《开关稳压电源的设计-毕业设计(完整版)实用资料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关稳压电源的设计-毕业设计(完整版)实用资料.doc（85页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、开关稳压电源的设计-毕业设计（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载） 摘 要稳压电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代,农业、能 源、交通运输、通信等领域迅猛发展,对电源产业提出个更多、更高的要求, 如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索 寻求各种乡关技术,做出最好的电源产品,以满足各行各业的要求。开关电源 是一种新型的电源设备,较之于传统的线性电源,其技术含量高、耗能低、使 用方便,并取得了较好的经济效益。本文在介绍了开关电源的各种工作方式、其优劣势、设计方法及未来发展 方向等的基础上,对开关稳压电源进行设计。设计分为三个
2、模块进行,分别为 辅助电源模块、 PWM 控制模块、 升压电路部分,其中 PWM 控制电路为电源设 计的核心。确定电路设计方案后,使用 Multisim 10对电路进行仿真,并对电路 的参数进行配比,尽量使电路的参数达到最佳、使输出电压趋于稳定,从而达 到设计要求。关 键 词 :开 关 电 源 , 稳 压 , 脉 宽 调 制 , 功 率 ABSTRACATPower is to achieve power conversion and power transmission major equipment. In the information age, agriculture, energy,
3、 transportation, communications and other areas Power of the source 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 ru
4、ral customs, the power 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.This paper d
5、escribes the various switching power supply works, its advantages and disadvantages, design and direction of future development, based on the design of the switching power supply. Design is divided into three modules, namely, auxiliary power module, PWM control module, boost circuit part, which PWM
6、control circuit for the power supply design of the core. Determine the circuit design, the use of Multisim 10 simulate the circuit, and the ratio of the circuit parameters, circuit parameters as far as possible to achieve the best, to stabilize the output voltage to achieve the design requirements.K
7、EY WORDS: Switching Power Supply, , PWM , power , 目 录 5.2 电路测试 . 38 5.3 仿 真 结 果 . 40 5.4 设 计 问 题 及 解 决 方 法 . 42 总 结 . 43 参考资料 . 44 致 谢 . 45 第一章 开关电源简介1.1 开关电源的发展背景电源 power supply; power source 向电子设备提供功率的装置。 把其他形式 的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能,干电池能把 化学能转换成电能 . 发电机 . 电池本身并不带电 , 它的两极分别有正负电荷 , 由正负 电荷产生电压
8、 (电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的 , 电荷导体里本来 就有 , 要产生电流只需要加上电压即可 , 当电池两极接上导体时为了产生电流而 把正负电荷释放出去 , 当电荷散尽时 , 也就电荷流 (压 消了 . 干电池等叫做电源。 通 过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的 电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了 的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看作是 信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。电子设备都离不开可靠的电源, 进入 80年代计算机电源全面实现了开关电 源化,率先完成计算机的电源换代,进入
