毕业设计（论文）反激式高频开关电源设计与制作.doc

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1、2015年度本科生毕业论文（设计）高频开关电源的设计与制作院 系： 工学院专 业： 历史学专业 年 级： 2010级 学生姓名： 学 号： 导师及职称： 2015年6月2015Annual GraduationThesis (Project) oftheCollegeUndergraduate The design and manufacture of high frequency switch power supplyDepartment:History Department, School of HumanitiesMajor: HistoryGrade:2010Students Name

2、:Zhang huaStudent No.:201012345678Tutor:Professor Li Shu Finished by June, 2014毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论

3、文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名： 指导教师签名：日期： 日期：张华毕业论文（设计）答辩委员会(答辩小组)成员名单姓名职称单位备注主席（组长）摘要通信电源是电信网的能源，其供电质量的好坏直接关系到整个电信网的畅通，本设计分析了国内外高频开关电源的发展和现状，研究了高频开关电源的基本原理以及高频开关电源在电力直流操作电源系统中的应用，设计出一种实用于电力系统的高频开关电源，以替代传统的相控电源。本文利用反激式变压器的特点，设计了以

4、UC3842为核心器件的单端反激式开关电源，可以为外部电路输出可五路电压，并且可以通过调节PWM输出减小输入电压的变化所带来的影响，进而保证输出电压稳定。论文介绍了几种常用的开关电源拓扑结构，通过对这几种方案的对比分析，选择合适为本文电路的拓扑结构，并详细的介绍分析了所选择的反激式变换结构的参数，同时通过对比开关电源的反馈控制模式优缺点作出了选择。简单描述了PWM控制芯片UC3842的结构，UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。其工作原理是：某时刻由于某种原因使输出电压升高，芯片内部的脉宽调制器就会开始工作，通过改变驱动信号的脉冲宽度(占空比D)，从而降低斩波后的平均值电压，进而使

5、得电压稳定输出，反之亦然，适合于制作50150W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。实验结果表明：所设计的开关电源稳定性好，纹波少，电压调整率高、电磁兼容性好等特点，具有很高的应用价值。关键词:高频开关电源；UC3842；脉宽调制；反激式AbstractThe correspondence power switch is the telecommunication network energy, its power supply quality relates directly to the entire telec

6、ommunication network unimpededness, The Paper analyze the Present situation and development ofh1gh_frequency Switching power supply(HF SPS) domestically and overseas，study and research the basal principle of HF SPS and its application in electric power system，then design HF SPS applied in e1eetric p

7、ower system in order to replace the old supply controlled by phase angle.In this paper, using the characteristics of the flyback transformer, a multiport flyback switching power supply is designed based on the UC3842, which provides five output voltage and can adjust the PWM output to ensure stable

8、output voltage as the input voltage changes. UC3842 is a kind of excellent performance of current control mode pulse width modulator. If for some reason make the output voltage rises, the pulse width modulator can change the drive signal of pulse width, i.e. duty ratio D, make the average voltage af

9、ter chopping down, so as to achieve voltage regulation, and vice versa. UC3842 MOS tube, IGBT, etc., can be directly driven is suitable for production of 50 150 w low power switching power supply. Due to the device design is clever, directly by the mains voltage start, required less component compos

10、ition circuit, very accord withthe principle of circuit design. Experimental results show that: the design of switching power supply has stable output，low ripple, good voltage regulation, nice electromagnetic compatibility, etc , it has a high application value.KeywordsHF Switch power；UC3842；Pulse w

11、idth modulation；Flyback目录1.绪论11.1 本设计研究的意义11.2 国内外的研究现状21.3 设计内容32.主电路的设计42.1 高频开关电源的基本原理42.2 滤波电路的设计52.3 整流电路的设计62.4 辅助电源82.5过流过压保护电路92.4.1电流保护电路92.5.2电压保护电路92.6 变换电路的设计102.6.1 变换器中的开关元件112.6.2 功率开关管的选择112.6.3 变压器的设计123.控制电路设计163.1 UC3842简介163.1.1 UC3842的引脚及其功能163.1.2 UC3842的内部结构173.2 UC3842的典型应用电路

