12V5A直流开关电源.docx

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12V5A直流开关电源

12V5A直流开关电源

第一章开关电源概述--------------------------------------------------------------------5

1.1开关电源发展历史与应用力------------------------------------------------5

2.1开关电源所用的术语----------------------------------------------------------5

第二章输入电路---------------------------------------------------------------------------7

2.1输入保护器件--------------------------------------------------------------------7

2.2输入阳间电压保护--------------------------------------------------------------7

2.3输入整流滤波电路原理--------------------------------------------------------8

第三章隔离单端反激式变换器电路-----------------------------------------------------9

3.1单端反激式变换器电路中的开关晶体管-----------------------------------9

3.2单端反激式变换器电路中的变压器绕组-----------------------------------10

第四章UC3842的原理及技术参数---------------------------------------------------------11

4.1UC3842的原理和概述-----------------------------------------------------------11

4.2UC3842的技术参数--------------------------------------------------------------12

第五章12V/5A单端反激开关电源原理--------------------------------------------------14

5.112V/5A电路原理图---------------------------------------------------------------14

5.212V/5A电源PCB板--------------------------------------------------------------15

5.312V/5A电路原理分析------------------------------------------------------------15

5.3.1系统原理---------------------------------------------------------------------15

5.3.2启动电路---------------------------------------------------------------------15

5.3.315V/5A电路的短路过流、过压、欠压保护-------------------------16

5.3.4反馈电路---------------------------------------------------------------------16

5.3.5输出整流滤波电路---------------------------------------------------------17

总结-----------------------------------------------------------------------------------------------18

致谢-----------------------------------------------------------------------------------------------19

参考文献----------------------------------------------------------------------------------------19

摘要

本文介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于该电流型PWM控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。

开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体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）和MOSFET构成。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。

开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

关键词：

UC3842、开关电源、PWM

引言

开关电源是运用现代电力电子技术,控制开关开启和关闭的时候,这个比率的输出电压稳定的电源,电源一般由脉宽调制控制集成电路和场效应晶体管。

开关电源、线性电源,并与成本的功率输出的增加,但这两种不同的发展速度。

在某一线性功率成本的输出功率的观点,但高于开关电源,它被称为成本反转点。

随着电力电子技术的发展和创新、开关电源技术在不断的创新,这一成本更低的输出功率对于移动、开关电源提供了广阔的发展空间

第一章开关电源概述

1.1开关电源发展历史与应用力

开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体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和功率开关器件（如MOS-FET）等构成。

简单的说：

就是开关型直流稳压电源。

开关电源把直流电源或交流电源通过它可以获得一个稳定的直流电压源。

它具有效率高，输出电压稳定，交流纹波小，体积小和重量轻的许多优点。

获得广泛使用。

   高频开关电源的发展方向是高频开关电源、小型化、使开关电源到更广阔的应用领域,尤其是在高技术领域的应用,促进高新技术产品的小型化、光。

另一个开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源和保护环境,具有重要的意义。

噪音和纹波：

附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值。

用示波器测量其纹波幅值，通常是以mv度量。

第二章输入电路

适，在负载电流达到稳定状态时，其阻值应该是最小。

这样，就不会影响整个开关电源的效率。

2.2输入阳间电压保护

在一般情况下，交流电网上的电压为115v或230v左右，但有时也会有高压的尖峰出现。

比如电网附近有电感性开关，暴风雨天气时的雷电现象，都是产生高尖峰的因素。

受严重的雷电影响，电网上的高压尖峰可达5kv。

第四章UC3842的原理及技术参数

4.1UC3842的原理和概述

UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。

与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。

图1 UC3842 内部原理框图

该电路主要特点有：

内含欠电压锁定电路、低起动电流（典型值为0.12mA）

稳定的内部基准电压源、大电流推挽输出（驱动电流达1A）

工作频率可到500kHz、自动负反馈补偿电路

双脉冲抑制、较强的负载响应特性

UC3842 内部工作原理简介 

图1所示出了UC3842 内部框图和引脚图，UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：

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、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。

