12V10A开关电源设计论文

毕业综合实践

题目：开关电源的设计（12V/10A)

系别：电气电子工程系专业：电子信息工程技术班级：电子0901 学号： 09034106

作者：胡虎

指导老师：谢树林专业技术职务：教授

2011年3月浙江温州

温州职业技术学院毕业综合实践课题申报表

温州职业技术学院

毕业综合实践开题报告

姓名：胡虎学号： 09034106 专业：电子信息工程技术

课题名称：开关电源的设计（12V/10A)指导教师：谢树林

2010年12月 20日

目次

1 引言 (1)

2 系统方案选择和论证 (2)

2.1 设计要求 (2)

2.2系统基本方案 (2)

2.3方案选择和论证 (3)

2.3.1 主电路方案 (3)

2.3.2 主电路功率模块 (6)

2.3.3 控制电路的选择 (8)

2.3.3 系统方案确定 (9)

3 系统设计与实现 (10)

3.1系统硬件的基本组成 (10)

3.2 主要单元的电路设计 (10)

3.2.1 主要电路部分电路设计 (10)

3.2.2 控制回路单元的设计 (15)

4 主要元件介绍 (17)

4.1 光电耦合器 (17)

4.2肖特基二极管 (18)

4.3 基准电压 (19)

4.4 UC3842介绍 (20)

结论 (22)

致谢 (23)

参考文献 (24)

附录一元器件清单 (25)

附录二总原理图 (26)

附录三 PCB板图 (27)

1 引言

电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是生产电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需经过转换才能适合使用的需要，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换为小功率等。

按照电子理论，所谓AC/DC就是交流转化为直流；AC/AC称为交流变交流，即为改变频率；DC/AC称为逆变；DC/DC为直流变交流后再变为直流。为了达到转换的目的，电源变换的方法是多样的。

自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。在转换时，以自动控制稳压输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply）。

2 系统方案选择和论证

2.1 设计要求

在电压220V、50H Z，电压变化范围+15% ~ -20%条件下：

（1）输出电压可调范围：+12V

（2）最大输出电流：10A

2.2系统基本方案

开关电源通常由：输入电路、功率转换、输出电路、控制电路、频率振荡发生器五大部分组成。如下图所示：

图2-1开关电源系统框架图

2.3方案选择和论证

2.3.1 主电路方案

根据高频变换器的工作方式，可分为正激式和反激式等多种。高频变换器工作时是利用一功率开关器件的高速通断，从而使变换器进行能量传输。当功率开关器件导通时，变换器进行能量传输，称为正激式；反之，即电子开关截止时，变换器进行能量传输，称为反激式。

方案一：采用正激式变换器开关电源

正激式变换器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。

图2-2正激式变换器工作原理图

正激式变换器开关电源工作原理：所谓正激式变换器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。图2-2是正激式变换器开关电源的简单工作原理图，图2-2中Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R是负载电阻。

需要特别注意的是高频变压器初、次级线圈的同名端。如果把高频变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图2-2就不再是正激式变换器开关电源了。

正激式变换器开关电源有一个最大的缺点，就是在控制开关K关断的瞬间开关高频变压器的初、次线圈绕组都会产生很高的反电动势，这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量产生的。因此，在图2-2中，为了防止在控制开关K关断瞬间产生反电动势击穿开关器件，在开关电源变换器中增加一个反电动势能量吸收反馈线圈N3绕组，以及增加了一个削反峰二极管D3。方案二：采用反激式变换器开关电源

反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，因此，在一般电器设备中应用广泛。所谓反激式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源。

图2-3反激式变换器工作原理图

Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。图2-3（b）是反激式变换器开关电源的电压输出波形。方案三：采用半桥式变换器

为了减小开关三极管的电压承受电压，可以采用半桥式变换器，它是开关电源比较好的拓扑结构。电容C1、C2与开关晶体管VT1、VT2组成变换器，如图2-4所示。桥的对角线接高频变压器TR的初级绕组。如果C1、C2容量、耐压均相等，在某一只开关晶体管导通时，绕组上的电压只有电源电压V in的一半。在