基于UC3842的开关电源设计
摘要
论述了新型开关电源的产生和发展、结构和原理、特点以及开关电源的一些主要电器元件的工作原理和选用和电流控制型脉宽调制芯片UC3842的内部结构、管脚功能、特性和工作原理以及电流控制型脉宽调制芯片UC3842构成的开关电源的工作原理,分析了基于UC3842构成的它激式升压型开关电源和单端反击式开关电源,并对单端反激式开关电源电路系统启动电路、保护电路、输出整流滤波电路以及反馈电路四个部分进行了详细的分析,得出该开关稳压电源效率高、纹波小、输出电压稳定,性能优良, 具有频响快、电压调整率和负载调整率高的特点，是一种性能较好的开关稳压电源，适合于仪器仪表的控制用电。
关键词：开关稳压电源，UC3842，AC／DC变换器
Switching power supply design based on UC3842
ABSTRACT
Discusses the emergence of new switching power supply and development, structure and principles, characteristics, and switching power supply some of the major electrical components of the working principles and selection and current-controlled PWM chip UC3842's internal structure, pin function, features and working principle and PWM current control type switching power supply chip UC3842 constitute the working principle of its composition based on UC3842 excited boost switching power supply and single-ended counter-switching power supply, and single-ended flyback switching power supply circuit system startup circuit, protection circuit, output rectifier filter circuit and feedback circuit of five parts of a detailed analysis, drawn to the high efficiency switching power supply, ripple, output voltage stability, excellent performance, with fast frequency response, voltage regulation and load regulation characteristics of the high rate is a better performance of the switching power supply, control instrumentation for electricity.
KEY WORDS: switching power supply，UC3842，AC/DC converter
目录
前言 (1)
第1章开关电源介绍 (2)
1.1开关电源的产生与发展 (2)
1.2开关电源概述 (3)
1.2.1开关电源的工作原理 (3)
1.2.2开关电源的组成 (4)
1.2.3开关电源的特点 (5)
1.2.4开关电源的分类及控制方式 (5)
1.3开关电源的主要技术指标 (8)
第2章开关电源主要元器件 (9)
2.1功率开关MOSFET (9)
2.2光电耦合器 (11)
2.3稳压二极管 (13)
2.4TL431精密稳压源 (14)
第3章滤波电路及保护电路 (17)
3.1电容滤波电路 (17)
3.2电感滤波电路 (18)
3.3 LC滤波电路 (19)
3.4输出过电压保护 (19)
3.5过电流保护 (21)
第4章典型它激式开关电源 (22)
4.1 UC3842介绍 (22)
4.1.1 UC3842的原理与特点 (22)
4.1.2 UC3842各管脚功能 (24)
4.1.3 UC3842的使用特点 (25)
4.2反激式开关变换电路 (26)
4.3 UC3842电压反馈电路的选用 (27)
4.4 UC3842应用 (31)
结论 (35)
谢辞 (36)
参考文献 (37)
附录 (38)
外文资料翻译 (39)
前言
电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，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、电力检测设备电源、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。新型开关电源技术属于电力电子技术，它运用功率变换器进行电能变换，经过变换的电能可以满足各种用电要求。由于其高效，节能所带来的巨大经济效益，从而得到了迅速的发展。现今，新型开关电源技术主要向小型化、高频化、集成化、模块化、数字化及绿色化方向发展。
其中，自激式开关电源是目前广泛使用的基本电源之一，它是一种利用间歇振荡电路组成的开关电源，它的开关管起着开关及振荡的双重作用，也省去了控制电路。电路中由于负载位于变压器的次级且工作在反激状态，具有输人和输出相互隔离的优点。这种电路不仅适用于大功率电源，亦适用于小功率电源。然而，自激式开关电源电路中的开关管既是振荡管又是开关元件，这两种功能相互影响牵制，成为制约自激式开关电源性能提高的主要因素。而它激式开关电源有独立的振荡器、激励级、脉宽调制器、供电保护系统等，因此其电路较自激式更复杂的多。其开关管导通和截止所需要的基极开关脉冲由外振荡器供给，而脉宽调制在专设的振荡级进行。目前大多数它激式开关电源都用集成化驱动器，将误差放大器、脉宽调制器、振荡器以及过电压、过电流保护集成在一体。现已开发出了一系列功能完善、外电路也极简单的驱动器，使它激式开关电源有了极大的发展，我们通过研究和分析由UC3842控制的开关电源电路来更好更深的了解它激式开关电源。
第1章开关电源介绍
1.1开关电源的产生与发展
电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进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、电力检测设备电源、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。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。
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存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。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，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、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为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，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。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压MOS大
功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz 提高150～200kHz ，
其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的
性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导
之势。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的
优势。在70年代后期，功率在100W 以上的开关电源是有竞争力的。到
1980年，功率在50W 以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，
到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W 以上，就要考虑使用开关电
源了。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。
1.2开关电源概述
1.2.1开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以用图1-1进行说明。图中输入的不稳定直流
