开关稳压电源设计

开关电源的设计

同组参与者：李方舟、周恒、张涛开关式直流稳压电源的控制方式可分为调宽式和

调频试两种，实际应用中，而调宽式应用的较多，在

目前开发和使用的开关电源集成电路中，绝大多数也

为脉宽调制（PWM）型。

开关稳压电源具有效率高，输出功率大，输入电

压变化范围宽，节约能耗等优点。

开关电源的工作原理就是通过改变开关器件的开

通时间和工作周期的比值即占空比来改变输出电压；

通常有三种方式：脉冲宽度调制（PWM），脉冲频率

调制（PFM）和混合调制。PWM调制是指开关周期

恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式，因为

周期恒定，滤波电路的设计比较简单，也是应用能够

最广泛的调制方式。开关稳压电源的主要结构框架如

图1-1所示，有隔离变压器产生一个15-18V的交流电

压，在经过整流滤波电路，将交流电变成直流电，然

后再经过DC—DC变换，由PWM的驱动电路去控

制开关管的导通和截止，从而产生一个稳定的电压源，

如图1-1所示；

图1-1

一开关转换电路

1：滤波电路

输入滤波电路具有双向隔离作用，它可以抑制交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。如图1-2所示滤波电路中C1用以滤除直流份量中的交流成分，隔离电容应选用高频特性较好的碳膜电容,电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性，C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰，为了减小漏电流C2、C3宜选用陶瓷电容器.

图1-2

2.电压保护电路

如图1-3所示为输出过压保护电路。稳压管VS的

击穿电压稍大于输出电压额定值，输出电压正常时，VS不导通，晶闸管VS的门极电压为零，不导通，当输出过压时，VS击穿，VS受触发导通，使光电耦合器输出三极管电流增大，通过UC3842控制开关管关断。

图1-3 输出过压保护电路

3.电压反馈电路

电压反馈电路如图1-4所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到的1脚，调节R1 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压U0升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流在增大,UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压U0变小,同样，如果输出电压U0减小，可通过反馈调节使之升高。

图1-4电压反馈电路

二．设计思路

开关电源由隔离变压器，整流滤波和DC-DC变换电路组成。设计的关键是DC-DC变换电路，它包含了开关电源中的开关器件，储能器件，脉冲变压器，滤波器，输出整流等所有功率器件和控制模块；而控制模块的设计又是DC-DC的核心，一般DC-DC控制模块使用专用的PWM调制芯片。如TL494、UC3842等，芯片内部集成了误差比较器、振荡器、PWM调制器等，有的甚至有保护电路和驱动电路，在此情况下使用集成芯片加上少量的外围电路即可构成PWM控制电路，稳定性能较好、控制简单、芯片功耗几乎可以忽略、成本低，过流保护可以使用电流取样电阻串接在负载上。当取样电阻超过指定范围，立即切断负载，或者降低输出电压，然后过一段时间再自动启动，接上负

载，由继电器控制负载的连通性。

三．整流滤波电路设计

1.整流滤波电路设计：

由给定题目可知开关稳压电源的前级电路主要由整流、滤、波稳压电路构成，特别是前一级经过隔离变压器降压，降压后得到18V的交流电，然后经过整流滤波稳压后，得到一个稳定的直流电送往后级。整流电路如图1-5所示：

图1-5整流滤波电路

整流滤波电路仿真波形

2.PWM脉冲控制驱动电路

四：UC3842分析：

UC3842管脚排列图

UC3842内部结构连接图

UC3842功能说明

①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；

②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的 2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；

③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；

④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT)；

⑤脚为公共地端；

⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A ；

⑦脚是直流电源供电端，具有欠压、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；

⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。

如图所示，由分压电阻R提供分得的电压接入uc3842的7脚（vcc）,uc3842启动工作，由6脚输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲，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6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，产生上负下正的感生电动势，此时副边二极管导通，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值分别为16v和10v,电源电压接通后，当7脚电压升至16v时，uc3842开始工作，开始正常工作后，它的消耗电流约为15mA。

如果出于某种原因，是输出端短路而产生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，uc3842的3脚电压也将上升，当该脚的电压值超过正常值0.3v时，uc3842的pwm比较器则输出高电平，使pwm锁存器复位，关闭输出。此时uc3842的6脚无输出mos管Q1截止，从而起到保护电路的目的。

PWM输出波形

PWM脉冲控制驱动电路

根据MOS管的工作频率范围，选取适当的工作开关频率，此设计选择的工作频率为f=40kHz,因此UC3842的工作频率为f=1.8/Rt×Ct,再根据选择的工作频率f=40khz，选择适当的电阻电容值，电阻为1k、