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1、开关电源实验报告一、 实验名称30W-12V开关电源制作二、 实验目的1.掌握BUCK降压型反激式开关电源原理、焊接、调试。2.熟悉UC3842主要性能参数、端子功能、工作原理及典型应用。三、 实验要求1.输入电压AV220V，调节输出电压为DC12V，输出功率30W。2.掌握电路板焊接工艺。四、 实验介绍开关电源介绍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。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
2、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。另外开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。开关电源具有以下特征：电源电压和负载在规定的范围内变化时，输出电压应保持在允许的范围内或按要求变化；输出与输入之间有良好的电气隔离；可以输出单路或多路电压，各路之间有电气隔离。本次实验是要采用UC3842
3、制作一路输出的AV220V-DC12V的30W开关电源。开关电源原理电路由主电路、控制电路、启动电路和反馈电路4部分组成。主电路采用单端反激式拓扑。控制电路是整个开关电源的核心，控制的好坏直接决定了电源整体性能，电路电流环控制采用UC3842内部电流环，电压外环采用TL431和PC817构成外部误差放大器。输入市电首先经过滤波、整流后变换为直流电压，再经过直流变换器变换为所需的直流电压；通过检测和控制电路对其输出进行调整。图4-1 开关电源基本结构框图主要元器件介绍1）UC38421UC3842简介：UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直直流变换器应用而设计的，这些集成电路
4、具有可微的振荡器，能进行占空比的控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输入，是驱动功率MOSFET的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。2UC3842的性能特点：它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适于构成无工频变压器的2050W小功率开关电源。最高开关频率为500kHZ,频率稳定度达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管。输出电流为200m
5、A，峰值为1A，既可驱动双极型三极管也可驱动MOSFET管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速RC电路，同时将内部振荡器的频率限制在40kHz以下；若驱动MOSFET管，振荡频率由外接RC电路设定。内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0V，允许有0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/。稳压性能好。其电压调整率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压器（例如LM317）相媲美。启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外，还设有欠压锁定电路，使工作稳定、可靠。最高输入电压=30V，输出最大峰值电流=1A,平均电流为0.2A,本身最大功耗=1W,
6、最大输出功率=50W。启动电压大于16V、启动启动前电源电流仅0.5mA。处于正常工作状态时，工作电压在1034V之间，负载电流为15mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。内设5V(50mA)基准电压源，经21分压后作为取样基准电压。内设过流保护输入端(3脚)和误差放大器输入端(1脚)两个PWM控制端。误差放大器输入构成主PWM控制系统，可使负载变动在30%100%时输出负载调整率在8%以下，负载变动70%100%时输出负载调整率在3%以下。 过流检测输入端可对逐个脉冲控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%/V。如果3脚电压大于1V或1脚电压
7、小于1V，PWM比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用1脚和3脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管不会误触发，提高了可靠性。3UC3842的引脚排列及内部框图图4-2 UC3842结构图UC3842采用DIP-8封装如上图4-2，管脚、GND端分别接输入电压、输出电压、地。为内部5.0V基准电压引出端。/是外接定时电阻、定时电容的公共端。UC3842内部框图如图2,其主要包括5.0V基准电源，振荡器、误差放大器，过流检测电压比较器、PWM锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34V稳压管。
8、5V基准电源：内部电源，可以提供5V/50mA的输出。振荡器：决定电源开关频率，RT接在4脚和8脚之间，CT接4脚、GND和5脚之间。 误差放大器：由VFB端输入的反馈电压和2.5V做比较，误差电压COMP用于调节脉冲宽度。COMP端引出接外部RC网络，以改变增益和频率特性。 电流取样比较器：3脚ISENSE用于检测开关管电流，当UISENSE1V时，关闭输出脉冲，迫使开关管关断，达到过流保护的目的。欠压锁定电路UVLO：开通阈值16V，关闭阈值10V，具有滞回特性。 PWM锁存电路：保证每一个控制脉冲作用不超过一个脉冲周期，即所谓逐个脉冲控制。另外，VCC与GND之间的稳压管用于保护，防止器
