1、1毕 业 论 文 （ 设 计 ）题 目 开关电源设计 英文题目 switch source design 院 系 专 业 姓 名 年 级 指导教师 2015 年 4 月 开关电源设计2摘 要摘要内容：本论文题目是学校根据学生的实际情况和所学的专业而设计的，它体现了学校对学生的理论知识和实践动手能力的考察，并且让学生充分的发挥自己所学的知识。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。隔离式开关电源的核心是一种高频电
2、源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。本论文共分七章，内容包括：开关电源概述，输入电路，隔离单端反激式变换器电路，UC3842 的原理及技术参数，UC3842 常用的电压反馈电路的选用，UC3842 在开关电源电路的应用，电源市场的概况。【关键词】：变压器滤波过载3Switch Source DesignAbstractAbstract content:The topic of this thesis is designed according to the actual situation of the school and professional schoo
3、l students which reflects the effects of school students theoretical knowledge and practical ability, and let the students give fulllay to their own knowledge.With the rapid development of large-scale and ultra large scale integrated circuit, especially the microprocessor and a semconductor memory u
4、tilization, gave birth to the electronic system of a new generation of products. Obviously, the volume is big and heavy use of industrial frequency transformer linear adjustable regulated power supply is out of date. Replace sb. is isolated switching power supply miniaturization, light weight, high
5、efficiency. The core of isolated switching power supply is a kind of high frequency power conversion circuit. It makes the AC power efficient generates one or more adjusted stable DC voltage.This paper is divided into seven chapters, including: input switching power supply circuit, an overview, isol
6、ation of single end flyback converter circuit, principle and technical parameters of UC3842, UC3842 common voltage feedback circuit selection, application of UC3842 in switching power supply circuit, power market overview.Key Words：Transformer ；Wave filtering ； Overload开关电源设计4目 录第 1章 开关电源概述1.1 开关电源的
7、产生与发展51.2 隔离式高频开关电源51.3 开关电源所用的术语6第 2章 输入电路2.1 电压倍压整流技术92.2 输入保护器件92.3 输入阳间电压保护10第 3章 隔离单端反激式变换器电路3.1 单端反激式变换器电路中的开关晶体管123.2 单端反激式变换器电路中的变压器绕组13第4章 UC3842的原理及技术参数4.1 原理与特点154.2 工作描述164.3 技术参数19第 5章 UC3842 常用的电压反馈电路的选用5.1 概述235.2 UC3842 常用的电压反馈电路235.2.1 输出电压直接分压作为误差放大器的输入235.2.2 辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入2
8、45.2.3 采用线性光偶改变误差放大器的输入误差电压255.2.4 结语 27第 6章 UC3842 在开关电源电路的应用6.1 UC3842 组成的开关电源电路 286.1.1 启动过程 296.1.2 稳压过程296.1.3 过流保护原理3056.1.4 过压保护原理 316.1.5 开关保护电路 316.1.6 起动电路的设计 316.1.7 反馈绕组的设计316.2 显示器开关电源电路 326.2.1 特点326.2.2 采用开关稳压电源激励行输出的优缺点如下 326.2.3 UC3842 在显示器电路的应用 33第 7章 电源市场的概述7.1 直流稳压电源(出口)购市场概况 347
9、.2 开关电源的市场概况 35721 开关电源的市场规模357.2.2 开关电源的生产倾向 36致 谢37参考文献38开关电源设计6第 1章 开关电源概述1.1 开关电源的产生与发展随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。早在 70 年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色
