1、摘要開關(guān)電源是一種采用PWM等技術(shù)控制的開關(guān)電路構(gòu)成的電能變換裝置，它廣泛應(yīng)用于交直流或者直直流電能變換中，通常稱其為開關(guān)電源（Switched Mode Power Supply-SMPS）其功率從零點(diǎn)幾瓦到數(shù)十千瓦不等，廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、科研、軍事等各個(gè)領(lǐng)域。開關(guān)電源因其體積小、重量輕、效率高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代傳統(tǒng)的線性電源，被譽(yù)為高效節(jié)能電源，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主導(dǎo)產(chǎn)品。本課題設(shè)計(jì)的是一個(gè)通用的多路輸出的反激式開關(guān)電源，電源取自380V的三相線電壓。本課題設(shè)計(jì)的開關(guān)電源是采用全控型電力電子器件MOSFET作為開關(guān)，利用控制開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間來(lái)調(diào)整輸出電壓，主控芯片采用UC3844

2、實(shí)現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，采用PC817、TL431等專用芯片以及其他的電路元器件相配合作為反饋電路，使設(shè)計(jì)出的開關(guān)電源具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能。系統(tǒng)的工作頻率為50Khz，輸出六路隔離電壓。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，反激式變換器，高頻變壓器，UC3844AbstractSwitching power supply is a switch circuit with PWM control technology of power converter, it is widely used in AC to DCor DC to DC power transform, usually described as a s

3、witching power supply (Switched Mode Power Supply-SMPS) whose power from a few watts to tens of kilowatts and widely used in all areas of life, the production, scientific research, military etc. Switching power supply because of its advantages of small volume, light weight, high efficiency, stable p

4、erformance and gradually replace the traditional linear power supply and is known as the high efficiency and energy saving power. It has become the leading products of regulated power supply. This topic is the design of a multi output universal flyback switching power supply. Itspower supply is from

5、 the 380V of the three phase power supply. Switching power supply design of this project is using fully controlled power electronic devices MOSFET as a switch, control switch conduction time to adjust the output voltage, the master chip adopts UC3844 to realize the voltage and current double closed-

6、loop control, using PC817, TL431 chip and other circuit components cooperate as feedback circuit, switching power supply design the features automatic voltage regulator. The system frequency is 50Khz,the outputvoltageof six road isolation .Key Words：Switching power supply, Flyback converter, High-fr

7、equency transformer,UC3844目 錄摘要IAbstractII1 緒論11.1 開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)11.2 本課題研究的目的及意義21.3開關(guān)電源的技術(shù)動(dòng)態(tài)31.4本論文的主要研究?jī)?nèi)容32系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)52.1 技術(shù)指標(biāo)52.2黑箱設(shè)計(jì)52.3系統(tǒng)總框圖62.4系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)方案62.4.1 電源變換拓?fù)浞桨刚撟C62.4.2控制方法方案論證72.5主要器件選擇與功能介紹82.5.1 控制芯片UC384492.5.2線性光耦PC817112.5.3可調(diào)精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431122.5.4三端集成穩(wěn)壓電路LM7805133硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)143.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)143.

8、2 輸出級(jí)的設(shè)計(jì)163.3功率MOSFET及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)173.4電壓反饋電路設(shè)計(jì)183.5輸入啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)203.6輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)203.7保護(hù)電路設(shè)計(jì)223.8系統(tǒng)原理圖235.總結(jié)與展望55.1 系統(tǒng)總結(jié)55.2系統(tǒng)展望5致謝6參考文獻(xiàn)7附錄81緒論1.1開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)（1）、國(guó)際發(fā)展?fàn)顩r1955年美國(guó)的科學(xué)家羅耶首先研制成功了利用磁芯和來(lái)進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器。20世紀(jì)60年代末，由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展，高反壓、大電流的功率開關(guān)晶體管出了，從此直流變化器就可直接由工頻電網(wǎng)電壓經(jīng)整流、濾波后輸入供電，體積大、重量重、效率低的工頻降壓變壓器終于給甩掉，這迅速擴(kuò)大

9、了晶體管直流變壓器的應(yīng)用范圍，并在此基礎(chǔ)上誕生了無(wú)工頻變壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源。20世紀(jì)70年代以后，與這種技術(shù)有關(guān)的高頻率、高反壓，大電流的功率開關(guān)晶體管，高頻率、高溫電容、高反壓、快恢復(fù)肖特基二極管，高頻變壓器磁芯材料等元器件不斷地被研制，生產(chǎn)，使無(wú)工頻變壓器開關(guān)穩(wěn)壓電源不斷得完善和快速發(fā)展。 目前正在克服的困難，第一：從事開關(guān)穩(wěn)壓電源研究和生產(chǎn)的技術(shù)人員正致力于研制出轉(zhuǎn)換效率更高，體積更小，重量更輕的開關(guān)變壓器或者通過(guò)其他途徑和方法來(lái)取代電路中的變壓器。第二：進(jìn)一步研制適應(yīng)開關(guān)穩(wěn)壓電源高頻率工作的有管元器件和PCB電路。第三：進(jìn)一步提高它的輸出穩(wěn)定度和降低它的輸出紋波電壓，擴(kuò)大它的