电压i U 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i U 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以
得到稳定的直流输出电压0U 。
（a ）原理图 （b ）波形图
图1-1 开关电源的工作原理图
为了分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下： ON T D T
（1-1）
式中，T 表示开关S 的开关重复周期；ON T 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U 0与输入电压i U 之间有如下关系：
0i U U D （1-2）
由公式（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T ON ，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T ON 来实现占空比调节的稳压方式叫脉冲宽度调制（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ON T 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0U 稳定的方法，称作
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
的设计不容易实现最优化，既改变T ON ，又改变T ，实现脉冲占空比调节的
稳压方式称作脉冲调频调宽方式。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]。
1.2.2 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。
图 1-2 开关电源工作组成图
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。开关电源与线性电源相比，其输入的瞬态变换比较多地表现在输出端，在提高开关频率的同时，由于比较放大器的频率特性得到改善，开关电源的瞬态响应指标也得到改善。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。
1.2.3 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，一般在百分之八十到百分之九十之间，高的可达到百分之九十以上。
（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，输出电压的变化子啊 20%以下。合理设计开关电源电路，还可以使稳压范围变宽，并保证开关电源的高效率。
（4）安全可靠：在开关电源中，由于可以方便的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效率高，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。
1.2.4 开关电源的分类及控制方式
1．按开关电源的触发方式分类
（1）自激式开关电源
p
p 自激式开关电源利用电源电路中的开关晶体管和高频脉冲变压器构成
反馈环路，来完成自激振荡，使开关电源输出直流电压。在显示设备的PWM
式开关电源中，自激振荡频率同步于行频脉冲，即使在行扫描电路发生故
障时，电源电路仍能维持自激振荡而有直流输出电压。
（2）它激式开关电源
它激式开关电源必须有一个振荡器，用以产生开关脉冲来控制开关管，
使开关电源工作，输出直流电压。
2．按其他方式分类
开关电源按功率开关管的连接方式，可分为单端正激开关电源、单端
反激开关电源、半桥开关电源和全桥开关电源；按功率开关管与电源供电、
储能电感、稳压电压的输出方式，可分为串联开关电源和并联开关电源。
3.下面着重介绍其控制方式
（1）脉冲宽度调制方式
脉冲宽度调制方式简称脉宽调制（P u les Width Mod u lation ，缩写为
PWM ）。其特点是固定开关频率，通过改变脉冲宽度来调节占空比。其缺点
是受功率开关管最小导通时间的限制，对输出电压不能做宽范围有效调节。
目前集成开关电源大多采用PWM 方式。如图1－3（a ）
（2）脉冲频率调制方式
脉冲频率调制方式简称脉频调制(P u les Frenqency Mod u lation ，缩写
为PFM)。它是将脉冲宽度固定，通过改变开关频率来调节占空比的。PWM
方式和PFM 方式的调制波形分别如图1—3（a ）、（b ）所示，t p 表示脉冲宽
度（即功率开关管的导通时间T ON ，T 代表周期)。从中很容易看出两者的
区别。无论是改变t p 还是T ，最终调节的都是脉冲占空比（t p /T ），输出
电压和占空比成正比。如图1－3（b ）
(a) (b)
图1-3 开关电源调制波形
（3）混合调制方式
混合调制方式是指脉冲宽度与开关频率均不固定，彼此都能改变的方式，它属于PWM和PFM混合方式。由于t p和T均可单独调节，因此占空比调节范围最宽，适合制作供实验室使用的输出电压可宽范围调节的开关电源。
4. 电源控制方式的应用
下面介绍一种开关式稳压电路实例
脉宽调制型开关电源电路如图1-4所示。该电路也是用闭合的反馈环路来实现自动调节的。除了有检测比较放大部分外，还必须把差动放大器的输出电压量，转换成脉冲宽度的脉宽调节器和一个产生固定频率的振荡源，以作为时间振荡器装置。由于输入电源向负载提供能量不像串联线性稳压电源那样连续，而是断续的，为使负载能得到连续的能量供给，开关型稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时能将能量储存起来，在开关断开时向负载释放能量。这需要用由电感L、电容C组成的滤波器。二极管D用以使负载电流继续流通，所以称为续流二极管。
图1-4 脉宽调制型开关电源
脉宽调制器产生一串矩形脉冲，当脉冲是低电平时，V2截止，则V1基极得到全部的I S值而饱和导通，这时续流二极管D因反偏而截止，使A 点电压V A达到输入电压V i值，于是对电感L和电容C进行充电，同时给负载提供能量输出，电感L在V
1
接通的时间T ON内储存能量，电感中的电
流I
L 在T
ON
时间内是线性增加的。当脉冲使V
2
饱和导通时，开关管V1截止，
电感中流过电流通过二极管D续流，电感电压极性倒转；电感中储存的能
量释放时，电感中电流I
L 线性减小。适当选择L和C值，在V
1
关断时间
T OFF内保证负载电流的连续性。
1.3开关电源的主要技术指标
开关电源有以下技术指标：
（1）输入电压变化范围：当稳压电源的输入电压发生变化时，使输出
电压保持不变的输入电压变化范围。这个范围越宽，表示电源适应外界电
压变化的能力越强，电源使用范围就越宽。它和电源的误差放大、反馈调
节电路的增益以及占空比调节范围有关。目前开关电源的输入电压变化范
围已做到90～270V ，可以省去许多电器中的110V/220V 转换开关。
（2）输出电阻0R ：输出电压的变化量0U ?与输出电流的变化量0I ?的比
值。这个比值越小，表示电源输出电压随负载电流的变化越小，稳压性能
越好。
（3）效率η：电源输出功率0P 与输入功率i P 的比值。这个比值越高，
开关电源的体积越小，同时可靠性也越高。目前开关电源的效率可达到90%
以上。
（4）输出波纹电压：由于开关电源的稳压过程是一个不断反馈调节的
过程，因此在输出的直流电压0U 上会出现一个叠加的波动的纹波电压，即
输出纹波电压。这个电压值越小，表示电源的输出性能越好。这个参数的
表示有两种方法：一是输出纹波电压有效值；二是输出纹波电压峰峰值
pp U 。
（5）输出电压调节范围：由于电源的输出电压只和基准电压与输出取
样电路的元器件参数有关，因此，输出电压调节范围反映在线性电源上是
稳压调整管集电极电流的变化范围，反映在开关电源上是开关调整管脉冲
占空比D 的变化范围。
（6）输出电压稳定性：输出电压随负载变化而变化的特性，这个变化
是越小越好。它主要和反馈调节回路的增益及频响特性有关。反馈调节回
路增益越高，输出电压0U 的稳定性就越好。
（7）输出功率0P ：电源能输出给负载的最大功率，它和负载功率有关。
为了保障电源安全，要求输出功率有20%～50%的裕量。
D D G G S
S 第2章 开关电源主要元器件
2.1功率开关MOSFET
MOSFET 分P 沟道耗尽型、P 沟道增强型、N 沟道耗尽型和N 沟道增强
型4种类型。增强型MOSFET 具有应用方便的“常闭”特性（即驱动信号为
零时，输出电流为零）。在开关电源中，用作开关功率的MOSFET 几乎全部
是N 沟道增强型器件。这是因为MOSFET 是一种依靠多数载流子工作的单极
型器件，不存在二次击穿和少数载流子的储存时间问题，所以具有较大的
安全工作区、良好的散热稳定性和非常快的开关速度。MOSFET 在大功率开
关电源中用作开关，比双极型功率晶体管具有明显的优势。所有类型的有
源功率因数校正器都是为驱动功率MOSFET 而设计的，所以说，用作开关的
MOSFET 是任何双极型功率晶体管所不能替代的。
1.MOSFET 的结构和工作原理
MOSFET 也是多元集成结构，一个器件由许多个小MOSFET 元组成。每
