稳压源设计带批注的论文初稿.docx
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稳压源设计带批注的论文初稿
###毕业论文（设计）
题目稳压源设计
学生###
指导教师###
年级######
专业电气工程及其自动化
二级学院机电学院
（系、部）
###院机电学院（系、部）
###年###月
郑重声明
本人的毕业论文（设计）是在指导教师######老师的指导下独立撰写完成的。
如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。
特此郑重声明。
毕业论文（设计）作者（签名）：
年月日
摘 要
稳压电源是完成电能转换和次要设施的电力保送。
在信息时代，农业，能源源，交通，通信和电力工业等范畴迅速开展，对电源产业提出愈加严厉的要求，如动力，资料，分量缩小，环保，安全性和可靠性。
开关电源是一种新型的电源产品，和传统的线性电源相比较，其技术高，能耗低，使易于应用，并取得了良好的经济效益。
本文不仅描述了开关电源的工作方式、优点和缺点、规划方法及将来发展方向等，还重点对开关稳压电源进行了设计。
设计包罗三个模块，即辅佐电源模块、PWM管制模块、升压电路局部，其中PWM控制电路为电源设计的中心。
确定电路设计打算后，运用Multisim10对电路进行进一步仿真试验（调试），并对电路的参数进行比照，尽量使电路的参数到达最佳、使输出电压趋于稳固，从而达到设计要求。
关键词:
开关电源，稳压，脉宽调制，功率
ABSTRACAT
Powersupplyisacompletepowerconversionandpowerwalkssecondaryfacilities.
Intheinformationage,agriculture,energy,transportation,communicationsandotherareasPowerofthesourceindustrymakeagreaterandhigherrequirements，suchPower,materials,componentsshrink,environmentalprotection,safetyandreliability.
Thishasforcedthepowerworkershavebeenexploringthetechnologyforavariety
ofruralcustoms,thepowertomakethebestproductstomeettherequirementsofall
walksoflife.Switchingpowersupplyisanewtypeofpowersupply,comparedto
traditionallinearpowersupply,hightechnology,lowenergyconsumption,easyto
use,andachievedgoodeconomic.
Thispaperdescribesthevariousswitchingpowersupplyworks,itsadvantages
anddisadvantages,designanddirectionoffuturedevelopment,basedonthedesign
oftheswitchingpowersupply.Designisdividedintothreemodules,namely,
auxiliarypowermodule,PWMcontrolmodule,boostcircuitpart,whichPWM
controlcircuitforthepowersupplydesignofthecore.Determinethecircuitdesign,
theuseofMultisim10simulatethecircuit,andtheratioofthecircuitparameters,
circuitparametersasfaraspossibletoachievethebest,Soasto meetthedesignrequirements.
KEYWORDS:
SwitchingPowerSupply,Stabilivolt}PWM，power,
第一章开关电源简介（稳压源）
1.1开关电源的发展背景
电源具有向电子设施提供功率的功能。
电源是指把其余各种方式的能转换成电能的设备。
发电机将机械能转换成电能，电池能够将化学能转换成电能，对于发电机、电池而言，他们自身本来就没有电，但是它的两极有正负电荷的区别，而且正负电荷能产生电压，导体本身具有电荷，只要加上电压就可以产生电流。
整流电源是指经过变压器和整流器，将交流交换直流电的安装。
