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1、天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕业设计 专 业： 班级学号：学生姓名： 指导教师： 二一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计12V 120W开关电源设计12V 120W Switching power supply design2013年6月摘要本文介绍了一种电流控制型脉宽调制（PWM）控制器UC3843的特点和工作原理，并分析了其构成开关电源的整体电路结构和工作原理，最后提出了一种基于UC3843的反激式开关电源的设计方法。电路主要由整流滤波电路和反馈电路两部分组成，用到的两个主要芯片为UC3843、TL
2、431，以UC3843作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，反馈电路以TL431和光电耦合器为核心。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，并且导通损耗小，这就为开关电源的高效性提供了保障。高频变压器的设计是电源设计中的核心工作。高频变压器的参数和制作工艺直接影响开关电源的性能，根据电源功率和开关电源工作频率，选用EC42型铁氧体磁芯，功率容量充分满足设计需要。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障。通过以上设计完成了12V 120W开关电源设计。关键词：电流控制型；PWM；反激式变换器；TL431；高频变压器；ABSTRACTIn this article,t
3、he features and principle of a current controlling mode pulse width modulation controller UC3843 and introduced. Then it analyzes the basic circuit and operating principle of switching power supply. At last, a kind of designing method of fly-back switching power supply based on UC3843 is presented.
4、It is mainly composed of rectification filter circuit and feedback circuit, two main chip for the UC3843,TL431, with UC3843 as control core devices, by using the basic principle of pulse width modulation, feedback circuit TL431 and photoelectric coupler as the core. Using field effect tube as switch
5、ing devices, the conduction and deadline fast, conduction loss is small, it can provide guarantee for the efficiency of switch power supply.The design of high-frequency transformer parameters and production process a direct impact on the performance of switching power supply, According to the workin
6、g frequency of power supply power and switch power supply,chooseEC42 ferrite core, power capacity to fully meet the power capacity to fully meet the design need .At the same time, supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit, while guarantees system of work safety.
7、 Through the above design completed the 12v,120w switching power supply design.Key Words：Current controlling mode； PWM；Flyback converter;TL431；High frequency transformer；目录1引言I2方案论证22.1 DCDC转换器的选择22.2PWM驱动电路开关器件的方案论证43原理概述54系统组成64.1整流滤波电路64.1.1EMI滤波器64.1.2桥式整流电路74.2反馈电路105硬件电路设计115.1光电耦合器115.2 NTC热敏
