开关电源毕业设计

南京工程高等职业学校1设计题目12V5A直流开关电源姓名专业班级学号系部同组人指导教师年月日目录摘要45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545453引言4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545南京工程高等职业学校24第一章开关电源概述45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545511开关电源发展历史与应用力4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545521开关电源所用的术语4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545455第二章输入电路4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545721输入保护器件45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545722输入阳间电压保护45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545723输入整流滤波电路原理454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545458第三章隔离单端反激式变换器电路45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545931单端反激式变换器电路中的开关晶体管45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545932单端反激式变换器电路中的变压器绕组4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454510第四章UC3842的原理及技术参数45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545451141UC3842的原理和概述454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545451142UC3842的技术参数4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454512南京工程高等职业学校3第五章12V5A单端反激开关电源原理45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545145112V5A电路原理图4545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545145212V5A电源PCB板45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545155312V5A电路原理分析454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454515531系统原理454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454515532启动电路45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545451553315V5A电路的短路过流过压欠压保护45454545454545454545454545454545454545454545454516534反馈电路454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454516535输出整流滤波电路454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454517总结45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454518致谢45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454519南京工程高等职业学校4参考文献45454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454545454519摘要本文介绍一种以UC3842作为控制核心根据UC3842的应用特点设计了一种基于该电流型PWM控制芯片实现输出电压可调的开关稳压电源电路开关电源是利用现代电子技术控制开关晶体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和MOSFET构成开关电源和线性电源相比二者的成本都随着输出功率的增加而增长但二者增长速率各异开关电源比普通的线性电源效率高开关电源的发展与应用在节约能源节约资源及保护环境方面都具有重要的意义关键词UC3842开关电源PWM引言开关电源是运用现代电力电子技术控制开关开启和关闭的时候这个比率的输出电压稳定的电源电源一般由脉宽调制控制集成电路和场效应晶体管开关电源线性电源并与成本的功率输出的增加但这两种不同的发展速度在某一线性功率成本的输出功率的观点但高于开关电源它被称为成本反转点随着电力电子技术的发展和创新开关电源技术在不断的创新这一成本更低的输出功率对于移动开关电源提供了广阔的发展空间第一章开关电源概述11开关电源发展历史与应用力开关电源是利用现代电力电子技术控制开关晶体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和功率开关器件如MOSFET等构成简单的说就是开关型直流稳压电源开关电源把直流电源或南京工程高等职业学校5交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源它具有效率高输出电压稳定交流纹波小体积小和重量轻的许多优点获得广泛使用高频开关电源的发展方向是高频开关电源小型化使开关电源到更广阔的应用领域尤其是在高技术领域的应用促进高新技术产品的小型化光另一个开关电源的发展与应用在节约能源节约资源和保护环境具有重要的意义噪音和纹波附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值用示波器测量其纹波幅值通常是以mv度量第二章输入电路适在负载电流达到稳定状态时其阻值应该是最小这样就不会影响整个开关电源的效率22输入阳间电压保护在一般情况下交流电网上的电压为115v或230v左右但有时也会有高压的尖峰出现比如电网附近有电感性开关暴风雨天气时的雷电现象都是产生高尖峰的因素受严重的雷电影响电网上的高压尖峰可达5kv第四章UC3842的原理及技术参数41UC3842的原理和概述UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处南京工程高等职业学校6图1UC3842内部原理框图该电路主要特点有内含欠电压锁定电路低起动电流典型值为012mA稳定的内部基准电压源大电流推挽输出驱动电流达1A工作频率可到500kHz自动