个元的形状和排列方法，不同生产厂家采用了不同的设计，因而对其产品
取了不同的名称。但是，不管名称怎么样，垂直导电的基本思想没有改变。
图2—1（a ）给出了N 沟道增强型MOSFET 中的一个单元的截面图。
MOSFET 的电气图形符号如图2—1（b ）所示。
N 沟道 P 沟道 (a) N 沟道内部结构断面示意图 (b) 电气图形符号
图2-1 MOSFET 内部结构图和电气符号
当漏极接电源正端，源极接电源负端，栅极和源极间电压为零时，P
N 沟道
P 沟道D G S D G S (a)
(b)
基区与N 漂移区之间形成的PN 结1J 反偏，漏源极之间没有电流流过。如
果在栅极和源极之间加一正电压GS U ，由于栅极是绝缘的，所以并不会有栅
极电流流过。但栅极的正电压却会将其下面的P 区中的空穴推开，而将P
区中的少子—电子吸引到栅极下面的P 区表面。当GS U 大于某一电压值T
U 时，栅极下P 区表面的电子浓度将超过空穴浓度，从而使P 型半导体反型
而成N 型半导体，形成反型层，该反型层形成N 沟道而使PN 结1J 消失，
漏极和源极导电。电压T U 成为开启电压（或阈值电压），GS U 超过T U 越多，
导电能力越强，漏极电流D I 越大。
2.MOSFET 的主要参数
（1）漏极电压DS U ：这是标称MOSFET 电压定额的参数。
（2）漏极直流电流D I 和漏极脉冲电流幅值DM I ：这是标称MOSFET 电流
定额的参数。
（3）栅极电压GS U ：栅源之间的绝缘层很薄，GS U >20V 将导致绝缘层击
穿。
（4）极间电容：MOSFET 三个电极之间分别存在极间电容GS C 、
GD C 和DS C 。一般生产厂家提供的是漏极短路时的输入电容i ss C 、共源极输出电容oss C 和
反向转移电容rss C 。他们之间的关系是
iss GS GD C C C =+ （2-1）
rss GD C C = （2-2）
oss DS GD C C C =+ （2-3）
漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了MOSFET 的安
全工作区。一般来说，MOSFET 不存在二次击穿问题，这是它的一大优点。
在实际使用中，仍应注意留适当的裕量。
3.MOSFET 的主要特点
MOSFET 是一种依靠多数载流子工作的典型场控制器件。由于它没有少
数载流子的存储效应，所以它适用于100—200MHz 的高频场合，从而可以
采用小型化和超小型化的磁性元件和电容器。MOSFET 具有负的电流温度系
数，可以避免热不稳定性和二次击穿，适合在大功率和大电流条件下应用。
MOSFET 从驱动模式上来分，属于电压控制器件，驱动电路设计比较简单，
驱动功率甚微，在启动或稳定工作条件下的峰值电流要比采用双极型功率
晶体管小的多。
MOSFET 中大多数集成有阻尼二极管，而双极型功率晶体管中大多数没
有内装阻尼二极管。MOSFET 对系统的可靠性与安全性的影响并不像双极型
晶体管那样重要。MOSFET 的主要缺点是导通电阻（()DS on R ）较大，而且具
有正温度系数，用在大电流开关状态时，导通损耗较大，开启门限电压
()GS th V 较高（一般为2～4V ）,要求驱动变压器绕组的匝数比采用双极型晶
体管多1倍以上。
4. MOSFET 的驱动电路
MOSFET 的驱动电路如图2-2和图2-3所示。
T VT 1
25E D
图2—2 加速VT 关断驱动电路 图2—3 功率驱动电路
在图2-2中，S N 为脉冲变压器次级驱动绕组，R 是MOSFET 的栅极限
流电阻。齐纳二极管1DW 、2DW 反向串接在一起，用于对VT 的栅—漏极进
行钳位，防止驱动电压GS V 过高而使VT 击穿。R 的阻值一般为60～200 。
尽管MOSFET 的输入阻抗很高，但仍会产生充电电流。R 值小，则开关速度
高，只要栅极的驱动电压一撤销，就会立刻截止。
图2-3所示是加速漏极电流跌落时间、有利于零功率控制的电路。当
MOSFET 得栅极驱动电压突然降到门限电压时，MOSFET 由导通突然变截止，
三极管BC557加速了D I 的跌落，为MOSFET 起到加速作用。
2.2 光电耦合器
1. 光电耦合器工作原理
光电耦合器也叫光电隔离器，简称光耦。它是一种以红外光进行信号
传递的器件，由两部分组成：一是发光体，实际上是一只发光二极管，受
输入电流的控制，发出不同强度的红外光；另一部分是受光器，受光器接
受光照以后，产生光电流并从输出端输出。它的光—电反应也是随着光的
强弱改变而变化的。这就实现了“电—光—电”功率转换，也就是隔离信
号传递。光电耦合器的主要优点是单向信号传输，输入端和输出端完全实
现了隔离，不受其它任何电气干扰和电磁干扰，具有很强的抗干扰能力。
因为它是一种发光体，而且用低电平的电源供电，所以它的使用寿命长，
传输效率高，而且体积小，可广泛用于级间耦合、信号传输、电气隔离、
电路开关以及电平转换等。在仪器仪表、通信设施及各种电路接口中都应
用到了光电耦合器。在开关电源电路中利用光电耦合器构成反馈回路，通
过光电耦合器来调整、控制输出电压，达到稳定输出电压的目的；通过光
电耦合器进行脉冲转换。
2. 光电耦合器的分类
光电耦合器有多种，根据不同的用途，可选用不同类型的光电耦合器。
光电耦合器有双排直插式、管式、光导纤维式等多种封装，其型号有无基
极引线通用型、有基极引线通用型、达林顿型、光电集成电路型、光敏晶
闸型等。
3. 光电耦合器的主要参数
光电耦合器的主要参数有：电流传输比CTR （＞100%）、绝缘电压 DC V （＞1550V ）、暗电流R I （为50 A μ）、最大正向正电流FM I (＞60mA)、
反向击穿电压()BR CEO V (＞30V)、饱和压降CES V （＜0.3V)。在这些参数里，
前两个参数比较重要，设计电路时也要考虑FM I 和CES V 。
4. 光电耦合器的检测
根据光电耦合器的结构和内部电路，可用万用表的R ?1K 挡测量发光
二极管的正、反向电阻，其中正向电阻为2k Ω左右，反向电阻为无穷大；
接收管C —E 极的电阻为无穷大。绝缘电阻可用2500V 的ZC11—5型兆欧表
进行测量，若测得的绝缘电阻大于1010Ω，证明质量很好。
NEC —2501的管脚排列如图2-4所示。靠近黑圆点的是第一脚，它是
发光二极管的正极，然后按反时针数各个脚位。电流传输比（CTR ）是观点
耦合器的主要参数，在接收管的输出保持不变时，它的输出电流0I 与输入
电流i I 之比就是传输比，0100%I CTR Ii
=?。如PC817的传输比为80%～160%，4N30为100%～5000%。可见，4N30只需要较小的输入电流，就可以输出变
换为较大的电流，具有放大作用，因此选择合适的电压或电流传输信号而
且呈线性关系是很重要的[3]。
C E +-
C E (a) 管脚排列（b ） 内部电路
图2-4 NEC —2501光电耦合器
2.3稳压二极管
稳压二极管又叫齐纳二极管，具有单向导电性，它工作在电压反向击
穿状态。当反向电压达到并超过稳定电压时，反向电流突然增大，而二极
管两端的电压恒定，这就叫做稳定。它在电子电路中用作过压保护、电平
转换，也可用来提供基准电压。
1. 稳压二极管的分类
稳压二极管分低压和高压两种。稳压值低于40V 的叫做低压稳压二极
管；高于200V 的叫做高压稳压二极管。现在市面上从2.4V 到200V ，各种
型号规格齐全。稳压管的直径一般只有2mm ，长度为4mm 。它的稳压性能好，
体积小，价格便宜。稳压二极管从材料上分为N 型和P 型两种。选用稳压
二极管的原则是：第一，注意稳定电压的标称值；第二，注意电压的温度
系数。
2. 稳压二极管的用途
稳压二极管具有以下作用：第一，对漏极和源极进行钳位保护，如图
2-5（a ）所示；第二，起到加速开关管导通的作用，如图2-5（b ）所示；
第三，在开关电源中常用高压稳压二极管代替瞬态电压抑制器TVS 对初级
回路产生的尖峰电压进行钳位；第四，在晶体管反馈回路中，常常在晶体
管的发射极串联一只稳压管作电压负反馈，提高放大电路的稳定性[2]。
（a ） 保护作用
图2-5 稳压二极管的作用
2.4 TL431精密稳压源
TL431是由美国德州仪器公司和摩托罗拉公司联合生产的，为
2.50～36V 可调式精密并联稳压源，广泛用于开关电源、电子仪器和各种
检测仪表中。在电子电路中，TL431可以用来设计延时电路、电压比较器、
精密恒流源、大电流稳压源等；在开关电源中，可构成外部误差放大器，
再与光电耦合器组成隔离式反馈电路，使电源电压稳定输出。
1. TL431的性能特点
TL431共有以下几种型号：TL431C 、TL431AC 、TL431I 、TL431M 、TL431Y 。
它们的内部结构一样，只是技术指标优点差异，其特点是：
（1）动态阻抗低，典型值为0.2Ω；输出噪声低。
（2）阴极工作电压范围是 2.50～36V ，极限值为37V ；阴极工作电流 AK I =1～100mA ，极限值为150mA ；额定功率为1W ，A T ＞25o
C 时，则按 8.0mW ／o
C 的规律递减。
2. TL431的工作原理
TL431的基本电路接线如图2-6所示。它相当于一只可调节的齐纳稳压二极管，输出电压由外部的1R 、2R 来设定，1021KA REF R V V V R ??==+ ???
