的性能指标。（2）控制系统灵活，缩短了设计周期。（3）控制电路的元器件数量明显减少，缩小了控制板体积，提高了系统的抗干扰能力。（4）控制系统的可靠性提高，易于标准化。（5）系统的一致性较好，成本低，生产制造方便。本次设计主要是为了掌握开关电源的工作原理，了解PWM 控制电路的原理及其常用的集成芯片，并学会运用Multisim软件对一些基本的电路进行仿真实验。1.2论文的主
24、要内容 1.2.1开关电源 开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止。将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压！转化为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多所以开关变压器可以做的很小，而且工作时不是很热！成本很低如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义。 开关电源的工作流程是： 电源输入滤波器全桥整流直流滤波开关管（振荡逆变）开关变压器输出整流与滤波 (1)交流电源输入经整流滤波成直流 (2)通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上 (3)开关变压器次级感应出高频电压,经整
25、流滤波供给负载 (4)输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输 出的目的 交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰; 在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高; 开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出; 一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源. 主要用于工业以及一些家用电器上，如电视机，电脑等。1.2.2课题的基本思路 本次设计的电路主要分为主电路和闭环控制电路，其中：（1）先设计主电路和控制电路；（2）运用Multis
26、im软件对所设计的电路进行调试和仿真；（3）完成毕设设计实验报告。1.2.3几个假定条件 为简化分析过程，特作出以下几点假设： (1)开关晶体管、二极管均为理想元件，即可以快速的“导通”和“截止”，而且导通时压降为零，截止时漏电流为零。 (2)电感、电容均为理想元件。电感工作在线性区而未饱和，寄生电阻为零，电容的等效串连电阻为零。 (3)输出电压中的纹波电压与输出电压相比小到可以忽略。 (4)电路己进入稳态。2 DC/DC升压斩波变换器的原理分析及设计2.1 概述 直流升压斩波电路可以分为两部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块。主电路模块，主要由全控器件的开通与关断的时间（占空比）来改变
27、输出电压U的大小。控制电路模块，可用一个UC3842芯片来触发产生一个PWM的控制脉冲来控制全控开关的开通与关断。2.1.1 电路结构 Boost主电路结构图：升压斩波电路(Boost Chopper)的结构图图如图2-1所示。 （a） （b） 图2-1 升压斩波电路及其工作波形（a）电路图（b）波形工作原理：（1）当VT导通时，电源E向串在回路中的电感L充电，电感电压左正右负；而负载电压上正下负，此时在R与L之间的二极管VD被反偏截止。由于电感L的恒流作用，此充电电流为恒值。另外，VD截止时C向负载R放电，由于C已经被充电且C容量很大，所以负载电压保持为一恒值，记为。设VT的导通时间为，则此
28、阶段电感L上的储能可以表示为； （2）在VT关断时，储能电感L两端电势极性变成左负右正，VD转为正偏，电感L与电源E叠加共同向电容C充电，向负载R供能。如果VT的关断时间为，则此时间内电感L释放的能量可以表示为2.2工作模态分析及相关理论推导2.2.1Boost升压斩波电路有电感电流分析 Boost升压斩波电路有电感电流连续和电感电流断续两种工作状态，当电路工作于电感电流连续模式时，电路的工作波形如图2-2所示。图2-2 Boost升压斩波电路电感电流连续工作时的波形如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了两个开关状态，其各时段的工作状态描述如
