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1、山西兴华职业学院08级毕业论文山西兴华职业学院08级毕业论文论文题目：简易开关型稳压电源的设计专 业：电子信息工程层 次：大专姓 名：郭英杰 指导老师：郑洁目录摘 要：2关键词：21 绪 论21.1开关稳压电源的基本概念21.2开关稳压电源的发展22开关稳压电源的分类及工作原理22.1开关稳压电源的工作原理22.2稳压电源的分类33开关稳压电源的设计53.1方案选择53.2技术规格63.3电源设计63.3.1变压器和输出电感的设计63.3.2开关管、整流二极管、续流二极管的选择73.3.3 反馈电路的设计73.3.4 保护电路的设计93.3.5 输入滤波电路的设计104开关电压设计的总结124
2、.1 实验结果分析124.2开关电源实际的总结13参考文献13致谢13附录14简易开关型稳压电源的设计摘 要：本文介绍了开关稳压电源的基本概念及基本工作原理，发展状况，发张历程，电路的分类。并设计使用电流型 PWM 控制芯片 UC3843 构成的单端正激型开关稳压电源，并设计了电流反馈电路，电压反馈电路，变压器过热保护电路，输出电压保护电路，空载保护电路，输入滤波电路。并对电路进行了仿真，得出更具体的实际电路参数。关键词：稳压电源；单端正击；PWM 控制芯片；滚率波形1 绪 论随着电力电子技术的告诉发展，电力电子设备和人们的工作、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
3、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。开关电源是利用现代电力电子技术，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。开关稳压电源和传统线性稳压电源相比具有体积小、重量轻、效率高等优点，已成为稳压电源的主流产品。1.1开关稳压电源的基本概念根据调整管的工作状态，我们常把稳压电源分成两类：线性稳压电源和开关稳压电源。线性稳压电源，是指调整管工作在线性状态下的稳压电源。而在开关电源中则不一样，开关管（在开关
4、电源中，我们一般把调整管叫做开关管）是工作在开、关两种状态下的：开电阻很小；关电阻很大。开关电源是一种比较新型的电源。它具有效率高，重量轻，可升、降压，输出功率大等优点。但是由于电路工作在开关状态，所以噪声比较大。1.2开关稳压电源的发展 40多年来，开关电源经历了 三个重要发展阶段。第一个阶段是功率半导体器件从双极型器件（BPT、SCR、GT0）发展为MOS型器件（功率MOS-FET、IGBT、IGCT等），使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软
5、开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力电子系统和集成电力电子模块（IPEM）技术开始发展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。2开关稳压电源的分类及工作原理2.1开关稳压电源的工作原理通过下图，我们来简单的说说降压型开关电源的工作原理。如图所示，电路由开关K（实际电路中为三极管或者场效应管），续流二极管D，储能电感L，滤波电容C等构成。当开关闭合时，电源通过开关K、电感L给负载供电，并将部分电能储存在电感L以及电容C中。由于电感L的自感，在开关接通后，电流增大得比较缓慢，即输出不能立刻达到电源电压值。一定时间后，开关断开，由于电
6、感L的自感作用（可以比较形象的认为电感中的电流有惯性作用），将保持电路中的电流不变，即从左往右继续流。这电流流过负载，从地线返回，流到续流二极管D的正极，经过二极管D，返回电感L的左端，从而形成了一个回路。通过控制开关闭合跟断开的时间（即PWM脉冲宽度调制），就可以控制输出电压。如果通过检测输出电压来控制开、关的时间，以保持输出电压不变，这就实现了稳压的目的。在开关闭合期间，电感存储能量；在开关断开期间，电感释放能量，所以电感L叫做储能电感。二极管D在开关断开期间，负责给电感L提供电流通路，所以二极管D叫做续流二极管。 在实际的开关电源中，开关K由三极管或场效应管代替。当开关断开时，电流很小；
7、当开关闭合时，电压很小，所以发热功率UI就会很小。这就是开关电源效率高的原因2.2稳压电源的分类现在，电子技术和使用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的使用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。下面的组图给出了各种类型开关稳压电源的原理图。(1)按激励方式划分 他激式电路中转设激励信
8、号的振荡器，电路形式如图6所示。 自激式开关管兼作振荡器中的振荡管，电路形式如图7所示。 (2)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的振荡频率来完成调节和稳定输出电压幅度的目的。 (3)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。谐振型开关晶体管和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。 (4)按开关