。3R 是限流电阻，REF V 是常态下的基准稳压端（电压REF V 为2.5V ）。图2-7所示
是TL431的等效电路，它主要由误差放大器A 、外接电阻分压器上所得到
的取样电压、2.50V 基准稳压源ref V 、NPN 型晶体管VT （用以调节负载电流）
和保护二极管VD （防止A 、K 间极性接反，起保护作用）组成。TL431的工
作原理是这样的：当输出电压0V 上升时，取样电压REF V 也随之上升，使取
样电压大于基准电压ref V ，致使晶体管VT 导通，其集电极电位下降，即输
出电压0V 下降。
2
1
R 1、V
图2-6 TL431的基准电路接线图 图2-7 TL431的等效电路图
3. TL431的应用
（1）TL431能实现可调的输出电压
如图2-8所示，将三端稳压器L7805接在TL431的阴极上，调节1R 来
改变输出电压。输出电压的大小仍用上述公式计算，最低输出电压
m i n 57.2o R E F V V V V =+=,最高输出电压是L7805的输出电压的最大值35V 加
上REF V ，所以mi n 35 2.5
37.5o V V V V =+=.
图2-8 可调输出电路
（2）可以做成输出电压为5V 、电流为1.5A 的精密稳压源
如图2-9所示，将TL431接在三端稳压器LM317的调整端与地之间。
LM317的静态工作电流只有50A μ，小于1mA ，无法为TL431提供正常的阴
极电流。在电路中加入3R 后，输出电压0V 经3R 向TL431的阴极提供电流
AK I ，保证TL431正常工作。图2-10所示是大电流并联稳压电路。
图2-9 大电流稳压电路图2-10 大电流并联稳压电路
4. TL431的检测方法
利用万用表的电阻挡可以检测TL431质量的好坏。从等效电路图知道，TL431实际上是一只二极管，因此A、K之间呈现出单向导电的特性。选用R?1K档，黑表笔接K极，红表笔接A极，这时测量出的电阻为无穷大；
V极，红表笔接K极，调换表笔后测出的电阻为5kΩ左右。再用黑表笔接
REF
这时显示电阻为7.5 kΩ.
u c3842开关电源设计 流程
目的 希望以简短的篇幅，将公司目前设计的流程做介绍，若有介绍不当之处，请不吝指教. 设计步骤: 绘线路图、PCB Layout. 变压器计算. 零件选用. 设计验证. 设计流程介绍(以DA-14B33为例): 线路图、PCB Layout 请参考资识库中说明. 变压器计算: 变压器是整个电源供应器的重要核心，所以变压器的计算及验证是很重要的，以下即就DA-14B33变压器做介绍. 决定变压器的材质及尺寸: 依据变压器计算公式 Gauss x NpxAe LpxIp B 100(max )= B(max) = 铁心饱合的磁通密度(Gauss) Lp = 一次侧电感值(uH) Ip = 一次侧峰值电流(A) Np = 一次侧(主线圈)圈数 Ae = 铁心截面积(cm 2) B(max) 依铁心的材质及本身的温度来决定，以TDK Ferrite Core PC40为例，100℃时的B(max)为3900 Gauss ，设计时应考虑零件误差，所以一般取3000~3500 Gauss 之间，若所设计的power 为 Adapter(有外壳)则应取3000 Gauss 左右，以避免铁心因高温而饱合，一般而言铁心的尺寸越大，Ae 越高，所以可以做较大瓦数的Power 。 决定一次侧滤波电容: 滤波电容的决定，可以决定电容器上的Vin(min)，滤波电容越大，Vin(win)越高，可以做较大瓦数的Power ，但相对价格亦较高。 决定变压器线径及线数: 当变压器决定后，变压器的Bobbin 即可决定，依据Bobbin 的槽宽，可决定变压器的线径及线数，亦可计算出线径的电流密度，电流密度一般以6A/mm 2为参考，电流密度对变压器的设计而言，只能当做参考值，最终应以温升记录为准。 决定Duty cycle (工作周期): 由以下公式可决定Duty cycle ，Duty cycle 的设计一般以50%为基准，Duty cycle 若超过50%易导致振荡的发生。 xD Vin D x V Vo Np Ns D (min))1()(-+= N S = 二次侧圈数
毕业论文（设计） 题目开关电源设计 英文题目switch source design
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主 要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每 一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器(板载的10W降压Buck 变换器)。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在 系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙 之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使 用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。 更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+5.0V 额定输出电流： 2.0A 过电流限制： 3.0A 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +5.0V*2A=10.0W(最大) 输入功率： Pout/估计效率=10.0W／0.90=11.1W 功率开关损耗 (11.1W-10W) * 0．5=0.5W 续流二极管损耗： (1l.lW-10W)*0.5=0.5W 输入平均电流 低输入电压时 11.1W／10V=1.1lA 高输入电压时： 11.1W／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
UC3842开关电源各功能电路详解 一、开关电源的电路组成 开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。 开关电源的电路组成方框图如下： 二、输入电路的原理及常见电路 1、AC 输入整流滤波电路原理： ①防雷电路：当有雷击，产生高 压经电网导入电源时，由MOV1、 MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1 组成的电路进行保护。当加在压敏 电阻两端的电压超过其工作电压 时，其阻值降低，使高压能量消耗 在压敏电阻上，若电流过大，F1、
F2、F3 会烧毁保护后级电路。 ②输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1（热敏电阻）就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小（RT1是负温系数元件），这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。 ③整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。若C5容量变小，输出的交流纹波将增大。 2、DC 输入滤波电路原理： ①输入滤波电 路：C1、L1、 C2组成的双π 型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4 为安规电容，L2、L3为差模电感。 ② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。
电子工程师必备基础知识（一） 运算放大器通过简单的外围元件，在模拟电路和数字电路中得到非常广泛的应用。运算放大器有好些个型号，在详细的性能参数上有几个差别，但原理和应用方法一样。 运算放大器通常有两个输入端，即正向输入端和反向输入端，有且只有一个输出端。部分运算放大器除了两个输入和一个输出外，还有几个改善性能的补偿引脚。 光敏电阻的阻值随着光线强弱的变化而明显的变化。所以，能够用来制作智能窗帘、路灯自动开关、照相机快门时间自动调节器等。 干簧管是能够通过磁场来控制电路通断的电子元件。干簧管内部由软磁金属簧片组成，在有磁场的情况，金属簧片能够聚集磁力线并使受到力的作用，从而达到接通或断开的作用。 电子工程师必备基础知识（二） 电容的作用用三个字来说：“充放电。”不要小看这三个字，就因为这三个字，电容能够通过交流电，隔断直流电；通高频交流电，阻碍低频交流电。 电容的作用如果用八个字来说那就：“隔直通交，通高阻低。”这八个字是根据“充放电”三个字得出来的，不理解没关系，先死记硬背住。 能够根据直流电源输出电流的大小和后级（电路或产品）对电源的要求来先择滤波电容，通常情况下，每1安培电流对应1000UF-4700UF是比较合适的。 电子工程师必备基础知识（三） 电感的作用用四个字来说：“电磁转换。”不要小看这四个字，就因为这四个字，电感能够隔断交流电，通过直流电；通低频交流电，阻碍高频交流电。电感的作用再用八个字来说那就：“隔交通直，通低阻高。”这八个字是根据“电磁转换”三个字得出来的。