12、183.2.1反激式开关电源183.2.2 UC3842控制的同步整流电路194.利用UC3842设计小功率电源224.1 电源设计指标224.2启动电路244.3 PWM脉冲控制驱动电路244.4 直流输出与反馈电路255.经济与社会效益的分析276.结论28致谢29参考文献30附录311.绪论通信用高频开关电源，是将直流电转化为高频率的交流电继而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，高频交流在变压器变压电路中的效率要比50Hz高很多是转化为高频交流电的主要原因，正是基于高频变压器的轻巧化，目前市场上开关变压器可以做的很小，而且工作时也不会很热。开关电源以其高效率、小体积等优

13、点获得了广泛应用。与普遍通过电压来实现脉宽调制(PWM)原理的传统的开关电源相比，近年来电流型PWM技术得到了飞速发展。电流型PWM的电压调整率和负载调整率相比较于电压型脉宽调制更加优越，而芯片利用其自身内在的限流能力和并联均流能力提高了控制电路的简洁性和稳定性。随着电流型PWM控制器的集成化、产品化，推动了小功率开关电源的快速发展和广泛应用，电流型PWM控制小功率电源利用其高稳定性已经逐步取代电压型PWM控制小功率电源的市场份额。1.1 本设计研究的意义随着通信业的迅速发展，通信电源得到了充分的发展，通信系统中处于核心地位的开关电源，已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中，所谓的一次电源

14、通常是指高频整流器，二次电源通常指的是直流/直流变换器。由于集成电路的发展，迫切希望能够电源模块实现小型化，因而需要采用新的电路拓扑结构进而不断提高开关频率，这就对高频开关电源技术提出了更高的要求。通信高频开关电源模块的应用上面，有以下几个方面的要求：一体积小，重量轻相比于传统电源中的大而粗笨的工频变压器，高频变压器使得电源越来越小型化、轻量化。二工作频率高提高系统的工作频率，可以使输出滤波电路实现小型化。三效率高，节省能源高频开关电源模块的效率一般在8895%，传统电源一般在70%以下。四.动态响应好高频开关电源模块的工作频率高，对负载和电网的动态响应远远优于传统电源。五纹波小高频开关电源模

15、块的输出纹波一般都比传统电源小。六噪音低高频开关电源模块的工作频率在人的听觉范围之外，可闻噪音要比传统电源低很多。七扩容方便高频开关电源模块一般采用模块式结构，维护、扩容比较方便。本文正是基于这样的背景，设计和研究了小型化的反激式高频开关电源。1.2国内外的研究现状80年代，通信系统一次电源主要有大功率ACDC开关电源(400VAC输入、输出48VDC、500W-6kW)，二次电源主要有48V/5A，12V DCDC开关变换器模块和铃流模块。开关整流器与相控整流器比较，无论是在体积、重量，还是效率方面都表现的更为优越。随着微处理器体积的轻巧化，而供电电源的尺寸与微处理器却不能很好的相融合，因此

16、社会迫切研究和生产小型轻型电源；并且小型化、轻量化的电源对便携式通信设备显得尤为重要。为实现体积小效率高的开关电源，必须提高开关电源工作频率。下随着时代的发展未来的微处理机还要求更低输出电压(1V)的开关电源。因此，在这样的时代发展背景下对通信开关电源的更为严格的要求是：能够达到高功率密度，外形尺寸尽可能小，效率、性能、可靠性都要比传统的电源更高，并且能够实现智能化、低成本、EMI小、可制造性(Manufacturability)、分布电源结构(Distributed Power Architecture)等。20世纪推动开关电源性能和质量不断提高的主要技术是：1新型高频功率半导体器件2软开关

17、技术3控制技术4有源功率因数校正技术5Magamp（磁性放大器）后置调节器技术6饱和电感技术7分布电源技术、并联均流技术8电源智能化技术和系统的集成化技术进入21世纪，我国工业界、学术界、电力电子、电子电源、通信、材料等行业，还应协同开发下述和通信开关电源相关的产品和技术。1探索研制耐高温的高性能碳化硅(SiC)功率半导体器件2平面磁心及平面变压器技术3集成高频磁元件技术及阵列式(Matrix)磁元件技术4磁电混合集成技术5新型电容器6S4功率因数校正(PF Corrected)ACDC开关变换技术7输出1V/50A的低电压大电流DCDC变换器1.3 设计内容关于通讯高频开关电源的设计，其设计

