1、 本科 毕业 论文 (设计 ) （二零 届） 多路开关电源的设计 所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - 1 - 摘 要 电源是电子设备的必不可少的功能模块，其性能的优劣直接影响到电子设备的技术性能和可靠性。开关电源具有效率高、体积小、重量轻、可靠性高、 负载分担容易等一系列特点。 多路开关电源以 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
2、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 ： 开关电源； 控制电路 ；电路设计； - 2 - Abstract Power is essential electronic equipment modules, the performance will directly affect the technical performance of electronic devices and reliabi
3、lity. Switching power supply with high efficiency, small size, light weight, high reliability, load sharing is easy and a series of features. UC3842 multiple switching power supply to the control center, according to the application characteristics of UC3842, is designed based on the current mode PW
4、M control chip, the output voltage adjustable switching power supply circuits. Switching power supply is the use of modern electronic technology, control switch transistor on and off time ratio of the output voltage to maintain a stable power supply, switching power supply generally by the pulse wid
5、th modulation (PWM) and MOSFET composition. Switching power and linear power supply compared to the cost of both the output power are increased with the growth, but growth rate varied between the two. Switching power supply linear power efficiency than conventional high, switching power supply in th
6、e development and application of energy conservation, resource conservation and environmental protection are of great significance. Keywords: switching； power supply control circuit； circuit design - 3 - 目 录 1 引言 .1 2 硬计电路设计 .3 2.1 多路开关电源设计的基本要求 . .3 2.2 多路开关电源电路的设计 .3 3 开关电源概述 .4 3.1 开关电源的产生和发展 . .
7、4 3.2 开关 电源的介绍 . .4 3.2.1 按调制方式划分 . .4 3.2.2 按开关管电流工作方式划分 5 3.2.3 按开关晶体管的类型划分 5 3.2.4 按储能电感与负载的链接方式划分 5 3.2.5 按晶体管的链接方式划分 6 4 开关电源的基本工作原理 . 6 4.1 UC3842 的原理及技术 7 4.1.1 MOSFET 管的介绍 8 4.1.2 控制电路的设计 9 5 UC3842 在开关电源电路的应用 . .10 5.1 UC3842 组成的开关电源电路 .11 5.1.1 启动过程 .11 5.1.2 稳压过程 .11 5.1.3 过流保护原理 .12 5.1.
8、4 过压保护原理 .12 5.1.5 开关管保护电路 .13 6 制作和调试 14 7 结论 15 致 谢 . 16 参考文献 . 17 附录 1 实验原理图 . 18 附录 2 毕业设计作品说明书 . 19 - 1 - 1 引言 随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越 来越高。电子设备的小型化和低成本使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。在近半个多世纪的发展过程中，开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点而取代传统技术设计制造的连续工作
9、的线性电源，并广泛应用于电子、电气设备中。 20 世纪80 年代，计算机全面实现了开关电源化，率先完成了计算机的电源换代。 20 世纪 90 年代，开关电源在电子、电气设备以及家电领域得到了广泛的应用，开关电源技术进入快速发展期。 1 本 毕业设计 开关电源中 采用的 PWM 控制芯片是 UC3842。 1.交流电源输入经整流滤波成直流； 2.通过高频 PWM(脉冲宽度调制 )信号控制开关管，将那直流 电压转变为高频脉动交流电压 加到开关变压器初级 上； 3.开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载； 4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM 占空比，以达到稳定输出的目的。