电感是电容的死对头。另外，电感还有这样一个特点：电流和磁场必需同时存在。电流要消失，磁场会消失；磁场要消失，电流会消失；磁场南北极变化，电流正负极也会变化。 电感内部的电流和磁场一直在“打内战”，电流想变化，磁场偏不让变化；磁场想变化，电流偏不让变化。但，由于外界原因，电流和磁场都可能一定要发生变化。给电感线圈加上电压，电流想从零变大，可是磁场会反对，因此电流只好慢慢的变大；给电感去掉电压，电流想从大变成零，可是磁场又要反对，可是电流回路都没啦，电流已经被强迫为零，磁场就会发怒，立即在电感两端产生很高的电压，企图产生电流并维持电流不变。这个电压很高很高，甚至会损坏电子元件，这就是线圈的自感现象。 给一个电感线圈外加一个变化磁场，只要线圈有闭合的回路，线圈就会产生电流。如果没回路的话，就会在线圈两端产生一个电压。产生电压的目的就是要企图产生电流。当两个或多个丝圈共用一个磁芯（聚集磁力线的作用）或共用一个磁场时，线圈之间的电流和磁场就会互相影响，这就是电流的互感现象。 大家看得见，电感其实就是一根导线，电感对直流的电阻很小，甚至能够忽略不计。电感对交流电呈现出很大的电阻作用。 电感的串联、并联非常复杂，因为电感实际上就是一根导线在按一定的位置路线分布，所以，电感的串联、并联也跟电感的位置相关（主要是磁力场的互相作用相关），如果不考虑磁场作用及分布电容、导线电阻（Q值）等影响的话就相当于电阻的串联、并联效果。 交流电的频率越高，电感的阻碍作用越大。交流电的频率越低，电感的阻碍作用越小。 电感和充满电的电容并联在一起时，电容放电会给电感，电感产生磁场，磁场会维持电流，电流又会给电容反向充电，反向充电后又会放电，周而复始……如果没损耗，或能及时的补充这种损耗，就会产生稳定的振荡。 电子工程师必备基础知识（四）
毕业综合实践 课题名称： 12V/5A开关电源设计 作者：学号： 09034224系别：电气电子工程系 专业：电子工程信息技术 指导老师：专业技术职务教授
毕业综合实践开题报告 姓名：学号： 09034224 专业：电子信息工程技术 课题名称： 12V/5A开关电源设计 指导教师： 2011 年 12 月 19 日
本课题意义及现状、需解决的问题和拟采用的解决方案 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、生活的关系日益紧密，任何电子设备都离不开可靠的电源，他们对电源的要求也越来越高。特别是随着小型电子设备的应用越来越广泛，也要求能够提供稳定的电源，以满足小型电子设备的用电需要。现状：电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。 本设计基于这个思想，设计、制作了一个开关稳压电源，输入交流电220V，输出12V/5A的直流稳压电源，具有过电流、过电压、短路保护。 本电路采用自激式震荡电路（RCC），它是经济开关电源、安装方便、调试简单，元器件少。这个电路的功能适用于手机充电器和一些仪表电源是很实用的一个电路。 指导教师意见： 指导教师： 年月日 专业教研室审查意见： 教研室负责人： 年月日
课题摘要 随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。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。本次设计采用典型的正激式开关电源结构设计形式，以(RCC)作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，并采用辅助电源供电方式为其供电，有利于增大主电源的输出功率。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，导通损耗小，这就为开关电源的高效性提供保障。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障，本电路注意改善负载调整率,降低了电磁串扰，达到绿色环保的目的。输出电压可调，使其可适用于不同场合。 关键词高频变压器场效应管正激式变换器脉宽调制
高效率开关电源设计实 例 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
高效率开关电源设计实例--10W同步整流B u c k变换器 以下设计实例中，包含了各种技巧来提高开关电源的总体效率。有源钳位和元损吸收电路的设计主要依靠经验来完成的，所以不在这里介绍。 采用新技术时必须小心，因为很多是有专利的，可能需要直接付专利费给专利持有人，或在购买每一片控制IC芯片时，支付附加费用。在将这些电源引入生产前，请注意这个问题。 10W同步整流Buck变换器 应用 此设计实例是PWM设计实例1的再设计，它包括了如何设计同步整流器()。 在设计同步整流开关电源时，必须仔细选择控制IC。为了效率最高和体积最小，一般同步控制器在系统性能上各有千秋，使得控制器只是在供应商提到的应用场合中性能较好。很多运行性能的微妙之处不能确定，除非认真读过数据手册。例如，每当作者试图设计一个同步整流变换器，并试图使用现成买来的IC芯片时，3／4设计会被丢弃。这是因为买来的芯片功能或工作模式往往无法改变。更不用说，当发现现成方案不能满足需求时，是令人沮丧的(见图20的电路图)。 设计指标 输入电压范围： DC+10～+14V 输出电压： DC+ 额定输出电流： 过电流限制： 输出纹波电压： +30mV(峰峰值) 输出调整：±1％ 最大工作温度： +40℃ “黑箱”预估值 输出功率： +*2A=(最大) 输入功率： Pout/估计效率=／= 功率开关损耗* 0．5= 续流二极管损耗：*= 输入平均电流 低输入电压时／10V= 高输入电压时：／14V=0．8A 估计峰值电流： 1．4Iout(rated)=1．4×2．0A=2．8A 设计工作频率为300kHz。
目录 引言......................................................... 1本文概述 ................................................. 1.1选题背景............................................................................................................................ 1.2本课题主要特点和设计目标 ........................................................................................... 1.3课题设计思路.................................................................................................................... 2SABER软件................................................ 2.1SABER简介 ..................................................................................................................... 2.2SABER仿真流程 ............................................................................................................. 