 4.2UC3842的技术参数

UC3842电路结构图

封装外形图

第五章12V/5A单端反激开关电源原理

5.112V/5A电路原理图

5.212V/5A电路PCB板

这是我根据我在学校学习的Protel99SE画的PCB板

5.3原理分析

5.3.1系统原理

     本文以UC3842为核心控制部件，设计一款AC220V输入，DC12V输出的单端反激式开关稳压电源。

开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。

变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。

     主要的功能模块包括：

启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。

以下对各个模块的原理和功能进行分析。

电路原理图如图2所示。

5.3.2启动电路

     如图2所示交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波，其中C16、C15组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；C14、C13、L1组成抗共模干扰电路，用于抑制共态噪声干扰。

它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减功能。

如图2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，R9两端的电压上升，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，使PWM锁存器复位，关闭输出。

这时，UC3842的脚6无输出，MOS管S1截止，从而保护了电路。

如果供电电压发生过压（在265V以上），UC3842无法调节占空比，变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。

如果电网的电压低于85V，UC3842的脚1电压也下降，当下降lV（正常值是3．4V）以下时，PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。

如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关RF内部的热量激增，它立即断开电路，起到过压保护作用。

一旦故障排除，自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。

因此，此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。

5.3.4反馈电路

    反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。

利用TL43l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所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。

当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高，设定电压大于基准电压（TL431的基准电压为2．5V），使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。

R7、R8的阻值是这样计算的：

先固定R7的阻值，再计算R8的阻值，即

5.3.5输出整流滤波电路

      输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。

开关电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面。

（1）输入电源的噪声，是指输入电源中所包含的交流成分。

解决的方案是在电源输入端加电容C5，以滤除此噪声干扰。

（2）高频信号噪声，开关电源中对直流输入进行高频的斩波，然后通过高频的变压器进行传输，在这个过程中，必然会掺人高频的噪声干扰。

还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。

对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。

滤波电感采用150μH的电感，可滤除高频噪声。

     （3）采用快速恢复二极管D6、D7整流。

基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。

并联整流二极管减小尖峰电压

     在大功率的整流电路中，次级整流桥电路存在较大杂散电感，输出整流管在换流时，由于电路中存在寄生振荡，整流管会承受较大的尖峰电压，尖峰电压的存在提高了对整流二极管的耐压要求，也将带来额外的电路损耗。

整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感（或附加的谐振电感）与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间。

     当副边电压为零时，在全桥整流器中4只二极管全部导通，输出滤波电感电流处于自然续流状态。

而当副边电压变化为高电压Vin/K（K为变压器变比）时，整流桥中有两只二极管要关断，两只二极管继续导通。

这时候变压器的漏感（或附加的谐振电感）就开始和关断的整流二极管的电容谐振。

即使采用快恢复二极管，二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压，因此，必须采用有效的缓冲电路，有许多文献对此作了研究，归纳起来有5种方式：

RC缓冲电路，RCD缓冲电路，主动箝位缓冲电路，第三个绕组加二极管箝位缓冲电路，原边侧加二极管箝位缓冲电路。

在这里提出另一种减小二极管尖峰电压有效的方法：

即整流二极管并联，其具体的电路图如图3所示。

总结  

通过实习我接触开关电源，开关电源应用在许多的行业如工业、航空、航天、军事等。

在实习期间我进一步的认识开关电源，我更好的学会了如何分析电路、如何运用知识、如何调试电路，在完成毕业论文的期间，我感觉我对开关电源还有许多不足之处，我计划在以后的实习期间更好的思考问题、解决问题，培养了自己不怕苦、不怕累的意志力,为日后的学习、工作和生活打下良好的基石。

参考文献

1、严仰光.双向直流变换器.南京:

江苏科学技术出版社,2004.11

2、阮新波、严仰光，全桥变换器的控制策略，电气自动化，1997年增刊，205-211

3、阮新波、严仰光，脉宽调制DC/DC全桥变换器的软开关技术.北京：

科学出版社，1999

4、曾兴雯，高频电路原理与分析，西安：

西安电子科技大学出版社，2002.8

5、叶慧贞、杨兴洲，开关稳压电源，国防工业出版社，1990

6、叶治政、叶靖国，开关稳压电源，高等教育出版社，1989

7、蔡宣三、龚绍文，高频功率电子学，第一版，科学出版社，1993

8、张占松.高频开关稳压电源.广州：

广东科技出版社，1992

9、林渭勋.现代电力电子电路.杭州：

浙江大学出版社，1992

10、王水平、史俊杰、田庆安开关稳压电源.西安：

西安电子科技大学出版社，2005.10