8、电阻器115.3基准电压125.4UC3843135.4.1 UC3843简介135.4.2UC3843原理145.5高频变压器设计156测试方案与测试结果17结论18参考文献19附录一：系统电路原理图20附录二：开关电源PCB图21致谢22天津职业技术师范大学2013届本科生毕业设计1引言随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电
9、路，叫做开关变换电路。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外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。
10、开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。252方案论证2.1 DCDC转换器的选择根据高频变换器的工作方式，可分为正激式和反激式等多种。高频变换器工作时是利用一功率开关器件的高速通断，从而使变换器
11、进行能量传输。当功率开关器件导通时，变换器进行能量传输，称为正激式；反之，即电子开关截止时，变换器进行能量传输，称为反激式。方案一：采用正激式变换器开关电源正激式变换器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。图2-1正激式变换器工作原理图正激式变换器开关电源工作原理：所谓正激式变换器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。图2-1是正激式变换器开关电源的简单工作原理图，图2-1中Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关
12、，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R是负载电阻。需要特别注意的是高频变压器初、次级线圈的同名端。如果把高频变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图2-2就不再是正激式变换器开关电源了。正激式变换器开关电源有一个最大的缺点，就是在控制开关K关断的瞬间开关高频变压器的初、次线圈绕组都会产生很高的反电动势，这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量产生的。因此，在图2-1中，为了防止在控制开关K关断瞬间产生反电动势击穿开关器件，在开关电源变换器中增加一个反电动势能量吸收反馈线圈N3绕组，以及增加了一个削反峰二极管D3。并且，正激式开关电源的体积
13、比较大，应用于较高电压输入，较大功率输出的场合。方案二：采用反激式变换器开关电源反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，体积比较小，输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高很多。并且在反激式开关电源中，在开关管关断的时候，反激式变换器的变压器储能向负载释放，磁芯自然复位，不需要加磁复位措施。因此，在一般电器设备中应用广泛。其核心部件包括开关、变压器、二极管和电容。开关由脉冲宽度调制（PWM）控制，通过闭合与导通在变压器两端产生高频方波信号。变压器将产生的方波信号以磁场感应的方式传递到次级线圈。通过二极管和电容的滤波整流作用，在输出端得到稳定的直流输出。所谓反
14、激式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源。反激式转换器的工作分为两个阶段，开关闭合和开关断开阶段。在开关闭合阶段，变压器的初级线圈直接连接在输入电压上。初级线圈中的电流和变压器磁芯中的磁场增加，在磁性中储存能量。在次级线圈中产生的电压是反向的，使得二极管处于反偏状态而不能导通。此时，由电容向负载提供电压和电流。在开关断开阶段，初级线圈中的电流为0。同时磁芯中的磁场开始下降，在次级线圈上感应出正向电压。此时二极管处于正偏状态，导通的电流流入
15、电容和负载。磁芯中存储的能量转移至电容和负载中。图2-2反激式变换器工作原理图Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。图2-2（b）是反激式变换器开关电源的电压输出波形。综上，本设计选择反激式开关电源。2.2PWM驱动电路开关器件的方案论证开关电源中的功率开关晶体管是影响电源可靠性的关键器件。开关电源所出现的故障中约60%是功率开关晶体管损坏引起的。用作开关的功率管有双极型晶体管BJT和MOSFET两种。方案一：功率开关器件使用双极型晶体管(BJT)。但是由于BJT是电流控制器件，需要直流电流驱动，驱动电路复杂。开关损耗大，对温度变化十分敏感。而
16、且工作时较之MOSFET开关管的噪声更大。方案二：功率开关器件使用场效应管（MOSFET）。用作功率开关管的MOSFET几乎全部都是N沟道增强型器件。这是因为MOSFET是一种依靠多数载流子工作的单极型半导体器件，不存在二次击穿和少数载流子的储存时间问题，所以具有较大的安全工作区，良好的散热稳定性。MOSFET的栅极驱动电路直接控制其沟道而使其导通，它是电压驱动，纯电容输入阻抗，低速驱动时不需要直流电流驱动，驱动电路简单。没有电荷存储效应，对温度不敏感，开关损耗小。而且开关速度快，具有驱动功率小，导通内阻小，器件功率容量大等优点，是目前广泛应用的开关器件。PWM驱动电路工作频率为1KHz，电流