18、的产品主要应用于通信工程、无线及航天等领域。设计参数：1输入电压：245-350V；2输出电压：48V；3输出电流：2.5A；4开关频率50KHz。2.主电路的设计2.1 高频开关电源的基本原理将交流输入(单相或三相)电压变成所需的直流电压的高频开关电源，其基本的隔离式高频开关电源的原理框图如图2-1所示，高频开关电源主要由滤波器整流、高频变换电路、高频整流滤波器、控制电路、过流过压保护电路辅助电源等几部分组成。其基本工作流程是：输入的交流电经电网滤波整流得到一直流电压，所得到的直流电压通过高频变换器变换成高频交流电压，再经高频变压器隔离变换，将存储在高频变压器的磁能转换成高频交流电压，最后利

19、用整流滤波电路在输出端得到最初所设计的直流电。图2-1 开关电源基本原理框图图2-2表示了交流输入电压到最后输出所需直流电压的各环节波形变换流程。下面就图2-2中每一部分的作用、原理分别简述如下:（1）输入滤波器：仰制市电的谐波分量，以及周围电子元器件工作瞬间suo产生的尖峰干扰。（2）输入整流滤波器：将电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小的直流电压。而且，当电网瞬时停电时，滤波电容器储存的能量能使开关电源输出维持一定的时间。（3）高频开关变换器(DCAC)：它是开关电源的关键部分。它把直流电压变换成高频交流电，经过高频变压器再变成所需要的隔离输出交流电压。（4）控制电路：检测输

20、出直流电压，与基准电压比较，进行隔离放大，调制振荡器输出的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。一般控制电路还包括启动及禁止电路。（5）保护电路：在开关电源发生过电压、过电流或短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身。有的还有发出报警信号的功能。（6）辅助电源：为控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源，以保证它们工作稳定可靠。辅助电源可以是独立的，也可以由开关电源本身产生。图2-2 电压波形2.2 滤波电路的设计由于各种电子设备的快速普及，电子系统中的电磁环境越来越复杂，电磁干扰(EMI)现象越来越引起电子设计人员的关注，并且成为电子设计者不得不去解决的一个

21、突出障碍。电磁干扰(EMI)通俗的解释就是电子装置所产生的电磁波对周围电子装置的干扰能力。因此在系统设计时可以从产生电磁干扰必须具备三个条件：产生干扰的源头、传播干扰的通道和易受干扰的设备来设计抗干扰设计的措施：抑制产生干扰的源头、切断干扰传播途径和提高敏感元器件的抗干扰性能。并且在开关电源的电磁兼容(EMC)设计时应尽量减少各种滤波器、变压器、开关技术、PCB布线的EMC设计所带来的电路影响。图2-3 EMI滤波器的基本原理本设计中采用的EMI滤波器基本结构如图2-3所示，它由电感和电容组成。其中，电感L是绕在同一铁心上的共模电感，其匝数和绕向均相同：电容C1、C2、C3、C4起滤波的作用，

22、并且，电感L与C3、C4两个电容组成共模噪声滤波器，目的是滤除电源线上的共模噪声。在设计工程设计中，电感器的绕制工艺不可能保证L两个完全相等，因此两者之差恰好形成了一个差模电感。差模电感与C1、C2两个电容共同构成差模噪声滤波器，目的是滤除差模噪声。通常取电感量是十毫亨，由其形成的差模电感一般为L的1.52。四个电容通常均选用陶瓷电容，C1和C2电容量大小一般选0.1F0.47F；C3和C4电容量一般选2200pF0.1F。本系统设计的C1C4电容值均选为0.1F，可达630V的耐压值。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表2-1实际中取L为33mH即可使滤波器可靠工作。表2-1 电

23、感范围与额定电流大小的关系额定电流I(A)136101215电感量范围L(mH)8-232-40.4-0.80.2-0.30.1-0.150.0-0.082.3 整流电路的设计工频整流电路采用单相桥式整流电路，滤波电路采用LC-型滤波电路，整流输出后脉动电压经2次滤波后，脉动会变的很小，滤波效果更好。电路如图2-4所示。图2-4 图2-4整流电路的基本原理由于整流输出端接电容C1，因而输出直流电压得到提高。整流输出UO1( AV )和S1应满足桥式整流电容滤波电路的关系式，即其中RL为电感L、电容C2和负载RL合成的阻抗。考虑电感对直流量而言，其上压降很小，因此负载RL上的UO(AV )满足U