9、90年代开关电源相继进入各种电子、 电器设备领域,程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已 广泛地使用了开关电源,更促进了开关电源技术的迅速发展。电力电子技术的发展 , 特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展 , 将开 关电源的工作频率提高到相当高的水平 , 使其具有高稳定性和高性价比等特性。 开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务,信息技术的发展对电源技术 又提出了更高的要求 , 从而促进了开关电源技术的发展。1.2 开关电源的基本原理与组成特点开关式稳压电源的控制方式分为调宽式和调频式两种 , 实际应用中 , 调宽 式使用的较多 , 在目前开发和使用的开
10、关电源集成电路中 , 绝大多数也为脉宽 调制型。调宽式开关稳压电源的基本原理如图 1-1所示。 图 1-1. 调 宽 式 开 关 电 源 的 基 本 原 理对于单极性矩形脉冲来说 , 其直流平均电压 U0取决于矩形脉冲的宽度 , 脉 冲越宽 , 其直流平均电压值就越高。其中有 :U0=UmT1/T式中 , Um 为矩形脉冲 的最大电压值 ; T 为矩形脉冲周期 , T1为矩形脉冲宽度。由此可知 , 当 Um 与 T 不变时 , 直流平均电压 U0将与脉冲宽度 T1成正比。这样 , 只要设法使脉冲宽 度随稳压电源输出电压的增高而变窄 , 就可以达到稳定电压的目的。开关稳压电源(简称开关电源是利用
11、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。开关电源一般多采用脉 冲宽度调制(PWM 控制方式。随着电力电子技术的发展和创新,开关电源逐 步向高频化方向发展。高频化使开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点, 因此,研究、开发高质量的开关电源就变得十分必要,尤其在节约能源、节约 资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关稳压电源具有, 效率高, 输出功率大, 输入电压变化范围宽, 节 约能耗等优点, 而被广泛使用在各个行业和领域中。 开关电源的工作原理就是 通过改变开关器件的开通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压, 通 常有三种调制方式 : 脉冲宽度调
12、制 ( P W M 、脉冲频率调制 ( P F M 和混合调 制。 P W M调制是指开关周期恒定, 通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式, 因为周期恒定, 滤波电路的设计容易,是应用最普遍的调制方式。开关稳压电 源的主回路框图如图 1-2 所示, 由隔离变压器产生一个 1 8 V 的交流, 经过 整流滤波成一个直流, 然后再进行 D C - D C 变换, 有 P W M 的驱动电路, 去控制开关电源管的导通和截止, 而产生出一个稳定的电压源,如图 1-2。 图 1-2.开关电源具有如下特点:(1 效率高。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态,所以调整管的功 耗小,效率高,一般在 80%90
13、%,高的可达 90%以上;(2 重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器,节省了大量的漆包线 和硅钢片,从而使其重量只有同容量线性电源的 1/5,体积也大大缩小了; (3 稳压范围宽。 开关电源的交流输入电压在 90270 V内变化时, 输出电压 的变化在 2%以下。合理设计开关电源电路,还可使稳压范围更宽并保证开关 电源的高效率;(4安全可靠。在开关电源中,由于可以方便地设置各种形式的保护电路, 因此当电源负载出现故障时,能自动切断电源,保障其功能可靠;(5 功耗小。 由于开关电源的工作频率高, 一般在 20 kHz以上, 因此滤波元 件的数值可以大大减小,从而减小功耗;特别是,由于功率开
14、关管工作在开关 状态,损耗小,不需要采用大面积散热器,电源温升低,周围元件不致因长期 工作在高温环境而损坏,因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。1.3 开关稳压电源的发展(1发展史1955年美国的科学家罗耶 (G .H.Royer 首先研制成功了利用磁芯的饱和来 进行自激振荡的晶体管直流变换器。此后,利用这一技术的各种形式的晶体管 直流变换器不断地被研制和涌现出来。从而取代了早期采用的寿命短、可靠性 差、转换效率低的旋转式和机械振子式换流设备。由于晶体管直流变换器中的 功率晶体管工作在开关状态,所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性 可变、效率高、体积小、重量轻,因而当时被广泛地
