毕业设计论文基于uc3842的开关电源设计文档格式.docx

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关键词：

开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBT

SWITCHINGPOWERSUPPLYDESIGNBASEDONUC3842

ABSTRACAT

Poweristoachievepowerconversionandpowertransmissionmajorequipment.Intheinformationage,agriculture,energy,transportation,communicationsandotherareasPowerofthefilmindustrymakeagreaterandhigherrequirements，suchasenergy,materials,weightreduction,environmentalprotection,safetyandreliability.Thishasforcedthepowerworkershavebeenexploringthetechnologyforavarietyofruralcustoms,thepowertomakethebestproductstomeettherequirementsofallwalksoflife.Switchingpowersupplyisanewtypeofpowersupply,comparedtotraditionallinearpowersupply,hightechnology,lowenergyconsumption,easytouse,andhasachievedgoodeconomicresults.

UC3842isanexcellentcurrent-controlledpulsewidthmodulator.Ifforsomereason,theoutputvoltageincreases,thepulsewidthmodulatordrivesignalwillchangethepulsewidth,thatis,thedutycycleD,sothattheaveragevoltagedropafterthechoppertoachievetheregulatorend,andviceversahowever.UC3842cancontroldirectdriveMOS,IGBT,etc.,suitablefortheproductionof20~80Wlow-powerswitchingpowersupply.Asthedeviceiscleverlydesigned,launchedbythemainpowersupplyvoltagedirectlytoformcircuitcomponentsrequiredforasmall,veryconsistentwithcircuitdesign,"

simplicityfirst"

principle.

KEYWORDS:

SwitchingPowerSupply，uc3842，PWM，power，IGBT

目　录

前言

电源[powersupply;

powersource

电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

电力电子技术的发展,特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展,将开关电源的工作频率提高到相当高的水平,使其具有高稳定性和高性价比等特性。

开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求,从而促进了开关电源技术的发展。

第1章开关电源的简介

1.1开关电源概述

开关电源的工作原理

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1-1进行说明。

图中输入的直流不稳定电压Ui经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，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Ui变成矩形脉冲电压。

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。

（a）电路图；

（b）波形图

图1-1开关电源的工作原理

为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下

（1-1）

式中，T表示开关S的开关重复周期；

TON表示开关S在一个开关周期中的导通时间。

开关电源直流输出电压Uo与输入电压Ui之间有如下关系：

　　　　　　　　　　　Uo=UiD（1-2）

由式（1-1）和式（1-2）可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间

，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

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

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

，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]。

开关电源的组成

开关电源的基本组成如图1-2所示。

其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；

驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；

信号源产生控制信号，该信号由它激或自激电路产生，可以是PWM信号、PFM信号或其他信号；

比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。

除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。

反馈回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。

DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。

开关电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定，所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法来改善瞬态响应特性。

图1-2开关电源的基本组成

开关电源的特点

开关电源具有如下特点：

（1）效率高。

开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在80%～90%，高的可达90%以上；

（2）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，从而使其重量只有同容量线性电源的1/5，体积也大大缩小了；

（3）稳压范围宽。

开关电源的交流输入电压在90~270V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。

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，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，因此采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性[2]。

1.2开关器件

1.2.1开关器件的特征

同处理信息的电子器件相比，开关电源的电子器件具有以下特征：

（1）能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是开关器件最重要的参数，其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，大多远大于处理信息的电子器件。

（2）开关器件一般都工作在开关状态，导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，电流由外电路决定；

阻断时阻抗很大，接近于断路，电流几乎为零，管子两端电压由外电路决定。

　（3）开关器件的动态特性也是很重要的方面，有些时候甚至上升为第一位的重要问题。

作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替实际开关。

（4）电路中的开关器件往往需要由信息电子电路来控制。

在主电路和控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是开关器件的驱动电路。

（5）为保证不致于因损耗散发的热量导致开关器件温度过高而损坏，不仅在开关器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。

导通时，器件上有一定的通态压降；

形成通态损耗阻断时，开关器件上有微小的断态漏电流流过；

形成断态损耗时，在开关器件开通或关断的转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗。

对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成开关器件发热的原因之一。

1.2.2器件TL431.

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。

它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。

该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等[3]。

TL431特点：

（1）最大输出电压为36V；

（2）电压参考误差：

±

0.4％，典型值@25℃（TL431B）；

（3）低动态输出阻抗，典型0.22Ω；

（4）负载电流能力1.0mAto100mA；

（5）等效全范围温度系数50ppm/℃典型；

（6）温度补偿操作全额定工作温度范围；

（7）低输出噪声电压。

图1－3tl431的外观和管脚

1.2.3电力二极管

电力二极管可分为普通二极管,快恢复二极管,肖特基二极管三种。

（1）普通二极管（GeneralPurposeDiode）

普通二极管又称为整流二极管（RectifierDiode），多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。

其反向恢复时间较长，一般在5s以上，这在开关频率不高时并不重要。

其正向电流定额值和反向电压定额