24、O(AV )UO1( AV )因此，取C1=2000F，C2=470uF,RL=40 W ,L=10mH 则整流后2.4 辅助电源一般开关电源都要有一个辅助电源，提供控制、保护、驱动和显示电路提供能量。开关电源的启动，首先应启动辅助电源。辅助电源的输出功率是消耗掉的，不参与能量传输，直接影响开关电源的效率25。因此，要求辅助电源启动可靠，效率高，控制容易且成本低。小功率开关电源的辅助电源功率小，一般采用自举电路；大功率常采用独立的辅助电源。本设计采用独立的辅助电源。开关电源的辅助电源不仅提供PWM控制芯片电源，而且还提供显示、报警和外部控制通信等多种用途，同时为保证输入与输入信号隔离常需要多路

25、输出，一般辅助电路供电采用独立辅助电源。如果开关电源输入是交流电网，早先辅助电源采用工频变压器降压、经整流滤波稳压实现。现代辅助电源通常是一个自启动小功率开关电源。本设计辅助电源如图2-5所示。图2-5辅助电源市电经变压器变压，得到双18V交流电，两路交流经过一个全桥整流得到18V，+18V提供给调整管，作为对外电源输出，同时经过三端稳压器，分别得到15V，+5V作为系统本身工作电源。2.5过流过压保护电路2.4.1电流保护电路过流电路分两种，一种是限流式保护，另一种是截流式保护。他们都采用那个电流互感器，通过检测开关管上的电流作为采样电流，原理如图2-6所示。电流互感器的输出分为电流瞬时值反

26、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UR21V时，UC3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节R1、R2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2-6 过流保护电路2.5.2电压保护电路图2-7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

27、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2-7输出过电压保护电路2.6变换电路的设计在高频开关电源中，核心部分是高频开关变换器，对变换器的种类至关重要，因为它的的选取将会决定整个功率器件耐压程度等很多参数，对系统的其它各部分也具有一定的影响，所以，高频开关变换器的设计是系统稳定运行的重要条件，本设计变换电路采用带隔离变压器的推挽式直流斩波电路，如图2-8所示。当VT1导通，VT2截止时，在变压器的一次绕组中建立磁化电流，此时二次绕组上的感应电流使VD1导通，将能量传给负载；当VT1截止，VT

28、2导通时，在变压器的一次绕组中建立磁化电流，此时二次绕组上的感应电压使二极管VD2导通，将能量传给负载，忽略开关器件的饱和压降，在VT1导通，VT2截止时，加在一次绕组上的电压为Ui,由于一次侧两个绕组匝数相等，在一次侧一个绕组感应出的电压也是Ui，其极性为上负下正，所以VT2所承受的电压为2Ui 。这种电路优点是：输入电压直接加在高频变压器上，因此只用两个高压开关管就可以获得较大的输出功率；两个开关管的射极相连，两组基极驱动电路无需彼此绝缘，所以驱动电路也比较简单。而且这种电路整合了高频变压器和整流滤波电路，使三个模块于一体，电路简单。图2-8推挽式直流斩波电路2.6.1 变换器中的开关元件

29、功率场效应晶体管MOSFE是一种具有正向受控作用的半导体器件，内部结构是以金属层栅极隔着氧化层，原理是利用电场的效应来控制半导体效应晶体管。由于其工作原理上是采用单极性多子导电，显著地减小了开关导通时间，因此很容易达到1MHz的开关工作频率，但是由于为了提高器件阻断电压，设计时必须加宽器件的漂移区，造成器件的内阻迅速增大，通态压降增高，通态损耗增大，所以只能应用于中小功率产品。绝缘栅双极晶体管IGBT相当于MOSFE的优化产品，不仅具有功率MOSFET的高速性能，还拥有双极的低电阻性能。其应用范围一般都在耐压为600V以上、电流为10A以上、频率为1kHz以上的区域。2.6.2 功率开关管的选