15、应用于航天及军事电子设 备上。由于那时的微电子设备及技术十分落后,不能制作耐压较高、开关速度 较高、功率较大的晶体管,所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入, 并且转换的速度也能太高。60年代末,由于微电子技术的快速发展,高反压的晶体管出现了。从此直 流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入,不再需要有工频变压器了。 从而极大地扩大了它的应用范围,并且在此基础上诞生了无工频降压变压器的 开关稳压电源。 省掉了工频变压器, 又使开关稳压电源的体积和重量大为减小。 开关稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。70年代以后,于这种技术有关的高频、高反压的功率晶体管,高频电容, 开关二极管,
16、开关变压器铁心等元器件也不断地被研制和生产出来,使无工频 变压器开关稳压电源得到了飞速发展,并且被广泛应用于电子计算机、通信、 航天、彩色电视机等领域中,从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源 中的佼佼者。(2目前正在克服的困难随着半导体技术和微电子的高速发展、集成度高、功能强的大规模集成电 路的不断出现,使得电子设备的体积在不断的缩小,重量在不断的减轻。所有 从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分 理想,他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者 通过别的途径来取代开关变压器,使之能够满足电子仪器和设备为小型化的需 要。这是从事开关稳压电
17、源研制的科技人员目前正在克服的第一个困难。 开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的,并且开关稳压电源 中由于采用了开关变压器以后,才能使之有一组输入得到极性、大小各不相同 得多组输出。 要进一步提高开关稳压电源的效率, 就必须提高电源的工作频率。 但是,当频率提高以后,对整个电路中的元件又有了新的要求。例如,高频电 容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高 频率工作的有关电路元器件,是从事开关稳压电源研制的科技人员要解决的问 题。工作在线性状态的稳压电源,具有稳压和滤波的双重作用因而串联闲心稳 压电源不产生开关干扰,且波纹电压输出较小。但是,在开关稳压电源中
18、的开 关管工作在开关状态,其交变电压和电流会通过电路中的元器件产生较强的尖 峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网,影响邻近的电子仪器及设备 的正常工作。随着爱管稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进,开关稳压电 源的这一缺点得到进一步地克服,可以达到不妨碍一般的电子仪器、设备和家 用电器正常工作的程度。所以,克服开关稳压电源的这一缺点,进一步提高它 的使用范围,司从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第三个问题。我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作始于 60年代初期。到 60年代中期进入了实用阶段, 70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压 电源。 1974年研制成功了工作频率为
19、 10kHz 、输出电压为 5V 的无工频降压变 压器开关稳压电源。近 10多年来,我国的许多研究所、工厂及高等院校已研制 出多种型号的工作频率在 20KHz 左右、输出在功率在 1000W 一下的无工频降 压变气开关稳压电源,并应用于电子计算机、通信、电视等方面,取得了较好 的效果。工作频率为 100KHz200KHz的高频开关稳压电源于 80年代初期就 已开始试制, 90年代初期就已试制成功。目前正走在向实用阶段和再进一步提 高工作频率。许多年来,虽然我国在无工频将开关稳压电源方面做了巨大的努 力,并取得了可喜的成果,但是,目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的 国家相比仍然有角的差距。此
20、外,这些年来,我国虽然把无工频变压器开关稳 压电源的工作频率从数十 KHz 提高到数百 KHz , 把输出功率由数十瓦提高到数 千瓦,但是,由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展,导致我们自己研 制和生产出的无工频变压器开关稳压电源中的开关管大部分采用的仍是进口的 晶体管。所以我国的开关稳压电源事业要发展,要赶超世界先进水平,最根本 的是要提高我国的半导体技术和工艺。1.4 开关电源的分类现在,电子技术和应用迅速的发展,对电子仪器和设备的要求是:在性能 上,更加安全可靠;在功能上,不断地增加;在使用上,自动化程度要越来越 高;在体积上,要日趋小型化。这是采用具有众多优点的开关电源就显得更加
