开关电源

一、实验名称

60W-12V开关电源制作

二、实验目的

1. 学习开关电源技术

2. 学习电子电路组装、调试技术

3．掌握较高电压电路的安全调试技术

4. 练习相关仪器设备的使用

三、实验要求

1.输入电压AV220V，调节输出电压为DC12V，输出功率60W。

2.掌握电路板焊接工艺。

四、实验介绍

（一）开关电源介绍

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关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MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

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，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征：①电源电压和负载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；②输出与输入之间有良好的电气隔离；

③可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。本次实验是要采用UC3842制作一路输出的AV220V-DC12V的30W开关电源。

（二）开关电源原理

电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路采用单端反激式拓扑。控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能，电路电流环控制采用UC3842内部电

流环，电压外环采用TL431和PC817构成外部误差放大器。

输入市电首先经过滤波、整流后变换为直流电压，再经过直流变换器变换为所需的直流电压；通过检测和控制电路对其输出进行调整。

图4-1 开关电源基本结构框图

（三）主要元器件介绍

1、UC3842

〈1〉UC3842简介：

UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直直流变换器应用而设计的，这些集成电路具有可微的振荡器，能进行占空比的控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输入，是驱动功率MOSFET的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。

〈2〉UC3842的工作原理及引脚功能：

UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。该调制器单端输出，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其主要优点是其管脚效应少，外围电路简单，电压调整率可达0.01%，工作频率最高达500KHz，启动电流小于1mA，正常工作电流为5mA，并可利用高频变压器实现与电网的隔离。该芯片集成了振荡器、具有高温补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电流、输入和基准欠电压锁定电路以及PWM锁存器电路。

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：

①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；

②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；

③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；

④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=1.72/(RT×CT)；

⑤脚为公共地端；

⑥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 ；

⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；

⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。

〈3〉UC3842的引脚排列及内部框图

UC3842采用DIP-8封装如上图4-2，管脚I V 、O V 、GND 端分别接

输入电压、输出电压、地。

REF V 为内部5.0V 基准电压引出端。T R /T C 是外接定时电阻、定时电容的公共端。UC3842内部框图如图2,其主要包括5.0V 基准电源，振荡器、误差放大器，过流检测电压比较器、PWM 锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34V 稳压管。

图4-2 UC3842结构图

①5V 基准电源：内部电源，可以提供5V/50mA 的输出。

②振荡器：决定电源开关频率，RT 接在4脚和8脚之间，CT 接4脚、GND 和5脚之间。

③误差放大器：由VFB 端输入的反馈电压和2.5V 做比较，误差电压COMP 用于调节脉冲宽度。COMP 端引出接外部RC 网络，以改变增益和频率特性。

④电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流，当UISENSE>1V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过流保护的目的。

⑤欠压锁定电路UVLO：开通阈值16V，关闭阈值10V，具有滞回特性。

⑥PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐个脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管用于保护，防止器件损坏。

⑦输出电路：图腾柱输出电路，输出PWM触发信号，可驱动MOS管及双极型晶体管。

2、PC817

PC817是常用的线性光耦，广泛用在电脑终端机、可控硅系统设备、测量仪器、影印机、自动售票、家用电器，如风扇、加热器等。电路之间的信号传递，常常在各种要求比较紧密的功能电路中被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。

〈1〉PC817的特点及内部引脚

电流传输比 (CTR: MIN. 50% at IF=5mA ,VCE=5V)

高隔离电压:5000V有效值

紧凑型双列直插封装,PC817为单通道光耦,PC827为双通光光耦,PC837为三通道,PC847为四通道光耦.