UC3842脉宽调制高频开关稳压电源设计正文

目录

第1章概述 (1)

第2章系统总体方案确定 (3)

2.1 工作原理 (3)

2.2 系统组成 (4)

第3章主电路设计 (5)

3.1 主电路的设计 (5)

3.2 主电路元器件的计算及选型 (6)

3.2.1 设计依据主要参数 (6)

3.2.2 高频变压器的选择 (6)

3.2.3 芯片选择 (7)

3.3 主电路保护环节的设计 (8)

第4章控制电路设计与分析 (10)

4.1 降压整流滤波电路 (10)

4.2 PWM脉冲控制驱动电路 (11)

4.3电路输出部分的设计 (13)

第5章实验与仿真 (15)

5.1 仿真电路图 (15)

5.2 实验结果及结论 (16)

第6章总结 (18)

附录 (19)

第1章概述

在信息时代，农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电源产业提出个更多、更高的要求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。

随着半导体技术和微电子的高速发展、集成度高、功能强的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断的缩小，重量在不断的减轻。所有从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十分理想，他们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途径来取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备为小型化的需要。

开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之有一组输入得到极性、大小各不相同得多组输出。要进一步提高开关稳压电源的效率，就必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路中的元件又有了新的要求。例如，高频电容、开关管、开关变压器、储能电感等都会出现新的问题。进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件，是从事开关稳压电源研制的科技人员要解决的问题。

工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用因而串联闲心稳压电源不产生开关干扰，且波纹电压输出较小。但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和

电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网，影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着爱管稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进，开关稳压电源的这一缺点得到进一步地克服，可以达到不妨碍一般的电子仪器、设备和家用电器正常工作的程度。

第2章系统总体方案确定

开关稳压电源被誉为“新型高效节能电源”，它代表着稳压电源的发展方向。由于内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量极低，电源效率可以达到80%以上，比串连调整线性稳压电源的效率提高近一倍。电压控制型开关电源会对开关电流失控，不便于过流保护，并且响应慢、稳定性差。与之相比，电流控制型开关电源是一个电压、电流双闭环控制系统，能克服电流失控的缺点，并且性能可靠、电路简单。利用电流控制型脉宽调制芯片UC3842为核心设计的开关稳压电源，电路结构简单、成本低、体积小、易实现，并且可以克服电压型脉宽调制器开关稳压电源频响慢、电压调整率低和负载调整率低的缺点。

2.1 工作原理

简单来说就是电网工频交流先整流为固定直流，通过功率变换（高频逆变）得到20－50KHz的高频交流，再经高频整流与滤波，得到所需的直流。其工作原理如图2-1如下：

2.2 系统组成

电路由两个大的部分组成：即主电路和控制电路。

(1)主电路由以下部分组成：

线路滤波器、电力二极管形成的全波整理电路、高频变压器，包括初级线圈和次级线圈、变压器二次侧整流电路和线路滤波器

(2)控制电路由以下部分组成：

脉冲发生芯片UC3842以及周边电路、功率开关管（主要以MOSFET 作为高频开关器件）、自馈线圈

根据经验和实验结果，检测电阻上的电压会出现较大的尖峰电压，所以主电路和控制电路中都需要加上尖峰电压消除电路。另外考虑到在实际应用中很可能因为各种原因或电路本身的特性造成炸管等不安全现象，所以还需加入保护电路。

第3章主电路设计

3.1 主电路的设计

如图3-1所示，电路主要由三部分组成：

（1）降压整流滤波电路，这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。

（2）PWM脉冲控制驱动电路，它的主体是一个UC3842芯片，以及它的外围电路组成。用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作，并且它自带保护脚③，很简单方便。

（3）输出部分，它是由一个升压直流斩波电路构成，结构原路简单。

图3-1

3.2 主电路元器件的计算及选型

3.2.1 设计依据主要参数

（1）输入输出电压：单相（AC）220（1+15%）、15V（DC）（2）输出电流：≤5A

（3）电压调整率：≤1%

（4）负载调整率：≤1%

（5）效率：≥0.8

（6）功率因数：≥0.8

3.2.2 高频变压器的选择

高频变压器初级线圈的储能值W，初级线圈、自馈线圈和次级线圈的匝数N1、N2、N3，需要通过计算求得。

L=η(V Imin*D max)/2P o f o(1)

W=0.5·L·I2(2)

N1=2×107W/B·S J·I (3)

N2=[N1(V O+V F)(1-D max)]/V Imin·D max(4)

N3算法与N2相同

其中：

η为电源效率

P o为额定的输出功率

f o为开关功率管的开关频率

L为高频变压器初级线圈的电感量

I为短路保护的过载电流

B为磁性材料的饱和磁通密度