负反馈补偿电路双脉冲抑制较强的负载响应特性UC3842内部工作原理简介图1所示出了UC3842内部框图和引脚图UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式共有8个引脚各脚功能如下脚是误差放大器的输出端外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性脚是反馈电压输入端此脚电压与误差放大器同相端的25V基准电压进行比较产生误差电压从而控制脉冲宽度脚为电流检测输入端当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态南京工程高等职业学校7脚为定时端内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定f18RTCT脚为公共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1A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5V基准电压输出端有50mA的负载能力42UC3842的技术参数UC3842电路结构图南京工程高等职业学校8封装外形图第五章12V5A单端反激开关电源原理5112V5A电路原理图南京工程高等职业学校95212V5A电路PCB板这是我根据我在学校学习的Protel99SE画的PCB板53原理分析531系统原理本文以UC3842为核心控制部件设计一款AC220V输入DC12V输出的单端反激式开关稳压电源开关电源控制电路是一个电压电流双闭环控制系统变换器的幅频特性由双极点变成单极点因此增益带宽乘积得到了提高稳定幅度大具有良好的频率响应特性主要的功能模块包括启动电路过流过压欠压保护电路反馈电路整流电路以下对各个模块的原理和功能进行分析电路原理图如图2所示532启动电路如图2所示交流电由C16L1C15以及C14C13进行低通滤波其中C16C15组成抗串模干扰电路用于抑制正态噪声C14C13L1组成抗共模干扰电路用于抑南京工程高等职业学校10制共态噪声干扰它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减功能如图2所示如果由于某种原因输出端短路而产生过流开关管的漏极电流将大幅度上升R9两端的电压上升UC3842的脚3上的电压也上升当该脚的电压超过正常值03V达到1V即电流超过15A时UC3842的PWM比较器输出高电平使PWM锁存器复位关闭输出这时UC3842的脚6无输出MOS管S1截止从而保护了电路如果供电电压发生过压在265V以上UC3842无法调节占空比变压器的初级绕组电压大大提高UC3842的脚7供电电压也急剧上升其脚2的电压也上升关闭输出如果电网的电压低于85VUC3842的脚1电压也下降当下降lV正常值是34V以下时PWM比较器输出高电平使PWM锁存器复位关闭输出如果人为意外地将输出端短路这时输出电流将成倍增大使得自动恢复开关RF内部的热量激增它立即断开电路起到过压保护作用一旦故障排除自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗因此此电路具有短路过流过压欠压三重保护534反馈电路反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器再通过线性光耦对输出进行精确的调整如图2所示R4R5是精密稳压源的外接控制电阻它们决定输出电压的高低和TL431一并组成外部误差放大器当输出电压升高时取样电压VR7也随之升高设定电压大于基准电压TL431的基准电压为25V使TL431内的误差放大器的输出电压升高致使片内驱动三极管的输出电压降低也使输出电压Vo下降最后Vo趋于稳定反之输出电压下降引起设置电压下降当输出电压低于设置电压时误差放大器的输出电压下降片内的驱动三极管的输出电压升高最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化促使片内对PWM比较器进行调节改变占空比达到稳压的目的R7R8的阻值是这样计算的先固定R7的阻值再计算R8的阻值即南京工程高等职业学校11535输出整流滤波电路输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小影响输出电压的性能开关电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面1输入电源的噪声是指输入电源中所包含的交流成分解决的方案是在电源输入端加电容C5以滤除此噪声干扰2高频信号噪声开关电源中对直流输入进行高频的斩波然后通过高频的变压器进行传输在这个过程中必然会掺人高频的噪声干扰还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用型滤波的方式滤波电感采用150H的电感可滤除高频噪声3采用快速恢复二极管D6D7整流基于低压功耗低大电流的特点有利于提高电源的效率其反向恢复时间短有利于减少高频噪声并联整流二极管减小尖峰电压在大功率的整流电路中次级整流桥电路存在较大杂散电感输出整流管在换流时由于电路中存在寄生振荡整流管会承受较大的尖峰电压尖峰电压的存在提高了对整流二极管的耐压要求也将带来额外的电路损耗整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感或附加的谐振电感与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间当副边电压为零时在全桥整流器中4只二极管全部导通输出滤波电感电流处于自然续流状态而当副边电压变化为高电压VinKK为变压器变比时整流桥中有两只二极管要关断两只二极管继续导通这时候变压器的漏感或附加的谐振电感就开始和关断南京工程高等职业学校12的整流二极管的电容谐振即使采用快恢复二极管二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压因此必须采用有效的缓冲电路有许多文献对此作了研究归纳起来有5种方式RC缓冲电路RCD缓冲电路主动箝位缓冲电路第三个绕组加二极管箝位缓冲电路原边侧加二极管箝位缓冲电路在这里提出另一种减小二极管尖峰电压有效的方法即整流二极管并联其具体的电路图如图3所示总结通过实习我接触开关电源开关电源应用在许多的行业如工业航空航天军事等在实习期间我进一步的认识开关电源我更好的学会了如何分析电路如何运用知识如何调试电路在完成毕业论文的期间我感觉我对开关电源还有许多不足之处我计划在以后的实习期间更好的思考问题解决问题培养了自己不怕苦不怕累的意志力为日后的学习工作和生活打下良好的基石致谢参考文献1严仰光双向直流变换器南京江苏科学技术出版社2004112阮新波严仰光全桥变换器的控制策略电气自动化1997年增刊2052113阮新波严仰光脉宽调制DCDC全桥变换器的软开关技术北京科学出版社1999南京工程高等职业学校134曾兴雯高频电路原理与分析西安西安电子科技大学出版社200285叶慧贞杨兴洲开关稳压电源国防工业出版社19906叶治政叶靖国开关稳压电源高等教育出版社19897蔡宣三龚绍文高频功率电子学第一版科学出版社19938张占松高频开关稳压电源广州广东科技出版社19929林渭勋现代电力电子电路杭州浙江大学出版社199210王水平史俊杰田庆安开关稳压电源西安西安电子科技大学出版社200510