29、下： -时段：开关MOS管导通，电压向电感L充电，电感电流不断增大，续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。-时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压和电感L通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。 Boost升压斩波电路工作于电感电流连续模式时有： （2-1）式中：TMOS管的一个开关周期；MOS管在一个开关周期内处于通态的时间；MOS管在一个开关周期内处于断态的时间；D占空比，。 由上式可知，当占空比时，所以应避免占空比D过于接近1，以免斩波电路输出电压过高造成电路损坏。当Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路的
30、工作波形如图2-3所示。 图2-3 Boost升压斩波电路电感电流断续工作时的波形如上图所示，Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时，电路在一个开关周期内相继经历了三个开关状态，其各时段的工作状态描述如下：-时段：开关MOS管导通，整流电压向电感L充电，电感电流不断增大，续流二极管D此时处于关断状态，同时电容C2上的电压向负载供电。-时段：开关MOS管关断，续流二极管D导通，整流电压和电感L通过续流二极管D共同向电容C2充电，并向负载提供能量，电感电流不断减小。 -时段：开关MOS管仍处于断态，在时刻电感电流减小到0；续流二极管D关断，电感电流将保持零值到时刻，且电感两端的电压也为零，
31、在这一时段，开关MOS管两端的电压等于输入的直流电压，同时负载由电容C2提供能量。Boost升压斩波电路工作于电感电流断续模式时有： （2-2）式中： （2-3）升压斩波电路能使输出电压高于电源电压的主要原因：（1）L储能之后具有使电压泵升的作用（2）电容C可将输出电压保持住2.3控制电路模块2.3.1电流型PWM控制实现的几种方案 升压斩波电路的控制一般是由电流型PWM控制技术实现的，它分为一下几种控制方案： （1）峰值电流模式控制(Peak CurrentMode Control PWM)峰值电流模式简称电流模式控制，是一种固定时钟开启、峰值电流关断的控制方法。 峰值电流模式控制PWM的优
32、点: 暂态闭环响应较快，对输入电压的变化和输出负载的变化的瞬态响应均快; 控制环易于设计; 输入电压的调整可与电压模式控制的输入电压前馈技术相妣美; 简单自动的磁通平衡功能; 瞬时峰值电流限流功能，即内在固有的逐个脉冲限流功能; 自动均流并联功能。缺点： 占空比大于50%的开环不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差; 闭环响应不如平均电流模式控制理想; 容易发生次谐波振荡，即使占空比小于50%，也有发生高频次谐波振荡的可能性。因而需要斜坡补偿; 对噪声敏感，抗噪声性差。因为电感处于连续储能电流状态，与控制电压编程决定的电流电平相比较，开关器件的电流信号的上斜坡通常较小，电流信号上的较
33、小的噪声就很容易使得开关器件改变关断时刻，使系统进入次谐波振荡; 电路拓扑受限制; 对多路输出电源的交互调节性能不好。 (2)平均电流模式控制PWM(Average CurrentMode Control PWM) 平均电流模式控制概念产生于70年代后期。平均电流模式控制PWM集成电路出现在90年代初期，成熟应用于90年代后期的高速CPU专用的具有高di/dt动态响应供电能力的低电压大电流开关电源。 平均电流模式控制的优点是： 平均电感电流能够高度精确地跟踪电流编程信号; 不需要斜坡补偿; 调试好的电路抗噪声性能优越; 适合于任何电路拓扑对输入或输出电流的控制; 易于实现均流。 缺点是： 电流
