多路开关电源的研究和设计【开题报告】

开题报告

电气工程及其自动化

多路开关电源的研究和设计

一、课题研究意义及现状

随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。电子设备的小型化和低成本使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而取代传统技术设计制造的连续工作的线性电源，并广泛应用于电子、电气设备中。[1]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。[4]开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线形电源不同的是，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。[2-3]

与线性电源相比，PWM开关电源更为效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。[8]一些电力电子组件(PEBB)的研究、功率集成技术的研究、新型原材料和元器件的研

究都希望从不同程度上提高电源的整体品质。电源相关技术的研究正处于迅速发展的阶段，

可以预计下面几个问题是开关电源发展的永恒方向。

①开关电源的频率要高，这样动态响应才能快。配合高速微处理器工作是必需的

是减小体积的重要途径。

②体积要减小，变压器、电感、电容都要减小体积。

③效率要高，产生的热能会减少，散热会更加容易，易于达到高功率密度。

自20世纪90年代以来，开关电源的发展更是日新月异。许多新的领域和新的要求又对开关电源提出了更新更高的挑战。如果从一个开关电源的输入和输出端口观察，可以发现输入的要求变得更严了，不符合IEC1000-3-2标准的产品将陆续被淘汰；输出则派生了许多特殊的应用领域，研制和开发的难度变得更大了。正是这些外界的要求推动了开关电源的两个分支技术一直成为当金电力电

子领域的研究课题，它们是有源功率因数校正技术和低压大电流高功率DC/DC变换技术。另外，由于技术性能和要求的提高，许多相关技术课题的研究，例如EMI技术、PCB Layout问题、热理论的分析、集成磁技术、新型电容技术、新型功率器件技术、新型控制技术以及结构和工艺等正在迅速增加。

二、课题研究的主要内容和预期目标

采用UC3842芯片，对多路输出反激式开关电源电路进行研究和设计，实现一个具有7路相互独立的电压输出的开关电源系统。

1）设计目标

了解当前国内外开关电源的研究与其产品市场；为将来从事机电设备控制研发、制造及经营等方面工作打下基础。

设计一个具有7路相互独立的电压输出的开关电源系统，完成样机的原理图。开关电源的技术要求：

（1）输出电压：+5V，1A；15，50mA；±15V，100mA；

（2）纹波电压峰—峰值UPP≤1V；

（3）DC-DC变换器的效率≥70%；

2）毕业设计的具体内容

（1）交流电源输入经整流滤波成直流；

（2）通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管，将直流加到开关变压器初级上；

（3）开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载；

（4）输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的；

三、课题研究的方法及措施

各路输出的稳压性能对于电路结构和高频变压器的设计来说至关重要。通常，主输出的稳定性要高于辅助输出。多路输出的反馈电路有4种类型：基本反馈电路、改进型基本反馈电路、配稳压管的光耦反馈电路以及配TL431的光耦反馈电路。

UC3842具有引脚少、外接元件少、接线简单、可靠性高、成本低等优点。UC3842是电流控制型脉宽调制器，通常用于单端反激式变换器，输出功率限制在100W以下。

该芯片主要有以下性能：①可调整振荡器的放电电流以产生精确的占空比；②最高开关频率可达500kHz；③带锁定的PWM，可以实现逐个脉冲的电流限制；④具有内部可调整的参考电源，可以进行欠压锁定；⑤图腾柱输出电路能够提供大电流输出，输出电流可达1A，可直接对MOSFET进行驱动；⑥带滞环的欠压锁定电路可有效地防止电路在闭值电压附近工作时的振荡；⑦起动电流的工作电流低，起动电流小于1mA，正常工作电流为15mA。

利用UC3842设计制作的多路输出单端反激式开关电源具有良好的性能指标，动态响应快，频率响应特性好；稳压幅度大，纹波电压小；负载调整率高，工作稳定可靠。

四、课题研究进度计划

2010年10月20日至12月4日明确任务，收集资料，确定系统总体设计方案，完成外文翻译、文献综述及开题报告。

12月4-3月：完成硬件电路设计，撰写设计报告与论文；

3月-4月15日：完善与修改毕业论文；

五、参考文献

[1] 王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M].电力电子技术.北京：机械工业出版社，2002

[2] 沙占友等编著．新型单片开关电源设计与应用技术[M]．北京：电子工业出版社，2004

[3] 周志敏，周纪海,纪爱华.开关电源使用设计（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2007

[4] 开关电源的原理与设计．[M] 北京：电子工业出版社，1999年．

[5]常敏慧，王英剑.新型开关电源实用技术[M].北京：电子工业出版社，1999，4.

[6]周志敏，周纪海等. 现代开关电源控制电路及应用[M]. 北京：人民邮电出版社，2005，5.

[7] 张占松，蔡宣三.开关电源的原理与设计（修订版）[M].北京：电子工业出版社，2004，9.

[8] 李爱文. 现代通信基础开关电源的原理和设计[M].北京：科学出版社，2001，5.

[9] 刘贤兴，李众，李捷辉等.新型智能开关电源技术[M].北京：机械工业出版社，2003，8.

[10]阮绵晖，张依群.开关电源在直流系统中的应用[J].云南电力技术，2002，(2) .