多路输出反激式开关电源的设计与实现

毕业设计（论文）开题报告题目多路输出单端反激式开关电源仿真与设计学生姓名学号院 ( 系 )专业指导教师报告日期2015 年 11 月 24 日题目类别（请在有关项目下作√记号）设计论文其它√题目需要在实验、实习、工程实践和社会调查等社会实践中完成是否□毕业设计（论文）起止时间2015年10月24日起至2016年04月26日（共16周）1.设计的意义及国内外状况1.1 设计的意义开关电源是电力电子设备中不可或缺的部分,与人们的生活、工作有着密不可分的关系。

在工业自动化控制、军工设备、科研设备、发光二极管照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备和半导体制冷制热等领域, 都能看到开关电源产品被广泛应用。

开关电源一般由脉冲宽度调节控制和场效应管构成,利用现代电力电子技术,是控制开关管关断和导通时间的比率,维持稳定输出电压的一种电源。

开关电源的发展方向是高频化。

高频化能使开关电源小型化,并使开关电源在更广泛的领域适用,尤其是能在高新技术领域应用,从而推动高新技术产品的小型化、轻便化。

另外, 开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源和保护环境等方面都具有重要的意义。

现有的稳压电源可分成两大类: 线性稳压电源和开关稳压电源.线性稳压电源是比较早使用的一类直流稳压电源, 其特点是输出电压比输入电压低, 反应速度快, 输出纹波较小, 工作产生的噪声低, 效率较低, 发热量大( 尤其是大功率电源) , 间接地给系统增加了热噪声。

开关稳压电源是一种新颖的稳压电源, 通过改变调整管的导电时间和截止时间的相对长短来改变输出电压的大小。

开关稳压电源具有功耗小、效率高、体积小、质量轻和稳压范围宽等特点。

但开关电源还存在较为严重的开关干扰、输出纹波电压高、瞬变响应较差和电磁干扰等缺点。

这就需要靠技术手段和工艺措施来克服上述缺点。

近年来, 电源技术的飞速发展, 使高效率的开关电源得到了越来越广泛的应用。

1.2 国内外研究现状1955 年, 美国人罗耶发明了自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器, 标志着实现了高频转换控制电路. 1957 年, 美国人查赛发明了自激式推挽晶体管双变压器. 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,为减小电源的体积和质量开创了一条根本的途径.1969 年, 随着大功率硅晶体管耐压的提高和二极管反向恢复时间的缩短等元器件性能的改善, 终于做成了25kHz的开关电源.开关电源最早起源于上世纪50年代初，美国宇航局以小型化、轻量化、为目标，为搭载火箭开发了开关电源。

多路输出电源对于电源应用者来讲，一般都希望其所选择的新巨电源产品为“傻瓜型”的，即所选择的电源电压只要负载不超过电源最大值，无论系统的各路负载特性如何变化，而各路电源电压依然精确无误。

仅就这一点来讲，目前绝大多数的多路输出电源是不尽人意的。

为了更进一步说明多路输出电源的特性，首先从图1所示多路输出开关电源框图讲起。

从图1可以看到，真正形成闭环控制的只有主电路Vp，其它Vaux1、Vaux2等辅电路都处在失控之中。

从控制理论可知，只有Vp无论输入、输出如何变动(包括电压变动，负载变动等)，在闭环的反馈控制作用下都能保证相当高的精度(一般优于0.5%)，也就是说Vp在很大程度上只取决于基准电压和采样比例。

对Vaux1，Vaux2而言，其精度主要依赖以下几个方面：1)T1主变器的匝比，这里主要取决于Np1：Np2或Np1：Np32)辅助电路的负载情况。

3)主电路的负载情况注：如果以上3点设定后，输入电压的变动对辅电路的影响已经很有限了。

图1在以上3点中，作为一个具体的开关电源变换器，主变压器匝比已经设定，所以影响辅助电路输出电压精度最大的因素为主电路和辅电路的负载情况。

在开关电源产品中，有专门的技术指标说明和规范电源的这一特性，即就是交叉负载调整率。

为了更好地讲述这一问题，先将交叉负载调整率的测量和计算方法讲述如下。

电源变换器多路输出交叉负载调整率测量与计算步骤1)测试仪表及设备连接。

2)调节被测电源变换器的输入电压为标称值，合上开关S1、S2…Sn，调节被测电源变换器各路输出电流为额定值，测量第j路的输出电压Uj，用同样的方法测量其它各路输出电压。