10、適用范圍。第四：尋求新的驅(qū)動(dòng)方式和研制新的功率開關(guān)管 面對(duì)難題所出現(xiàn)的新突破和新進(jìn)展，第一：諧振式開關(guān)穩(wěn)壓電源，從根本上解決了由于功率管上的功耗大而導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓電源轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題，和由于功率開關(guān)上的電流和電壓應(yīng)力大而導(dǎo)致開關(guān)電源可靠性和穩(wěn)定性低的問(wèn)題。第二：具有零流關(guān)斷和零壓導(dǎo)通的復(fù)合功率開關(guān)管IGBT既具M(jìn)OSFT輸入驅(qū)動(dòng)所需功率非常小的輸入特性，又具有GTR導(dǎo)通以后管壓降非常小的輸出特性。這兩個(gè)問(wèn)題的解決，是的開關(guān)穩(wěn)壓電源可以拓展到大功率和超大功率的應(yīng)用場(chǎng)合。（2）、 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 我國(guó)晶體管直流工頻變換器和開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，研制和生產(chǎn)開始于20世紀(jì)60年

11、代初期，到20世紀(jì)60年代中期進(jìn)入實(shí)用階段。20世紀(jì)70年代初期開始設(shè)計(jì)、研制和生產(chǎn)無(wú)工頻降壓變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，1974年研制成功我國(guó)第一臺(tái)10KHz、輸出直流電壓為5V的無(wú)工頻降壓變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，近10年來(lái)，我國(guó)的許多研究所、工廠和高等院校紛紛研制出多種型號(hào)和多種用途的工作頻率在20K左右、輸出功率在1000W以下的無(wú)工頻降壓變換器的開關(guān)穩(wěn)壓電源，并應(yīng)用于電子計(jì)算機(jī)、通信、電視機(jī)等方面。20世紀(jì)80年代初期開始試制工作頻率100-200KHz、無(wú)工頻降壓變壓器的高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源，20世紀(jì)90年代初期試制成功，目前正在走向?qū)嵱煤瓦M(jìn)一步提高工作頻率階段，但是技術(shù)上與一些先進(jìn)的國(guó)家相比仍

12、有巨大的差距。由于我國(guó)的半導(dǎo)體與工藝跟不上時(shí)代的發(fā)展，導(dǎo)致我們自己研制和生產(chǎn)出的無(wú)工頻降壓器的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的關(guān)鍵元器件，如功率開關(guān)晶體管、高頻開關(guān)變壓器磁性材料、儲(chǔ)能電感、快恢復(fù)續(xù)流二極管大部分仍然通過(guò)國(guó)外進(jìn)口。因此我國(guó)的開關(guān)穩(wěn)壓電源事業(yè)要發(fā)展，要趕超世界先進(jìn)水平，最根本的問(wèn)題就是要提高我過(guò)的半導(dǎo)體技術(shù)和工藝。1.2本課題研究的目的與意義開關(guān)電源廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明、通訊設(shè)備、電力設(shè)備、儀器儀表等領(lǐng)域。它不僅體積小重量輕，并且電源效率非常高，效率甚至能達(dá)到90%以上。迅速發(fā)展的社會(huì)，對(duì)能源的要求越來(lái)越高，開關(guān)電源的高效率不但節(jié)省了大量電能，而且節(jié)省的大

13、量的材料。雖然開關(guān)電源的成本相對(duì)較高，但研究發(fā)現(xiàn)在功率超過(guò)一定功率時(shí)，成本反而比線性電源低。并且高可靠性的開關(guān)電源還是各種設(shè)備可靠工作的保證。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的設(shè)備損壞都是電源造成的，因此研究高可靠性的開關(guān)電源，對(duì)生產(chǎn)生活是至關(guān)重要的。開關(guān)電源可將電網(wǎng)輸入的交流電壓直接整流再進(jìn)行PWM控制，這樣可省去笨重的電源變壓器，使電源的體積大大縮小，重量減輕。在隔離式開關(guān)電源中，高頻隔離變壓器由于頻率高而可以使體積小、重量輕。對(duì)產(chǎn)品推廣有重要意義。1.3開關(guān)電源的技術(shù)動(dòng)態(tài) 高頻方面。許多國(guó)家都步入Mhz級(jí)別，涌現(xiàn)出許多新型高頻磁性材料，其寄生參數(shù)和磁損耗減少，散熱性增強(qiáng)，如56m超薄鈷基非晶態(tài)磁帶，納米

14、結(jié)晶軟磁薄膜也在研究。鐵氧體和其他薄膜材料可集成在硅片上等。高效方面。致力于減小功率器件的通態(tài)電阻、降低漏電流等。如高性能碳化硅（SiC）功率半導(dǎo)體器件，其優(yōu)點(diǎn)是：禁帶寬，工作溫度搞（可達(dá)600攝氏度），通態(tài)電阻小，導(dǎo)熱性能好，漏電流極小，PN結(jié)耐壓高等等。電磁兼容方面。主要研究典型電路與系統(tǒng)的電磁干擾建模：PCB板和電源EMC優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件；強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)人體的危害；大功率開關(guān)電源EMC測(cè)量方法的研究等等。新型電容器。研發(fā)適合于功率電源的新型電容器和超大電容。要求電容量大，等效電阻ESR小、體積小等。功率因數(shù)校正。許多國(guó)家都在研究行街比較高的功率因數(shù)校正技術(shù)。低壓大電流。微處理器性能的不斷提高，低壓