对于晶体三极管而言，它不仅具有信号扩大的作用，还可以把放大了的信号传再次送到前面的电路中去。
在电力电子信息技术不断地发展过程中，我们知道大功率器件IGBT和MOSFET的发展最为突出，他们使开关电源的工作频率达到了领先水平，而且还具有很高的稳定性和性价比。
1.2开关电源的基本原理与组成特点
1.2.1开关稳压电源的基本工作原理（？
内容里根本没涉及到）
调宽式和调频式是开关式稳压电源的两种管制模式，在各行业实践运用中，调宽式应用比调频式广。
开关稳压电源原理如图1-1所示
图1-1.调宽式开关电源的基本原理
单极性矩形脉冲的直流平均电压Uo受矩形脉冲的宽度制约，而其直流平均电压值会随着脉冲宽度变宽而升高。
对直流平均电压Uo而言，它用公式可以表示为 Uo=Um×T1/T，而其中矩形脉冲最大电压值可以用Um表示；矩形脉冲周期可以用T表示；矩形脉冲宽度可以用T1表示。
1.2.2开关电源的基本原理
开关稳压电源是一种电源，为了达到维持电源输出电压的目的，我们需要应用现代电力电子技术信息和调控开关打开和关断时间的比率。
对于开关电源的调制方法来说，它主要是脉冲宽度调制（PWM）控制。
随着电力电子技术不断地进行创新，开关电源向体积小，重量轻，效率高的发展方向发展。
开关电源的工作原理是通过占空比来调整输出电压，换句话说就是经过调整开关器件的接通时间和工作周期的比值。
PWM 调制是指开关周期不变,经过调整脉冲宽度来改变占空比的方法。
开关稳压电源的主回路框图如图1-2所示，形成一个稳压电源需要四个步骤：
第一步是隔离变压器将会产生一个交流电，第二步是经过整流滤波，交流电会变成一个直流电，第三步也就是直流到直流的变换（DC一DC变换），第四步是开关电源管的导通和截止受PWM的驱动电路控制。
如图1-2。
图1-2开关稳压电源
1.2.3开关电源的特点
开关电源具有如下特点:
（1）很高的效率。
由于开关电源的功率开关调整管工作处于开关状态，因此有功耗比较小，效率比较高等特点，通常最低在80%而最高的能超过90%；
（2）重量轻。
由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，不但使它的重量减轻了，而且体积也同样变小了；
（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12%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。
在电路出现故障时，由于装备了保护装置，能自动把故障点切除，保障了它的功能可靠性；
（5）功耗小。
滤波元件的数值会随着开关电源工作频率升高而下降，另外因为功率开关管工作在开关状态促使电源温度升高比较慢，因此没必要用很大面积的散热器，从而降低了损耗；
1.3开关稳压电源的发展及趋势
随着科学技术的不断发展，线性稳压源和SCR相控电源已经满足不了社会的发展需求，而开关电源技术的出现则迅速地受到了人们的欢迎。
随着电力电子器件和电力电子电路的迅猛发展从而使开关电源得到不断完善，由晶闸管构成的各种类型开关电源也不断出现。
开关电源与传统的电动机-发电机组相比，由很高的效率，较小的体积，非常的节能等。
开关电源是静止式装置，具有占地面积小，重量轻，安装方便等优点。
同时，对开关电源而言，频率、电压等的调节具有比较容易，响应快，功能多，自动化程度高的特点，因此在工业上不但节能明显突出，而且生产效率和产品质量明显提高，节省原材料，并能改善工作环境。
对于电子开关而言，它具有对电网和负载产生谐波干扰和对周围环境引起一定的高作为频干扰的缺点，这是必须面临的问题。
随着科学技术的飞速发展，对于开关电源的复杂性和运用广泛性而言，他们之间的矛盾使电力电子技术的发展遭遇了前所未有的阻碍。
很多领域都依赖开关电源。
而另外，开关电源的应用各不相同，给设计、生产和维护带来了大量的人力和物力耗费，使普及和推广难以前进。
我们周围的噪声会随着开关电源的高频化程度越高而变得越大。
针对这一情况，可以采用软开关技术来解决。
但是，软开关技术现在也只有在理论上即可完成不但高频化程度高而且噪声非常低，实践应用中还是存在着一些难以攻克的现实问题，我们还要投入大量的人力物力去攻克它。
1.4开关电源的分类
开关稳压电源的分类方式有
（1）按激励方式划分
i他激式
电路中专设激励信号产生的振荡器
ii自激式
开关管兼作振荡器中的振荡管
（2）按调制方式划分
1.脉宽调制
在振荡频率保持稳定时，输出电压的大小的调整可以通过依赖调节脉冲宽度来完成。
有时我们可以通过取样电路、祸合电路等组成反馈闭环回路来达到稳定输出电压的目的。
ii.频率调整型
在占空比保持稳定时，调整和稳定输出电压的幅度的方式是依靠调整振荡器的振荡频率。
iii.混合型