34、放大器在开关频率处的增益有最大限制; 双闭环放大器带宽、增益等配合参数设计调试复杂。 （3）电压模式控制PWM(Voltage-mode Control PWM) 电压模式控制PWM是60年代后期开关稳压电源刚刚开始发展而采用的第一种控制方法。该方法与一些必要的过电流保护电路相结合，至今仍然在工业界很好地被广泛应用。电压模式控制的优点： PWM三角波幅值较大，脉冲宽度调节时具有较好的抗噪声裕量; 占空比调节不受限制; 对于多路输出电源，它们之间的交互调节效应较好; 单一反馈电压闭环设计、调试比较容易; 对输出负载的变化有较好的响应调节。缺点：对输入电压的变化动态响应较慢;补偿网络设计本来就较为
35、复杂，闭环增益随输入电压而变化使其更为复杂;输出LC滤波器给控制环增加了双极点，在补偿设计误差放大器时，需要将主极点低频衰减，或者增加一个零点进行补偿;在传感及控制磁芯饱和故障状态方面较为麻烦复杂。 （4）其他实现方案：还包括滞环电流模式控制PWM、相加模式控制PWM，但是这两种没有前面三种应用的广泛。不同的PWM反馈控制模式具有各自不同的优缺点，在设计开关电源选用时要根据具体情况选择台适的PWM控制模式。这种选择一定要结合考虑具体的开关电源的输入和输出电压要求、主电路拓扑及器件选择、输出电压的高频噪声大小以及占空比变化范围等。2.3.2手段（1）在解决问题时无论是稳态问题和动态问题在过压和欠
36、压时主要应用电力电子技术变换电路。（2）在应用的过程中利用电流电压的双反馈闭环系统来控制。（3）在UC3842芯片中管脚3用于电流的反馈，管脚2用于电压的反馈。 图2-4 PWM脉冲调制器电路原理图（1）当UR=0V时的波形图（占空比为50%）图2-5 调制信号的输出波形（2）当UR变化，则占空比必然变化，UR增大，Uo1变宽。（3）采UC3842实现。2.3.3技术路线 （1）利用对全控器件触发角的控制实现对功率因数的改变。 （2）对控制模块的选择问题。2.3.4可行性论证 （1）在电力电子技术中的相关应用技术都已经得到了充分的应用。 （2）电压、电流反馈控制模块已经被广泛应用了。2.4电流
37、型PWM升压变换器控制芯片设计2.4.1 UC3842A UC3843A中文资料 UC3842A UC3843A 是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。这些集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。 其它的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。这些器件可提供8脚双列直插塑料封装和14脚塑料表面贴装封装（SO-14）。SO-14封装的图腾柱
38、式输出级有单独的电源和接地管脚。 UC3842A 有16V（通）和10 伏（断）低压锁定门限，十分适合于离线变换器。UC3843A是专为低压应用设计的，低压锁定门限为8.5伏（通）和7.6V（断）。特点: （1）微调的振荡器放电电流，可精确控制占空比.（2）电流模式工作到500KHZ（3）自动前馈补偿（4）锁存脉宽调制，可逐周限流（5）内部微调的参考电压，带欠压锁定（6）大电流图腾柱输出（7）欠压锁定，带滞后（8）低启动和工作电流（9）直接与安森美半导体的SENSEFET产品接口图2-6 UC3842和UC3843芯片的内部结构简化框图图2-7 UC3842和UC3843芯片的外部引脚分布图2
39、.4.2 本次设计所采用的UC3842芯片的特点：UC3842 芯片共有8个管脚，其中各个管脚的功能如下：（1）1号管脚的功能为补偿，该管脚为误差放大器输出，并可用于环路补偿。 （2）2号管脚的功能为电压反馈，该管脚是误差放大器的反相输入端，通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出。 （3）3号管脚的功能为电流取样，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。 （4）4号管脚的功能为RT/CT，通过将电阻RT连接至Vref以及电容CT连接至地，使振荡器频率和最大输出占空比可调。工作频率可达500kHz 。 （5）5号管脚的功能为地，该管脚是控制电路和电源的公共地