15、大電流開關(guān)電源也隨之發(fā)展起來(lái)。例如電壓低于1.11.8V，而電流高達(dá)50100A的開關(guān)電源。另外，還有采用波形交叉技術(shù)，探尋省略濾波電容的可行性等。開關(guān)電源也在朝模塊化方向發(fā)展。1.4本論文的主要研究?jī)?nèi)容 隨著電力電子的高速發(fā)展，各式各樣的電子設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，然而這么多電子設(shè)備、精密儀器的背后都需要有個(gè)穩(wěn)定輸出的電源座支持。從原有的線性穩(wěn)壓電源到現(xiàn)在的開關(guān)穩(wěn)壓電源，不論從體積、功耗、性能上，都有質(zhì)的飛躍，并且開關(guān)電源能實(shí)現(xiàn)多路不對(duì)稱輸出。這使得各種電子設(shè)備不同功能的需求都能得到滿足。本課題主要研究的是6路輸出隔離電壓的反激型開關(guān)電源，研究?jī)?nèi)容如下： 本設(shè)計(jì)的開關(guān)電源是采用全控型電力電子器件MOS

16、FET作為開關(guān)，利用控制開關(guān)器件的占空比來(lái)調(diào)整并穩(wěn)定輸出電壓，主電路采用多路輸出單端反激型變換器結(jié)構(gòu)，采用UC3844控制芯片實(shí)現(xiàn)電壓電流雙閉環(huán)控制，采用PC817、TL431等專用芯片以及其他的電路元件相配合，作為反饋環(huán)節(jié)，使設(shè)計(jì)出的開關(guān)電源具有自我調(diào)節(jié)功能。開關(guān)電源工作頻率為50Khz，輸出6路隔離電壓。設(shè)計(jì)流程：1、 熟悉UC3844，PC817，TL431的結(jié)構(gòu)原理作用；2、 多繞組高頻變壓器的設(shè)計(jì)；3、 輸出級(jí)設(shè)計(jì)；4、 MOSFET開關(guān)管的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；5、 由PC817、TL431組成的反饋電路的設(shè)計(jì)；6、 輸入整流濾波電路及輸入啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)2.1技術(shù)指

17、標(biāo)本課題要求設(shè)計(jì)一反激型開關(guān)穩(wěn)壓電源。該穩(wěn)壓電源輸入交流電壓342418V，50Hz，輸出電壓如下：（1）5V,2A；12V,1.5A：兩路輸出，5V精度要求高于12V，二者共地；（2）18V,5V,5W：一路輸出18V，5V經(jīng)18V處理；（3）12V,5V,24W：一路輸出12V，5V經(jīng)12V處理；（4）開關(guān)頻率：50KHZ；（5）輸出紋波：最大100mV（峰峰值）；（6）最大占空比：45%；（7）效率：大于70%。2.2 黑箱設(shè)計(jì)1.總輸出功率: Pout=2.估算輸入功率: Pin=3.直流輸入電壓: Vinl=Vinh=4.平均輸入電流: ² 最大平均輸入電流:Iin max

18、=² 最小平均輸入電流:Iin min=5.估算峰值電流: Ipk=6.散熱: 根據(jù)MOSFET反激式變換器經(jīng)驗(yàn)算法: 損耗的35%是由MOSFET產(chǎn)生的，損耗的60%是由整流部分產(chǎn)生的，5%是由其他部件產(chǎn)生的。 效率為70%時(shí)的損耗為24.43W.aMOSFET損耗：Pmosfet=8.5W b整流部分損耗：Pd=15.93W2.3 系統(tǒng)總框圖 設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的總框圖如圖2-3： 圖2-3 系統(tǒng)總框圖2.4系統(tǒng)各部分實(shí)現(xiàn)方案2.4.1電源變換拓?fù)浞桨刚撟C方案一：采用單端正激式隔離變換器。 結(jié)構(gòu)圖如2-4-1所示，開關(guān)管G1按PWM方式工作，D1是輸出整流二極管，D2是續(xù)流二極管，Lf是

19、輸出濾波電感，Cf是輸出濾波電容。變壓器有三個(gè)繞組，W1原邊繞組，W2副邊繞組，W3復(fù)位繞組。圖2-4-1 單端正激變換器的主電路 正激式變壓器開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對(duì)于反激式變壓器開關(guān)電源來(lái)說(shuō)要低很多，因此，正激式變壓器開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較高，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較大。正激式變壓器開關(guān)電源為了減少變壓器的勵(lì)磁電流，提高工作效率，變壓器的伏秒容量一般都取得比較大，并且為了防止變壓器初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)把開關(guān)管擊穿，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器要比反激式變壓器開關(guān)電源的變壓器多一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)吸收繞組，因此，正激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積要比反