9、件损坏。输出电路：图腾柱输出电路，输出PWM触发信号，可驱动MOS管及双极型晶体管。2）TL431TL431在开关电源中起到误差放大器的作用，将产生的直流电压与标准的+12V比较，将误差通过PC817送到UC3842中，从而控制Q1的开通和关断。将输出的电压经R19和R18降压，输入TL431进行比较，再通过电位计SVR调节，使输出电压达到+12V。1内部结构TL431内部结构如图4-3所示。图4-3 TL431的内部结构图2TL431的相关参数在绝对极大等级下；阴极电压可达到37V，阴极电流值范围为-100+150mA。一般在实际应用时，阴极电压取36V，阴极流过的电流值为100mA。反馈输
10、入电压为2.495V，反馈输入电流为1.5mA。3TL431的典型应用图4-4 分流校准器 图4-5 三端输出控制校准器 图4-6 高压分流校准器 图4-7 限压或限流电路图4-8 恒定的频变电路3) PC817PC817是常用的线性光耦，广泛用在电脑终端机、可控硅系统设备、测量仪器、影印机、自动售票、家用电器，如风扇、加热器等。电路之间的信号传递，常常在各种要求比较紧密的功能电路中被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减小电路干扰，减化电路设计。1PC817的特点及内部引脚当输入端加电信号时，发光器发出 光线，照射在受光器上
11、，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了电-光-电的转换。普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号）不适合传输模拟信号。线性光电耦合器是一种新型的光电隔离器件，能够传输连续变化的模拟电压或电流信号，这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同。图4-9 PC817内部结构图图中1号引脚为阳极，2号引脚为阴极，3号引脚为发射机，4号引脚为集电极。输入侧正向电流为50mA，峰值正向电流可以达到1A，反向电压为6V，功耗70mW。输出侧集电极发射极电压为35V，集电极电压为6V，流过集电极的电流为50mA。 开关电源工作
12、原理1)开关电源滤波原理该滤波器有两个输入端和一个接地端，两个输出端，制作使用时外壳使用金属屏蔽并接地，电路包括共模电感LFIA、滤波电容器CY1、CY2、CX1。CY1、CY2跨接在输出端，经电容分压后接地，能有效的抑制共模干扰。LFIA对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过偶合后总电感量迅速增大，因此共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过。2)整流电路原理从电源滤波输出后的电压经整流滤波器输入，经过BD1进行桥式全波整流得到非稳压的直流输出。采用桥式全波整流可省去笨重的输入变压器，使设计重量可大大减轻，输出也得到近似平滑的良好直流电压，转换效率相对较高。3)
13、振荡电路原理由R12、C6与UC3842内部振荡器，+5V基准电源一起完成振荡，产生高频信号。+5V基准电压经过定时电阻R12给C6充电，然后C6再经过芯片内部电路进行放电，从第4脚得到锯齿波电压。由于输出采用脉宽调制控制方式，考虑到噪声电压也会影响输出脉冲宽度，振荡电路加了消噪电容C7。4)输出电路原理由于采用的是高频调制信号的方法，故输出级电源变压器很小，调整管采用频率响应快的N沟道场效应管，输出级受UC3842PWM波调整，通过Q1进行功率转换，直流电压从T原边N1流经Q1输出变压器原边产生大电流的PWM电压波，经过T变比偶合，使输出端产生大电流的电压，输出通过D6整流，C13-C15滤
14、波，再经过平波电抗器L1使输出为平滑稳定的12V稳压输出。N2输出用作电压负反馈。图4-3 开关电源电路原理图交流220V电源输入先经双向滤波器，过滤电网上的干扰谐波，再经桥式整流电路变成直流；再利用高频PWM（脉冲宽度调制）信号控制开关管，控制反激式斩波电路的输出电压，再经过滤波电路得到输出电压；输出部分通过光电耦合反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的；在变压器部分存在回馈电路是辅助电路，在桥式整流电路的输出是控制PWM电路的起振。从电网取出的220V交流输入电压经过隔离变压器输出220V交流电压，这样做的目的是防止开关电源出现问题时产生较为严重的损失。220V交流输入电压
15、CON3经双向滤波器CY1、CY2和滤波电容CX1输出220V直流电压，保险丝FS的使用是为了防止浪涌电流损坏整流桥BDKBP210。整流过的高电压（280300VDC）经过稳压管C1接到变压器的一端上，变压器的另一端接到高压MOSFET Q1的Source。为了保证控制电路的正常工作，D2、R3、C4、C5构成辅助电源为控制芯片UC3842提供工作电压。根据反激式变换器的工作原理，当电压由正半周期到负半周期时，电压传到变压器的另外一边。经滤波电容和电感的作用，在输出端得到稳定的+12V直流电压。在控制信号部分，如果要让UC3842开始工作，必须要给芯片提供一个工作电压。而提供工作电压的辅助电源，在正半周期是不工作的，因为在正半个周期由于反激式变换器的缘故没有给辅助电源提供电压。这时经过R7降压就得到一个+5V电压，这个电压可以为UC3842提供电压，所以R7可以起到启动电路的作用，R7的阻值就要求很大，可以达到100K。在R18和R19的公共短接入反馈电压，下面的R19、R17、SVR1、TL431和C11构成误差放大器，将误差信号通过光电耦合器PC817传到三极管的基极。UC3842的启动电压为+12
