1、 本科毕业设计 （ 20 届） 36V 高性能开关电源研制 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 随着电子技术的高速发展，电力电子技术与人们的工作、生活的关系日益密切。而电子设备都离不开可靠的开关电源，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。 本文设计了一个以 UC3842芯片为核心的宽电压输入范围，单路固定电压输出的 36V， 100
2、W的并联式开关稳压电源。其优点是具有电压纹波小、输出电压稳定、效率高且有保护功能，具有一定的参考价值。 关键词： UC3842；高功率因素；并联式；高稳定；高效率 - 2 - Abstract With the rapid development of electronic technology, Power Electronics and people working and living increasingly were closed relationship between. Also Electronic devices can not do without reliable swi
3、tching power supply. Computer power had achieved switch of power Into the 80s. Switching power supply has access to a variety of electronic, electrical equipment in the field into the 90s.Program-controlled switches, communications, electronic test equipment power and control equipment, power suppli
4、es have been widely used in switching power supply, but also promoted the rapid development of switching power supply technology. This design is based on the core chip UC3842 wide voltage input range, single fixed voltage output 36V, 100W switching power supply for Parallel. The advantage is a volta
5、ge ripple, output voltage, high efficiency and has over current protection. Precision Key Words: UC3842; High power factor; Parallel; High stability; High efficiency - 3 - 目 录 1 引言 . 1 1.1 开关电源的定义 . 1 1.2 开关电源的分类 . 1 1.3 开关电源的发展和趋势 . 2 1.4 常规拓扑结构 . 3 1.4.1 降压型 . 3 1.4.2 升压型 . 4 1.4.3 极性反转型 . 4 1.5 课
6、题达到的技术要求 . 5 2 原理与设计 . 6 2.1 开关电源的工作原理 . 6 2.2 方案论证 . 6 2.2.1 控制方法即实现方案 . 6 2.2.2 控制芯片选择方案 . 7 3主控芯片 . 9 3.1 UC3842 . 9 3.2 TOP227 . 10 4 电路设计与 参数计算 . 11 4.1AC-DC 主回路框图 . 11 4.2 控制电路及参数设计 . 11 4.2.1 控制电路 . 11 4.2.2 主回路器件选择及参数计算 . 12 4.3 功率补偿 . 13 4.4 功率因素校正 . 14 4.5 电路的保护 . 15 4.6 纹波的产生和抑制 . 15 4.6.
7、1 输入交流电源噪声 . 16 4.6.2 高频噪声 . 16 4.6.3 共模噪声 . 17 4.6.4 超高频噪声 . 17 5测试与调试方法 . 18 5.2 测试方法 . 18 5.3 调试的方法与步骤 . 20 6.测试结果分析 . 21 6.1 测试结果 . 21 6.2 设计过程中遇到的困难 . 21 7 总结 . 22 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 22 附录 1 实验原理图 . 24 附录 2 系统实物图 . 26 附录 3 毕业设计作品说明书 . 27 - 1 - 1 引言 1.1 开关电源的定义 开关电源是利用现代的电力电子技术，控制开关管开通和关断的时
8、间比率，维持稳定输出电压的一种开关电源。它一般由脉冲宽度调制（ PWM）控制 IC 和MOSFET 构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 如图 1-1所示，开关电源不仅具备电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，而且容易 对应较宽的输入电压范围，在各领域都有广泛的应用 1。 图 1-1 开关电源系统总体框图 1.2 开关电源的分类 人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。 AC D
9、C 和 DC DC 是开- 2 - 关电源的两大类，而 DC DC 变换器现已实现模块化 2。但 AC DC的模块化， 因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。 以是 两类开关电源的结构和特性 ： DC/DC 变换： DC/DC 变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。 斩波器 的工作方式有两种，一是脉宽调制方式 Ts不变，改变 ton(通用 )，二是频率调制方式， ton 不变，改变 Ts（易产生干扰） 。 AC/DC 变换： AC/DC 变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为 “ 整流 ” ，功率流由负载
