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1、电I子与信息工程学院本科毕业论文论文题目基于TL3842反激式开关电源设计 学 生姓名caoxiao学 号063221037专 业班 级06电气指导教师陈竹林2010年5月摘要本设计是基于TL3842的开关电源。控制电路是采用PWM控制：驱动信号的频率保 持不变，通过改变脉冲脉宽（也就是调节占空比）来实现对输出电压的调节和控制。 另包含整流电路、反馈电路、保护电路、启动电路等。采用场效应三极管作为开关器 件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。其中利用整流电 路变换器进行功率转换，它是开关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、 滤波等电路。由于反激式开关电源具备线路
2、简单，所需要的元器件少，能够提供多路 隔离输出等优点，因此广泛应用于小功率电源领域。关键词：PWM；反激式；开关电源；脉冲宽度ABSTRACTSwitching power supply design based on TL3842.The control circuit is a PWM control: the driving signal frequency remains unchanged,by changing the pulse width (adjusting the duty cycle) to achieve output voltage regulation and co
3、ntrol.lt contains a rectifier circuit, the feedback circuit, protection circuit, the start circuit.Field -effect transistor as a switching device, periodically interrupted to control the duty cycle of the switching device to adjust the output.voltage.Rectifier circuit converters, power conversion, i
4、t is a core part of the switching power supply, in addition to start, over current and overvoltage protection and filtering circuit.Flyback switching power supply circuit is simple, the required components less able to provide multiple isolated outputs, etc. are widely used in the field of small pow
5、er.KEY WORDS: PWM; Flyback converter; Switching power supply; Pulse width目录1绪论11.1小功率开关电源的研究背景与意义11.2国内外开关电源研究现状11.3研究开关电源主要内容22开关电源简介32.1开关电源概述32.1.1开关电源工作原理32.1.2开关电源的组成42.1.3开关电源的特点42.2开关器件52.2.1开关器件的特征52.2.2 器件 TL43152.2.3电力二极管62.2.4 光耦 PC12362.2.5电力场效应管MOSFET73主要开关电路设计83.1滤波电路83.2反馈电路83.2.1电流反馈
6、电路83.2.2电压反馈电路93.2.3启动电路保护电路103.3整流电路103.4控制电路芯片TL3842设计113.4.1 TL3842 引脚简介113.4.2 TL3842 内部结构123.4.3 TL3842的使用特点133.5 TL3842的典型应用电路134利用TL3842设计小功率电源154.1电源设计指标154.2元件的选择154.3总体电路图分析165调试186结论与展望20致 谢21参考文献22附录23附录A（原理图）：23附录B（实物图）：241绪论1.1小功率开关电源的研究背景与意义电源power supply; power source向电子设备提供功率的装置。电源，
7、即提供电能 的设备，主要分三类：一次电源（将其它能量转换为电能），二次电源和蓄电池。其中， 二次电源指的是把输入电源（由电网供电）转换为电压、电流、频率、波形及在稳定 性、可靠性（含电磁兼容，绝缘散热，不间断电源，智能控制）等方面符合要求的电 能供给负载。高频开关式直流稳压电源由于具有效率高、体积小和重量轻等突出优点， 获得了广泛的应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型，前者是 一个单闭环电压控制系统，系统响应慢，很难达到较高的线形调整率精度，后者，较 电压控制型有不可比拟的优点。小功率开关电源是电子技术常用的仪器设备之一，广 泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计
8、人员及电路开发部门进行实 验作和科学研究所不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流 电源来供电。本文研究的是基于TL3842P反激式开关电源，功率恒定为60WoTL3842是由德州仪器公司开发的新型控制器件，是国内应用比较广泛的一种电流 控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较 器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从 而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、 电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都 有提高，是比较理想的新型的控制器。1.
9、2国内外开关电源研究现状随着科学技术的迅速发展，人们对物质需求也越来越来高，特别是一些高新技术 产品。电源一一作为当今人们生活中普遍存在的电子商品，从上世纪九十年代末起便 迅速发展。随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新 推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。从80年代的第 一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间 母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源 智能系统和数字控制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
10、，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。90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案 的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。而如 今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为 微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直 流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电源的发展趋 势，并联运行是电源产品大容量化的一个有效手段，可以通过
11、设计N+1冗余电源系统, 实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间，从而使企业 产生更大的效益。如：扬州鼎华公司近年来结合美国Sorensen Amrel等公司的先进技 术，成功开发了单机最大功率120KW智能模块电源，可以并联32台（可扩展到64台）, 使最大输出功率可以达到7600kW以上。智能模块电源采用电流型控制模式，集中式 散热技术，实时多任务监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱 结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、 运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将 是未来大
12、功率直流电源的首选。1.3研究开关电源主要内容本设计是基于TL3842P芯片设计开关电源。此开关电路包含主要开关器件（二极 管、变压器、光耦等）的选择，主要电路设计（整流电路、滤波电路、反馈电路等）， 控制芯片的选择。开关电源采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作, 控制开关器件的占空比来调整输出电压。，其中整流电路变换器进行功率转换，它是开 关电源的核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电 路检测输出电压变化，与基准电压比较，误差电压经过放大及脉宽调制（PWM）电路, 再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。脉冲宽度调制（PW
13、M）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。 一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开 关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工 作条件变化时保持恒定。2开关电源简介2.1开关电源概述2.1.1开关电源工作原理开关电源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 元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图2-1进行说明。图中输入 的直流不稳定电压Ui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
14、的直流电压Ui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得到稳定的直流输出电 压Uo。ibi(a)电路图；(b)波形图图2-1开关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下式中，T表示开关S的开关重复周期；Ton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Uo与输入电压Ui之间有如下关系：Uo=U；D(1-2)由式(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Ton, 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Ton来实现占 空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制(PWM)o由于PWM式的开关频率固定
15、，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Ton 不变，利用改变开关频率匸1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压 的方法，称做脉冲频率调制(PFM)o由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路 的设计不易实现最优化。既改变Ton,又改变T,实现脉冲占空比调节的稳压方式称做 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 用巴2.1.2开关电源的组成开关电源的基本组成如图2-2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。反馈回路检 测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放大，控制脉宽调制 电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。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