17、峰值10A，选用场效应管作为开关器件比较理想。3原理概述3.1原理简述本次12V 120W开关电源设计，采用电压为12V，功率为120W，开关频率为100KHz。开关电源电路原理图如附录一。电路主要由整流滤波电路和反馈电路两部分组成。R31是负温度系数的NTC热敏电阻，对减小启动时的冲击非常有效。图中的T2、C8、C14、C15和C18组成EMI滤波器。以改善开关电源的电磁兼容性。220V交流经过整流滤波后得到300V左右的直流电压。当电源接通时，高压直流给UC3843供电，UC3843工作后，驱动场效应管，在高频变压器的原边就形成了高压的直流脉动，开关电源正常工作。同时，也在变压器的两组副边
18、上形成脉冲，一组经过整流滤波后供给UC3843，另一组整流滤波后形成12V直流电压。反馈电路以TL431和光电耦合器为核心，输出电压经过电阻R32、R40和W1分压后送入TL431的1脚，当电压高于2.495V时，TL431导通，光电耦合器工作，导致UC3843的2脚高电平，PWM关段，输出电压降低。反之，输出电压升高。高频变压器的设计是电源设计中的核心工作。高频变压器的参数和制作工艺直接影响开关电源的性能。根据电源功率和开关电源工作频率，选择EC42型铁氧体磁芯，功率容量充分满足设计需要。4系统组成4.1整流滤波电路图4-1为整流滤波电路。该电路主要由NTC热敏电阻器、EMI滤波器和桥式整流
19、电路组成。 图4-1 整流滤波电路将交流电变换为直流电的过程叫做整流。整流电路虽然可以帮交流电转换为直流电，但是所输出的都是脉动直流电压，其中含有较大的交流成分，保留脉动电压的直流成分，尽可能的滤除它的交流成分，这就叫滤波。进行整流滤波的设备叫做整流器。整流器一般有三部分组成。(1)整流变压器把输入的交流电压变为整流电路所要求的交流电压值。(2)整流电路由整流器件组成，他把交流电变换成方向不变但大小随时间变化的脉动直流电。(3)滤波电路把脉动的直流电变换为平滑的直流电供给负载。电力系统供电电压的波动，或者负载阻抗发生变化，都会引起整流器输出电压随之变化。4.1.1EMI滤波器EMI滤波器是一种
20、由电感和电容组成的低通滤波器，它能让低频的有用信号顺利通过，而对高频干扰有抑制作用，提高电子设备的抗干扰能力及系统的可靠性。干扰从形成特点来看，可分为串模干扰和共模干扰两种。EMI滤波器对串模、共模干扰都能起到抑制作用。串模干扰是两条电源线之间的噪声。共模干扰则是两条电源线对大地的噪声。因此，EMI滤波器应符合电磁兼容性的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面是要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰。为减小体积、降低成本。开关电源一般采用EMI滤波器，图4-2为EMI滤波器的原理图，从图中可以看出C1、C2、C5、用来滤除串模干扰，C3、C4用来滤除共
21、模干扰。图4-2 EMI滤波器4.1.2桥式整流电路1单相桥式整流电路的结构及工作原理单相桥式整流电路如图4-3所示，图中T1为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压u，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图4-2是其电路简化画法。单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。其波形如图4-4所示。原理分析:如图4-4所示，在变压器二次侧电压u的正半周，其极性为上正下负，即a点电势高于b点，此时二极管D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止，电流从变压器
22、副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器。于是在负载电阻RL上得到一个极性为上正下负的半波电压u0。在导通时二极管的正向压降很小，可以忽略不计，因此，可认为u0的这半个波和u的正半波是相同的，如图4-5中的段所示。其电流通路可用图1中实线箭头表示。在的u的负半周，其极性为上负下正，即a点电势低于b点，此时二极管D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器。同理，在负载上得到一个半波电压，极性依旧是上正下负，与前面得到的相同，如图4-5中的段所示。其电流通路如图4-5中虚线箭头所示。综
23、上所述，桥式整流电路巧妙地利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压（脉动电压即极性一定但大小变化的单向电压）。图4-3单相桥式整流电路简化画法图4-4整流变压器二次侧电压u的波形图4 -5整流电路相应的输出电压与电流的波形根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图4-5所示。由图可见，通过负载RL的电流iO以及电压uO的波形都是单方向的全波脉动波形。2 单相桥式整流的主要参数和计算根据以上分析，单相桥式整流得到单向脉冲电压，对于这种电