9、晶体管的类型划分 晶体管型采用晶体管作为开关管，电路形式如图6所示。 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，其电路形式如图 5。 (5)按储能电感和负载的连接方式划分 串联型储能电感串联在输入和输出电压之间，电路形式如图3所示。 并联型储能电感并联在输入和输出电压之间，电路形式如图4所示。(6)按晶体管的连接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，其电路形式如图3、图4和图6所示。 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
10、 头，电路形式如图12。 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。电路形式如图11。 全桥式使用四个开关晶体管，将其连接成全桥形式。它的特点是输出的功率比较大。其电路形式如图13。(7)按输入和输出的电压大小划分 升压式输出电压比输入电压高，实际就是并联型开关稳压电源。 降压式输出电压比输入电压低，实际就是串联型开关稳压电源。(8)按工作方式划分 可控整流型 所谓可控整流型开关稳压电源，是指采用可控硅整流元件作为调整开关管，可由交流市电电网直 接供电，也可用变压器变压后供电。（这种供电方式在开关稳压电源刚兴起的初期常常采用，目前基本上不太采用。）在可工作的
11、半波内，截去正弦曲线的前一部分，这一部分所占角度称为截止角，导通的正弦曲线的后一部分称为导通角。依靠调节导通角的大小，可达到调整输出电压和稳定电压的目的。其电路如图10所式。 斩波型 斩波型开关稳压电源是指直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经过滤波得到和输入电压不同的稳定的直流电压，电路还从输出电压取样，经过比较、放大、控制脉冲发生电路产生的脉冲信号，用以控制调整开关的导通时间和截止时间的长短或开关的工作频率，最后达到稳定输出电压的目的。电路的过压保护电路也是依据这一部分提供的取样信号来进行工作的，斩波型电路形式如图9所示。 隔离型 这种形式的开关电源
12、是在输入回路和逆变电路之间，经过高频变压器（也可称为开关变压器），利用磁场的变化实现能量的传递，没有电流间的直接流通，隔离型开关稳压电源采用直流供电，经过开关电路，将直流电变成频率很高的交流电，再经变压器隔离、变压（升压或降压），然后经整流器整流，最后就可以得到新的、极性和数值各不相同的多组直流输出电压。电路从输出端取样，经放大后反馈至开关控制端，控制驱动电路的工作，最后达到稳定输出电压的目的。这种形式的开关稳压电源在实际稳压电源中使用最为广泛。 (9)按电路结构划分 散件式 整个开关稳压电源电路都是采用分立元器件组成的，它的电路结构较为复杂，可靠性较差。 集成电路式 整个开关稳压电源电路或电
13、路的一部分是由集成电路组成的，这种集成电路通常为厚膜电路。有的厚膜集成电路中包括开关晶体管，有的则不包括开关晶体管。这种电源的特点是电路结构简单、调试方便、可靠性高。彩色电视机中常采用这种开关电源。 以上五花八门的开关稳压电源的品种都是站在不同的角度，以开关稳压电源不同的特点命名的。尽管各种电路的激励方法、输出直流电压的调节手段、储能电感的连接方式、开关管器件种类以及串并联结构等各不相同，但是它们最后总可以归结为串联型开关稳压电源和并联型开关稳压电源这两大类。3开关稳压电源的设计3.1方案选择选用电流型 PWM 控制芯片 UC3843 构成的单端正激型开 关稳压电源的主电路主电路如下图所示实用
14、的单端正激型开关稳压电源必须加磁通复位电路,以泄放励磁电路的能量。如上图所示，开关管 Q 导通时 D1 导通， 副边线圈 N2 向负载供电，D4 截止，自馈电线圈 Nf 电流为零；Q 关断时 D1 截止，D4 导通，Nf 经电容 C1 滤波后向 UC3843 供电，同时原边线圈 N1 上产生的感应电动势使 D3 导通，并加在 RC 上。由于变压器中的磁场能量可通过 Nf 泄放，而 不像一般的 RCD 磁通复位电路消耗在电阻上，这可减少发热，提高效率。3.2技术规格输入电压：AC110/220V； 输入电压变动范围：90V240V；输入频率：50/60Hz；输出电压：12V； 输出电流：2.5A；工作频率的选择：UC3843 的典型工作频率为 20kHz500kHz。开关频率的选择决定了变换器的许多特性。开关频率越 高,变压器、电感器体积越小,电路的动态响应也越好。但随着频率的提高,诸如开关损耗,门极驱动损耗,输出整流管的 损耗会越来越突出,而且频率越高,对磁性材料的选择和参数设计要求会越苛刻,另外,高频下线路的寄生参数对线路的 影响程度难以预料,整个电路的稳定性,运行特性以及系统的调试会比较困难。本电路中,选 R