20、激式變壓器開關(guān)電源的變壓器的體積大。 方案二：采用單端反激式隔離變換器。 結(jié)構(gòu)圖如圖2-4-2所示，S1開通時(shí)，輸入的直流電壓通過(guò)初級(jí)繞組向變壓器灌入能量；G1關(guān)斷時(shí)變壓器內(nèi)灌注的能量通過(guò)次級(jí)繞組釋放，經(jīng)D1整流、C濾波后供負(fù)載使用。圖2-4-2 單端反激變換器的主電路 這個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是與網(wǎng)電隔離的，安全性好；這種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，比較好做；通過(guò)改變開關(guān)脈沖占空比和變壓器的變比可以很容易的實(shí)現(xiàn)大范圍的電壓調(diào)整。100W以內(nèi)那么可以采用單端反激的結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)該考慮單端正激的結(jié)構(gòu)。 綜合比較，基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和輸出功率要求的考慮，選擇方案二。2.4.2控制方法方案論證方案一：采用開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片UC

21、3844。 結(jié)構(gòu)圖如2-4-2-1所示， UC3844是一種型性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型的功率管或場(chǎng)效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是其管腳效應(yīng)少，外圍電路簡(jiǎn)單，電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，工作頻率最高達(dá)500KHz，啟動(dòng)電流小于1mA，正常工作電流為5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有高溫補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、圖騰柱輸出電流、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路，PWM型開關(guān)電源把輸出電壓的采樣作為PWM 控制器的反饋電壓，該反饋電壓經(jīng)PWM 控制器內(nèi)部的誤差放大器后，調(diào)整開關(guān)信號(hào)的占空比以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定

22、。但不同的電壓反饋電路，其輸出電壓的穩(wěn)定度是不同的。對(duì)于沒有步進(jìn)調(diào)節(jié)的開關(guān)電源設(shè)計(jì)，UC3844是一個(gè)很好的選擇，由于題目要求主電路輸出有步進(jìn)調(diào)節(jié)，這給開關(guān)穩(wěn)壓芯片帶來(lái)設(shè)計(jì)的麻煩。圖2-4-2-1UC3844結(jié)構(gòu)圖方案二：采用CPU直接控制。 結(jié)構(gòu)圖如2-4-2-2所示，單片機(jī)把采集到的主電路輸出的電壓作為反饋信號(hào)，然后將此反饋信號(hào)與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生誤差信號(hào)，將此誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)處圖2-4-2-2 基于CPU控制的結(jié)構(gòu)圖理后產(chǎn)生相應(yīng)的PWM信號(hào)控制開關(guān)的通斷，其內(nèi)部工作原理和開關(guān)電源穩(wěn)壓芯片一樣，采用CPU直接控制可以方便穩(wěn)定調(diào)試且能容易實(shí)現(xiàn)輸出步進(jìn)可調(diào)、輸出電壓電流顯示等功能。但在本課題中

23、，此方案顯得復(fù)雜，且相對(duì)控制芯片來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定性能可能要差一些。綜合比較，基于能實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的各個(gè)方面功能的考慮，選擇方案一。2.5主要器件選擇與功能介紹2.5.1 控制芯片UC3844UC3844 PWM控制IC是高性能頻率固定的電流型PWM控制器，它為實(shí)際設(shè)計(jì)提供了一種電路簡(jiǎn)單、外圍元件少、帶負(fù)載能力強(qiáng)而又經(jīng)濟(jì)的解決方案。這種控制IC的特點(diǎn)是：有一個(gè)可微調(diào)的振蕩器，用來(lái)精確地控制占空比；有一個(gè)經(jīng)過(guò)高溫補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓；一個(gè)高增益誤差放大器和一個(gè)電流感應(yīng)比較器；一個(gè)適用于功率MOSFET的圖騰柱大電流推挽輸出以及過(guò)壓過(guò)流保護(hù)功能。2.5.1.1 UC3844的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳功能圖2-5-1-1 U

24、C3844的引腳圖圖2-5-1-2 UC3844的內(nèi)部結(jié)構(gòu)該芯片雖然只有8個(gè)管腳，但是卻有兩個(gè)閉環(huán)控制回路，一個(gè)為內(nèi)部誤差放大器所構(gòu)成的電壓閉環(huán)控制回路，它將輸出電壓反饋到第2管腳，同2.5V基準(zhǔn)電壓比較，形成誤差電壓。另一個(gè)為內(nèi)部電流感應(yīng)比較器所構(gòu)成的電流閉環(huán)控制回路，變壓器初級(jí)繞組中的電流在反饋電阻Rs上產(chǎn)生的壓降，通過(guò)第3腳，與誤差電壓進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)PWM波的占空比。這兩個(gè)控制回路都是在固定頻率下工作的。1腳為補(bǔ)償端，該管腳為誤差放大器的輸出，外接RC網(wǎng)絡(luò)對(duì)誤差放大器的頻率響應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。2腳為電壓反饋端，取樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端，與2.5V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓。3腳

