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1、桂林电子科技大学 （开关电源电路设计与制作） 实训论文说明书 题目： uc3842 开关电源 院 （系） ：信息与通信学院 专业：电子信息工程 班级： 学号： 姓名： 指导教师： 填表日期：2012 年12 月18 日 桂林电子科技大学 1 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
2、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 桂林电子科技大学 2 Abstract This paper presents a UC3842, UC3842 application characteristics, based on the current-mode PWM control chip, adjustable output voltage switching power supply circuit design as
3、the control core. The switching power supply is the use of modern electronic technology, controlling the time ratio of the switching transistor turn on and off to maintain a stable output voltage of a power supply, the switching power supply are generally and MOSFET constituted by a pulse width modu
4、lation (PWM). The switching power supply and compared to the linear power supply, the costs of both as the output power increases to grow, but the growth rate of the two different. The switching power supply is higher than ordinary linear power efficiency, the development and application of the swit
5、ching power supply to save energy, conserve resources and protect the environment are of great significance. Keywords: UC3842; switching power supplies; PWM 桂林电子科技大学 目录 引言. 1 一开关电源概述. 1 1.1 开关电源发展历史与应用力. 1 1.2 研究的目的及意义. 1 1.2.1课题研究的目的 1 二 UC3842的原理及技术参数 2 2.1 UC3842 的原理和概述 2 2.2 UC3842 的技术参数 3 三 12V
6、/5A 单端反激开关电源原理 5 3.1 12V/5A电路原理图 5 3 .2. 1 系统原理 . 6 3 .2. 2 启动电路 . 6 3. 2. 3 反馈电路 . 6 3. 2. 4 输出整流滤波电路. 7 谢辞. 9 参考文献 . 10 桂林电子科技大学 1 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
7、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 一开关电源概述 1.1 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MOS-FET）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。 1.2 研究的目的及意义 1.2.1 课题研究的目的 随着社会经济的发展，人类已经进入工业时
8、代，并正在转入高新技术产业 迅猛发展的时期，电源是向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。本 论文的目的就是查阅相关资料，掌握开关电源的内部结构， 学习怎样设计小功率 开关电源的方法，这以后从事相关事业打下基础，开阔视野，从而提高自身的能 力。 1.2.2 课题研究的意义课题研究的意义在于：当代许多高新技术均与电源 的电压、电流、频率、相位和波形等基本技术参数的变换和控制相关，电源技术 能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，因此，电源技术不但本身是一 种高新技术， 而且还是其评它多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进 一步发展必将为大幅度节约电能、 降低材料消耗以及提高生产效率
9、提供重要的手 段，并为现代生产和现代生活带来为深远的影响。 桂林电子科技大学 2 二UC3842的原理及技术参数 2.1 UC3842 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。 图1 UC3842 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0.12mA ） 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
10、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； 桂林电子科技大学 3 脚是反馈电压输入端，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，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； 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， f=1.8/(RT CT)； 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
11、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。 2.2 UC3842 的技术参数 图2UC3842电路结构图 桂林电子科技大学 4 图3封装外形图 桂林电子科技大学 5 三12V/5A 单端反激开关电源原理 3.1 12V/5A电路原理图 图4电路原理图 桂林电子科技大学 6 3 .2. 1 系统原理 本文以 UC3842 为核心控制部件，设计一款AC 220V 输入， DC 12V 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，
12、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。 3 .2. 2 启动电路 如图 2 所示交流电由 C16、L1、C15 以及 C14、C13 进行低通滤波，其中 C16、C15 组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；C14、C13、L1 组成抗共 模干扰电路， 用于抑制共态噪声干扰。 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
13、 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 85V，UC3842 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
14、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。 3. 2. 3 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， R4、R5 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
15、 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 桂林电子科技大学 7 较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。R7、R8 的阻值是这样计算的： 先固定 R7 的阻值，再计算 R8 的阻值，即 3. 2. 4 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
16、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D6、D7 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
17、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Vin/K(K 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 )就开始和关断的整流二极管
18、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， 桂林电子科技大学 8 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。 四实训小结 就这样实训进入了尾声， 在剩余的时间里， 我们主要是查一些资料以便我们 更详细的了解实验原理， 完成最后的学习报告。 在这短短两周的课程设计过程中， 我们收获的不仅仅是一个收音对讲成品，更重要的学会了解决问题的方法和探索 问
19、题的途径， 我们收获了信心， 这对于即将踏上工作的应届毕业生是十分宝贵了 一份经历， 我想凭借这这几年学到的知识和认真踏实的为人处事态度，我们一定 会在未来的工作生涯中崭露头角，为学校争光， 更为了报答父母这么多年来的辛 苦栽培。 在这里，我要感谢在一起不断努力的同学门，还有就是不断给我们参考和意 见的班老师和胡老师， 是你们让我们可以顺利的完成这一课程实训设计，并且让 我们学到了许多在书本上学不到的知识和遇到问题是所需的逻辑思维能力和团 队协作精神。 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、
20、 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。 桂林电子科技大学 9 谢辞 在童有为老师的耐心指导下及同学的帮助下使我顺利的完成了本次的课题 实训内容。是老师的耐心指导， 使得我明确设计方案的思路， 是同学的热诚帮助， 让我在困难中不断进步。本次毕业设计，不但使我巩固了自己的专业知识，扩展 了自己的视野及知识范围， 提高了自己的动手能力， 而且对高频电子线路有了更 加深刻的理解， 尤其对此次设计涉及到的知识点认识更加深刻，
21、例如调制、解调、 混频、放大等等。同时也熟悉了一些相关的集成芯片，对各个芯片的工作原理、 电路结构、以及典型应用电路有了一定的了解。相信这次设计，会对我以后从事 模拟电子线路方面的工作打下很好的基础。 桂林电子科技大学 10 参考文献 1、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，205-211 2、阮新波、严仰光，脉宽调制 DC/DC 全桥变换器的软开关技术 . 北京：科学出版 社，1999 3、叶慧贞、杨兴洲，开关稳压电源，国防工业出版社， 1990 4、蔡宣三、龚绍文，高频功率电子学，第一版，科学出版社，1993 5、林渭勋 . 现代电力电子电路 . 杭州：浙江大学出版社，1992 6、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， 2005.10