3)调节第j路以外的各路输出负载电流为最小值，测量第j路的输出电压ULj。

4)按式(1)计算第j路的交叉负载调整率SIL。

SIL=×100%(1)式中：ΔUj为当其它各路负载电流为最小值时，Uj与该路输出电压ULj之差的绝对值；Uj为各路输出电流为额定值时，第j路的输出电压。

基于UC3842的多端反激式开关电源的设计与实现共3篇基于UC3842的多端反激式开关电源的设计与实现1多端反激式开关电源是现代电子设备中广泛应用的一种电源，其特点是功率密度高、效率高、成本低，且能够适应多种电压等级的电子元器件。

本文将介绍基于UC3842的多端反激式开关电源的设计与实现。

开关电源的基本原理是将来自市电的交流电转化为直流电，并通过电感和电容构成的滤波电路，提供带有稳定直流电压和电流的电源。

反激式开关电源是一种常见的开关电源拓扑结构，它通过电容和电感构成的反激电路来实现AC/DC转换。

UC3842是一款常用的控制集成电路，它能够对开关管的开关频率、占空比、电压反馈等进行精确控制，以保证反激式开关电源的工作稳定性和高效性。

该芯片还具备过流保护、过温保护等功能，非常适合用于电源控制电路中。

设计多端反激式开关电源的第一步是确定电路的架构和元器件。

通常根据输出功率、输出电流、转换效率等因素综合考虑，选择合适的电容、电感、二极管、开关管等元器件。

在此基础上，根据UC3842的控制信号要求，设计控制电路和反馈回路。

控制电路的设计是多端反激式开关电源设计的关键之一。

UC3842需要提供稳定的控制信号，以保证开关管工作的可靠性和高效性。

控制电路包括电流采样电路、电压采样电路等，可通过适当的电路参数设计和优化，提高控制系统的响应速度和稳定性。

反馈回路是另一重要的电路模块，它通过采集输出电压和电流信息，实现对开关管的控制。

反馈回路需要满足精度高、响应速度快的要求，以提高多端反激式开关电源的工作效率和准确性。

在确定电路架构和元器件之后，多端反激式开关电源的实现需要进行优化和验证。

这包括元器件的选型和参数设计、电路板的布局和线路走线、电磁兼容（EMC）测试等。

在实现过程中，还需要对反馈回路和控制电路进行修整和验证，并对开关电源的电源输出特性进行测试和分析。

总的来说，基于UC3842的多端反激式开关电源的设计和实现需要综合考虑多种因素，包括稳定性、效率、成本等。

多路输出反激式开关电源设计随着现代科技的高速发展，功率器件的不断更新，PWM技术的发展日趋完善，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。

本文介绍了一种基于TOPSwith系列芯片设计的小功率多路输出AC／DC开关电源的原理及设计方法。

设计要求本文设计的开关电源将作为智能仪表的电源，最大功率为10 W。

为了减少PCB的数量和智能仪表的体积，要求电源尺寸尽量小并能将电源部分与仪表主控部分做在同一个PCB上。

考虑10W的功率以及小体积的因素，电路选用单端反激电路。

单端反激电路的特点是：电路简单、体积小巧且成本低。

单端反激电路由输入滤波电路、脉宽调制电路、功率传递电路(由开关管和变压器组成)、输出整流滤波电路、误差检测电路(由芯片TL431及周围元件组成)及信号传递电路(由隔离光耦及电阻组成)等组成。

本电源设计成表面贴装的模块电源，其具体参数要求如下：输出最大功率：10W输入交流电压：85～265V输出直流电压／电流：+5V，500mA；+12V，150mA；+24V，100mA纹波电压：≤120mV单端反激式开关电源的控制原理所谓单端是指TOPSwitch-II系列器件只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。

反激式则指当功率MOSFET导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。

这也是反激式电路的基本工作原理。

而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。

TOPSwitch-Ⅱ系列芯片选型及介绍TOPSwitch-Ⅱ系列芯片的漏极(D)与内部功率开关器件MOSFET相连，外部通过负载电感与主电源相连，在启动状态下通过内部开关式高压电源提供内部偏置电流，并设有电流检测。

控制极(C)用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入引脚，与内部并联稳压器连接，提供正常工作时的内部偏置电流，同时也是提供旁路、自动重起和补偿功能的电容连接点。