25、為電流檢測(cè)輸入腳，外接電流檢測(cè)電阻，將流過(guò)初級(jí)繞組上的電流實(shí)時(shí)反饋到控制器，當(dāng)3腳電壓等于或高于1V時(shí)，電流檢測(cè)比較器輸出高電平，復(fù)位PWM 鎖存器，從而關(guān)閉輸出脈沖，起到過(guò)流保護(hù)作用。4腳外接定時(shí)RC網(wǎng)絡(luò)，用以確定振蕩器的工作頻率，其頻率通過(guò)式確定。5腳是地，是控制電路和電源的公共地。6腳為輸出端，采用圖騰柱式輸出，最大峰值電流為1A，能直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的柵極。7腳為集成電路的正電源，其開啟電壓為16V，關(guān)閉閥值為10V。一旦芯片開始工作，該芯片就能在10-16V之間波動(dòng)的電源供電條件下正常工作，6V的差值電壓可有效地防止電路在給定工作電壓附近振蕩。當(dāng)開關(guān)電源通電瞬間，高壓直流電通過(guò)

26、一個(gè)大阻值的電阻降壓供給UC3844，當(dāng)7腳的電壓大于16V時(shí)，芯片立即啟動(dòng)，此時(shí)啟動(dòng)電流小于1mA，此時(shí)無(wú)輸出，6腳輸出正脈沖，使變壓器也啟動(dòng)工作，變壓器一路輸出繞組專門給UC3844供電，以保持芯片繼續(xù)正常工作，此時(shí)的工作電流約為15mA。在第7腳設(shè)有一個(gè) 34V的齊納管穩(wěn)壓管，用于保證其內(nèi)部電路絕對(duì)工作在34V以下，防止高壓可能帶來(lái)的損壞。8腳為基準(zhǔn)電壓輸出，產(chǎn)生精確的+5V基準(zhǔn)電壓，并具有一定的帶載能力，帶載能力可達(dá)50mA。通常我們通過(guò)測(cè)量該腳是否有穩(wěn)定的+5V輸出來(lái)判斷該IC是否正常工作。UC3844的最大的優(yōu)點(diǎn)就是外圍元件少，外電路裝配簡(jiǎn)單，且成本低，適用于20100W小功率開關(guān)

27、電源的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。2.5.1.2 UC3844的特點(diǎn)UC3844具有如下特點(diǎn)：(1)電壓調(diào)整率(抗電壓波動(dòng)能力)非常好(2)有很好的負(fù)載調(diào)整率(3)頻響特性好，穩(wěn)定幅度大(4)過(guò)流限制特性好(5)具有過(guò)壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。(6)UC3844控制的開關(guān)電源工作占空比D<50%2.5.2 線性光耦合器PC817光電耦合器是以光為媒介來(lái)傳播電信號(hào)的器件。通常是把發(fā)光器（發(fā)光二極管LED）和受光器（光敏晶體管）封裝在同一管殼內(nèi)如圖3-4。當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，發(fā)光器（發(fā)光二極管）發(fā)出強(qiáng)弱光線，照射在受光器（光敏晶體管）上，受光器接受強(qiáng)弱不同的光線后導(dǎo)通程度也不同，產(chǎn)生不同強(qiáng)度的電流從輸出端輸出

28、，實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦只能傳輸開關(guān)信號(hào)，不能傳輸模擬信號(hào)。線性光電耦是一種與普通光耦不同的新型光電轉(zhuǎn)換器件，它可以傳輸模擬電壓或電流信號(hào)，輸入信號(hào)的強(qiáng)弱不同，發(fā)光器產(chǎn)生相應(yīng)強(qiáng)弱的光信號(hào)，從而使受光器的導(dǎo)通程度也隨光信號(hào)強(qiáng)弱的不同而輸出的電壓或電流強(qiáng)度也隨之不同并具有線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 PC817屬于線性光電耦合器，可以傳輸模擬信號(hào)。7PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-5-2-1所示：圖2-5-2-1 PC817內(nèi)部框圖圖2-5-2-2為PC817集電極發(fā)射極電壓V 與發(fā)光二極管正向電流的關(guān)系：圖2-5-2-2 PC817集電極發(fā)射極電壓V 與發(fā)光二極管正向電流關(guān)系2.5.3 可調(diào)精密并

29、聯(lián)穩(wěn)壓器TL431本課題所設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)電壓和反饋電路采用三端穩(wěn)壓器TL431構(gòu)成。在反饋電路中用TL431與輸出采樣電壓進(jìn)行比較，再通過(guò)光電耦合器PC817把電壓反饋到UC3844的電壓反饋端。TL431是2.536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其價(jià)格低廉，可廣泛應(yīng)用于精密線性穩(wěn)壓電源和單片精密開關(guān)電源中。它可以輸出2.536V連續(xù)可調(diào)電壓，工作電流范圍寬達(dá)0.1100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為0.22歐，輸出雜波低。TL431的電路圖形符號(hào)和基本接線如圖2-5-3-1所示。圖2-5-3-1 TL431的電氣符號(hào)圖和等效電路圖圖中，A為陽(yáng)極，需接地使用；K為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源；是輸出電壓的設(shè)定端，