调整和稳定输出电压幅度是经过调整导通时间的振荡频率来到达目标。
C3）按开关管电流的工作方式划分
i.开关y
对于开关晶体管器件而言，它可以来帮助我们实现直流变成高频标准方波。
ii.谐振型
对于开关晶体管和LC谐振回路而言，它的作用是将直流变成标准的正弦方波，而它的电路方式是与它激式。
C4）晶体管的类型划分
i.晶体管型
采用晶体管作为开关管
ii.可控硅型
开关管作为可控硅型，它的长处是直接输入交流电，而且不经过一次整
流。
CS）负载的连接方式划分
i.串联型
对于储能电感而言，把它串联在输出电压和输入电压之间。
ii.并联型
对于储能电感而言，我们把它并联在输入电压与输出之间。
（6）按晶体管的连接方式划分
i.单端式
电路中的开关管仅采用一个晶体管。
这种电路的优点是价格便宜、电路
构造简单，缺陷是单输出功率不能再升高。
11.推挽式
对于推挽功率放大器而言，它是由两个开关晶体管按照一定的顺序连接承的。
开关变压器一定具备中心抽头这一条件。
111半桥式
半桥仅由两个开关晶体管来连接构成。
这种半桥式适合输入电压较高的场所。
1V.全桥式
把四个开关晶体管按照一定的方式连接就可以组成全桥式。
输出功率比较大是它的长处之一。
（7）按输入与输出电压的大小划分
1.升压式
对于并联型开关稳压电源而言，它的升压式是输入电压往往要低于输出电压。
11.降压式
对于串联型开关稳压电源而言，它的降压式是输入电压往往要高于输出电压。
（8）按电路结构划分
i.散件式
对于分立式元器件组成电路而言，它的缺点是电路复杂，可靠性较差。
ii.集成电路式
整个开关稳压电源或电路的一部分是由集成电路组成的。
这种集成电路通常
制成厚膜电路。
电路构造简单、调试方便、可靠性高等就是这种电源的长处。
1.5开关电源的技术指标与基本设计要求
直流稳压电源有性能指标和质量指标两个重要的电源技术指标，对于性能指标而言，它描述的是直流电压功率固有特性;对于质量指标而言，它描述是直流电源的特点。
（1）特性指标（输出电压、输入电压、输出电流、输出电压调整范围）
i.输出电压范围
对输出电压范围而言，它描述的是直流稳压电源正常工作情况下，能够正常工作的输出电压范围。
输出电压上限由最大输入电压减去最小输入和输出电压的电压差得到，而输出电压下限受稳压电源内部的基准电压值影响。
ii。
最大输入一输出电压差
对于最大输入一输出电压差而言，它描述的是直流稳压电源正常工作情况下，由最大输入电压减去输出电压得到的。
iii.最小输入一输出电压差
在直流稳压电源正常工作的情况下，需要的最小输入一输出之间的电压差值。
iv，输出负载电流范围
输出负载电流范围又叫输出电流范围，在一定电流范围之内，直流稳压电源
应该能够保障合乎指标标准所给出的尺度。
（2）质量指标（稳定，等效电阻，纹波电压和温度系数）
i.电压调整率SV
对于电压调整率而言，它描述的是在输入电压VI调整情况下，直流稳压电源输出电压vo变化情况,可以用单位输出电压下的输入与输出电压的相对变化的百分比来表示。
ii.电流调整率SI
对于电流调整率而言，它描述的是在输入电压不变的情况下，直流稳压电源的负载电流（输出电流）变动而造成的输出电压的波动的抑制能力。
iii.纹波抑制[匕SR
纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直
流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰一峰
值与输出纹波电压峰一峰值之比表示，一般用分贝数表示，但是有时也可以用
百分数表显，或者间接用两者的比值来表示。
iv.温度稳定性K
集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流稳压电源工作温度Ti
最大变化范围内（Tmin输出电压的相对变化的百分值。
（3）极限指标
i.最大输入电压描述的是在保障直流稳压电源安全稳定的工作的情况下，所允许的最大输入电压。
ii.最大输出电流描述的是在保障稳压器安全稳定的工作情况下，所准许的最大输出电流。
第二章开关变换电路
2.1滤波电路
对于输入滤波电路而言，由于它具备双向隔离作用，所以它可克制从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。
图2-1所示滤波电路是一种复合式EMI滤波器，L1,L2和C1构成第一级滤波，而由共模电感L3与电容C2,C3组成的电路部分共同进行第一级滤波。
图2-1输入滤波电路
C1用于滤除差模干扰，选用高频特性较好的薄膜电容。
电阻R给电容提供
放电回路，避兔因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。
为了能够有效地抑制共模干扰，C2,C3必须跨接在输出端以此来完成目的。