10、返回电源的称为 “ 有源逆变 ” 。 AC/DC 变换器输入为 50/60Hz 的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的 滤波电容 器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如 UL、 CCEE 等）及 EMC 指令的限制（ 如 IEC、 FCC、 CSA），交流输入侧必须加 EMC 滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制 AC/DC 电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决 EMC 电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了 AC/DC 变换器模块化的进程，因此必须采用
11、电源系统 优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。 1.3 开关电源的发展和趋势 1955 年美国罗耶（ GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流 变换器，是实现高频转换控制电路的开端， 1957 年美国查赛（ Jen Son)发明了自激式推挽双变压器， 1964 年美国科学家们提出了取消工频变压器的串联开关电源的设想，这对电源向体积和重量的下降获得了重大意义。到了 1969 年由于大功率硅晶体管的耐压提高，二极管反向恢复时间的缩短等元器件改善，终于做成了25千赫的开关电源。 目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等
12、几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。市场上出售的开关电源中采用 双极性晶体管制成的 100kHz、用 MOS-FET 制成的 500kHz 电源。虽已经实用化，但其频率还需要一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有- 3 - 高速开关元器件。然而，开关速度提高后，会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样，不仅会影响周围电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。其中，为防止随开关启 -闭所发生的电源浪涌，可采用 R-C或 L-C缓冲器，而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不
13、过，对 1MHz 以上的高频，要采用谐振电 路，以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。 1.4 常规拓扑结构 作为电源设计的核心组件、可靠性升级的基础轻薄小型化的关键、电磁兼容性的保障的 DC-DC 流变换电路引导着开关电源设计的方向但从本质上 ,但从本质上来说，绝大部分开关 制器都具有常规的几种拓扑结构 3。 1.4.1 降压型 降压型又称 Buck Step-down 控制器，图 1-2 为其典型电路结构。 图 1-2 降压型典型电路结构 基本工作原理：当开关 1Q 管导通 ( ONT ),电感 L 将能量以磁场
14、的形式储存起来 ,随着电源电压 INV 对电感 L 的充电 ,L电流 LI 对输出电容 OC 充电 ,并提供负载电流 OI , DV 被反向偏置而截止。当 1Q 截止 ( OFFT )时， L 中消失的磁场使其极性颠倒， DV 加正向偏压而导通， L和 OC 在 OFFT 提供负载电流 OI 。 - 4 - 1.4.2 升压型 升压型又称 Boost Step-up 控制器 图 1-3为其典型电路结构。 图 1-3 升压型典型电路结构 基本工作原理：当 1Q 导通时，能量储存在 L 中，由于 DV 截止，所以 ONT 期间负载的电压和电流由 OC 供给。在 1Q 截止时，储存在 L 中的能量通
15、过正向偏置的 DV 传送到负载和 OC ,L 放电电压的极性与 INV 相同 ,且与 INV 相串联 ,因而提供了一种升压作用。 1.4.3 极性反转型 极性反转型又称 Inverting、 Buck-Boost 控制器。图 1-4 为其典型电路结构。 图 1-4 极性反转型典型电路结构 基本工作原理：当 1Q 导通时，接在 INV 两端的 L 被充电 ,由于 DV 截止 ,所以ONT 期间 ,负载的电压和电流由 OC 供给。当 1Q 截止时，储存在 L 中的能量通过DV 传送到负载和 OC 。因为 L上消失的磁场颠倒了电感器电压的极性，因而提供- 5 - 了一种极性转换的作用。 1.5 课题
16、达到的技术要求 1、输入电压 AC220V,输出电压 DC36V； 2.功率因数大于 0.9； 3.功率大于 100w； 4.效率大于 85%。 - 6 - 2 原理与设计 2.1 开关电源的工作原理 开关电源一般是由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源几个部分组成。 它的工作过程是通过斩波，即把输入的直流电 压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压 4。 控制器的主要目的是保持输出电压稳
17、定，由于工作过程与线性形式的控制器很类似。所以控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。 2.2 方案论证 2.2.1 控制方法即实现方案 1.线性型：线性电源的功率器件调整管工作下线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出。由于调整管静态损耗大，需要安装一个很大的散热器给它散热。并且变压器工作在工频（ 50Hz）上，所以质量较大。该类电源优点是稳定性高，纹波小，可靠性高，易做成多路，输出连续可调的成品。缺点是 较笨重、效率相对较低 5。 2.串联型： 串联型稳压电源的调整管是与负载串联的 ,当电源电压升高或负载减小使输出电压升高时 ， 稳压器的开关调整管的导通时间或次数减小，使输出不变 ;当电源电压降低或负载增大使输出降低时 ,稳压器调整管导通时间或次数增多，使输 出不变。输入电压要高于输出电压。空载时基本没有电流。 3.并联型： 并联型 开关电源 的调整管与负载并联，当电源升压或负载减小