10、电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。近年来高反压 MOS 大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从 20kHz 提高到 150 一 200kHz，其结果是
11、使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。在 70 年代后期，功率在 100w 以上的开关电源是有竞争力的。到 1980 年，功率在 50w 以上就具有竞争力了。随着开关电源性能的改善，到80 年代后期，电子设备的消耗功率在 20w 以上，就要考虑使用开关电源了。过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入 90 年代后，其成本下降非常显著，当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一
12、。71.2 隔离式高频开关电源隔离式开关电源的变换器具有多种形式。主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。在设计电源时，设计者采取那种变换器电路形式，主要根据成本、要达到的性能指标等因素来决定。各种形式的电源电路的基本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。开关电源的基本功能方框如图11 所示。在图 1l 中，交流线路电压无论是来自电网的，还是经过变压器降压的首先要经过整流、滤波电路变成含有定脉动电压成分的直流电压，然后进入高频变换部分。高频变换部分的核心是有一
13、个高频功率开关元件，比如开关晶体管、场效应管(MOSFE)等元件，高频变换部分产生高频(20kHz 以上) 高压方波，所得到的高压方波送给高频隔离降压变压器的初级，在变压器的次级感应出的电压被整流、滤波后就产生了低压直流。为了调节输出电压，使得在输入交流和输出负载发生变化时，输出电压能保持稳定，在这里采用一个叫做脉冲宽度调制器(FWM)的电路，通过对输出电压采样，并把采样的结果反馈给控制电路，控制电路把它与基准电压进行比较，根据比较结果来控制高频功率开关元件的开关时间比例(占空比) ，达到调整输出电压的目的。在方波的上升沿和下降沿有很多高次谐波，如果这些高次 TB 波反馈到输入交流线，就会对其
14、它电子设备产生干扰。因此，在交流输入端，必须要设置无线频率干扰(RFI) 滤波器，把高频干扰减少到可接收的范围。 此外，为了使整个电路安全可靠地工作，还要设计辅助电路，主要包括过压、过流保护电路等。开关电源设计8图 ll 隔离式开关电源酌方框图1.3 开关电源所用的术语下面列出一些书本所使用的开关电源术语。效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。其测量条件是满负载，输入交流电压为标准值。ESR：等效串联电阻。它表示电解电容呈现的电阻值的总合。一般情况下，ESR 值越低的电容，性能越好。输出电压保持时间：在开关电源的输入电压撤消后，依然保持其额定输出电压的时间。启动浪涌电流限制电路：它属于保护电
15、路。它对电源启动时产生的尖峰电流起限制作用。为了防止不必要的功率损耗，在设计这一电路时，一定要保证滤波电容充满电之前，就起到限流作用。隔离电压：电源电路中的任何一部分与电源基板地之间的最大电压，或者能够加在开关电源的输入端与输出端之间的最大直流电压。线性调整率：输出电压随输入线性电压在指定范围内变化的百分率。条件是负载和周围的温度保持恒定。负载调整率：输出电压随负载在指定范围内变化的百分率。条件是线电压和环境温度保持不变。噪音和波纹：附加在直流输出信号上的交流电压和高频尖峰信号的峰值。通常是以mV 度量。隔离式开关电源：一般指高频开关电源。它从输入的交流电源直接进行整流和滤波，9不使用低频隔离
16、变压器。输出瞬态响应时间：从输出负载电流产生变化开始，经过整个电路的调节作用，到输出电压恢复额定值所需要的时间。过载或过流保护：防止因负载过重，使电流超过原设计的额定值而造成电源损坏的电路。远程检测：电压检测的一种方法。为了补偿电源输出的电压降，直接从负载上检测输出电压的方法。软启动：在系统启动时，一种延长开关波形的工作周期的方法。工作用期是从零到它的正常工作点所用的时间。电磁干扰无线频率干扰(EMLBFI)：即那些由开关电源的开关元件引起的，不希望传按和发射的高频能量频谱。快速短路保护电路；一种用于电源输出端的保护电路。当出现过压现象时，保护电路启动，将电源输出端电压快速短路。占空比；在高频
17、开关电源中，开关元件的导通时间和变换器的工作周期之比。开关电源设计10第 2章 输入电路2.1 电压倍压整流技术在前面已经提到，隔离式开关电源是直接对输入的交流电压进行整流，而不需要低频线性隔离变压器。现代的电子设备生产厂家一般都要满足国际市场的需求，所以他们所设计的开关电源必须要适应世界范围的交流输入电压，通常是交流 90130v 和 180 一 260v的范围。为了实现两种输入电源的转换，要利用倍压整流技术，如图 31 所示。在图 21 中，两种输入交流电压的转换由开关 S1 来完成，此外，本电路中的压敏电阻 Rv 和可控硅 Vs 具有浪涌电流抑制、瞬间输入电压保护的功能。电路工作过程如下：当开关 S1 闭合时电路在 115v 交流输入电压下 1：作。在交流电的正半周，通过二极管 VDl 和电容器 c1 被充电到交流电压的峰值。即115v14160v，在交流电的负半周，电容器 c2 通过二极管 vD4 也被充电到 160v。这样，电路输出的直流电压应该是电容器 c1 和 c2 上充电电压之和即 160V 十160V320V。当开关 S1 打开时，二极管 VDlVD4 组成了全桥式整流电路，对输入的交流 230V 进行整流，也同样产生 320v 的直流电压。