40、（仅对8管脚封装如此）。 （6）6号管脚的功能为输出，该输出直接驱动功率MOSFET的栅极，高达1.0A 的峰值电流经此管脚拉和灌。 （7）7号管脚的功能为VCC，该管脚是控制集成电路的正电源。 （8）8号管脚的功能为Vref，该管脚为参考输出，它通过电阻RT向电容CT提供充电电流。 UC3842工作电压为1630V，工作电流约15mA。芯片内有一个频率可设置的振荡器；一个能够源出和吸入大电流的图腾式输出结构，特别适用于MosFET的驱动；一个固定温度补偿的基准电压和高增益误差放大器、电流传感器；具有锁存功能的逻辑电路和能提供逐个脉冲限流控制的PWM比较器，最大占空比可达100%。另外，具有内
41、部保护功能，如滞后式欠压锁定、可控制的输出死区时间等。 由UC3842设计的DC/DC升压电路属于电流型控制，电路中直接用误差信号控制电感峰值电流，然后间接地控制PWM脉冲宽度。这种电流型控制电路的主要特点是：（1）输入电压的变化引起电感电流斜坡的变化，电感电流自动调整而不需要误差放大器输出变化，改善了瞬态电压调整率；（2）电流型控制检测电感电流和开关电流，并在逐个脉冲的基础上同误差放大器的输出比较，控制PWM脉宽，由于电感电流随误差信号的变化而变化，从而更容易设置控制环路，改善了线性调整率；（3）简化了限流电路，在保证电源工作可靠性的同时，电流限制使电感和开关管更有效地工作；（4）电流型控制
42、电路中需要对电感电流的斜坡进行补偿，因为，平均电感电流大小是决定输出大小的因素，在占空比不同的情况下，峰值电感电流的变化不能与平均电感电流变化相对应，特别是占空比，50%的不稳定性，存在难以校正的峰值电流与平均电流的误差，即使占空比小于50%，也可能发生高频次谐波振荡，因而需要斜坡补偿、使峰值电感电流与平均电感电流变化相一致，但是，同步不失真的斜坡补偿技术实现上有一定的难度。2.4.3由UC3842控制的Boost拓扑结构： 如下图2-8所示：图2-8 UC3842控制的DC/DC升压电路结构2.5 主电路参数计算在所设计的电路中，电路的参数选择为： (1)电源的输入电压Vs= 12V (2)
43、额定负载电流5A (3)最小负载电流1A (4)开关频率1k-10kHz (5)输出直流电压为Vd= 36V；纹波小于5%控制采用连续模式，为最大占空比，L为电感量，f为振荡频率。2.5.1电感值的确定： 根据输入电压和输出电压确定最大占空比： （2-4） 当输出最大负载时至少应满足电路工作在电流连续工作模式下： （2-5） 同时考虑在10%额定负载以上电流连续的情况，实际设计时可以假设电路在额定输出时，电感纹波电流为平均电流的20%30%，因增加可以减小电感L，但为不增加输出纹波电压而须增大输出电容，取30%为平衡点，即： （2-6）则 （2-7） 流过电感L的峰值电流为： （2-8） L可
44、选用电感量为320400H且通过17A以上电流不会饱和的电感器。2.5.2输出电压取样电阻R2、R3值的确定： 因UC3842的脚2为误差放大器反向输入端，芯片内正向输入端为基准2.5V，可知输出电压 （2-9） 当取R2=100K时，R3经计算为7.5K 由于储能电感的作用，在开关管开启和关闭时会形成大的尖峰电流，在R5上产生一个尖峰脉冲，为防止造成UC3842的误动作，在R5取样点到UC3842的脚3间加入R、C滤波电路，R、C时间常数约等于电流尖峰的持续时间。2.5.3开关管S 开关管的电流峰值为 开关管的耐压为 （2-10） 按20%的余量，可选用18A/40V以上的开关管。2.5.4
45、输出二极管D和输出电容器C7的确定 升压电路中输出二极管D必须承受和输出电压值相等的反向电压，并传导负载所需的最大电流。二极管的峰值电流，本电路可选用18A/40V以上的快恢复二极管，若采用正向压降低的肖特基二极管，整个电路的效率将得到提高。 输出电容C7的选定取决于对输出纹波电压的要求，纹波电压与电容的等效串联电阻ESR有关，电容器的容许纹波电流要大于电路中的纹波电流。另外，为满足输出纹波电压相对值的要求，滤波电容量应满足： （2-11） 因此，可选用96480F/40V以上频率特性好的电解电容可满足要求。2.5.5 UC3842频率的计算根据频率计算公式可得： （2-12）当Id=8.3mA,Rt=16K时，频率f选为5KHZ，经计算得Ct=22.4nF。而在实