30、择如何选择到性能参数合适的主开关与控制电路直接影响到变换器的性能。在这里需要清楚的是作为主开关的晶体管、MOSFET、IGBT或晶闸管的性能均耐压的上升而下降，因此在选择耐压时并不是超高越好，而是适可而止。由于本次课程设计中，电路图里边直流变换器中开关管承受的最大电压约为400V左右，所以开关管只能用IGBT,而不适宜用功率MOSFET。另外，相对MOSFET，IGBT耐压更高，电流容量更大，开通速度比MOSFET快但关断速度比MOSFET稍小。2.6.3 变压器的设计传输功率，将电源的能量瞬时的传输给负载是高频变压器在开关电源中的主要目的，此外，变压器还提供其它重要的功能：一通过调节初级与次

31、级匝数比，获得所需要的输出电压；二通过增加多个不同匝数的次级，便可以获得多路输出电压；变压器设计的好坏在很大程度上影响变压器本身的发热和效率、开关电源的技术性能和可靠性。变压器是利用电磁感应原理工作的，工作流程是:变压器有两组线圈，初级线圈和次级线圈。次级线圈在外边，初级线圈在里边。当给初级线圈输入交流电时，变压器铁芯产生交变磁场，此时次级线圈便能产生相应的感应电动势。基于变压器的线圈的匝数比等于电压比，变压器能降压也能升压。如果初级线圈圈数小于次级线圈圈数，变压器的作用便是升压，将低电压升为高电压，反之亦然。由于变压器不非理想，实际中不可避免的存在线圈电阻、漏磁通等一些电磁损耗，经理论分析计

32、算得到副线圈匝数，在实际上经变压器输出电压是达不到额定值。因此，在实际制作变压器的时候，副线圈的匝数要比理论匝数多，并且在设计和生产时，还需要充分考虑从变压器的容量和铁芯的情况对其进行设计，最终经过测试调整后确定。通过实践设计证明：变压器容量越大，铁芯构成越好，转换效率就越高，实际匝数就越接近理论匝数。高频变压器是相对低频变压器而言，二者在基本原理上是相同的，都是利用电磁感应原理实现信号的转换（关于电磁感应现象及原理可另外参阅相关资料)，但是应用不同。低频变压器主要用做交流电源，其目的是实现电压升或降（即变压）。高频变压器（RF Transformer) 的主要应用则是实现阻抗变换、平衡与不平

33、衡之间的转换。高频变压器主要应用的是阻抗变换的结果，相反低频变压器应用的则是电压变换的结果，应用的侧重点不同。关于平衡-不平衡变换的应用则要从信号的相位考虑，若初级（或次级）线圈两端信号相位相差180度，则称为平衡信号，若相位相同则称为不平衡信号。高频变压器和低频变压器的工作原理一样。就是频率不同所用的铁芯材料不同11。低频变压器一般用铁芯，高频变压器用铁氧体磁芯或空芯。l确定变压器的铁心此环节包括两方面的确定：变压器容量的确定和铁心材料及尺寸的选择。（1）变压器容量的确定按照磁通变化会感应电动势的原理，可得出电压的平均值和磁通峰值成正比的关系，而电流的有效值影响导线电阻发热，是选择导线截面积

34、的因素，所以各绕组的电压平均值和电流有效值之积是影响变压器尺寸的重要参数之一。对于正弦波电压的变压器来说，因电压习惯于用有效值来表示，所以各绕组的容量定义喂该绕组电压和相应电流有效值之积，变压器容量为一次绕组容量和二次绕组容量的平均值。对于脉宽调制的变换器来说，电压为正，负面积相等的准方波（或方波），其电压平均值等于电压幅值乘以2倍占空比，即2D。（2）铁心材料及尺寸的选择通常变换器的开关频率在数万赫兹及以上，变压器常采用铁氧体磁芯或微晶合金铁心。铁氧体磁芯的式样，尺寸品种多，框架，精度，工艺问题成熟；微晶合金铁心用于100KHz以下，制成大，小环型磁芯，与铁氧体竞争。微晶合金铁心易制成大功率

35、，在数千瓦及以上的大功率已显示其优势。一磁通密度的选择：涉及工作的稳定，功率损耗，散热，铜损，铁损的优化等复杂问题，要反复设计，制作才能完善。其最基本要求是：磁通密度必须小于饱和磁通密度；当频率达到100KHz以上时，高频变化的磁通变化引起的铁心功率损耗很大，发热严重。为使铁心温升不超过60摄氏度，磁通变化应相应减小，常在1/32/3倍饱和磁通密度之间预选，温升是否合格，最终以实验为准。要注意合闸冲击。二铁心的有效横截面与窗口面积之积是选择铁心的关键数据。三各绕组匝数的确定高频变压器工作时的电压、电流都不是正弦波，因此其工作状况同工频变压器是很不一样的，设计公式也不一样。由任务书可知，输出功率

