1、洛阳理工学院毕业设计（论文）I洛 阳 理 工 学 院毕 业 设 计（论 文） 题目：基于 UC3524 的开关电源设计2013 年 5 月 16 日基于 UC3524 的开关电源设计摘 要洛阳理工学院毕业设计（论文）II随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。电力电子技术的发展，特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技
2、术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。开关电源中的功率调整管工作在开关状态，具有功耗小、效率高、稳压范围宽、温升低、体积小等突出优点，在通信设备、数控装置、仪器仪表、视频音响、家用电器等电子电路中得到广泛应用。开关电源的高频变换电路形式很多, 常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片 UC3524 的开关电源系统设计。关键词：开关电源，半桥，全桥，推挽,UC3524洛阳理工学院毕业设计（论文）IIISwitching Power Based on UC3524 ChipABSTRACTWith the switch power source e
3、xtensive use in the field of computer, communicate by letter, aeronautics and astronautics, instrument appearance and domestic appliances etc., people increases by gradually to whose need amounts, have brought forward higher request to aspect such as power source efficiency, bulk factor and reliabil
4、ity. The electric power electronic technology development, specially high efficiency component IGBT and the MOSFET rapid development, enhances the switching power supply operating frequency to the quite high level, enable it to have the high stability and high performance-price ratio and so on the c
5、haracteristic. One of switching power supply technology main uses is serves for the information industries. The information technology development also set a higher request to the power source technology, thus promoted the switching power supply technology development.Switching power supply in the p
6、ower adjustment control work in the off state, with low power consumption, high efficiency, wide voltage range, low temperature rise, and other outstanding advantages of small size, the communication equipment, CNC equipment, Instrumentation, video audio, home appliances so widely used in electronic
7、 circuits. High frequency converter switching power supply so many forms of commonly used with push-pull converter, full bridge, half bridge, single-ended forward and the form of single-ended flyback.This paper is based on UC3524 chip switching power supply system design.KEY WORDS: Switching power s
8、upply，Half bridge，The bridge，The push-pull ，UC3524洛阳理工学院毕业设计（论文）IV目 录前 言 .1第 1 章 开关电源的基础知识 .21.1 开关电源的概述 .21.1.1 开关电源的组成 .21.1.2 开关电源的工作原理 .31.1.3 开关电源的特点 .41.2 开关电源主要结构 .41.2.1 串联式结构 .41.2.2 并联式结构 .51.3 开关电源的电路 .61.3.1 开关电源电路 .61.3.2 多电源电路的特点 .71.4 开关器件的选择与驱动 .71.4.1 电力二极管 .71.4.2 电力场效应管 .91.4.3 绝缘
9、栅双极晶体管 .101.4.4 缓冲电路 .11第 2 章 开关电源的变换电路 .132.1 基本变换电路 .132.1.1 自激型推挽电路 .132.1.2 桥式变换电路 .172.1.3 半桥变换电路 .182.1.4 正激变换电路 .192.1.5 反激变换电路 .202.2 不同电路的特点 .21第 3 章 双端输出驱动器 UC3524 .233.1 UC3524 的简介 .233.1.1 UC3524 的概述 .23洛阳理工学院毕业设计（论文）V3.1.2 UC3524 结构介绍 .243.2 UC3524 的工作原理 .26第 4 章 基于 UC3524 的电源设计 .284.1
10、基于 UC3524 的高压电源结构 .284.2 各电源结构的分析 .29第 5 章 开关电源技术的发展 .345.1 直流稳压电源市场概况 .345.2 开关电源的应用前景 .355.2.1 开关电源的发展动向 .355.2.2 我国的开关电源市场 .36结 论 .38谢 辞 .39参考文献 .40附 录 .41外文资料翻译 .42洛阳理工学院毕业设计（论文）1前 言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、交通运输、国防教育、能源开发、通信等领域的迅猛发展，对电源产业提出了更高、更多的要求，如：节电、节能、节材、减重、缩体、安全、可靠、环保等。这就迫使电源工作者在电源研发过