2.3本章小结............................................................................................................................ 3三相桥式全控整流器的设计.................................. 3.1工作原理............................................................................................................................ 3.1.1 三相桥式全控整流电路的特点 ..................................................................................... 3.2保护电路............................................................................................................................ 3.2.1 过电压产生的原因.......................................................................................................... 3.2.2 过压保护 (1) 3.2.3 过电流产生的原因 (1) 3.2.4 过流保护 (1) 3.3SABER仿真 (1) 3.3.1 设计规范 (1) 3.3.2 建立模型 (1)
毕业设计 基于UC3842的开关电源设计 摘要 电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。 UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作20～80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。 关键词：开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBT
前言 (1) 第1章开关电源的简介 (2) 1.1 开关电源概述 (2) 1.1.1 开关电源的工作原理 (2) 1.1.2 开关电源的组成 (3) 1.1.3 开关电源的特点 (4) 1.2 开关器件 (4) 1.2.1开关器件的特征 (4) 1.2.2器件TL431. (5) 1.2.3电力二极管 (5) 1.2.4光耦PC817 (6) 1.2.5电力场效应晶体管MOSFET (7) 第2章主要开关变换电路 (1) 2.1 滤波电路 (1) 2.2 反馈电路 (1) 2.2.1电流反馈电路 (1) 2.2.2电压反馈电路 (2) 2.3电压保护电路 (2) 第3章UC3842 (3) 3.1 UC3842简介 (3) 3.1.1 UC3842的引脚及其功能 (4) 3.1.2 UC3842的内部结构 (4) 3.1.3 UC3842的使用特点 (5) 3.2 UC3842的典型应用电路 (6) 3.2.1反激式开关电源 (6) 3.2.2 UC3842控制的同步整流电路 (6) 3.2.3升压型开关电源 (8) 第4章利用UC3842设计小功率电源 (9)
《精通开关电源设计》笔记 三种基础拓扑（buck boost buck-boost ）的电路基础： 1， 电感的电压公式dt dI L V =＝T I L ??，推出ΔI ＝V ×ΔT/L 2， sw 闭合时，电感通电电压V ON ，闭合时间t ON sw 关断时，电感电压V OFF ，关断时间 t OFF 3， 功率变换器稳定工作的条件：ΔI ON ＝ΔI OFF 即，电感在导通和关断时，其电流变化相等。 那么由1，2的公式可知，V ON ＝L ×ΔI ON /Δt ON ，V OFF ＝L ×ΔI OFF /Δt OFF ，则稳定条件为伏秒定律：V ON ×t ON ＝V OFF ×t OFF 4， 周期T ，频率f ，T ＝1/f ，占空比D ＝t ON /T ＝t ON /（t ON ＋t OFF ）→t ON ＝D/f ＝TD →t OFF ＝（1－D ）/f 电流纹波率r P51 52 r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 对应最大负载电流值和最恶劣输入电压值 ΔI ＝E t /L μH E t ＝V ×ΔT （时间为微秒）为伏微秒数，L μH 为微亨电感，单位便于计算 r ＝E t /（ I L ×L μH ）→I L ×L μH ＝E t /r →L μH ＝E t /（r* I L ）都是由电感的电压公式推导出来 r 选值一般0.4比较合适，具体见 P53 电流纹波率r ＝ΔI/ I L ＝2I AC /I DC 在临界导通模式下，I AC ＝I DC ，此时r ＝2 见P51 r ＝ΔI/ I L ＝V ON ×D/Lf I L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/Lf I L →L ＝V ON ×D/rf I L 电感量公式：L ＝V O ＦＦ×（1－D ）/rf I L ＝V ON ×D/rf I L 设置r 应注意几个方面： A,I PK ＝（1＋r/2）×I L ≤开关管的最小电流，此时r 的值小于0.4，造成电感体积很大。 B,保证负载电流下降时，工作在连续导通方式P24-26， 最大负载电流时r ’＝ΔI/ I LMAX ,当r ＝2时进入临界导通模式，此时r ＝ΔI/ I x ＝2→ 负载电流I x ＝（r ’ /2）I LMAX 时，进入临界导通模式,例如：最大负载电流3A ，r ’＝0.4，则负载电流为（0.4/2）×3＝0.6A 时，进入临界导通模式 避免进入临界导通模式的方法有1，减小负载电流2，减小电感（会减小ΔI ，则减小r ）3，增加输入电压 P63 电感的能量处理能力1/2×L ×I 2 电感的能量处理能力用峰值电流计算1/2×L ×I 2PK ，避免磁饱和。 确定几个值:r 要考虑最小负载时的r 值 负载电流I L I PK 输入电压范围V IN 输出电压V O 最终确认L 的值 基本磁学原理：P71――以后花时间慢慢看《电磁场与电磁波》用于EMC 和变压器 H 场：也称磁场强度，场强，磁化力，叠加场等。单位A/m B 场：磁通密度或磁感应。单位是特斯拉（T ）或韦伯每平方米Wb/m 2 恒定电流I 的导线，每一线元dl 在点p 所产生的磁通密度为dB ＝k ×I ×dl ×a R /R 2 dB 为磁通密度，dl 为电流方向的导线线元，a R 为由dl 指向点p 的单位矢量，距离矢量为R ，R 为从电流元dl 到点p 的距离，k 为比例常数。 在SI 单位制中k ＝μ0/4π，μ0=4π×10-7 H/m 为真空的磁导率。
开关电源设计技巧连载十六：推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 1-8-1-3．推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容参数的计算 图1-33中，储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算，与图1-2的串联式开关电源中储能滤波电感和储能滤波电容参数的计算方法很相似。 根据图1-33和图1-34，我们把整流输出电压uo和LC滤波电路的电压uc、电流iL画出如图1-35，以便用来计算推挽式变压器开关电源储能滤波电感、电容的参数。 图1-35-a）是整流输出电压uo的波形图。实线表示控制开关K1接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形；虚线表示控制开关K2接通时，推挽式变压器开关电源开关变压器次级线圈N3绕组输出电压经整流后的波形。Up表示整流输出峰值电压（正激输出电压），Up-表示整流输出最低电压（反激输出电压），Ua表示整流输出电压的平均值。 图1-35-b）是滤波电容器两端电压的波形图，或滤波电路输出电压的波形图。Uo表示输出电压，或滤波电容器两端电压的平均值；ΔUc表示电容充电电压增量，2ΔUc等于输出电压纹波。