21、重要了。所以,开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视机等方面都得 到了越来越广泛的应用。发挥了巨大的作用,这大大促进了开关稳压电源的发 展,从事这方面研究和生产的人员也在不断的增加,开关稳压电源的品种和类 型也越来越多。常见的开关稳压电源分类方法有下列几种: (1按激励方式划分i 他激式电路中专设激励信号产生的振荡器ii 自激式开关管兼作振荡器中的振荡管(2按调制方式划分i. 脉宽调制振荡频率保持不变, 通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压的大小。 有时 通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路,来稳定输出电压的幅度。 ii. 频率调整型占空比保持不变,通过改变振荡器的振荡频率来调节和稳定
22、输出电压的幅 度。iii. 混合型通过调节导通时间的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。 (3按开关管电流的工作方式划分i. 开关型用开关晶体管把直流变成高频标准方波。ii. 谐振型开关晶体管与 LC 谐振回路将直流变成标准的正弦方波电路形式是类是与它 激式(4晶体管的类型划分i. 晶体管型采用晶体管作为开关管ii. 可 控 硅 型采用可控硅作为开关管。这种电路的特点是直接输入交流电不需要一次整 流部分。(5负载的连接方式划分i. 串联型储能电感串联在输入与输出电压之间 。ii. 并联型储能电感并联在输入与输出之间。(6 按 晶 体 管 的 连 接 方 式 划 分i. 单端式 仅使用一
23、个晶体管作为电路中的开关管。这种电路的特点是价格低、电路 结构简单,单输出功率不能提高。ii. 推挽式使用两个开关晶体管,将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点 是开关变压器必须具有中心抽头。iii. 半桥式使用两个开关晶体管, 将其连接成半桥的形式。 它的特点是适应于输入电压 较高的场合。iv. 全桥式使用四个开关晶体管。将其连接成全桥式。它的特点是输出功率较大。 (7按输入与输出电压的大小划分i. 升压式输 出 电 压 比 输 入 电 压 高 。 实 际 上 就 是 并 联 型 开 关 稳 压 电 源 。 ii. 降压式输出电压比输入电压低。实际上就是串联型开关稳压电源。(8按工作方
24、式划分i. 可控整流型所谓可控整流型开关稳压电源,是指采用可控硅整流元件作为调整开关, 可由交流市电电网直接供电, 也可采用变压器变压后供电。 (这种供电方式在开 关稳压电源刚兴起的初期常常采用,目前基本上不太采用。 在工作的半波内, 截去正弦曲线的前一部分,这一部分所占角度称为截止角,导通的正弦曲线的 后一部分称为导通角,依靠调节导通角的大小,可达到天界输出电压和稳定输 出电压的目的。ii. 斩波型斩波型开关稳压电源是指直流供电,输入直流电压加到开关电路上,在开 关电路的输出端得到单向的脉动直流,经过滤波得到与输入电压不同的直流输 出电压。电路还从输出电压取样,经过比较、放大,控制脉冲发生电
25、路产生的 脉冲信号, 用以控制调节开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率, 最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护也是依据这一部分所提供的取 样信号来进行的。iii. 隔离型这种形式的开关电源是在输入回路与逆变电路之间,经过高频变压器(也 可称为开关变压器 ,利用磁场的变化实现能量传递,没有电流间的直接流通。 隔离型开关稳压电源采用直流供电,经过开关电路,将直流电变成频率很高的 交流电,在经过变压隔离器、变压(升压或降压 ,然后经整流器整流,最后就 可以得到新的、 极性和数值各不相同的多组直流输出电压。 电路从输出点取样, 经放大器后反馈到开关控制器,控制驱动电路的工作,最后达到稳
26、定输出电压 的目的。(9按电路结构划分i. 散件式整个开关稳压电源电路都是采用分立式元器件组成的,它的电路结构较为 复杂,可靠性差。ii. 集成电路式整个开关稳压电源或电路的一部分是由集成电路组成的。 这种集成电路通常 为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括可开关晶体管,有的则不包括开关晶体 管。这种电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。以上五花八门的开关稳压电源的品种都是站在不同的角度,以开关稳压电 源不同的特点命名的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节方式。 储能电感的连接方式、开关管的器件类型以及串并联的结构等各不相同,但是 他们最后总可以归结为串联型开关稳压电源和并联型开关
