1、 毕业设计（论文）说明书装订线摘 要随着电力电子技术的飞速发展,各种电子设备对于电源的性能、重量、体积、效率提出了更高的要求,目前开关电源的控制方式多釆用电压控制型技术。电压控制型存在响应速度慢等缺点。针对电压控制型电路的缺点,最近十几年发展起来了电流控制型技术,它具有很好的快速响应，因此,对其进行研究设计具有十分重要的意义。本论文是在研究分析了开关电源的基本原理以及 UC3846 芯片与 TLP250 芯片的功能与特性的基础上，设计了一种基于 UC3846 的电流型全桥拓扑结构的恒流高频开关电源。主要进行了输入整流电容滤波、高频变压器的设计、驱动电路和控制电路等主要元器件和电路模块的选型与参
2、数设计。论文所设计的开关电源的输入为市电 220V 交流，输出电压为 24V，电流为 5A，开关频率为 90khz。最后基于原理分析与计算，搭建全桥拓扑实验平台。实验结果表明：输入整流滤波电压符合理论分析，控制电路的调试也基本符合要求。关键词: PWM 控制 ； 全桥电路 ； 高频变压器 ； UC3846毕业设计（论文）说明书装订线毕业设计（论文）说明书装订线AbstractWith the rapid development of power electronics technology, various kinds of electronic equipment for the perfo
3、rmance of the power, weight, volume and efficiency put forward higher request, the control mode of switch power supply more bright type with voltage control technology. Voltage control type shortcomings slow response speed and so on. For voltage control circuit fault type, type the current control t
4、echnology developed in recent ten years, it has the very good quick response, therefore, to study design has the very vital significance.This paper is lie on the research and analysis of the full bridge topology of switch power supply principle , UC3846 and TLP250 chip on the basis of the function a
5、nd characteristics. Designed a current mode based on UC3846 full bridge topology structure of high frequency switching power supply with constant current. It contains input rectifier capacitance filter,high-frequency transformer design,drive circuit, control circuit of the main components and circui
6、t module selection and parameter design. The paper design of switch power supply input from the mains AC 220 V, output voltage is 24 V, current is 5 A, the switching frequency of 90 khz.The last it based on the principle analysis and calculation, build full bridge topology experiment platform. Exper
7、imental results show that the input rectifier filter voltage accord with theoretical analysis, the control circuit of the PWM pulse meet the requirements, has the good waveform features, various technical indicators can meet the power requirements of experimental platform.Key words: PWM control; ful
8、l bridge topology; high frequency transformer; UC3846毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 0 页目 录1 绪论 .31.1 课题研究背景 .31.2 开关电源的基本原理 .31.3 开关电源发展趋势 .41.4 开关电源的分类 .51.5 本文主要做的工作 .51.6 本论文结构 .61.7 本章小结 .62 开关电源的控制模式介绍 .72. 1 PWM 电压控制模式 .72.2 PWM 电流控制模式 .82.2.1 电流控制模式简介 .82.2.2 峰值电流控制模式 .92.2.3 滞环电流控制模式 .102.3 斜坡补偿电路的基