24、压，常用一个周期的平均值（非有效值）来说明它的大小。单相桥式全波整流电压的平均值：（4-1）式中U为变压器二次侧电压u的有效值。式 (4-1) 表明单相桥式全波整流电压与交流电压有效值之间的关系。由此得出整流电流（即负载电流）的平均值： （4-2）在以为周期的每一个周期内，每两个二极管串联导电时间只有半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即（4-3）该电路中还有一个不可忽视的参数，就是二极管反偏截止时所承受的最高反向电压。从图 1可得，当二极管D1和D3导通时，如忽略二极管的正向压降（将其视为导线），处于截止状态的D2和D4阴极电势就等于a点的电势，阳极电势就等于b点的
25、电势。所以，处于截止状态的二极管所承受的最大反向电压就是变压器二次侧电压的最大值，即（4-4）流过负载的脉动电压中含有直流分量和交流分量，可将脉动电压作傅立叶分析，分析结果为（4-5）4.2反馈电路目前大多数开关电源都采用离线式结构，一般从辅助供电绕组回路中通过电阻分压取样，该反馈方式的电路简单，但由于反馈直接从输出电压取样，没有隔离，抗干扰能力也差，所以输出电压中仍有2%的纹波。本电路中为解决这个问题采用了可调式精密并联稳压器TL431和光电耦合器PC817构成反馈电路。如图附录一所示，反馈电路以TL431和光电耦合器为核心，输出电压经过电阻分压后送入TL431的1脚，当电压高于2.495V
26、时，TL431导通，光电耦合器工作，导致UC3843的2脚高电平，PWM减小，输出电压降低。反之，输出电压升高。TL431和光电耦合器在第5部分主要元件介绍里做了详细介绍。5硬件电路设计5.1光电耦合器光电耦合器（Optical Coupler,OC）也叫光电隔离器（Optical Isolation,OI）,简称光耦。它是一种以红外光进行信号传递的器件，由两部分组成：一是发光体，实际上是一只发光二极管，受输入电流控制，发出不同强度的红外光；另一部分是受光器，受光器接收光照以后，产生光电流并从输出端输出。它的光电反应也是随着光的强弱改变而变化的。这就实现了“电光电”功能转换，也就是隔离信号传递
27、。光电耦合器的主要优点是单向信号传输，输入端和输出端完全实现了隔离。不受其他任何电气干扰和电磁干扰，具有很强的抗干扰能力。因为它是一种发光体，而且用低电平的电源供电，所以它的使用寿命长，传输效率高，而且体积小，可广泛用于级间耦合、信号传输、电气隔离、电路开关以及电平转换等。在开关电源电路中利用光电耦合器构成反馈回路，通过光电耦合器来调整、控制输出电压，达到稳定输出电压的目的，并可以通过光电耦合器进行脉冲转换。在光电内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。输出特性的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管
28、所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。当IF0时，在一定的IF作用下，所对应的IC基本上与VCE无关。IC与IF之间的变化成线性关系，用半导体管特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。在设计本次开关电源时，对光耦的选取原则是： 电流传输比是光耦合器的重要参数，通常用直流电流传输比来表示。当输出电压保持恒定时，它等于直流输出电流IC与直流输入电流IF的百分比。采用一只光敏三极管的光耦合器，CTR的范围大多为20%300%(如4N35)，而pc817则为80%160%。当CTR为80
29、%时，光电耦合器中的发光二极管需要较大的工作工作电流（5.0MA）才能控制电路的占空比。这样做的结果是增加了光电耦合器的功耗。当CTR160%时，若启动电流或输出负载发生突变，有可能发生误触发，即误关断，影响正常工作。要采用线性良好的光电耦合器。因为光电耦合器具有良好的线性时，电源控制调整十分有序，输出稳定可靠。因此，本设计中光电耦合器的采用为：光耦PC817。5.2 NTC热敏电阻器NTC是英文Negative Temperature Coefficient的缩写。其含义为负温度系数。NTC热敏电阻器是一种以过渡金属氧化物为主要原材料，采用电子陶瓷工艺制成的热敏陶瓷组件。它的电阻值随温度的升
30、高而降低。应用热敏电阻器时，必须对它的几个比较重要的参数进行测试如标称阻值、额定功率、B值范围等。一般来说，热敏电阻器对温度的敏感性高，所以不宜用表来测量它的阻值。这是因为万用表的工作电流比较大，流过热敏电阻器时会发热而使阻值改变。但用万用表也可简易判断热敏电阻器能否工作。在开机瞬间，电容器对电源几乎呈短路状态，其冲击电流很大，造成变压器过载。串联上NTC热敏电阻，这样在开机瞬间，电容器的充电电流便受到NTC元件的限制。开机15S后，NTC元件升温相对稳定，其上的分压也逐步将至零点几伏。这样小的压降，可视此元件在完成软启动功能后为短接状态，不会影响电器的正常工作。应用热敏电阻器时，必须对它的几
31、个比较重要的参数进行测试如标称阻值、额定功率、B值范围等。NTC热敏电阻器工作原理为：当温度低时，这些氧化物材料的载流子数目少，所以其电阻值较高；随着温度的升高，载流子数目增加，所以电阻值降低。NTC热敏电阻器在室温下的变化范围在101000000欧姆，温度系数2%6.5%。NTC热敏电阻器可广泛用于测温、控温、温度补偿等方面。如图5-1为负温度系数热敏电阻曲线图。图5-1负温度系数热敏电阻曲线图5.3基准电压德州仪器公司（TI）生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值，典型动态阻抗为0.