对于C2,C3选择陶瓷电容器而言，其目的就是为了减小漏电流，。
2.2反馈电路
2.2.1电流反馈电路
对于电流反馈电路而言，它选择电流传感器并经过检测开关管上的电流作为采样电流，原理如图2-2所示。
电流互感器的输出分为电流瞬时值反馈和电流平均值反馈两路，R2上的电压反映电流瞬时值。
开关管上的电流变化会使UR2变化，UR2接入UC3842的保护输入端（3）脚，当UR2-1V}寸，UC3842芯片的输出脉冲将关断。
通过调节Rl,R2的分压比可改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期比较，属于限流式保护。
输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，属于截流式保护。
图2-2电流反馈电路
2.2.2电压反馈电路
电压反馈电路如图2-3所示。
输出电压通过集成稳压器TL431和光电祸合
器反馈到UC3842的（
（1）脚，调节Rl,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UO升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极
的电流增大，使光电拙合器输出的三极管电流增大，即UC3842
（1）脚对地的分流
变大，UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压UO减小。
同样如果输出电压
UO逐渐变小，可以经过反馈调节使它慢慢地升高。
图2-3电压反馈电路
2.3电压保护电路
图2-4所示为输出过电压保护电路。
稳压管VS的击穿，电压稍大于输出电
压额定值，输出正常时，VS不导通，晶闸管V的门极电压为零，不导通。
当
输出过压时，VS击穿，V受触发导通，使光电祸合器输出三极管电流增大，通
过UC3842控制开关管关断。
共45页第17页
图2-4输出过电压保护电
第三章UC3842
3.1UC3842简介
随着科技的不断创新，在MC1394,ANS900之后，科研的工作者再次成功地研发出性能愈加完善的它激单端输出驱动集成电路。
它是除了内部PWM系统之外还有三个比较明显的优点，即配备多路保护输入、比较稳定的基准电压发生器、比较小的电流启动功能。
对于UC3842而言，它就是其中的典型的代表之一，由于它不但功能十分完善，而且性能比较可靠，因此目前它很受各种普通电源的青睐，而且把它还运用到有源因数改善电路和高压升压式开关电源中去。
对于UC3842的内部原理而言，它的主要器件分别为振荡器、比较器、降压器、5.0v基准电压源、误差放大器、PWM锁存器和较大电流推挽输出电路等。
UC3842的8脚端作用分别为：
把端1作为COMP端;把端2作为反馈端;把端3作为电流测定端;把端4连接Rt,Ct作为锯齿波频率;把端5连接地;把端6作为推挽输出端，有拉、灌电流的能力;把端7作为集成块工作电源电压端，能够工作在8~40V之间;对于端8而言，它的作用是不仅为外面器件供给基准电压5V，还具有带载能力为50mA的能力。
3.1.1UC3842的引脚及其功能
图3-1UC3842的引脚
UC3842的引脚如图3-1所示，其中:
对于①脚而言，它作为内部误差放大器输出端，我们可以通过在脚外面连接电阻和电容元件来改进误差放大器的增益和频率特性;
对于②脚而言，它作为误差放大器的取样电压输入端，通过把它的脚电压和误差放大器的2.5V基准电压（同相端）进行比较，我们可以得知会产生误差电压，从而制约脉冲宽度;
对于③脚而言，它作为PWM比较器的另外一个输入端，如果检测电压在1V以上时，则会停止脉冲输出进而能够使电源处在间歇工作状态;
对于④脚而言，它作为定时电容CT端，我们可以通过外面连接的电阻和电容的时间常数来改进它的内部振荡器工作频率，F=1.8/（RTXCT；
⑤脚为接地端。
对于⑥脚而言，它作为推挽输出端，因其内部结构为图腾柱式，所以它的上升和下降时间都非常短仅仅为50ns，而且它的驱动能力为
A;
对于⑦脚而言，它作为启动/工作电压输入端脚，其作用为直流电源供电端，还具备欠电压和过电压锁定功能，芯片的工作消耗仅仅为15mW；
对于⑧脚而言，它作为内部5V基准电压输出端，还具备负载能力为50mA。
3.1.2UC3842的内部结构
对于UC3842而言，它作为双列8脚而且是单端输出的它激式开关电源驱动集成电路，其由误差放大器、图腾柱输出电路、欠压锁定电路、PWM锁存电路、电流取样比较器、5VC基准电源、振荡器、输出电路等组成，见图3-2。
图3-2UC3842的内部结构
（1）对于5v的基准电源而言，它的内部电源经过慢慢地衰减得到2.5v时可以当做误差比较器的比较基准.