1-8-1-3-1．推挽式变压器开关电源储能滤波电感参数的计算 在图1-33中，当控制开关K1接通时，输入电压Ui通过控制开关K1加到开关变压器线圈N1绕组的两端，在控制开关K1接通Ton期间，开关变压器线圈N3绕组输出一个幅度为Up（半波平均值）的正激电压uo，然后加到储能滤波电感L 和储能滤波电容C组成的滤波电路上，在此期间储能滤波电感L两端的电压eL 为： 式中：Ui为输入电压，Uo为直流输出电压，即：Uo为滤波电容两端电压uc的平均值。 在此顺便说明：由于电容两端的电压变化增量ΔU相对于输出电压Uo来说非常小，为了简单，我们这里把Uo当成常量来处理。 对（1-136）式进行积分得：
开关电源系统设计方案毕业论文 目录 摘要.......................................... 错误!未定义书签。Abstract.......................................... 错误!未定义书签。 1 绪言 1.1课题背景 (2) 1.2选题的国外研究现状及水平、研究目标及意义 (2) 1.3 本课题主要的研究容 (3) 2 系统设计方案与论证 2.1课题研究的基本要求 (4) 2.2方案论证 (4) 2.2.1 DC/DC电路模块方案 (4) 2.2.2 MOSEFT驱动电路方案 (7) 2.2.3 单片机选择方案 (7) 2.2.4检测采样方案 (8) 2.2.5系统框图 (8) 3 硬件电路设计 3.1变压整流滤波电路 (9) 3.2辅助电源的设计 (11) 3.3 Buck电路参数选择原理和计算 (12) 3.3.1参数选择原理 (12) 3.3.2 电感值的计算 (15) 3.3.3 滤波电容的计算 (15) 3.3.4开关管的选择和开关管保护电路设计 (16) 3.4驱动电路的设计 (18)
3.5采样电路设计 (19) 3.6保护电路的设计 (20) 4 软件部分设计 4.1 AVR128简介 (21) 4.2 PWM波的产生 (22) 4.3 AD采样 (26) 5系统调试及结果分析 6 总结与展望 6.1 总结 (30) 6.2 展望 (30) 致谢 (31) 参考文献 (32) 附录 (34)
1 绪言 开关电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，应用越来越广泛，从70年代开始，并用轻量高频变压器替代笨重的工频变压器。高效的开关电源飞速发展，逐步替代传统的的线性电源，开关电源不需要较大的散热器，开关电源自20世纪90年代问世以来，便显示出强大的生命力，并以其优良特性倍受人们的青睐。近年来，开关电源在通信、工业自动化、航空、仪表仪器等领域的应用越来越广泛。随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、模块化的方向发展，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。随着高频开关电源技术和应用电子技术的高速发展，直流高频开关电源依靠它的高精度、低纹波及高效率等优越性能，正在逐步取代传统的线性电源。同时，高频开关电源系统的高速响应性能、输出短路电流限制及稳压和稳流等优点也使其负载的使用寿命大大增加。评价开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则。在电气技术指标满足正常使用要求的条件下，为使电源在恶劣环境及突发故障情况下安全可靠地工作，必须设计多种保护电路，比如防浪涌的软启动，防过压、欠压、过流、短路等保护电路。同时，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视[15]。 许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使总功率因数下降，使电网电压耦合出许多毛刺尖峰，甚至出现畸变。大量的谐波分量倒流入电网，造成对电网的谐波“污染”，一方面电流流过线路阻抗造成谐波电压降，反过来使电网电压也发生畸变;另一方面，会造成电路故障，使用设备损坏。因为它没有采用有源功率因数校正，功率因数较低，只达到 0.9，如果采用有效的功率因数校正，功率因数可以达到0.99以上。开关电源输入端产生功率因数下降问题，利用有源功率因数校正电路，成本只增加5%，成功解决了这个问题。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，有了多种校正功率因数的方法[1]。 目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOSFET 管制成的500kHz 电源，虽已实用化，但其频率有待进一步提高。要提高开关频率，就要减少开关损耗，而要减少开关损耗，就需要有高速开关元器件。然而，开关速度提高后，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。对1MHz以上的高频，要采用谐振电路，这样既可减少开关损耗，同时也可控制浪涌的发生。现代电力电子技术是开关电源技术发展的基础。随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。在传统的应用技术下，由于功率器件性能的限制而使开关电源的性能受到影响。为了极大发挥各种功率器件的特性，使器件性能对开关电源性
1、UC3842的内部结构和特点 UC3842是美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。 UC3842为8脚双列直插式封装，其内部原理框图如图1所示。主要由5.0V基准电压源、用来精确地控制占空比调定的振荡器、降压器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等构成。端1为COMP 端；端2为反馈端；端3为电流测定端；端4接Rt、Ct确定锯齿波频率；端5接地；端6为推挽输出端，有拉、灌电流的能力；端7为集成块工作电源电压端，可以工作在8～40V；端8为内部供外用的基准电压5V，带载能力50mA。 2、电路结构与工作原理 图2所示为笔者在实际工作中使用的电路图。输入电压为24V 直流电。三路直流输出，分别为+5V/4A，+12V/0.3A和-12V/0.3A。所有的二极管都采用快速反应二极管，核心PWM器件采用UC3842。开关管采用快速大功率场效应管。 2.1 启动过程
首先由电源通过启动电阻R 1提供电流给电容C2充电，当C2电压达到UC3842的启动电压门槛值16V时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6端输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能量。同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16V 和10V，如图3所示。在开启之前，UC3842消耗的电流在1mA以内。电源电压接通之后，当7端电压升至16V时UC3842开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为15mA。因为UC3842的启动电流在1mA以内，设计时参照这些参数选取R1，所以在R1上的功耗很小。 当然，若VCC端电压较小时，在R1上的压降很小，全部供电工作都可由R1降压后来完成。但是，通常情况下，VCC端电压都比较大，这样完全通过R1来提供正常工作电压就会使R1自身功耗太大，对整个电源来说效率太低。一般来说，随着UC3842的启动，R1的工作也就基本结束，余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压来为UC3842供电。故R1的功率不必选得很大，1W、2W就足够了。笔者认为，虽然理论上UC3842启动电流在1mA以内，但实际
开关电源学习笔记
开关电源学习笔记 阅读书记名称《集成开关电源的设计调试与维修》 开关电源术语： 效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。其测量条件是满负载，输入交流电压标准值。 ESR：等效串联电阻。它表示电解电容呈现的电阻值的总和。一般情况下，ESR值越低的电容，性能越好 输出电压保持时间：在开关电源输出电压撤消后，依然保持其额定输出电压的时间。 启动浪涌保护：它属于保护电路。它对电源启动时产生的尖蜂电流起限制作作用。为了防止不必要的功率损耗，在设计这一电路时候，一定要保证滤波电容充满电之前，就起到限流的作用。 隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板之间的最大电压。或者能够加在开关电源的输入与输出端之间的最大直流电压。 线性调整率：输出电压随负载在指定范围内的变化百分率。条件是线电压和环境温度不变。 噪音和波纹：附加在直流信号上的交流电压的高频尖锋信号的峰值。通常是mV度量。 隔离式开关电源：一般指开关电源。它从输入的交流电源直接进行整流滤波，不使用低频隔离变压器。 输出瞬态响应时间：从输出负载电路产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。