9、本原理和设计 .102.3.1 斜率补偿的基本原理 .112.3.2 斜坡补偿电路的设计 .132.4 本章小结 .143 DC/DC 全桥变换电路参数设计 .153.1 输入整流与滤波电路 .153.2 全桥电路的设计 .163.2.1 主电路结构的选择 .163.2.2 MOSFET 的选择 .173.3 高频变压器的设计 .173.3.1 高频变压器的设计要求 .173.3.2 高频变压器的设计方法 .183.3.2.1 高频变压器的设计方法简介 .183.4 输出与整流滤波 .213.4.1 输出整流电路 .213. 4.2 输出滤波电路 .213.5 本章小结 .224 控制电路设计
10、 .234.1 UC3846 芯片简介 .234.1.1 引脚说明 .244.2 软启动保护电路设计 .25毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 1 页4.3 UC3846 振荡频率与死区时间 .254.4 电流与电压反馈电路的设计 .264.4.1 采用电流互感器检测的电流反馈电路 .264.4.2 电压反馈电路设计 .274.5 TLP250 驱动电路设计 .284.6 斜率补偿电路的设计 .294.7 本章小结 .305 全桥拓扑仿真与实验分析 .315.1 调试 .315.2 本章小结 .34结 论 .34致 谢 .36附录 .38毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第
11、2 页1 绪论1.1 课题研究背景电源是各种电子设备的组成部分，其性能好坏直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地持续性工作。目前常用的是直流稳压电源和开关电源两大类。由于开关电源本身能耗较低，电源效率比普通线性稳压电源高很多，因此被大量用于电子计算机、通讯、家电等各个行业。由于开关电源的广泛应用，有必要对其原理进行掌握、对其发展趋势有所了解。开关电源(Switch Mode Power Supply，即 SMPS)被誉为高效节能型电源，它是稳压电源的发展方向，现已成稳压电源的主流产品。半个世纪以来，开关电源主要经历了四个发展阶段。早期的开关电源全部由分离元件构成，不仅开关频率低和效率低，
12、而且电路复杂，不易调试。在 20 世纪 70 年代研制出的脉宽调制器集成电路，对开关电源中的控制电路实现了集成化，有效减小体积。20 世纪 80 年代问世的单片开关稳压器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC 电源变换器的集成化变为现实。随着全球对能源问题的重视，电子产品的耗能问题将越发引人关注，如何降低其待机功耗，提高供电效率成为一个研究热点。传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。为了提高效率，人们研制出了开关式稳压电源，效率很高，稳压范围宽，而且还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特性，是一种很理想
13、的稳压电源产品。所以，开关式稳压电源已广泛应用于各种电子设备中，开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压的技术，而大多数开关电源都是基于电压控制模式，但由于其响应慢等缺点，本文根据电压控制模式的缺点设计了一种基于电流控制模式的开关电源。1.2 开关电源的基本原理开关电源就是通过控制开关管对电路进行高速的导通与截止，将直流电变流为高频率的交流电，再让高频变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压。它利用电容、电感的储能的特性，通过可控开关进行高频开关的动作，将输入的电能储存在电容（感）里，当开关断开
14、时，储层的电能再供给给负载。其输出的功率或电压的大小与占空比有关 。高频开关电源由以下几个部分组成：1 、主电路从交流电网输入、直流输出的全过程 ，包 括 ：（1）输入滤波：其作用是将电网存在的谐波滤除，同时也阻碍本机产生的谐波毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 3 页污染公用电网。（2）输入整流与滤波：将电网交流电源直接不控整流变为直流电，以供进一步变换。（3）逆变：将整流后的直流电转化为高频交流电，使得滤波器和高频变压器体积大大减小。（4）输出整流与滤波：提供稳定可靠的直流电。2 、控制电路从输出端取样（电压或者电流） ，经与给定值进行比较，然后去控制逆变器来改变控制频率或脉宽，
15、达到使输出稳定，同时设置保护电路，使控制电路对整机进行各种保护措施。3 、检测电路除了提供保护电路中正在运行中各种参数外，还提供各种显示仪表资料。4 、辅助电源提供所有单一电路的相互隔离的供电电源。1.3 开关电源发展趋势开关电的效率比线性电源高很多。这样就节省了能源，因此它受到人们的青睐。但它也有缺点，就是电路复杂，维修困难，对电路的污染严重。电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路。开关电源的发展趋势可以概括为以下四个方面:1、小型化、薄型化、轻量化、高频化。开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积。因此高频化是开