30、根據(jù)，外接電阻分壓器選擇不同的和的值可以得到從2.536V范圍內(nèi)連續(xù)輸出電壓。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證陰極電流要大于1mA，以保證TL431正常工作。2.5.4 三端穩(wěn)壓集成電路LM7805按照課題要求，有兩路5V電壓輸出分別是經(jīng)過(guò)12V和18V電壓處理后得到的，且對(duì)處理方法沒有過(guò)多的要求。為了減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，本課題選擇使用三端穩(wěn)壓集成電路LM7805。下面將對(duì)LM7805做簡(jiǎn)單的介紹。LM7805是三端穩(wěn)壓電源模塊，外圍電路簡(jiǎn)單，正面看，管腳分別為輸入、地、輸出。額定輸出電流1.5A，最大輸入電壓35V，輸入輸出壓差的最大值是30V，最小值2V，輸出電壓5V，誤差0.2V，實(shí)際應(yīng)

31、用時(shí)應(yīng)根據(jù)壓差和電流確定7805上的耗散功率，增加適當(dāng)?shù)纳嵫b置。圖2-5-4-1LM7805應(yīng)用電路圖3硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 高頻變壓器的設(shè)計(jì)3.1.1高頻變壓器的作用高頻變壓器是開關(guān)電源的重要組成部件，它不僅是能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)闹饕骷?，而且能夠?qū)崿F(xiàn)輸入與輸出的電器隔離。其性能的好壞不僅影響變壓器本身的效率和發(fā)熱量，而且還會(huì)對(duì)開關(guān)電源的整體性能和可靠性產(chǎn)生極大的影響。因此，全面分析設(shè)計(jì)變壓器的材料、損耗、磁通密度、制造工藝就顯得尤為重要。當(dāng)控制IC輸出一個(gè)導(dǎo)通脈沖到MOSFET的柵極時(shí)，MOSFET飽和導(dǎo)通，變壓器初級(jí)繞組中電流逐漸增加，而此時(shí)初級(jí)繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電壓使輸出回路的整流二極管截止，

32、次級(jí)繞組中無(wú)電流，能量以磁能的形式存儲(chǔ)在初級(jí)繞組中。當(dāng)截止脈沖到來(lái)時(shí)，根據(jù)楞次定律，次級(jí)產(chǎn)生與之前方向相反的感應(yīng)電壓，使整流二極管立即導(dǎo)通，次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電壓向輸出濾波電容充電，即把能量從初級(jí)繞組傳遞到次級(jí)的輸出電容中，并給負(fù)載供電。變壓器周而復(fù)始的經(jīng)歷上述能量的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)了能量的傳輸。3.1.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)1、選擇變壓器的磁芯及材料用于開關(guān)電源的高頻變壓器磁芯都是鐵磁合金，實(shí)際應(yīng)用的磁芯材料有鐵氧體、超微晶合金等。選擇磁芯時(shí)最重要的考慮因素是在工作頻率點(diǎn)處的損耗和磁密，因此正確的選擇高頻變壓器磁芯，對(duì)變壓器性能發(fā)揮至關(guān)重要。考慮到價(jià)格的因素，本設(shè)計(jì)選用國(guó)產(chǎn) NCDLPZ

33、材料的鐵氧體磁芯。確定磁芯規(guī)格可以根據(jù)制造廠提供的圖表，按輸出功率來(lái)選擇磁芯，例如下表：輸出功率/WMPP環(huán)形磁芯直徑/（in/mm)E-E、E-L等磁芯(每邊)/(in/mm)<50.65(16)0.5(11)<250.80(20)1.1(30)<501.1(30)1.4(35)<1001.5(38)1.8(47)<2502.0(51)2.4(60)表3-1 輸出功率與大致的磁芯尺寸的關(guān)系57W可選用每邊約35mm的EE35/35/10材料為PC30磁芯，磁芯有效截面積=100，=188， 磁芯重量W=40.6g。910112.計(jì)算初級(jí)臨界電感 （3-1）3.計(jì)

34、算磁芯氣隙（3-2）其中，為磁芯有效截面積，單位為最大工作磁通密度，單位G為最小初級(jí)電感，單位H4.計(jì)算一次繞組最大匝數(shù)查表可知，EE35/35/10磁芯的=120nH/N2 （3-3）為方便次級(jí)繞組設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)取=190砸5.計(jì)算二次主繞組匝數(shù)VD采用肖特基二極管，典型值為0.6VDC5V主繞組：=2.7取3匝（3-4）6.計(jì)算其他次級(jí)繞組匝數(shù)兩路DC12V繞組：6.75取7匝DC18V繞組：9.9取10匝7.計(jì)算和選取繞組導(dǎo)線規(guī)格（3-5）式中： 為相應(yīng)繞組直徑，單位為；為相應(yīng)繞組額定電流，單位為A；為電流密度，單位為A/，AWG標(biāo)準(zhǔn)J=1.98A/；初級(jí)繞組最大電流有效值為： （3-6）