27、稳压电源这两大类。1.5 稳压开关电源的发展趋势随着稳压开关电源的发展,技术日益成熟,发展的方向也各不相同,但总 的有以下四种方向。(1高频化理论分析和实践经验表明 , 电气产品的变压器、电感和电容的体积重量与 供电频率的平方根成反比。所以当我们把频率从工频 50Hz 提高到 20kHz, 提高 400倍的话 , 用电设备的体积重量大体下降至工频设计的 5 l 0 % 。无论是逆 变式整流焊机 , 还是通讯电源用的开关式整流器 , 都是基于这一原理。同样 , 传 统 整流行业 的电镀、电解、电加工、充电、浮充电等各种直流电源也可以 根据这一原理进行改造 , 成为 开关变换类电源 , 其主要材料
28、可以节约 9 0 % 或更高 , 还可节电 3 0 % 或更多。由于功率电子器件工作频率上限的逐步提高 , 促使许多原来采用电子管的传统高频设备固态化 , 带来显著节能、节水、节约 材料的经济效益 , 更可体现技术含量的价值。 (2模块化模块化有两方面的含义 , 其一是指功率器件的模块化 , 其二是指电源单元 的模块化。我们常见的器件模块 , 含有一单元、两单元、六单元直至七单元 , 包 括开关器件和与之反并联的续流二极管 , 实质上都属于 标准 功率模块 ( S P M 。 近年 , 有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去 , 构成了 智能化 功率模块 ( I P M , 不但缩
29、小了整机的体积 , 更方便了整机的设计制 造。 实际上 , 由于频率的不断提高 , 致使引线寄生电感、 寄生电容的影响愈加严 重 , 对器件造成更大的电应力 ( 表现为过电压、过电流毛刺 。为了提高系统的 可靠性 , 有些制造商开发了 用户专用 功率模块 (ASPM, 它把一台整机的几 乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中 , 这样的模块经过严格、合 理 的 热 、 电 、 机 械 方 面 的 设 计 , 达 到 优 化 完 美 的 境 地 。 由 此 可 见 , 模 块 化 的 目 的 不 仅 在 于 使 用 方 便 , 缩 小 整 机 体 积 , 更 重 要 的 是 取 消 传 统 连
30、 线 , 把 寄 生 参 数 降 到 最 小 , 从 而 把 器 件 承 受 的 电 应 力 降 至 最 低 , 提 高 系 统 的 可 靠 性 。(3数字化在传统功率电子技术中 , 控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、 七十年代 , 电力电子技术完全是建立在模拟电 路 基 础 上 的 。 但 是 , 现 在 数 字 式 信 号 、 数 字 电 路 显 得 越 来 越 重 要 , 数 字 信 号 处 理 技 术 日 趋 完 善 成 熟 , 显 示 出 越 来 越 多 的 优 点 : 便 于 计 算 机 处 理 控 制 、 避 免 模 拟 信 号 的 畸 变 失 真 、 减 小 杂 散 信
31、 号 的 干 扰 ( 提 高 抗 干 扰 能 力 、 便 于 软 件 包 调 试 和 遥 感 遥 测 遥 调 , 也 便 于 自 诊 断 、 容 错 等 技 术 的 植 入 。 所 以 , 在 八 、 九 十 年 代 , 对 于 各 类 电 路 和 系 统 的 设 计 来 说 , 模 拟 技 术 还 是 有 用 的 , 特 别 是 : 诸 如 印 制 版 的 布 图 、电 磁 兼 容 (EMC 问 题 以 及 功 率 因 数 修 正 (PFC等 问 题 的 解 决 , 离 不 开 模 拟 技 术 的 知 识 , 但 是 对 于 智 能 化 的 开 关 电 源 , 需 要 用 计 算 机 控 制
32、 时 , 数 字 化 技 术 就 离 不 开 了 。 (4绿色化电源系统的绿色化有两层含义 : 首先是显著节电 , 这意味着发电容量的节 约 , 而发电是造成环境污染的重要原因 , 所以节电就可以减少对环境的污染 ; 其次这些电源不能 ( 或少 对电网产生污染 , 国际电工委员会 ( I E C 对此制定 了一系列标准 , 如 IEC555、 IEC917、 IECl000等。事实上 , 许多功率电子节电设 备 , 往往会变成对电网的污染源 : 向电网注入严重的高次谐波电流 , 使总功率因 数下降 , 使电网电压耦合许多毛刺尖峰 , 甚至出现缺角和畸变。 2 0 世纪末 , 各 种有源滤波器和
33、有源补偿器的方案诞生 , 有了多种修正功率因数的方法。这些 为 21世纪批量生产各种绿色开关电源产品奠定了基础。总而言之 , 开关电源高频化、模块化、数字化、绿色化等的实现 , 将标志着 开关电源技术的成熟 , 实现高效率用电和高品质用电相结合。 这几年 , 随着通信 行业的发展 , 以开关电源技术为核心的通信用开关电源 , 吸引了国内外一大批 科技人员对其进行开发研究。开关电源代替线性电源和相控电源是大势所趋 , 因此 , 同样具有几十亿产值需求的电力操作电源系统的国内市场正在启动 , 并 将很快发展起来。还有其它许多以开关电源技术为核心的专用电源、工业电源 正在等待着人们去开发。1.6 开
34、关电源的技术指标与基本设计要求直流稳压电源的技术指标可以分为两大类:一类是特性指标,反映直流稳 压电源的固有特性,如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围; 另一类是质量指标,反映直流稳压电源的优劣,包括稳定度、等效内阻(输出 电阻 、纹波电压及温度系数等。(1特性指标i .输出电压范围符合直流稳压电源工作条件情况下,能够正常工作的输出电压范围。该指 标的上限是由最大输入电压和最小输入-输出电压差所规定,而其下限由直流 稳压电源内部的基准电压值决定。ii .最大输入-输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所允许的最大输入-输 出之间的电压差值, 其值主要取决于直流稳压电