36、不大，可选MOSFET 作为开关器件，并选工作频率f=50Kz，即TS=20uS。由于输入交流电存在波动，所以假设工频整流后直流电压变化范围为245-350V，并设开关器件导通压降及一次侧线路压降之和为5V，则Ui电压最小值Uimin为240V，最大值Uimax为345V。当输入电压最小值为240V 时，占空比达到最大，为0.5，设二次侧电压幅值为U2，则（21）式中：取UDF=2V，由式（51）得U2=100V，从而变比n=240/100=2.4。变压器最大输出功率设采用H7C1铁氧体材料，Bm=0.3T，一、二次侧绕组电流密度取为则变压器窗口面积W与磁芯截面积S之积应满足式中取窗口利用系数

37、k=0.333。查有关磁性材料的数据手册知，PQ40/40 的磁芯的，大于上式给出的计算值，因此可以选用PQ40/40 作为变压器的磁芯。一次绕组匝数二次绕组匝数考虑到匝数取整数时变压器制作要方便些，故取N1=24,N2=10。2二次侧滤波电感电容的计算在二次侧电感电流临界连续时，输出平均电流I0等于电感电流纹波峰峰值DiL的一半。因此有控制电路当输出电压48V、电流2.5A 时，RL=19.2。显然，当变压器原边电压取最大值时占空比最小，对应的电感取最大值。最小的占空比因此，L应满足可取L=470uH。设US为纯直流电压，输出电压纹波主要由器件的开关过程引起。桥式变换电路输出电压纹波峰峰值D

38、Uo可表示为因要求DUo0.24，故取C=470uF。3.控制电路设计作为高频开关电源重要组成部分控制电路，是电源系统可靠工作的保证。开关电源的控制方式基本上大致分为三大类:第一种是根据脉冲宽度来调制的方式(PWM)，它主要是通过调整宽度和占空比的方法进而达到输出电压的稳定的目的。第二种是根据脉冲频率来调制的方式(PFM)，它主要是采用控制改变频率和占空比来进而控制输出电压的稳定的目的。第三种是既控制脉冲宽度，又改变脉冲频率的混合调制方式，即前二者兼而有之的方式，通过综合技术来改变周期和占空比来控制输出电压的稳定。基于设计方便、成本考虑，本系统采用脉宽调制方式。3.1 UC3842简介继MC1

39、394、AN5900之后，人们又开发出功能更完善的它激单端输出驱动集成电路。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。UC3842的封装是8脚双列直插式。其主要由基准电压源、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的大电流推挽输出电路等构成。3.1.1 UC3842的引脚及其功能图31 UC3842的引脚如图31 ：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，

40、而控制脉冲宽度；脚为PWM比较器的另一输入端，当检测电压超过lV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端脚为接地端。脚为推挽输出端，驱动能力能够达到1A；脚为启动/工作电压输入引脚，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。3.1.2 UC3842的内部结构UC3842内部电路结构见图3-2图3-2 UC3842的内部结构(1)、5v的基准电源:内部电源,经衰减得到2.5v，以此作为误差比较器的基准电压.并且该电源还可以为外部电路提供5v、50mA的直流电。(2)、振荡器:产生波振荡.接线方式为：RT接在4和8脚之间,CT接4和

41、5之间. 频率通过公式f=1.8/CTRT计算得到，其最大为500kHz。(3)、误差放大器：将VFB端输入的反馈电压和经5v的基准电源产生的2.5V基准电压做比较，得到的误差电压COMP被用于调节脉冲宽度。COMP端接外部RC网络,达到改变增益和频率特性的目的。(4)、输出电路：图腾柱输出结构，输出电流达到1A，能够直接驱动外部电路中的MOS管及双极型晶体管。(5)、电流取样比较器：脚ISENSE作用是检测开关管电流，当VISENSE检测出大于1V时，关闭输出脉冲，进而使开关管关断，这其实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，并且具有良好的滞回特性