11、程中不断探索，寻求各种相关技术，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。伴随着电力电子技术的快速发展，电力电子系统的应用领域也越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，而且任何电子设备都离不开可靠的电源，它们对电源的要求也越来越高。开关电源是一种利用现代电力电子技术，通过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。它以高效率、轻量、小型、安全可靠等特点被广泛应用于以电子控制系统为主导的各种通信设备、终端设备等几乎所有的电子设备，是当今时代电子信息产业快速发展不可或缺的一种
12、电源形式。主要作为高功率脉冲电源的大型军用设备和初级电源的电源系统,也能应用于大电流快速充放电系统和通信、医疗航天、电子等众多领域,其中,几十几百千瓦的大、高功率开关电源主要应用于国防事业、大型科研项目和现代化工业中,因此开关电源具有非常广阔的应用前景。近年来，在高压大功率的应用场合，开关电源作为一种高效好型、高性能的电源己广泛用于家用电器、电子计算机、变频器等电子设备中。采用开关电源后，可以使相关装置体积小、重量轻、功耗低、稳压范围宽，大大地改善了装置的控制可靠性及保护性能。洛阳理工学院毕业设计（论文）2第 1 章 开关电源的基础知识1.1 开关电源的概述1.1.1 开关电源的组成开关电源由
13、以下四个基本环节组成，见图 1-1 所示。图 1-1 电源基本组成框图（1）DC/DC 变换器： 用以进行功率变换，是开关电源的核心部分。DC/DC 变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的 PWM 变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。（2）驱动器： 开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号放大，整形，以适应开关管的驱动要求。（3）信号源： 产生控制信号，由它激或自激电路产生，可以是 PWM 信号，也可以是 PFM 信号或其它信号。（4）比较放大器：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，达到稳定输
14、出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动电路、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等。线性电源相比，开关电源输入的瞬态变换表现在输出端。由于反馈放大器的频率特性得到改善，即便提高开关频率，开关电源的瞬态响应指标也能得到改善。输出端 LC 滤波器的特性决定着负载变换瞬态响应。所以瞬态响应特的改善方法可以通过降低输出滤波器 LC、提高开关频率等方法。洛阳理工学院毕业设计（论文）31.1.2 开关电源的工作原理开关电源的工作原理图如图 1-2 所示；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。使开关 S按要求改变导通
15、或断开时间，就能把输入的直流电压 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就可得到稳定的直流输出电压 U0。(a)原理电路图 (b)波形图图 1-2 开关电源的工作原理为方便分析开关电路，定义脉冲占空比如下：(1-1)TDON式中 T 表示开关 S 的开关重复周期；T ON 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 U0 与输入电压 Ui 之间有如下关系：(1-2)DiO由(1-2)式可以看出，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，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方式叫做脉冲宽
16、度调制(PWM)。由于 PWM 式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，所以 PWM 式开关电源用得较多。若保持 TON不变，利用改变开关频率 f=1/T 实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压 U0稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)方式开关电源。由于开关频率不固定，所以输出滤波电路的设计不易实现最优化。既改变 TON，又改变 T，实现脉冲占空比的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方式均有应用。洛阳理工学院毕业设计（论文）41.1.3 开关电源的特点(1)效率高：开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高
17、，一般在 80%90%，高的可达 90%以上。(2)重量轻：由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的漆包线和硅钢片，电源的重量只有同容量线性电源的 1/5，体积也大大缩小。(3)可靠安全：在开关电源中，由于可以方便的设置各种形式的保护电路，所以当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保护功能可靠。稳压范围宽：开关电源的交流输入电压在 90270V 范围变化时，输出电压的变化在2%以下。合理设计电路，还可使稳压范围更宽，并保证开关电源的高效率。(4)稳压范围宽：开关电源的交流输入电压在 90270V 范围变化时，输出电压的变化在2%以下。合理设计电路，还可使稳压范围更宽，并保证开关电源的高
18、效率。(5)功耗小：由于功率开关管工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围元件不致因长期工作在高温环境而损坏，所以采用开关电源可以提高整机的可靠性和稳定性。(6)元件数值小： 由于开关电源的工作频率高，一般在 20kHz 以上，所以滤波元件的数值可以大大减小。 11.2 开关电源主要结构1.2.1 串联式结构串联开关电源工作原理的方框图如图 1-3 所示；功率开关晶体管 VT 串联在输入与输出之间。正常工作时，功率开关晶体管 VT 在开关驱动控制脉冲的作用下周期性地在导通、截止之间交替转换，使输入与输出之间周期性的闭合与断开。输入不稳定的直流电压通过功率开关晶体管 VT
19、 后输出为周期性脉冲电压，再经滤波后，就可得到平滑直流输出电压 U0。U 0 和功率开关晶体管 VT 的脉冲占空比D 有关，见式(12)。洛阳理工学院毕业设计（论文）5图 1-3 串联开关电源原理图输入交流电压或负载电流的变化，会引起输出直流电压的变化，通过输出取样电路将取样电压与基准电压相比较，误差电压通过误差放大器放大，控制脉冲调宽电路的脉冲占空比 D，达到稳定直流输出电压 U0 的目的。1.2.2 并联式结构并联开关电源工作原理方框图如图 1-4 所示。图 1-4 并联开关电源原理图功率开关晶体管 VT 与输入电压、输出负载并联，输出电压为：(1-3)DUi10图 1-4 为一种输出升压型开关电源，电路中有一个储能电感，适当利用这个储能电感，可将并联开关电源转变为广泛使用的变压器耦合并联开关电源。变压器耦合并联开关电源工作框图如图 1-5 所示。