35、源内部调整晶体管的耐压指标。 iii. 最小输入-输出电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下,所需的最小输入-输出 之间的电压差值。iv. 输出负载电流范围输出负载电流范围又称为输出电流范围, 在这一电流范围内, 直流稳压电源 应能保证符合指标规范所给出的指标。(2质量指标i. 电压调整率 SV电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标,又称为稳压 系数或稳定系数, 它表征当输入电压 VI 变化时直流稳压电源输出电压 VO 稳定 的程度,通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变化的百分比表示。 电压调整率公式见图 2-2-1。ii .电流调整率 SI电流调整率是反映直流
36、稳压电源负载能力的一项主要自指标, 又称为电流稳 定系数。它表征当输入电压不变时,直流稳压电源对由于负载电流(输出电流 变化而引起的输出电压的波动的抑制能力,在规定的负载电流变化的条件下, 通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来表示直流稳压电源的电流 调整率。iii .纹波抑制比 SR纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力, 当直 流稳压电源输入和输出条件保持不变时,纹波抑制比常以输入纹波电压峰-峰 值与输出纹波电压峰-峰值之比表示,一般用分贝数表示,但是有时也可以用 百分数表示,或直接用两者的比值表示。iv .温度稳定性 K集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规
37、定的直流稳压电源工作温度 Ti 最大变化范围内(TminTiTmax 直流输 出 电 压 的 相 对 变 化 的 百 分 值 。(3极限指标i .最大输入电压 是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。 ii .最大输出电流 是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。 第二章 开关变换电路2.1 滤波电路输入滤波电路具有双向隔离作用,它可抑制从交流电网输入的干扰信号, 同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。图 2-1所示滤波电路是一种复合式 EMI 滤波器, L1、 L2和 C1构成第一级滤波,共模 电感 L3和电容 C2、 C3进行第二级滤波。图 2-1输 入 滤 波
38、 电 路C1用于滤除差模干扰, 选用高频特性较好的薄膜电容。 电阻 R 给电容提供 放电回路, 避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。 C2、 C3跨接在 输出端, 能有效地抑制共模干扰。 为了减小漏电流, C2、 C3宜选用陶瓷电容器。2.2 反馈电路电流反馈电路采用电流互感器,通过检测开关管上的电流作为采样电流, 原理如图 2-2所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈 两路, R2上的电压反映电流瞬时值。 开关管上的电流变化会使 UR2变化, UR2接入 UC3842的保护输入端脚,当 UR2=1V 时, UC3842芯片的输出脉冲将 关断。通过调节 R1、 R2
39、的分压比可改变开关管的限流值,实现电流瞬时值的 逐周期比较,属于限流式保护。输出脉冲关断,实现对电流平均值的保护,属 于截流式保护。两种过流保护互为补充,使电源更为安全可靠。采用电流互感 器采样,使控制电路与主电路隔离,同时与电阻采样相比降低了功耗,有利于 提高整个电源的效率。 图 2-2电流反馈电路电压反馈电路如图 2-3所示。输出电压通过集成稳压器 TL431和光电耦合 器反馈到 UC3842的脚,调节 R1、 R2的分压比可设定和调节输出电压,达 到较高的稳压精度。如果输出电压 UO 升高,集成稳压器 TL431的阴极到阳极 的电流增大, 使光电耦合器输出的三极管电流增大, 即 UC38
40、42脚对地的分流 变大, UC3842的输出脉宽相应变窄,输出电压 UO 减小。同样如果输出电压 UO 减小,可通过反馈调节使之升高。 图 2-3电压反馈电路2.3 电压保护电路图 2-4所示为输出过电压保护电路。 稳压管 VS 的击穿, 电压稍大于输出电 压额定值,输出正常时, VS 不导通,晶闸管 V 的门极电压为零,不导通。当 输出过压时, VS 击穿, V 受触发导通,使光电耦合器输出三极管电流增大,通 过 UC3842控制开关管关断。 图 2-4输出过电压保护电 第三章 UC38423.1 UC3842简介继 MC1394、 AN5900之后, 人们又开发出功能更完善的它激单端输出驱