32、2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路，其内部结构图如图5-2。图5-1为该器件的电路符号，3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。图5-1 TL431电路符号和等效电路由图5-1可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图5-1的电流将从1mA
33、到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的。图5-2 TL431 内部结构图5.4UC38435.4.1 UC3843简介UC3843是一种高性能固定频率电流型控制器，包含误差放大器、PWM比较器、PWM比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电压和欠压锁定单元。其各引脚功能简介如下：1脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。2脚FEED BACK是反馈电压输出端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电
34、压进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。3脚ISENSE是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管的源极串联一个小电阻的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3843就停止输出，有效地保护了功率开关管。4脚RTCT是定时端。锯齿波振荡器处接定时电容C和定时电阻R的公共端。5脚GND是接地。6脚OUT是输出端，此脚为图腾柱式输出，驱动能力是1A。这种图腾柱结构对被驱动的功率管的关断有利，因为当三极管VT1截止时，VT2导通，为功率管关断时提供了低电阻的反向抽取电流电路，加速功率管的关断。7
35、脚Vcc是电源。当供电电压低于16V时，UC3843不工作，此时耗电在1mA以下。当输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入电压可在10V至30V之间波动，低于10V停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。8脚VREF是基准电压输出，可输出精准的5V基准电压，电流可达50mA。UC3843的电压调整率可达0.01，工作频率为500KHZ，启动电流小于1mA，输入电压为10V至30V，基准电压为4.9V至5.1V，工作温度为0至70，输出电流为1A.5.4.2UC3843原理UC3843是一种单端输出电流控制型电路，其最大的优点是外围元器件极少，外电路装
36、配非常简单，而且性能优越，成本低廉，驱动电平非常适合驱动MOS场效应管。其原理框图如图5-3所示。它有两个控制闭合环路，一个是输出电压反馈回误差放大器，用于同基准电压比较后产生误差电压；另一个是电感(变压器初级)中电流在反馈电阻Rs上产生的电压与误差电压进行比较产生调制脉冲的脉宽，这些都是在时钟所限定的固定频率下工作。由于误差信号实际控制着峰值电感电流，故称其为电流型脉宽调制器。UC3843的线性调整率(电压调整率)非常好，可达0.01V，非常接近线性稳压电源的调整率，工作频率可达500khz，启动电流为1mA，所以它的启动电路非常简单。还设有过流保护电路，当电流检测端电压达到1V，脉宽调制器
37、就立即关闭，而这种峰值电感感应检测技术可以灵敏地精确地限制输出的最大电流。内部还设有欠压锁定电路，其开启电压为8.4V，关闭阀值为7.6V，UC3843的电源可以由高压直流电通过一个降压电阻来提供，0.8V的启动关闭的差值电压可有效地防止电路在阀值电压附近工作时产生振荡。在UC3843的电源输入端设有一个36V稳压二极管，保证其内部电路绝对在36V以下工作，防止高压带来的损坏，5V的基准电压由8脚引出，基准电压再降至2.5V，为误差放大器的同相输入端提供基准电压。图5-3 UC3843原理框图UC3843的输出为图腾式，输出给开关管的平均电流为200mA，最大峰值电流可达1A，输出低平电为1.
38、5V，输出高电平电压为13.5V，故适宜驱动晶体管或MOSFET管。UC3843内设置有PWM锁存器，可保证输出端在每一振荡周期内仅出现一个控制单脉冲，防止噪声干扰和功率管的超功耗。UC3843芯片8脚和4脚之间接RT，4脚和5脚之间接CT，8脚5 V基准电源经RT给定时电容CT充电，振荡器的工作频率f为：f= 1.8/(Rt*Ct) （5-1）5.5高频变压器设计高频变压器的设计是电源设计中的核心工作。高频变压器的参数和制作工艺直接影响开关电源的性能。根据电源功率和开关电源工作频率，选择EC42型铁氧体磁芯，它的中心柱截面积Ae=1.69cm2，功率容量充分满足设计需要。首先计算原边绕组的电