该电源还能够供给外部5v/50mA.
C2）对于振荡器而言，它能够发出波振荡，并且不但把
连接在4RET8脚之间，还把
连接接在4GND5之间。
它的频率计算公式为
，其中最大可以为500kHz。
C3）对于误差放大器而言，我们可以把由VFB端输入的反馈电压与2.5V进行比较，其目的就是用误差电压COMP来调整脉冲宽度，并且用Comp端连接外部RC网络，以此来达到调节增益和频率特性的目的。
（4）输出电路:
图腾柱输出结构，电路1A,驱动MOS管及双极型晶体管。
（5）对于电流取样比较器而言，③脚ISENSE作用是检测开关管电流，其能够通过选择电阻或者电流互感器采样来实现，如果VISENSE的电压大于1V时，输出脉冲就会立即关闭，同样开关管也会立即关断。
这就是一个过流保护电路。
C6）对于欠压锁定电路VVLO而言，它的开通电压和关闭电压分别为16v、10v，并且还具备滞回功能。
C7）对于PWM锁存电路而言，它就是保障每一个控制脉冲作用不大于一个脉冲周期。
而对于VCC与GND之间的稳压管而言，它具有保护，防止器件损坏的作用。
3.1.3UC3842的使用特点
UC3842的使用方便简单.，其使用特点如下:
（1）采用单端图腾柱式PWM脉冲输出，输出驱动电流为1200mA，峰值可
达
。
（2）启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。
在正常工作情况下，它的工作电压在10V到34V之间变动，而负载电流大概为15mA。
不在此限制范围内，对于开关电源而言，它将造成欠电压或者过电压保护状态，更严重的是没有驱动脉冲输出。
（3）对于内设5V（50mA）基准电压源而言，它经过2:
1分压后可以作为取样基准电压。
C4）当输出电流和峰值电流分别为200mA、1A时，它不但能够使用双极型三极管，而且也能够使用MOSFET管。
对于使用双极型三极管而言，我们应该添加开关管截止促进RC电路，与此同时使内部振荡器的频率控制低于40kHz。
对于使用驱动MOSFET管而言，我们可以将外面连接RC电路当做振荡频率，并且它的工作频率最高可达500kHz。
（5）它的内设有两个PWM控制端即过流保护输入（（3脚）、误差放大输入（1脚）。
过流保护输入与误差放大输入相比较，主PWM控制系统是由误差放大器输入组成，而且误差放大输入能够使当负载变动在30%到100%时输出负载调
整率低于8%，对于负载调整在70%~100%而言，负载调整率可以低于3%。
（6）对于过流检测输入端而言，它不但能够对每个脉冲进行调控，而且也能直接改变每个周期的脉宽宽度，更重要的是可以使输出电压调整率到达0.01%/V。
对于③脚电压在1V以上或者①脚电压在1V以下而言,它能够使PWM比较器输出高电平促使锁存器复位，而且要想重新置位只能等到下一个脉冲到来。
我们可以充分利用①脚与③脚之间的电平关系，在外电路调控锁存器的开启和关闭，使锁存器每个周期只能发出一个触发脉冲。
所以，电路就会有很强的抗干扰性，使电路具有很高的可靠性。
（7）对于内部振荡器的频率而言，它是由④脚和⑧脚分别外接电阻和外接电容构成。
集成电路内部基准电压是经过④脚进入，而且同步。
RT,CT连接④脚和⑧脚就能够组成定时电路，由CT的充电和放电的过程就可以组成一个振荡周期，并且它的振荡频率公式为:
（3-1）
第四章利用UC3842设计开关稳压电源
4.1电源设计指标
对于该电路而言，电源在电阻负载条件为：
（1）输出电压Uo可调整范围:
30V~36V;
C2）可最大输出电流
:
2A;
C3）当电压
由15V调到21V时，电压调整率为
;
C4）当电流
从0变到2A时，负载调整率
;
（5）DC-DC变换器的效率为
;
C6）在具备过流保护性能情况下，动作电流为
;
设计思路:
开关电源由三部分构成分
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