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1、基于Multisim的升压直流稳压电源的仿真 摘要摘 要 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IC和MOSFET构成。本次设计选择的是Boost升压直流斩波电路，升压直流斩波电路可以分为两部分电路块。分别为主电路模块，控制电路模块。主电路模块，主要由全控器件的开通与关断的时间（占空比）来改变输出电压U的大小。控制电路模块，可用一个UC3842芯片来触发产生一个PWM的控制脉冲来控制全控开关的开通与关断。为简化Boost变换器的电路设计，应用Multisim对Boost变换器进行建模，并对全部工作过程
2、进行仿真和分析。根据电路测试显示，电路性能能够很好地满足输出电压的设计要求，并达到了最终升压的目的，从而表明仿真结果正确。关键词：开关电源，双闭环控制，电流模式控制PWM反馈，MultisimIABSTRACTABSTRACTSwitching power supply is the use of modern electronic technology, the control switch turn-on and turn-off time ratio, maintaining the stability of the output voltage of a power supply, s
3、witching power supply is usually consists of pulse width modulation ( PWM ) control of IC and MOSFET.This design choice is Boost step-up DC chopper circuit, a boost DC chopper circuit can be divided into two parts of the circuit block. The main circuit module respectively, a control circuit module.
4、The main circuit module, mainly by the control device turn-on and turn-off time ( duty cycle) to change the output voltage U size. The control circuit module, a UC3842 chip to trigger a PWM control pulse to control the switch turn-on and turn-off.In order to simplify the Boost converter circuit desi
5、gn, application of Multisim to Boost converter is modeled, and the entire working process simulation and analysis. According to the circuit test shows that, the performance of the circuit can well meet the requirements of output voltage, and reached the final boosting is achieved, thereby indicating
6、 that the simulation result is correct.Key words: Switch power supply, Double loop control, Current mode feedback control PWM, MultisimVII目录目录1 电源设计的拟定11.1前言11.1.1 课题的来源31.1.2课题研究的目的和意义51.2论文的主要内容51.2.1开关电源51.2.2课题的基本思路61.2.3几个假定条件62 DC/DC升压斩波变换器的原理分析及设计72.1 概述72.1.1 电路结构72.2工作模态分析及相关理论推导82.2.1Boost
7、升压斩波电路有电感电流分析82.3控制电路模块102.3.1电流型PWM控制实现的几种方案102.3.2手段122.3.3技术路线132.3.4可行性论证132.4电流型PWM升压变换器控制芯片设计132.4.1 UC3842A UC3843A中文资料132.4.2 本次设计所采用的UC3842芯片的特点142.4.3由UC3842控制的Boost拓扑结构152.5 主电路参数计算162.5.1电感值的确定162.5.2输出电压取样电阻R2、R3值的确定172.5.3开关管S172.5.4输出二极管D和输出电容器C7的确定172.5.5 UC3842频率的计算182.5.6保护电路183 电路
8、仿真与测试193.1 仿真multisim软件介绍193.1.1 Multisim概貌203.1.2 Multisim对元器件的管理223.1.3输入并编辑电路223.1.4虚拟仪器及其使用243.2 实验仿真和波形分析243.2.1当没有集成控制芯片UC3842时的主电路仿真243.2.2当有集成控制芯片UC3842时的主电路仿真25总 结29致 谢30参考文献31电源设计的拟定1 电源设计的拟定1.1前言 一般情况下，电源要经过转换才能合乎电子系统使用的需要，如ACDC转换器。多年来在ACDC转换器中线性电源被广泛使用，其中的一个原因是由于它的电路简单，用到的元件少，价格便宜。电路通常由变