多路输出反激式开关电源的反馈环路设计引言开关电源的输出是直流输入电压、占空比和负载的函数。

在开关电源设计中，反馈系统的设计目标是无论输入电压、占空比和负载如何变化，输出电压总在特定的范围内，并具有良好的动态响应性能。

电流模式的开关电源有连续电流模式(CCM)和不连续电流模式(DCM)两种工作模式。

连续电流模式由于有右半平面零点的作用，反馈环在负载电流增加时输出电压有下降趋势，经若干周期后最终校正输出电压，可能造成系统不稳定。

因此在设计反馈环时要特别注意避开右半平面零点频率。

当反激式开关电源工作在连续电流模式时，在最低输入电压和最重负载的工况下右半平面零点的频率最低，并且当输入电压升高时，传递函数的增益变化不明显。

当由于输入电压增加或负载减小，开关电源从连续模式进入到不连续模式时，右半平面零点消失从而使得系统稳定。

因此，在低输入电压和重输出负载的情况下，设计反馈环路补偿使得整个系统的传递函数留有足够的相位裕量和增益裕量，则开关电源无论在何种模式下都能稳定工作。

1 反激式开关电源典型设计图l是为变频器设计的反激式开关电源的典型电路，主要包括交流输入整流电路，反激式开关电源功率级电路(有PWM控制器、MOS管、变压器及整流二极管组成)，RCD缓冲电路和反馈网络。

其中PWM控制芯片采用UC2844。

UC2844是电流模式控制器，芯片内部具有可微调的振荡器(能进行精确的占空比控制)、温度补偿的参考基准、高增益误差放大器、电流取样比较器。

开关电源设计输入参数如下：三相380V工业交流电经过整流作为开关电源的输入电压Udc，按最低直流输入电压Udcmin 为250V进行设计；开关电源工作频率f为60kHz，输出功率Po为60W。

当系统工作在最低输入电压、负载最重、最大占空比的工作情况下，设计开关电源工作在连续电流模式(CCM)，纹波系数为0．4。

设计的开关电源参数如下：变压器的原边电感Lp=4．2mH，原边匝数Np=138；5V为反馈输出端，U5V=5V，负载R5=5Ω，匝数N5V=4，滤波电容为2个2200μF／16V电容并联，电容的等效串联电阻Resr=34mΩ；24V输出的负载R24=24Ω，匝数N24V=17；15V输出的负载R15=15Ω，匝数N15V=1l；一1 5V输出的负载R-15V=15Ω，匝数N-15V=11。

UC3843控制多路输出开关电源设计与实现王　正,朱兴动,张六　(海军航空工程学院青岛分院,山东青岛266041) 收稿日期:2004202205 作者简介:王　正(1970-),男,山东青岛人,讲师,主要研究方向为电力电子技术、航空维修技术、信息处理技术。

摘　要:介绍了采用UC3843控制器的单端反激式开关电源的设计与实现,讲述了UC3843控制器内部电路及其特点,通过具体的多路输出开关电源设计实例分析了设计的主要步骤以及实际设计中应注意的问题,并提出了抑制噪声的措施,最后给出了该电源的性能测试数据。

关键词:开关电源;高频变压器;UC3843控制器;抑制噪声;多路输出中图分类号:TP27315 文献标识码:A 文章编号:16712654X (2004)022*******引言开关电源是一种高频电源变换电路,采用直2交2直变换,能够高效率地产生一路或多路可调整的高品质的直流电压。

半导体技术高速发展所提供的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,而半导体技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成开关控制器奠定了基础,适用各类开关电源控制电路的集成开关控制器应时而生,并迅速发展,克服了以往采用分离元件控制电路的许多弊端,现在设计的开关电源大部分都采用集成开关控制器,其中Unitrode 公司生产的UC3843可编程PW M 控制器在实际设计中得到了广泛应用。

1　UC3843可编程PW M 控制器简介UC3843是一种单端输出电流控制型电路,其最大的优点是外接元器件极少,外电路装配非常简单,其原理方框图如图1所示,它有两个控制闭合环路,一个是输出电压反馈回误差放大器,用于同基准电压比较后产生误差电压;另一个是电感(变压器初级)中电流在反馈电阻(R S )上产生的电压与误差电压进行比较产生调制脉冲的脉宽,这些都是在时钟所限定的固定频率下工作。