过载过流保护：防止因负载过重，是电流超过原设计的额定值而造成电源的损坏的电。远程检测：电压检测的一种方法。为了补偿电源输出的电压降，直接从负载上检测输出电压的方法。 软启动：在系统启动时，一种延长开关波形的工作周期的方法。工作周期是从零到它的正常工作点所用的时间。 快速短路保护电路：一种用于电源输出端的保护电路。当出现过压现象时，保护电路启动，将电源输出端电压快速短路。 占空比：开关电源中，开关元件导通的时间和变换工作周期之比。 元件选择和电路设计： 一：输入整流器的一些参数 最大正向整流电流：这个参数主要根据开关电源输出功率决定，所选择的整流二极管的稳态电流容量至少应是计算值的2倍。 峰值反向截止电压（PIV）：由于整流器工作在高压的环境，所以它们必须有较高的PIV值。一般600V以上。 要有能承受高的浪涌电流的能力：浪涌电源是用开关管导通时的峰值电流产生。 二：输入滤波电容 输入滤波电容对开关电源的影响 电源输出端的低频交流纹波电压 输出电压的保持时间 滤波电容的计算公式： C=（I*t）/ΔV
& 课程设计任务书 学生姓名：专业班级： 指导教师：工作单位： 题目: 开关电源设计 初始条件： 输入交流电源：单相220V，频率50Hz。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）? 1、输出两路直流电压：12V，5V。 2、直流最大输出电流1A。 3、完成总电路设计和参数设计。 时间安排： 课程设计时间为两周，将其分为三个阶段。 第一阶段：复习有关知识，阅读课程设计指导书，搞懂原理，并准备收集设计资料，此阶段约占总时间的20%。 第二阶段：根据设计的技术指标要求选择方案，设计计算。 ） 第三阶段：完成设计和文档整理，约占总时间的40%。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 ） 引言 (1) 1设计意义及要求 (2) 设计意义 (2) 开关电源的组成部分 (2) 开关电源的工作过程 (2) 开关电源的工作方式 (3) 脉宽调制器的基本原理 (3) 2方案设计 (5) ） 设计要求 (5) 方案选择 (5) 整流滤波部分 (6) 降压斩波电路 (7) 脉宽调制电路 (8) MOSFET管的驱动电路 (9) 总电路图 (11) 3主电路参数设定 (12) { 变压器、二极管、MOSFET管选择 (12) 反馈回路的设计 (13) MOSFET的驱动设计 (14) 结束语 (15) 参考文献 (16)
附录一 (17) ]
引言 随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、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，远程控制交换机、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。 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关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IGBT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。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用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。 开关电源根据输入输出的性质不同可分为AC/DC和DC/DC两大类。AC/DC称为一次电源，也常称为开关整流器。值得指出的是，AC-DC变换不单是整流的意义，而是整流后又做DC-DC变换。所以说，DC-DC变换器是开关电源的核心。DC/DC称为二次电源，其设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，所以学习设计开关电源有重要的意义。
开关电源的系统设计深度解读 开关电源的系统设计深度解读 时间：2013-03-05 214次阅读【网友评论0条我要评论】收藏 首先从开关电源的设计及生产工艺开始描述吧，先说说印制板的设计。开关电源工作在高频率，高脉冲状态，属于模拟电路中的一个比较特殊种类。布板时须遵循高频电路布线原则。 1、布局：脉冲电压连线尽可能短，其中输入开关管到变压器连线，输出变压器到整流管连接线。脉冲电流环路尽可能小如输入滤波电容正到变压器到开关管返回电容负。输出部分变压器出端到整流管到输出电感到输出电容返回变压器电路中X电容要尽量接近开关电源输入端，输入线应避免与其他电路平行，应避开。 Y电容应放置在机壳接地端子或FG连接端。共摸电感应与变压器保持一定距离，以避免磁偶合。如不好处理可在共摸电感与变压器间加一屏蔽，以上几项对开关电源的EMC性能影响较大。 输出电容一般可采用两只一只靠近整流管另一只应靠近输出端子，可影响电源输出纹波指标，两只小容量电容并联效果应优于用一只大容量电容。发热器件要和电解电容保持一定距离，以延长整机寿命，电解电容是开关电源寿命的瓶劲，如变压器、功率管、大功率电阻要和电解保持距离，电解之间也须留出散热空间，条件允许可将其放置在进风口。 控制部分要注意：高阻抗弱信号电路连线要尽量短如取样反馈环路，在处理时要尽量避免其受干扰、电流取样信号电路，特别是电流控制型电路，处理不好易出现一些想不到的意外，其中有一些技巧，现以3843电路举例见图（1）图一效果要好于图二，图二在满载时用示波器观测电流波形上明显叠加尖刺，由于干扰限流点比设计值偏低，图一则没有这种现象、还有开关管驱动信号电路，开关管驱动电阻要靠近开关管，可提高开关管工作可靠性，这和功率MOSFET高直流阻抗电压驱动特性有关。
用UC3842设计开关电源的几个技巧 用UC3842做的开关电源的典型电路见图1。 过载和短路保护，一般是通过在开关管的源极串一个电阻（R4），把电流信号送到3842的第3脚来实现保护。当电源过载时，3842保护动作，使占空比减小，输出电压降低，3842的供电电压Vaux也跟着降低，当低到3842不能工作时，整个电路关闭，然后靠R1、R2开始下一次启动过程。这被称为“打嗝”式（hiccup）保护。 在这种保护状态下，电源只工作几个开关周期，然后进入很长时间（几百ms到几s）的启动过程，平均功率很低，即使长时间输出短路也不会导致电源的损坏。由于漏感等原因，有的开关电源在每个开关周期有很大的开关尖峰，即使在占空比很小时，辅助电压Vaux也不能降到足够低，所以一般在辅助电源的整流二极管上串一个电阻（R3），它和C1形成RC滤波，滤掉开通瞬间的尖峰。仔细调整这个电阻的数值，一般都可以达到满意的保护。使用这个电路，必须注意选取比较低的辅助电压Vaux，对3842一般为13～15V，使电路容易保护。 图2、3、4是常见的电路。
图2采取拉低第1脚的方法关闭电源。 图3采用断开振荡回路的方法。
图4采取抬高第2脚，进而使第1脚降低的方法。 在这3个电路里R3电阻即使不要，仍能很好保护。注意电路中C4的作用，电源正常启动，光耦是不通的，因此靠C4来使保护电路延迟一段时间动作。在过载或短路保护时，它也起延时保护的左右。在灯泡、马达等启动电流大的场合，C4的取值也要大一点。 图1是使用最广泛的电路，然而它的保护电路仍有几个问题： 1. 在批量生产时，由于元器件的差异，总会有一些电源不能很好保护，这时需要个别调整R3的数值，给生产造成麻烦； 2. 在输出电压较低时，如 3.3V、5V，由于输出电流大，过载时输出电压下降不大，也很难调整R3到一个理想的数值； 3. 在正激应用时，辅助电压Vaux虽然也跟随输出变化，但跟输入电压HV的关系更大，也很难调整R3到一个理想的数值。 这时如果采用辅助电路来实现保护关断，会达到更好的效果。辅助关断电路的实现原理：在过载或短路时，输出电压降低，电压反馈的光耦不再导通，辅助关断电路当检测到光耦不再导通时，延迟一段时间就动作，关闭电源。 相关文章