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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）它激式开关电源设计摘 要 电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反
2、之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作2080W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。关键词：开关电源，UC3842，脉宽调制，功率，IGBT I目录前言1第1章 开关电源介绍21.1 开关电源概述21.1.1 开关电源工作原理21.1.2 开关电源的设计31.1.3 开关电源的特点41.2 开关器件41.2.1开关器件的特征41.2.2器件TL43151.2.3电力二极管61.2.4光耦PC81771.2.5电力场效应晶体管MOSFET81.2.6 绝缘栅IGBT9第2章 主要开关变换电路1
3、02.1 滤波电路102.2 反馈电路102.2.1电流反馈电路102.2.2电压反馈电路112.3电压保护电路12第3章 UC3842133.1 UC3842简介133.1.1 UC3842的引脚及其功能133.1.2 UC3842的内部结构143.1.3 UC3842的使用特点153.2 UC3842的典型应用电路163.2.1反激式开关电源163.2.2 UC3842控制的同步整流电路173.2.3升压型开关电源20第4章 利用UC3842设计小功率电源224.1 电源设计指标224.1.1元件的选择224.1.2电路结构的选择244.2 启动电路244.3 PWM脉冲控制驱动电路254
4、.4 直流输出与反馈电路264.5 总体电路图分析27结 论29谢辞30参考文献31外文资料译文32 第1章 开关电源介绍1.1 开关电源意义当代许多高新技术均与电源的电压、电流、频率、相位和波形等基本技术参数的变换和控制相关，电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，因此，电源技术不但本身是一种高新技术，而且还是其评它多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和现代生活带来为深远的影响。开关电源的发展情况目前我国通信、信息、家电和国防等领域的电源普遍采用高频开关电源，相控电源将逐渐被淘汰。国内开
5、关电源技术的发展，基本上起源于20世纪70年代末和80年代初。当时引进的开关电源技术，在高等院校和一些科研院所停留在实验开发和教学阶段。20世纪80年代中期开关电源产品开始推广和应用。20世纪80年代开关电源的特点是采用20kHz脉宽调制（PWM）技术，效率可达65%-70%。经过20多年的不断发展，开关电源技术有了重大进步和突破。新型功率器件的开发促进了开关电源的高频化，功率MOSFET和IGBT可使小型开关电源的工作频率达到400kHz(AC/DC)或1MHz(DC/DC);软开关技术使高频开关电源的实现有了可能，它不仅可以减少电源的体积和重量，而且提高了电源的效率（国产6kW通信开关电源
6、采用软开关技术，效率可达93%）；控制技术的发展以及专用控制芯片的生产，不仅使电源电路大幅度简化，而且使开关电源的动态性能和可靠性大大提高；有源功率因数校正技术（APFC）的开发，提高了AC/DC开关电源的功率因数，既治理了电网的谐波污染，又提高了开关电源的整体效率。1.2 开关器件1.2.1 开关器件1.2.2 器件TL431TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。TL
7、431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。TL431特点： （1）最大输出电压为37V； （2）电压参考误差：0.4 ，典型值25（TL431B）；（3）低动态输出阻抗，典型0.22 ； （4）负载电流能力1.0mA -100mA； （5）等效全范围温度系数50 ppm/典型； （6）温度补偿操作全额定工作温度范围； （7）低输出噪声电压； （8）输出电压范围为2.5V-36V；内基准电压为2.5V； (9) 最大工作电流150mA；图13 TL431的外观和管脚TL431的具体功能可以用图1-4的功能模块示意。由图可看到，VI是一个内部的2.5V的基准源
8、，接在运放的反向输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同向端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化通过三极管的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，但可用于分析理解电路。 图1-4 模块图1.2.3 电力二极管电力二极管（Power Diode)自20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器，并已开始逐步取代汞弧整流器。虽不是可控器件，但其结构原理简单，工作可靠，所以直到现在电力二极管仍然大量应用于许多电气设备中。电力二极管可分为普通二极管, 快恢复二极管,肖特基二极管三种。1.