9、压器、桥堆和电容组成。变压器把220V的交流电压降到合适的电压，经过四个二极管组成的桥堆得到初步的直流电源，再经过电容滤波，就是一个简单的线性电源了。 线性电源的主要问题在于：输出精度低、效率低、散热问题大以及很难在一个通用的输入电压范围内工作。但最大的缺陷还是在体积和重量上。前面提到通过调整器可以使输出精度增加，但这更增加功率消耗，并使效率更低线性电源要达到50的效率就不容易了，而这些消耗掉的无用功还带来散热问题。如果使线性电源在一个通用输入电压范围内(85V265V AC)工作，会导致线性电源的效率更低。而单一输入电压值的线性电源会给生产厂家带来不少麻烦，因为他们不得不准备很多规格的电源。
10、一般来说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形式转换成另一种电源形式的主电路都叫做开关变换电路。转换时采用自动控制的闭环电路来稳定输出并有各种保护环节的称为开关电源(Switch Power Supply)。DCDC转换器发展至今，已出现了许多类型。从开关种类来分，有硬开关和软开关；从工作方式分，有PWM(脉冲宽度调制)和PFM(脉冲频率调制)两类(现在占主要地位的是PWM型转换器，所以本文也主要讨论此类转换器；从拓扑结构分，有隔离和非隔离两大类，非隔离转换器主要有Buck(降压型)、Boost(升压型)、Buck-Boost、Cuk转换器、罗氏转换器等，而隔离转换器则有正向隔离转换器、逆
11、向隔离转换器、推挽隔离转换器等。 开关电源中主要的组成部分有：PWM控制器、功率开关管、变压器和反馈电路。它的输入部分由桥堆和输入电容组成，产生的未经调整的直流电压进入到变压器的原边，然后耦合到变压器的副边，通过在副边的反馈电路，把输出电压(或电流)的变化反馈到PWM控制器上，而PWM控制电路根据反馈回来电压(或电流)值的大小来决定功率MOSFET开、关时间的长短，从而将输出电压(或电流)维持在一个稳定的值上。也就是说，通过快速的开、关功率管，由MOSFET开、关时间的长短即占空比来调整存在变压器原边的能量，提供个持续的稳定的输出电压。根据反馈电路的不同，输出精度也不同，一般可达士15左右。
12、虽说开关电源开始对线性电源构成了威胁，但是早期的开关电源除了PWM控制器和功率开关管外，还包括大概40到80个分立元件构成一些辅助电路一。这不但增加了成本和体积，而且还使可靠性受到了影响，所以从提高开关电源的竞争力来说，提高控制电路、保护电路的可集成性，使电源系统的设计简单化成为一个关键的问题。 多年来，由于技术上的障碍(高压、大功率)开关电源集成电路在集成化上一直得不到很大的进步，但是最近几年，大规模和超大规模集成电路技术的迅猛发展，能将集成电路技术的精细加工技术和高压大电流技术有机结合，出现了一批全新的全控型功率器件，首先是功率MOSFET的问世，导致了中小型功率电源向高频化发展，而后绝缘
13、门极双极晶体管(IGBT)的出现，又为大中型功率电源向高频发展带来机遇。因此目前可以通过集成复杂的功能电路来进一步提高开关电源的性能和安全性，这包括热关断电路、限流电路、过欠压保护电路等等。与线性电源相比，开关电源输出精度高、转换效率高，性能可靠。除此之外，开关电源最大的优势还在于能够大幅度缩小变压器的体积和重量，这是因为开关电源的变压器工作于50KHz到lMHz的高频条件下，而不是像线性电源中的那样工作于50Hz的低频状态，因此缩小了变压器的体积和重量，而这也就缩小了整个电子系统的体积和重量一。理论分析和实践经验表明，电气产品的变压器、电感和电容的体积和重量与供电频率的平方根成反比。如果把工
14、作频率从工频50Hz提高到20KHz，提高400倍，用电设备的体积和重量可以下降至工频设计的510，其主要材料可节约90或更高，可节电30或更多。一般说来，开关电源的重量是线性电源的l4，相应的体积大概是线性电源的13。因此，开关电源代替线性电源是大势所趋。 开关电源就是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路，使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。开关电源一般有三种工作模式：频率、脉冲宽度固定模式，频率固定、脉冲宽度可变模式，频率、脉冲宽度可变模式。前一种工
15、作模式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作模式多用于开关稳压电源。另外，开关电源输出电压也有三种工作方式：直接输出电压方式、平均值输出电压方式、幅值输出电压方式。同样，前一种工作方式多用于DC/AC逆变电源，或DC/DC电压变换；后两种工作方式多用于开关稳压电源。 调制方式一般是说对开关管的控制方式，通常用的有PWM、PFM、PSM两种。PWM是脉冲宽度调制，这种方式是对开关管的Ton时间进行调制。具体来说是反馈电阻对输出电压进行采样，将采样记过Vfb与内部基准源Vref比较判断，当VfbVref，超过基准源，则减小Ton；若VfbVref，则增大Ton。PFM是脉冲频率调制，这种模式在为了提高在轻载或者空载情况下电源的效率。在轻载或者空载时候，负载需要的电流非常小，反馈电压还没有低于