35、初級(jí)繞組線徑：=0.47mmDC主5V繞組：=1.13mmDC12V繞組1：=0.97mmDC12V繞組2：=1.13mmDC18V繞組：= 0.42mm初級(jí)繞組：#18 AWG，單股DC12V繞組：#18AWG，2股DC18繞組：#26AWG，單股3.2輸出級(jí)的設(shè)計(jì)由于本課題設(shè)計(jì)的是離線式開關(guān)電源，并且考慮成本原因，采用無(wú)源輸出級(jí)。無(wú)源輸出級(jí)就是基于傳統(tǒng)的無(wú)源半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)的。它在電源效率為70%84%之間是可以接受的。輸出整流電路原理圖如圖所示圖3-2-1 輸出整流電路輸出整流管宜采用正向壓降小的肖特基二極管，這樣可以減少損耗，其反向恢復(fù)時(shí)間短，不僅可以降低損耗，并且可以減小噪聲干擾。對(duì)電

36、源效率的提高也是很有幫助的。對(duì)于反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：DC5V：=14.33V ，采用2GWJ42DC12V：=33.77V，采用2GWJ42DC 18V：=49.1V，采用HRP34第一級(jí)濾波電容的選擇由下式確定： （3-7）其中： 是輸出端的額定電流，單位為A；是在高輸入電壓和輕載下所估計(jì)的最小占空比（估計(jì)值為0.3是比較合適的）；是最大的輸出電壓紋波峰峰值，單位為mV。DC5V： 這里取三個(gè)100DC12V一路 ： 這里取220DC 12V 二路： 這里取三個(gè)100DC 18V: 這里取50第二級(jí)經(jīng)LC濾波使不滿足文波要求的電壓再次濾波。通常濾波電感可以選擇0.3H，輸出濾波電容器不僅要考慮輸

37、出紋波電壓是否可以滿足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇100F。163.3功率MOSFET及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)功率MOSFET的主要作用是將直流輸入電壓斬波成PWM電壓。為了完成此功能，功率MOSFET需要工作在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)，這樣可降低功率器件損耗。3.3.1 功率MOSFET的選擇忽略變壓器漏感尖峰電壓，功率MOSFET的最小電壓應(yīng)力為：考慮到變壓器漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，并留有裕量，取VDSS為1000V的管子，本設(shè)計(jì)中Ipk=0.9295A選用1000V/4A  2SK1119。3.3.2 功率MOSFET控制電路及其參數(shù)選擇圖3-3-1 控制電路及MOSFET電路圖

38、UC3844的8腳的+5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)給充電，再經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部電路放電，于是在第4腳就得到鋸齒波電壓，其頻率為開關(guān)頻率，取=則。、構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，用于改善誤差放大器的頻率特性。為MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電阻，一般取1020，這里選用15。143.4 電壓反饋電路設(shè)計(jì)3.4.1 電路圖及原理考慮到控制器的安全性，一般都采用光耦隔離反饋電壓。為了減小光耦合器的漂移，二次側(cè)需要一個(gè)誤差放大器，本設(shè)計(jì)采用TL431構(gòu)成誤差放大器。對(duì)于多路輸出的電源來(lái)講，輸出端的交叉調(diào)整性能是個(gè)不可忽視的問(wèn)題。若只對(duì)一路輸出進(jìn)行反饋，則當(dāng)未檢測(cè)輸出端負(fù)載變化時(shí)，被檢測(cè)的輸出端電壓波動(dòng)很小，但未檢測(cè)的輸出端電壓的變化并不能完全

39、通過(guò)變壓器耦合到反饋端，因此不能對(duì)其有效調(diào)節(jié)，導(dǎo)致其他輸出端電壓波動(dòng)較大。多路輸出檢測(cè)通常是把上臂檢測(cè)電阻用多個(gè)并聯(lián)電阻代替，分別接到不同的輸出端。每個(gè)輸出端被檢測(cè)的電流百分比，即表示了該輸出端被調(diào)節(jié)的程度。圖3-4-1 電壓反饋電路3.4.2 元器件參數(shù)選擇由于本設(shè)計(jì)對(duì)5V電壓要求較高，所以5V輸出端被檢測(cè)電流占40%，一路12V、二路12V和18V各占20%。取R10為1%精度的電阻，其值為2.49，則實(shí)際檢測(cè)電流為Is=2.5V/2.49=1.004mA。則取6.2 （3-9）取47.5 （3-10）取77 （3-11）取=470，TL431的=20mA，PC817的=3mA，則上的壓降

40、為 （3-12）由PC817芯片資料可知，其發(fā)光二極管的正向?qū)▔航档湫椭禐?.2V，則上的壓降，又知流過(guò)的電流，因此的值為3.5 輸入啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)電路圖如下：圖3-4-1 啟動(dòng)電路圖電源通過(guò)啟動(dòng)電阻給電容充電，當(dāng)電壓達(dá)到UC3844的啟動(dòng)電壓門限值（+16V）時(shí)，UC3844開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由6 端輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)管工作。隨著UC3844的啟動(dòng)，的工作也就基本結(jié)束，7腳電壓可以小于16V，余下的任務(wù)交給輸出繞組Ns12V，由輸出繞組Ns12V來(lái)為UC3844 供電，由于UC3844穩(wěn)定工作后。由于輸入電壓超過(guò)了UC3844 的工作電壓，為了避免意外，用穩(wěn)壓管限定UC3844 的輸入電壓