42、。(7)、PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用在一个脉冲周期之内。(8)、图腾柱输出电路(Totem Pole)：这个名字的由来是此结构画出的电路图有点像印第安人的图腾柱，所以叫图腾柱式输出，也叫图腾式输出。此电路在其输出极采用一个上电阻与一个NPN型晶体管的集电极相连，这个晶体管的发射极接下面管子的集电极同时作为输出；下晶体管的发射极接地。两晶体管的基极分别接前级的控制。就是上下两个输出晶体管，从直流角度看是串联，两晶体管联接处为输出端。因此，当上晶体管导通而晶体管截止，电路输出高电平信号；而当下晶体管导通上晶体管截止，电路输出低电平信号；当上下两晶体管均截止，则电路输出高阻态。在开关电源

43、中，类似的电路常称为“半桥电路”。3.2 UC3842的典型应用电路3.2.1反激式开关电源反激电路中的变压器起着储能元件的作用，可以看作是一对相互耦合的电感。工作过程是：开关开通后，V处于断态，初级绕组的电流线性增长，电感储能增加；开关关断后，初级绕组的电流被切断，变压器中的磁场能量通过次级绕组和V向输出端释放。图3-3 UC3842组成的反激式电源图3-3是反激式开关电源原理图，其中的控制芯片采用UC3842。电源的输出电压等级有三种：5V、12V、12V。该电路变换器是一个降压型开关电路。由单管驱动隔离变压器TC主绕组N1电流，C2、R3可以提供变压器原边泄放的通路。输出经整流、滤波送负

44、载。芯片所用的电源Vcc由R2从整流后电压提供提供。Vcc同时也作为辅助反馈绕组N3的反馈电压。反馈比较电路信号是从辅助绕组N3经过V1、V2、C3、C4等整流滤波后得到的Vcc分压提取的。C6、R7构成信号的有源滤波。开关管电流被R10取样后，经R9、C7滤波，送芯片ISENSE端，当反馈信号值超过阈值1V时，确认过载，关断电源输出。芯片输出部分由OUT端驱动单MOSFET管，C8、V3对开关管有电压钳位作用。3.2.2 UC3842控制的同步整流电路图34为使用反激式驱动电路UC3842组成的5V10A开关稳压电源。其基本技术参数如下：输入电压816V，输出电压5V，能够达到10A的负载电

45、流，输出端的脉冲纹波峰值小于80mV，当输入电压、负载电流以及环境温度在额定范围内变化时，其电路的输出电压波动小于2%。并且在环境温度-10+70，变换器频率120KHz，在允许的输入电压范围内，负载电流最大时开关电源的平均效率95。图34 基于同步整流技术的电源电路电路的工作原理主要为：当驱动脉冲在Tn期间使得变换器开关管开始导通，电感便开始存储磁能。存储能量正比于Tn的脉冲宽度。在驱动脉冲Tn截止后，电路经过设定的死区时间TD，脉冲间歇期的低电平输出通过控制电路，使续流二极管上并联的开关管导通。低内阻的MOSFET管DS极并联接入续流二极管，使电路等效内阻大幅度降低，储能电感能量释放电流增

46、大，向负载放电。设定一定长度的死区时间主要是为了避免两只不同功能开关管形成瞬间共态导通，造成供电电路短路损坏开关管。由于MOSFET管无存储效应，可以将死区时间TD设置短一些，更利于在稳压电路的控制下大范围改变脉宽速度，以实现更大的稳压范围。该电路的同步整流器由四个开关管构成。开关管VT2选用P沟道FET管IRF4905，其漏源极导通电阻为接近20M，关断时间能够达到80ns。开关管VT3选用N沟道FET管IRF3205，其导通电阻接近8M，其漏一源极并联接在续流二极管V2两端。V2为反压10V、最大电流能够达到30A的肖特基二极管，当负载电流最大时，其饱和压降维持在0.5V左右。VT3导通后，与V2并联，将此电压降低达到100mV，极大的降低了开关管的损耗。为了实现VT2、VT3的轮流导通功能，在电路设计中通过双场效应管VT1组成驱动脉冲相位分离电路，而其VT1内部由P沟道和N沟道FET对管组成。工作原理为:当IC1脚输出驱动脉冲为高电平时，VT1内部P沟道FET管截止，N沟道FET管导通，VT2栅极通过R7、VT1脚和脚得到电压，VT2导通，输入电压通过VT2源一漏极加到L2左端，开始将电源能来转换