41、动 集成电路。其特点是除内部 PWM 系统外,还设有多路保护输入和稳定的基准 电压发生器,同时还具有小电流启动功能。典型的 UC3842就是其中的代表, 它功能完善,性能可靠,目前广泛被各种普通电源采用,还被用于有源因数改 善电路和高压升压式开关电源中。 UC3842是美国 Unitrode 公司 14生产的一种 高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。UC3842为 8脚双列直插式封装, 其内部原理框图如图 1所示。 主要由 5.0V 基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、 PWM 锁存器、高增益 E/A误差放大器和适用于驱动功率 MOSFET 的大电流推
42、挽输出电路等构成。端 1为 COMP 端;端 2为反馈端;端 3为电流测定端;端 4接 Rt 、 Ct 确定锯齿波频率;端 5接地;端 6为推挽输出端,有拉、灌电流的 能力;端 7为集成块工作电源电压端,可以工作在 840V ;端 8为内部供外用 的基准电压 5V ,带载能力 50mA 。 Vcc7VrefRt/CtVfb Comp 653图 3-1 UC3842的引脚UC3842的引脚如图 3-1所示 ,其中:脚为内部误差放大器输出端,外接阻容元件可改善误差放大器的增益和 频率特性 ;脚为误差放大器的取样电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的 2.5V 基准电压进行比较,产生误差电压,而控
43、制脉冲宽度;脚为 PWM 比较器的另一输入端, 当检测电压超过 l V时停止脉冲输出使 电源处于间歇工作状态;脚为定时电容 CT 端,内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数决定, f=1.8/(RT C T ;脚为接地端。脚为推挽输出端 ,内部为图腾柱式,上升、下降时间仅为 50ns 驱动能 力为 l A;脚为启动 /工作电压输入端脚是直流电源供电端, 具有欠、 过压锁定功能, 芯片功耗为 15mW 。 脚 为 内 部 5V 基 准 电 压 输 出 端 , 有 50mA 的 负 载 能 力 。UC3842为双列 8脚单端输出的它激式开关电源驱动集成电路, 其内部电路 包括振荡器、误差放大器、电
44、流取样比较器、 PWM 锁存电路、 5VC 基准电源、 欠压锁定电路、图腾柱输出电路、输出电路等,见图 3-2。 图 3-2UC3842的内部结构(1 5v 的基准电源 :内部电源 , 经衰减得到 2.5v 作为误差比较器的比较基准 . 该电源还可以提供外部 5v/50mA.(2 振荡器 :产生波振荡 .R T 接在 4RET 8脚之间 ,C T 接 4GND5之间 . 频率 f=1.8/CT R T , 最大为 500kHz.(3 误差放大器:由 VFB 端输入的反馈电压和 2.5V 做比较,误差电压 COMP 用于调节脉冲宽度。 Comp 端引出接外部 RC 网络 , 以改变增益和频率特
45、性 .(4 输出电路:图腾柱输出结构,电路 1A ,驱动 MOS 管及双极型晶体 管。(5 电流取样比较器:脚 ISENSE 用于检测开关管电流,可以用电阻 或电流互感器采样,当 VISENSE1V时,关闭输出脉冲,使开关管关断。这实 际上是一个过流保护电路。(6 欠压锁定电路 VVLO :开通阈值 16V ,关闭阈值 10V 。具有滞回特 性。(7 PWM 锁存电路:保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期, 即 所谓逐脉冲控制。另外, VCC 与 GND 之间的稳压管用于保护,防止器件损坏。UC3842的使用方便简单,其使用特点如下:(1 采用单端图腾柱式 PWM 脉冲输出,输出驱动电流为
46、 200mA ,峰值可 达 1A 。(2 启动电压大于 16 V, 启动电流仅 1 mA即可进入工作状态。 处于正常工 作状态时,工作电压在 1034 V之间,负载电流为 15 mA。超出此限制,开关 电源呈欠电压或过电压保护状态,无驱动脉冲输出。(3 内设 5 V(50 mA基准电压源,经 2 1分压后作为取样基准电压。(4输出电流为 200 mA ,峰值为 1 A ,既可驱动双极型三极管也可驱动 MOSFET 管。若驱动双极型三极管,应加入开关管截止加速 RC 电路,同时将 内部振荡器的频率限制在 40 kHz 以下。若驱动 MOSFET 管,振荡频率由外接 RC 电路设定,工作频率最高可达 500 kHz。(5 内设过流保护输入 (3脚 和误差放大输入 (1脚 两个 PWM 控制端。 误差 放大器输入构成主 PWM 控制系统, 可使负载变动在 30%100%时输出负载调 整率在 8 %以下,负载变动在 70%100%时负载调整率在 3%以下。 (6 过流检测输入端可对每个脉冲进行控制, 直接控制每个周期的脉宽, 使 输出电压调整率达到 0.01%/V 。如果脚电压大于 1 V或脚电压小于 1 V, PWM 比较器输出高电平使锁存器复位, 直到下一个脉冲到来时才重新置位。 利 用脚和脚的电平关系,在外电路控制锁存器的开 /闭,使锁存器每个周期只 输出