41、，取的穩(wěn)定電壓為18V，可以選擇IN4746穩(wěn)壓二極管。阻值的計(jì)算：穩(wěn)壓管IN4746的穩(wěn)定電流為14mA，UC3844的啟動(dòng)電流不能小于1mA，按1mA計(jì)算，則3.6 輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)3.6.1 電路原理圖對(duì)于市電供電的開關(guān)穩(wěn)壓電源，輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì)是必須的，但是相對(duì)于其他電路部分，輸入整流電路的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其設(shè)計(jì)的好壞對(duì)于電源的可靠性和對(duì)電網(wǎng)的影響也有較大的影響。輸入整流濾波電路通常由：EMI濾波器、浪涌電壓電流抑制器、整流器和濾波電容組成。許多交流輸入的場(chǎng)合有些電源還帶有PFC功率因數(shù)校正電路，以減小電源對(duì)電網(wǎng)供電質(zhì)量的影響。圖3-6-1 輸入整流濾波電路3.6.2 元器件

42、參數(shù)選擇C1、C2為抑制串模干擾，其容值不需要很大，一般取0.010.47薄膜電容，這里取0.1/400V的薄膜電容。共模扼流圈L，對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的阻抗，他通常由線圈繞在高磁導(dǎo)率、低損耗的鐵氧體磁環(huán)上制作完成的。其電感通常取幾毫亨至十幾微亨，視額定電流而定。額定電流I/A136101215電感量范圍/mH812240.40.80.20.30.10.150.070.08L典型值/mH82.50.780.2250.110.073這里選擇L值為8mH。C3、C4跨接在輸出端接地，能有效抑制共模干擾。一般采用陶瓷電容，電容量在22004200pF之間。這里取3300pF。為了降低500kHz以下的

43、傳導(dǎo)噪聲，一般VD1、VD3采用快恢復(fù)二極管，這里取FR156，VD2、VD4取1N4007.輸入濾波電容C5的選取可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：在AC342418V輸入時(shí)，一般（35）/W。這里取470/1000V鋁電解電容。3.7 保護(hù)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的保護(hù)電路包括過(guò)電流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、欠壓鎖定、尖峰沖擊電壓保護(hù)等。以下將就幾種保護(hù)電路做個(gè)詳細(xì)的介紹。1輸入保護(hù)a一般在輸入端加熔絲管，這里用2A的熔絲管較為合理。b負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻NTCR。其特性為其阻值隨溫度升高而降低。它能有效減小電源接通瞬間，電流對(duì)電路的沖擊。這里選擇8-101NTCR，標(biāo)稱阻值為10，額定電流為1A。c壓敏電阻VSR。其特點(diǎn)是，

44、工作電壓寬，耐沖擊電流能力強(qiáng)，漏電流小，電阻溫度系數(shù)低，價(jià)格低廉，體積小。壓敏電阻對(duì)沖擊電壓有較好的鉗位作用。這里選取MY31-270/3，標(biāo)稱值480V。2、過(guò)流保護(hù)過(guò)流保護(hù)電路主要通過(guò)檢測(cè)上流過(guò)的電流并通過(guò)和濾波后，反饋回UC3844，與其內(nèi)部的1V基準(zhǔn)電壓比較，使導(dǎo)通寬度變窄，輸出電壓下降，直至使UC3844停止工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出，使場(chǎng)效應(yīng)管截止，達(dá)到保護(hù)MOSFET和電路的目的。短路現(xiàn)象消失后，電源自動(dòng)恢復(fù)正常工作。因?yàn)镮pk=0.9295A，因此。3、MOSFET尖峰電壓沖擊保護(hù)由于場(chǎng)效應(yīng)管在由飽和導(dǎo)通進(jìn)入截止的瞬間，急劇變化的漏極電流會(huì)在高頻變壓器初級(jí)繞組上感應(yīng)出反向電動(dòng)勢(shì)，加

45、上變壓器漏感產(chǎn)生的浪涌尖脈沖直接加在MOSFET漏極，其峰值可達(dá)到直流輸入電壓的數(shù)倍，它們與直流輸入電壓疊加，MOSFET很容易因此擊穿。通常的做法是在MOSFET漏源級(jí)之間加二極管RC網(wǎng)絡(luò)鉗位或吸收尖峰電壓。本設(shè)計(jì)中，和，共同組成了尖峰電壓鉗位電路。以，為例，其作用是通過(guò)給充電，把尖峰電壓鉗位在安全值以下，然后通過(guò)將吸收的浪涌尖峰電壓以熱量形式釋放掉，從而保護(hù)了功率MOSFET。17183.8系統(tǒng)原理圖圖3-8 本設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路圖5.總結(jié)與展望5.1 系統(tǒng)總結(jié)（論文、設(shè)計(jì)所做工作，1頁(yè)紙）5.2系統(tǒng)展望（課題做的過(guò)程中，試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)不足，用什么樣法案、方法，可達(dá)什么效果，1頁(yè)之內(nèi)）致謝在這里首先感謝母校對(duì)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)給予的支持和幫助，還要感謝大學(xué)期間里所有任課老師對(duì)我的栽培，尤其感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師蔡華鋒老師，其淵博的學(xué)識(shí)，深邃的思想和扎實(shí)的理論功