10、 开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面： 1、小型化、薄型化、轻量化、高频化 开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电 感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。因此，高频化是开关电源的主要发展方向。 2、高可靠性 开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可
11、靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。 3、低噪声 开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会随之增大，采用部分谐振转换回路技术，在原理 上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。 - 2 - 4、采用计算机辅助设计和控制 采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等 2。 - 3 - 2 硬件电路设计 2.1 多路开关电源设计的基本要求 1、设计一个具有 7 路相互独立的电压输出的开
12、关电源系统： 1 路 +5V（ 1A）电压输出； 4 路 +15V（ 50mA）电压输出； 2 路 15V（ 100mA，共地）电压输出。 2、纹波电压峰 峰值 UPP1V； 3、 DC-DC 变换器的效率 70% 4、要求画出原理图。 通过本次设计要求学生掌握开关电源设计的基本方法。 2.2 多路开关电源电路的设计 本设计的 主电路采用基于 UC3842 的 Boost 电路。 - 4 - 3 开关电源概述 3.1 开关电源的产生和发展 随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体储存器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积打而笨重的使用工频变压器的线性调节
13、稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高 的隔离式开关电源。 隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。 早在 70 年代，随着电子技术的不断发展，集成化得开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通讯设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。 随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又成为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各种 开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断
14、完善，集成化水品也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前已形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入 90 年代后，其成本下降非常显著，当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。 3.2 开关电源的介绍 3.2.1 按调制方式划分 脉宽调制型 振荡频率保持不变，通过改变脉冲宽度来改变和调节输出电压- 5 - 的 大小，有时通过取样电路、耦合电路等构成反馈闭环回路，来稳定输出电压的幅度。 频率调制型 占空比保持不变，通过改变振荡器的振
15、荡频率来调节和稳定输出电压的幅度。 混合调制型 通过调节导通时间 和 振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。 3.2.2 按开关管电流的工作方式划分 开关型 用开关晶体管把直流变成高频标准方波，电路形式类似于他激式。 谐振型 开关晶体管与 LC 谐振回路将直流变成标准正弦波，电路形式类似于自激式。 3.2.3 按开关晶体管的类型划分 晶体管型 采用晶体管作为开关管。 可控硅型 采用可控 硅作为开关管，这种电路的特点是直接输入交流电，不需要一次整流部分。 3.2.4 按储能电感与负载的连接方式划分 串联型 储能电感串联在输入与输出电压之间。 并联型 储能电感并联在输入与输出电压之间。 3.
16、2.5 按晶体管的连接方式划分 单端式 仅使用一个晶体管作为电路中的开关管，这种电路的特点是价格低，电路结构简单，但输出功率不能提高。 推挽式 使用两个晶体管，将其连接成推挽功率放大器形式。这种电路的特点是开关变压器必须具有中心抽头。 半桥式 使用两个晶体管，将其连接成半桥形式。它的特点是适应于输 入电压较高的场合。全桥式 使用四个开关晶体管，将其连接成全桥形式 5。 - 6 - 4 开关电源的基本工作原理 在目前开发和使用的开关电源电路中，绝大多数为脉宽调制型，即为 PWM技术。 PWM 技术，全称脉冲宽度调制（ Pulse width Modulation， PWM）技术，是通过对一系列脉
17、冲的宽度进行调制来等效地获得所需波形（含形状和幅值）的。PWM 控制技术主要是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从事测量、通信到功率控制与变换的诸多领域。 PWM开关稳压电源的基本工作原理就是在输 入电压、内部参数以及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件的导通脉冲宽度，使得开关电源的输出电压被控制信号稳定 3。调宽式开关稳压电源的控制原理如图 2-1 所示。对于单极性矩形脉冲来说，其直流平均电压Uo 取决于矩形脉冲的宽度，脉冲越宽，其直流平均电压值就越高。直流平均电压 Uo 可由公式 (2-1）计算： T TUU mO 1 (2-1) 式中 Um矩形脉冲最大电压值； T矩形脉冲周期； T1矩形脉冲宽度。当 Um与 T 不变时，直流平均电压 Uo 将与脉冲宽度 T1 成正比。这样，只要设法使脉冲宽度随稳压电源输出电压的增高而变窄，就可达到稳定电压的目的。 图 2-1 脉宽调制式开关电源控制原理图 开关电源主 要由输入电路，功率变换电路，输出电路，控制电路和保护电路五大部分构成。