由于误差信号实际控制着峰值电感电流,故称其为电流型脉宽调制器,其优点如下:1)线性调整率(电压调整率)非常好,可达0.01%/V 。

目录摘要 (I)Abstract..................................................................................................................................... I I 第一章绪论.. (1)1.1设计的背景及意义 (1)1.2 设计的主要内容和技术指标 (3)1.2.1设计的主要内容 (3)1.2.2技术指标 (3)第二章系统的总体结构及方案设计 (5)2.1方案比较 (5)2.2方案设计 (6)2.3 主电路的结构 (7)2.4开关电源的基本工作原理 (7)2.5高频开关电源的结构 (8)第三章主电路设计 (10)3.1. 滤除干扰电路 (10)3.1.1开关电源电磁干扰的产生机理 (10)3.1.2滤除电磁干扰电路设计 (11)3.1.3.电磁脉冲（EMP）电路的设计 (14)3.1.4.电磁兼容（EMC）的设计 (14)3.2．整流、滤波电路 (15)3.3电路拓扑结构选择 (15)3.3.1反激式电路 (16)3.3.2 单激式变压器开关电源的工作原理 (16)3.3.3 正激式变压器开关电源工作原理 (17)3.3.4 双激式变压器开关电源 (18)3.3.5反激式变压器开关电源工作原理 (18)3.3.6反激式电路拓扑稳压过程 (22)3.4输出整流滤波电路 (22)3.4.1稳压输出 (23)3.4.2三段集成稳压器 (23)3.4.3稳压输出电路 (25)3.5变压器参数的计算 (26)第四章控制电路的设计 (30)4.1 PWM技术简介 (30)4.1.1 PWM控制技术概述 (30)4.1.2 PWM控制的基本原理 (30)4.1.3 PWM控制的基本概念 (32)4.2 电流型PWM控制原理及优点 (33)4.2.1 电流型PWM控制原理 (33)4.2.2电流型PWM控制芯片 (34)4.2.3 UC3842的性能特点 (34)4.2.4 UC3842的引脚排列及内部框图 (35)4.3 反馈电路的设计 (38)4.3.1 反馈绕组设计 (38)4.3.2反馈电路设计 (39)4.4 保护电路 (40)4.4.1 过电流保护原理 (40)4.4.2过压保护原理 (41)4.5 场效应管MOSFET (41)4.5.1功率MOSFET驱动电路 (42)4.5.2 MOS管的缓冲保护电路 (43)4.6系统稳定性 (45)4.6.1系统稳压过程 (45)4.6.2 稳定分析 (46)4.6.3 故障分析 (46)第五章系统仿真 (49)5.1仿真软件介绍 (49)5.2系统仿真 (49)第六章设计总结 (55)参考文献 (57)外文翻译 (58)致谢 (82)附录： (83)摘要本文阐述了一种多路输出的反激式开关电源电路的设计及应用。

多路输出反激式开关电源设计多路输出反激式开关电源设计摘要:以UC3844芯片为控制核心，设计并制作了多路输出反激式开关电源。

完成了多路输出反激式开关电源系统设计，完成具体模块电路详细设计，包括EMI 滤波电路、前级保护和整流桥电路、缓冲吸收电路、高频变压器、UC3844的启动与驱动电路、电流检测和过流保护电路等。

合理选择、设计和分配了开关电源各电路参数；设计出电路原理图，根据设计规范制作出PCB，并组装出电源样机，最后对设计的样机进行测试验证。

开关电源样机输出电压稳定性较高，输出电压纹波较小，符合设计规范小于80mV 的要求；样机整体测试结果表明，电源各项指标均符合要求，输出稳定，性能较好。

关键词：开关电源；反激式；UC3844；模块化Design of Multi-output Flyback Switching Power SupplyAbstract: It was designed and produced a set of multiple output fly-back switching power supply, using the chip UC3844 as the control core. The design of the system and specific module circuits was completed. The module circuits include EMI filter circuit, level protection and bridge rectifier circuit, snubber circuit, high frequency transformer, start and drive circuit of UC3844, current sensing and over-current protection circuit. The parameters of switching power supply circuit were chose, designed and distributed reasonably. According to the schematic circuit design and design specifications, we produced the PCB, and assembled the prototype of power supply, also finished the test in the final.The higher stability of the output voltage of the switching power supply prototype, the output voltage ripple is small, meet the design specifications to the requirements of less than 80mV;The prototype of the overall test results show that the power of the indicators are in line with the requirements, output stability, better performance. Keywords:switch power supply；flyback；UC3844；Modular目录1 概述 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2 课题设计内容 (1)2 反激式开关电源系统分析 (1)2.1 反激变换器工作原理分析 (1)2.2 控制电路分析 (3)2.3 系统整体架构 (5)3系统设计 (5)3.1 变压器设计 (5)3.2 控制芯片选择 (10)3.3 控制芯片驱动电路及定时电阻电容计算 (12)3.4 缓冲吸收电路 (16)3.5 前置保护电路 (17)3.6 EMI滤波电路选择与设计 (17)3.7 输入整流滤波电路 (18)3.8 反馈电路设计 (20)3.9电流检测和过流保护电路 (21)3.10 软启动电路 (22)3.11 MOS管瞬态抑制保护电路 (22)4 系统调试 (23)4.1 硬件调试 (23)4.2 空载输出电压波形测量 (23)4.3 纹波测量与分析 (23)5 结束语 (27)参考文献 (28)致谢 (29)附录 (30)附录1 多路输出反激式开关电源原理图 (31)附录2 多路输出反激式开关电源PCB图 (32)附录3 多路输出反激式开关电源系统元器件清单 (33)多路输出反激式开关电源设计1 概述1.1 课题研究背景与意义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，而电力电子设备都离不开可靠的电源，其供电一般采用开关电源。