16、关电源的主要发展方向。2、高可靠性。开关电源比连续工作电源使用的元器件多数十倍，因此降低了可靠性。所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度，采用模块化技术可满足分布式电源系统的需要，提高系统的可靠性。同时如今的开关电源还具有自我故障预测的 HMM 技术来检测电源故障，提高电源供电可靠性。3、低噪声。开关电源的缺点之一是噪声大，单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声，所以，尽可能降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。4、采用计算机辅助设计和控制。采用 CAA 和 CDD 技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简
17、结构和最佳工况。在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。5、低输出电压技术。随着半导体制造技术的不断发展，微处理器和便携式电子设备的工作越来越低，这就要求未来的 DC-DC 变换器能够提供低输出电压以适应微处理器和便携式电子设备的供电要求。开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关，高频化毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 4 页的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。发展电力 M O S F E T 、I G B T 等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电
18、常数及降低其等效串联电阻等方面的工作，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。总之，人们在开关电源技术领域里，边开发低损耗回路技术。1.4 开关电源的分类1、按驱动方式划分：(1) 他激式幵关电源。其电源内部备有专门独立的振荡电路，与振荡器同步的控制信号驱动开关管。单端正激式开关电源电路就是其中一例，它使用专用的脉冲宽度控制器 PWM 芯片或分立电路。(2) 自激式开关电源。其借助于变换器自身的正反馈控制信号，实现开关自动周期性开关。开关管起着振荡期间和功率开关的作用。如单管振铃扼流圈变换器，即称 RCC 变换器、双管单变压器罗耶尔电路。2、按控制方式划分：(1) 脉冲宽度调制开关电源(P
19、WM)。这种控制电路的特点是,电路的工作频率不变,通过改变脉冲宽度(占空比)实现对输出电压和输出电流的调节和控制。目前大部分的开关电源都是采用这种控制方式对电路进行控制。(2) 脉冲频率调制开关电源(PFM)。该电路的脉冲宽度(占空比)保持不变,通过改变电路的工作频率实现稳定输出电压和电流的目的,自激式开关电源(3)混合型调制开关电源(PSM)。这种电路通过调节脉冲宽度和频率实现对输出电压和电流进行调节,采用这种控制电路进行设计的主要缺点是:需要同时考虑脉宽和频率的变化,电路设计比较复杂。3、按输入输出是否隔离划分：(1) 隔离式开关变换器。他是高频变压器将变换器的一次侧与二次侧隔离。主要结构
20、有单端正激式变换器、单端反激式变换器、推挽变换器、半桥式变换器、全桥式变换器(2) 非隔离式开关变换器。他在电气上输入与输出不隔离的，输入与输出共用一个公共端。主要有 BUCK 变换器、BOOST 变换器、GUK 变换器、ZETA 变换器、SEPIC 变换器等。1.5 本文主要做的工作本文所作的工作主要分为以下四个方面1、分析电流控制型 PWM 全桥拓扑电路的工作原理。2、 对主电路结构进行设计,研究主电路中各元件的选择主要包括:输入输出整流滤波电路、开关管选择、高频变压器设计等等。毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 5 页3、 研究 UC3846 控制芯片的功能,对控制电路进行设计
21、4、 进行理论分析和实验平台的搭建。1.6 本论文结构论文的主要结构如下：1、介绍了课题的研究背景和开关电源的原理与发展方向。2、对电压控制模式和电流控制模式的优缺点进行对比。3、介绍了主电路和高频变压器的参数进行设计。4、对控制电路进行具体的分析和设计。5、实验结果,主要介绍了对实验结果的分析,主要有输入整流滤波和控制电路输出的波形。1.7 本章小结本章主要介绍了课题的研究背景,并介绍了开关电源的基本原理和开关电源的分类以及发展方向,接着介绍了本文的主要工作和主体结构。毕业设计（论文）说明书共 38 页 装订线第 6 页2 开关电源的控制模式介绍2. 1 PWM 电压控制模式对于开关电源来说
22、,开关频率通常为一设定的恒定值,通过控制电路来调节主电路脉冲宽度来改变占空比,实现稳定输出电压或电流的目的。控制采样信号主要有输出电压、输入电压、开关管峰值电流、输出电流以及输出电感电流等等。由这些信号可以组成单环或多环控制系统。这种闭环反馈控制模式称为脉冲宽度调制(PWM) 。下面主要介绍常用的两种 PWM 控制模式,电压控制型和电流控制型 ,并详细分析了这两种电路的基本工作原理,各自的优缺点等等。电压模式控制是最早应用于开关电源中的一种模式。图 2.1 所示为 PWM 电压模式的原理图。电源输出电压 Uo 与参考电压 Uerf 经误差放大器 A 比较放大后, 又经 PWM 比较器 N 比较, 由锁存器输出占空比随误差电压信号 Ue 变化的一系列脉冲, 再驱动控制用的开关晶体管 VT, 使输出电压 Uo 稳定。图 2.1 PWM 电压控制模式电压模式控制的主要优点有:1、单环控制，设计简单；2、较大的斜升坡幅度将提供良好噪声裕度；3、低输出阻抗有利于多输出。同时具有以下缺点：1、响应慢；2、补偿复杂从反馈特点来看，在反馈回路中，只有输出电压信号被采样，并将其转化为 PWM 信号控制输出电压，因此该反馈模式被称为电压模式。
