小功率开关电源课程设计报告

《电力电子技术》

课程设计报告

小功率开关电源的设计目：题华中科技大学

录目

第1章课程设计目的 (4)

第2章课程设计题目描述与要求 (4)

1 题目描述 (4)

2 设计要求 (5)

第3章开关电源的基本工作原理与电路结构 (5)

1 开关电源的概述 (5)

1.1开关电源的工作原理以及组成 (5)

1.2开关电源的特点 (7)

2 开关器件 (8)

2.1 开关器件的特征 (8)

2.2

MOSFET (8)

2.3 电力二极管 (9)

3 PWM开关电源的基本原

理 (9)

第4章具体设计 (10)

1 主电路设计 (10)

1.1输入电路 (10)

1.2 整流滤波电路 (11)

2 控制电路设计 (12)

2.1 UC3842的特点………………………………………………………………

12

2.2 UC3842的引脚排列及内部框图 (13)

2.3 基于UC3842的控制电路 (14)

3 总体电路设计 (14)

3.1 总体电路框图 (14)

15

…………………………………………………………整体电路设计说明

3.2

3.3 总体电路设计图………………………………………………………………

16

第5章印质电路板的焊接及调试 (17)

第6章课程设计总

结 (18)

参考文献 (19)

章课程设计目的第1

电源和驱动是电力电子技术的两大主要应用领域。课程设计的主要任务是设计和实现一个直流电动机的脉宽调速（直流PWM）驱动电源及控制用小功率开关电源。其目的是通过对实际电力电子装置的设计、制作和调试，深化和拓展课程所学知识，提高工程实践能力。

本次课程设计的安排旨在提升学生的动手能力，加强大家对专业理论知识的理解和实际运用，通过团队成员之间的密切配合，加强团员的合作协调能力。通过本次课程的历练，加强大家的自学能力，为大家做毕业设计做很好的铺垫。

第2章课程设计题目描述与要求

1题目描述

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。

2 设计要求

根据电压等级要求，设计主电路及控制电路，实现电路及设备的保护，选定所需的电气元件，并对系统进行制作、焊接并调试。最后提交设计说明书和一份完整的开关电源原理图。

针对这个需求，本设计要求利用PWM控制芯片UC3842，设计一个小功率开关电源，具体指标如下：

输入交流电压变动范围：AC 65～265V；

输入频率：50/60Hz；

输出电压：稳定的DC 36V；

输出电流：≤2A；

控制电路形式为它激式，采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高，变压器、电感器的体积越小，电路的动态响应也越好。但随着频率的提高，诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出，而且频率越高，对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料，整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较[9]。困难。在本电源中，选定工作频率为43kHz

第3章开关电源的基本工作原理与电路结构

1 开关电源的概述

1.1开关电源的工作原理以及组成

开关电源主要是进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置，通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。主变换回路将输入的交流电转换后传递给了负载，所以它决定了开关电源电路的结构形式、转换要求以及负载能力等一系列的技术指标；而控制回路是按照输入，输出技术指标的要求来进行检测，控制主变换回路的工作状态。

本设计开关电源控制集成电路主要包括电源电路、滤波整流电路、升压斩波电路以及UC3842控制芯片构成的控制电路。由于此为小功率开关电源，故电路设计不包括各

种反馈电路以及各种保护功能电路。

在开关点的变换过程中，用高频变压器隔离称为离线式开关变换器，常用AC/DC 变换器就是离线式开关变换器。开关电源的工作原理框图如图2.1所示。

开关稳压电源

II OIN

DC-D隔整流=18V AC=220V A变压滤变换OIN2

2.1 开关电源电路框图图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，控制开关进行说明。图中输入的元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图2.2是一个受开关脉冲控制的开关为受控开关，S 经开关S加至输出端，直流不稳定电压Ui变成矩形Ui调整管，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压。脉冲电压。这个脉冲电压经

滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压Uo SUUiT

0ON

V UUi0ttt000(b)(a)

开关电源的工作原理2.2 图

图为波形图。图为电路图，上图中，ab 为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下：

T ON?D公式(2.1) T上式中，T表示开关S的开关重复周期；T表示开关S在一个开关周期

中的导通时on间。

开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系：

公式（2.2Uo = Ui）

由式(2.1)和式(2.2)可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间Ton，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变Ton来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持Ton不变，利用改变开关频率f=1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变Ton，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。

1.2 开关电源的特点

开关电源具有如下特点：

(1) 开关器件节能（效率一般可达85%以上）。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗比较小，但是效率较高，一般在80%～90%，高的甚至可达90%以上；

(2) 体积小、重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，从而使其重量大大减轻，只有同容量线性电源的1/5，体积也在很大程度上缩小了；

(3) 稳压范围宽。开关电源的交流输入电压在90~270 V内变化时，输出电压的变化在±2%以下。合理设计开关电源电路，还可使稳压范围更宽并保证开关电源的高效率；

（4）安全可靠，具有各种保护功能。在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护电路，因此当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠；

(5) 功耗小。由于开关电源的工作频率高，一般在20KHz以上，因此滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；特别是由于功率开关管工作在开关状态下，