单端反激式开关稳压电源设计(完整版)仿真 PCB

5 总结和体会 .................................................................................................................................1 5 参考文献 ...........................................................................................................................................1 6 附 录 1：总体电路图 ................................................................................................................ 1 7 附 录 2：PCB 图 ............................................................................................................................1 8
XXXXX 本科课题设计
单端反激式开关稳压电源
学生姓名： 学生学号： 院（系） ： 年级专业： 指导教师：
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二〇一三年十二月
摘
要
电源是实现电能变换和功率传递的主要设备 。 在信息时代， 农业、 能源、 交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、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。 UC3842 是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因 使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度 ，亦即占空比 D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842 可 以 直 接驱动 MOS 管、 IGBT 等，适合于制作 20～80W 小功率开关电源。由于 器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电 路设计中“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。 关键词 ：开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBT
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1 设计要求
电源设计指标
小型电源输入、输出参数如下： 输入电压：AC 110/220V； 输入电压变动范围：90～240V； 输入频率：50/60Hz； 输出电压：12V； 输出电流：2.5A。 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困难。在本电源中，选定工作频率为 85kHz.。
2.5 直流输出与反馈电路
当开关管导通时，整流电压加在变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在 变压器中，开关管截止后，能量通过次级绕组释放到负载上。由公式：
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Uo=(Ton/(n T0 ff ))E
（2－1）
可以得出，输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比；与初，次级 绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。
3 设计过程 ........................................................................................................................................7
3.1 变压 器和输 出电感的设计 ................................................................................................. 7 3.2 电路 仿真波形 ......................................................................................................................8
2.1 开关 稳压电 源系统总体框 图 .............................................................................................2 2.2 电路 结构的 选择 ...................................................................................................................2 2.3 启动 电路 ...............................................................................................................................3 2.4 PWM 脉冲 控制驱动电路 .................................................................................................. 4 2.5 直流 输出与反馈电 路 ...................................................................................................... 4 2.6 总体 电路图分析 ................................................................................................................. 6
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2 设计方案
2.1 开关稳压电源系统总体框图
2.2 电路结构的选择
小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，电源结构简单， 工作可靠，成本低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关电流小，输出 纹波小，更容易适应高频化。用电流型 PWM 控制芯片 UC3842 构成的单端正激式 开关稳压电源的主电路如图 4-1 所示。 单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。在 图 4-1 中，开关管 VT 导通时 V1 导通，副边线圈 N2 向负载供电，V4 截止，反馈电 线圈 N3 的电流为零；VT 关断wenku.baidu.com V1 截止，V4 导通，N3 经电容 C1 滤波后向 UC3842⑺ 脚供电，同时原边线圈 N1 上产生的感应电动势使 V3 导通并加在 RC 吸收回路。由 于变压器中的磁场能量可通过 N3 泄放，而不像一般的 RCD 磁通复位电路消耗在 电阻上，达到减少发热，提高效率的目的。
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图 2－1 单端正激式开关电源的主电路图
2.3 启动电路
图 2－2 输入 220v 交流电，经过 C1、 L、 C2 进行低通滤波 滤波后的交流 电压经 D1～D4 桥式整流以及电解电容 C1、 C2 滤波后变成 3l0V 的脉动直流电压， 此电压经通过电阻 R18 分压给 uc3842 提供启动电压，当电压达到 16v 时达到芯 片的启动电压， UC3842 开始工作并提供驱动脉冲，uc3842 的启动电压大于 16 V， 启动电流仅 1 mA 即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在 10～34 V 之间，负载电流为 15 mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态， 无驱动脉冲输出。
图 2－4 直流输出与反馈电路 反馈电路采用精密稳压器 TL431 和线性光耦 PC81。利用 TL431 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 2－4 输出电压经 R9， R11 分压后得到的取样电压， 与 TL431 中的 2.5 V 带隙基准电压进行比较。当输出电压出现正误差，取样电压>2.5 V，TL431 的稳 压值降低，光耦控制端电流增大，UC3842 的反馈端(VFB)电压值增大，输出端的 脉冲信号占空比降低，开关管的导通时间减少，输出电压降低；反之，如果输出 电压出现负误差，UC3842 的输出脉冲占空比增大，输出电压增高，达到稳压目 的。 在对电压精度要求高的场合，会把电压反馈信号从补偿端(CMOP)输入，不 用 UC3842 的内部放大器，因此反馈信号的传输缩短了一个放大器的传输时间， 使电源的动态响应更快。
4 PCB 设计 ....................................................................................................................................... 11
4.1 PCB 设计 规范 ....................................................................................................................11 4.2 PCB 设计 图 ........................................................................................................................ 14
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目
录
摘 要 ................................................................................................................................ I 1 设计要求 ........................................................................................................................................1 2 设计方案 ........................................................................................................................................2
图 2－2 高频滤波整流电路
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2.4 PWM 脉冲控制驱动电路
图 2－3 PWM 脉冲控制驱动电路
7 （vcc）管脚， 图 2－3 由分压电阻 R18 提供分得的电压接入 uc3842 的○ 6 端（output）输出推动开关管工作，输出信号为高低电 uc3842 启动工作，由○ 压脉冲。高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时把能量储 6 存在变压器中。 根据同名端标识情况， 此时变压器各路副边没有能量输出。 当○ 脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持 电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能 量。同时反馈线圈向 UC3842 供电。UC3842 内部设有欠压锁定电路，其开启和关 闭阈值分别为 16V 和 10V，电源电压接通之后，当 7 端电压升至 16V 时 UC3842 开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为 15mA。 由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现 短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保 护功能。如图 4－3 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，R6 两端的电压上升，其中 R19 和 C8 组成滤波电路防 止脉冲尖峰使电路误操作，UC3842 的脚 3 上的电压也上升。当该脚的电压超过 正常值 0.3V 达到 1V(即电流超过 1．5A)时，UC3842 的 PWM 比较器输出高电平， 6 无输出，MOS 管 S1 截止， 使 PWM 锁存器复位，关闭输出。这时，UC3842 的脚○ 从而保护了电路。