39、感量： Lp=E2tON22TPIN （5-2）式中，E是电网输入整流滤波后的直流高压，取值E=+300V；T是高频开关电源的工作周期，取T=10s（即工作频率为100KHz）；tON是主功率开关管导通时间，设最大占空比为0.5，则最大导通时间为5.0s；PIN是电源输入功率，它与输出功率PO的关系式为：PO=PIN，取效率90，PO120w，则PIN1200.9133W，代入上式得到： Lp=3002(510-6)221010-6133103mH=846(H) （5-3）然后计算原边绕组的峰值电流： Ip=EtONLp=300510-60.84610-3=1.77A (5-4) 最后计算原边
40、绕组线圈匝数，有两种计算公式可大致估算，一种是： Np=EtON108Ae(Bm-Br)=1。770.84610-31081.69(1500-500)=70.5 （5-5）原边绕组线圈匝数约为71匝。由于高频变压器加气隙后的剩余磁感应强度很小，故工作此密度可取二分之一的饱和磁密，即取Bm=2500GS，则原边匝数减小到45匝；如果取Bm=2000GS，原边绕组匝数变为68匝，可见匝数的调节有一个较宽的范围。另一种估算公式为： Np=VIN MAX1084 f Bm Ae=341108410010310001.69=50.4 （5-6）因此原边绕组约为51匝。显然，上述两个计算公式得到的匝数值相
41、差较大。实验证明，原边绕组匝数过多，电感量过大，要得到同样电感量846H，必须增大气隙，使漏感增加，这会使主功率开关管的关断电压尖峰增大，电源损耗增加，效率则下降。说明理论值只能作为参考，最佳的绕组数据需要通过反复实验来确定，特别要注意满载60分钟后磁芯温度温升最好不超过60摄氏度（不烫手）。6测试方案与测试结果6.1开关电源测试开关电源的纹波测试，使用仪器为UT61D型数字万用表和AT7328型示波器（20MHz）。在开关电源输出连接电流表和负载，调整负载改变输出电流，在不同的电流值下，用示波器测量电源输出的纹波的峰-峰值。纹波测试结果如表6-1所示。从测试结果可以看出纹波电压很小，电源开关
42、状态很好。表6-1 开关电源纹波测试数据表输出电流（A）纹波电压（mVP-P）0501524607651070 表6-2开关电源电压调整率测试数据表输出电流（A）输出电压（V）电压调整率（）012.07112.07412.051.66712.042.491012.024.14开关电源的电压调整率测试，使用仪器UT61D型数字万用表。在开关电源输出连接电流表和负载，调整负载改变输出电流，在不同的电流值下，用万用表测量输出电压。电压调整率测试结果如表6-2所示。从测试结果可以看出开关电源的电压调整率极小,PWM控制器的精度很高,反馈电路分辨率很大。结论结论本次12V120W开关电源设计，在设计期间
43、翻阅了许多开关电源的相关资料，对开关电源整流滤波电路、反馈电路等部分做了较为深入的了解，本设计基本上反映了开关电源的功能以及用途。在本次开关电源设计中，基本达到各项性能指标，且精确度高，效率高，可靠性高，但由于时间有限，很多问题都没有考虑周全，还有一些未理解的问题和难点，如这次设计的直流稳压电源还有需要改进之处：在输出端还可以添加一个数模转换模块，它可以实现将输出的电压通过显示管直接将电压显示出来，这样可以显得更直观化，用户用得更方便、更实用。通过这次设计，我从中获得了很多有用的东西。比如说，在以前上课时没听懂的知识，现在通过自己的进一不了解，再结合自己以前所学的知识，对它有了新的认识。在此同
44、时，我还学到了新的知识，在了解这一方面知识的同时，我好查阅了相关的图书和了解了网上最新的技术，为此，对我以后设计的进行打下了深厚的基础，今后我会继续研究这个课题，使设计开关电源的性能更高，功能更完善。参考文献参考文献1普利斯曼(Abraham I.pressman)、比得斯(Keith Billings)、莫瑞(Taylor Morey)、王志强.开关电源设计M.电子工业出版社, 2010.2王志强.精通开关电源设计M.人民邮电出版社, 2008.3张占松、汪仁煌。开关电源手册M.人民邮电出版社,2012.4马洪涛、沙占友、周芬萍.开关电源制作与调试D.中国电力出版社,2010.5长谷川彰、何
45、希才.开关稳压电源的设计与应用M.科学出版社,2011.6沙占友、庞志锋.开关电源外围元器件选择与检测M.国电力出版社,2009.7沙占友、王彦朋.开关电源实用技术500问M.中国电力出版社, 2012.8麦克莱曼 (COLONEL WM.T.MCLYMAN)、龚绍文.变压器与电感器设计手册M.中国电力出版社, 2009.9杨晖.开关电源维修技能实训M.科学出版社,2011.10慕丕勋、冯桂林.开关稳压电源原理与实用技术D.科学出版社, 2005.11户川治朗、宗光华.实用电源电路设计:从整流电路到开关稳压器M.科学出版社,2006.12钱振宇.开关电源的电磁兼容性设计测试和典型案例/开关电源设计与制作系列丛书D.电子工业出版社, 2011.13杨恒.开关电源典型设计实例精选M.中国电力出版社,2007.14科特尔(Bruce Carter)、姚剑清.运算放大器权威指南M.人民邮电出版社,2010.15蔡宣三.开关电源设计与制作基础/开关电源设计与制作系列丛书M.电子工业出版社,2012