9、 普通二极管(General Purpose Diode)普通二极管又称为整流二极管(Rectifier Diode)，多用于开关频率不高(1 kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在5 s以上，这在开关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很高，分别可达数千安和数千伏以上。2. 快恢复二极管(FRD)快恢复二极管是恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短的二极管，简称为快速二极管。快速二极管在工艺上多采用了掺金措施，有的采用PN结型结构，有的采用改进的PiN结构。采用外延型PiN结构的快恢复外延二极管(Fast Recovery Epitaxial Diodes
10、，FRED)，其反向恢复时间更短(可低于50 ns)，正向压降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐压多在400 V以下。快速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级，前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100 ns以下，有的甚至达到2030 ns。3.肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极管(SBD)，简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多，主要是：反向恢复时间很短(1040 ns)，正向恢复过程中不会有明显的电压过冲；在反向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管；其开关损耗和正向导通损耗都比快速二极管还要小，效率高。肖特基
11、二极管的不足之处是：当反向耐压提高时，其正向压降也会高得不能满足要求，因此多用于200 V以下；反向漏电流较大且对温度敏感，因此反向稳态损耗不能忽略，而且必须更严格地限制其工作温度。1.2.4 光耦PC817光电耦合器是以光为媒介来传播电信号的器件。 PC817是常用的线性光藕，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当作耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。目的在于增加安全性，减小电路干扰，简化电路设计。 当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，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），
12、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,PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。主要应用范围：开关电源、适配器、充电器、UPS、DVD、空调及其它家用电器等产品。图15 PC817的外观和内部结构 1.2.5 电力场效应晶体管MOSFET1.电力场效应晶体管电力场效应晶体管主要指绝缘栅型中的MOS型，简称电力MOSFET。其特点是：用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高
13、，热稳定性好，电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10 kW的电源电子装置。2.电力场效应晶体管的结构和工作原理(a) N沟道内部结构断面示意图； (b) 电气图形符号图1-5 电力MOSFET的结构和电气图形符号电力MOSFET的种类按导电沟道可分为P沟道和N沟道，当栅极电压为零时漏极之间就存在导电沟道的称为耗尽型；对于N(P)沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道的称为增强型。如图1-5所示，其中G为栅极，S为源极，D为漏极。电力MOSFET的工作原理是：在截止状态，漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结反偏，漏源极之间无电流流过；在导电状态，
14、在栅源极间加正电压UGS，栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过，但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的电子吸引到栅极下面的P区表面。1.2.6 绝缘栅IGBTMOSFET具有开关速度快，为电压控制的优点，缺点是导通电压降稍大，电流、电压容量不大；双极型晶体管却与MOSFET管的优点、缺点互易，因而产生了使它们复合的思想。IGBT控制时有MOSFET的特点，导通时有双极型晶体管特点，这种复合管称为绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。IGBT是MOS结构的双极型器件，是具有功率MOSFET管的高速性能和双极型器件的低导通电阻性能的功率器件，具有电压型控制、输入阻抗大、驱动功率小、开关速
15、度快、工作频率高、安全工作区大等优点，IGBT正逐步取代大功率晶体管和一些MOSFET管的应用领域。IGBT的应用范围一般都在耐压为600V以上、电流为10V以上、工作频率为1kHz以上的应用领域。IGBT集合了场效应管输入阻抗高、双极性结型晶体管饱和电压降低的优点。由IGBT的结构机理决定了其关断时会发生的电流“拖动”现象，因而IGBT的开关工作频率与功率晶体管（GRT)相当。图1-6 IGBT的图形符号 第2章 主要开关变换电路2.1 滤波电路输入滤波电路具有双向隔离作用，它可抑制从交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。图2-1所示滤波电路是一种复合式EMI滤波器，L1、L2和C1构成第一级滤波，共模电感L3和电容C2、C3进行第二级滤波图2-1输入滤波电路C1用于滤除差模干扰，选用高频特性较好的薄膜电容。电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰
