1、本科学生毕业论文单管正激式开关稳压电源的设计系部名称： 电气与信息工程学院 专业班级： 电气 11-1 班 学生姓名： 吴位信 指导教师： 葛洪军 职 称： 副教授 黑 龙 江 工 程 学 院二一五年六月The Graduation Thesis for Bachelors DegreeDesign of the single pipe is shock type switch regulated power supplyCandidate： Wu WieixinSpecialty：Construction MachineryClass：11-1Supervisor：Associate Pro
2、f. Ge HongjunHeilongjiang Institute of Technology2015-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要开关稳压电源有多种类型，其中正激式开关电源因其电路简单可靠，抗过载能力强，所需要的元器件较少，容易集成，不易饱和且能够提供多路隔离输出等优点而被广泛应用于中、小功率电源领域。为了保证电路的稳定可靠，本次设计采用的是隔离型电路，其中以单端正激型变换器作为主电路，其主要由高频变压器与开关管构成，主要功能是处理电能。本文分析了 PWM 脉宽调制芯片 UC3844 构成开关电源的整体结构电路，并以 UC3844 作为主芯片控制功率 MOS 管 P
3、60NF06 的导通与截止，而UC3844 的启动电压由三端稳压器 LM7818 输出提供，采样反馈电路以 TL431 和光电耦合器 PC817 为核心，而输入滤波电路和输出整流滤波电路主要由电容构成，且对输入干扰和输出纹波电压有了很好的消除作用，使系统更加的稳定可靠，从而完成了单管正激式开关电源的设计。关键词：开关电源，正激型变换器，PMW，UC3844黑龙江工程学院本科生毕业设计ABSTRACTWith the rapid development of power electronic technology, the application of switching power suppl
4、y is also more and more widely. There are different types of switching power supply, which is the IP switch power supply because of its circuit is simple, reliable, strong overload capacity, the required components less, ease of integration, not easily saturated and can offer the advantages of multi
5、ple output isolation and widely applied in the medium and small power sources. This design is given priority to with single correct type excitation converter circuit, mainly consists of high frequency transformer and switch tube, its main function is to deal with electricity. This paper analyzes the
6、 PWM pulse width modulation chip UC3844 constitute integral circuit structure and working principle of switch power supply, and by UC3844 as the main control chip control switch tube P60NF06 conduction and deadline, sampling feedback circuit TL431 and photoelectric coupler PC817 as the core, and the
7、 input filter circuit and output rectifier filter circuit is mainly composed of capacitor, and the input and output ripple voltage has the very good elimination effect, make the system more stable and reliable, thus complete the single pipe is shock type switching power supply design.Key words: Swit
8、ching power supply；Normal shock type converter；PWM；UC3844黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘 要 .Abstract .第一章 引 言 .11.1 开关电源的国内外发展概况 .11.2 课题研究的目的和意义 .11.3 课题研究的主要内容 2第二章 正激式开关电源总体方案的设计 .32.1 开关电源变换电路的选择 32.2 控制电路的选择 .32.2.1 单片机控制电路 32.2.2 芯片控制电路 42.3 正激式开关电源的电路结构图 42.4 本章小结 4第三章 单管正激式开关电源的设计 .53.1 正激式开关电源的工作原理 53.2
9、 变压器的设计 63.2.1 铁芯材料的选择 63.2.2 变压器 AP 公式推导 .63.2.3 变压器的原副边匝数 8黑龙江工程学院本科生毕业设计3.2.4 原副边线径 93.2.5 变压器的缠绕 93.3 电感的设计 93.3.1 导磁材料 .103.3.2 电感感值 .103.3.3 电感电流峰值 .113.3.4 电感匝数 .113.3.5 线径 .123.4 部分元器件 .123.4.1 MOSFET 开关管 .123.4.2 输出电压采样电阻 .133.5 输出滤波电路 .143.5.1 输出滤波电容 .143.5.2 输出整流二极管 .143.5.3 输出整流滤波电路的设计 .
10、143.6 辅助电源 .153.7 控制电路 .153.7.1 PWM 控制芯片 UC3844 163.7.2 控制回路的设计 .163.8 输入滤波电路 .173.9 反馈电路 173.9.1 光电耦合器 .17黑龙江工程学院本科生毕业设计3.9.2 可控精密稳压源 TL431 .183.9.3 采样反馈电路的设计 .183.10 单管正激式开关电源电路的设计 183.11 本章小结 19第四章 单管正激式开关电源电路调试与结论 204.1 电路板调试 .204.1.1 通电前调试 .204.1.2 通电调试 .204.2 指标测试 .204.2.1 输出电压电流的测试 .204.2.2 纹
11、波电压 .214.2.2 负载效应测试 .214.2.3 效率 .214.3 测试结论 .224.4 本章小结 .22结 论 .23参考文献 .24致 谢 .25附 录 .26附录 A 系统电路图 26附录 B 实物图 27附录 C 元器件清单 28黑龙江工程学院本科生毕业设计0第 1 章 引 言1.1 开关电源的国内外发展概况自开关电源出世以来，就意味着人们已经慢慢进入高新技术时代。相控稳压电压在上个世纪中承担着一个电源支柱的角色。由于当代社会发展的需要，电力电子技术得到迅速发展，电源技术也在不断地进步。直到直流开关稳压电源的出现，其逐渐替换了之前的相控稳压电源。从上个世纪九十年代到现在，伴
12、随着电力电子技术的发展，大电流、低电压的直流开关稳压电源因为其技术含量比较高，且应用广泛，所以越来越受到人们的青睐。在世界的范畴中，我国作为一个发展中国家，各项电源技术的房展道路与发达国家存在不小的距离，毕竟国内的电源技术起步比较晚，从 1977 年才进入电源的初步发展期，所以技术相对来说比较落后。因此，我国需要进行电源技术的高新发展。在这个方面来说，电源技术在我国也得到许多侧重，所以越来越多高性能开关电源的身影也逐渐出现在工业和生活中。21 世纪初，国外成功研制出隔离式PWM 型单片开关电源，之后又生产出 TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwit
13、ch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch 等系列产品，这意味着开关电源已经进入一个新时代。电源技术发展的基础是功率器件的发展，因为功率器件就是开关稳压电源的开关，它控制着电源的导通与关断。由最初的 GTR，到 MOSFET，再到之后的 IGBT，功率器件的发展也是非常的迅速，而且功能也是越来越强，对开关稳压电源的影响也是越来越大。所以功率器件的研究生产对开关电源而言非常重要，世界各国也都正在对这一方向进行研究，提高其性能，这样开关电源的生产就能更好的完善。此外，变压器和磁性元件也都是电源中非常重要的功能元件，这也都是国内外目前正在研究的。进入二十一世纪以来，随着电力电子技术的迅速
14、发展，其装置的市场需求也越来越大，电源技术的应用也越来越广泛。由于很多大型工业的发展与完善，许多微电子生产技术得到了很大的进步，包括电力设备、仪器仪表、家用电器等均得到了飞速发展，而这些小型电子设备都离不开直开关稳压电源。所以开关电源体积和质量的生产对设备的要求及其重要。从开关电源技术的发展过程可以看到，开关电源的未来发展方向主要是利用最低成本生产出性能最好的产品。1.2 课题研究的目的和意义黑龙江工程学院本科生毕业设计1伴随着当今社会的发展，人类已经进入工业时代，而且正在转入另一个时期，那就是高新技术产业，所以在以后的社会生活当中人类都离不开电源，因为电源是向负载提供优质电能的供电设备。生活
15、中的很多东西其实都是息息相关的，因为电源技术的不断发展，很多高新半导体、新控制技术及软开关技术都已逐渐用于开关电源，使开关电源的发展上升到另外一个阶段，逐步完善其高效率、高频率、高功率因数等性能。现在的生活中，我们都应用了很多的小型电子设备，比如电源适配器、仪器仪表等，而这些小型电子设备需要能够提供稳定的电源，才能满足人们的需求。而直流开关稳压电源中，正激型变换器中变压器的铜损较低，输出纹波电压较小，电路稳定可靠，电路简单且易于实现。基于这个思想，本次设计了一个小功率单管正激式开关稳压电源。 通过此次对开关电源的深入研究，希望能够具备掌握电路设计的能力，提高对所学专业知识的综合应用能力，包括资
16、料检索、专业文献阅读、设计能力和实践能力。1.3 课题研究的主要内容在本次设计中，主要采用 UC3844 芯片组成控制电路产生 PWM 信号控制开关管，从而制作一个稳定可靠，价格低廉，高效率，电路简单且容易实现的单管正激式开关稳压电源。主要通过对正激型变换电路和 PWM 控制电路的深入学习和研究，设计出整个系统的总体电路，并完成实物的制作。1、设计技术指标：（1）输入直流电压：2028V（2）输出直流电压：7.5V（3）输出电流：2A（4）额定效率：80% （5）频率：=75KHz（6）电压调整率： 2%Su（7）负载调整率： i2、设计中需要解决的一些关键技术：（1）DC/DC 变换器的选择
17、；（1）变压器的设计；（2）电感的设计；（3）PWM 控制电路的设计；（5）驱动功率开关管；（6）反馈电路的设计。黑龙江工程学院本科生毕业设计2第 2 章 正激式开关电源总体方案的设计本次设计的主要任务是制作出一个可靠稳定，价格低廉，高效率，电路简单且容易实现的单管正激式开关电源。所以选择一个好的设计方案是很重要的，下面对此设计的主电路与控制电路的选择进行了分析。2.1 开关电源主电路的选择开关电源变换电路主要分为隔离和非隔离两种方式，为了提高开关电源的安全性，本次设计中选择的是隔离方式。隔离型电路主要包括正激型电路、反激型电路、全桥型电路、半桥型电路和推挽型电路。其中后面三个电路可以应用在大
18、功率的领域，而只有正激型和反激型变换电路常用在功率较小的领域中。因为本次设计是小功率的开关稳压电源，所以应该选择正激型变换电路或者反激型变换电路。反激型和正激型电路之间有一定的区别，反激型变换器中的高频变压器相当于电感，其作用是是储能，而且在设计时需要还考虑磁饱和的问题。而正激型变换器高频变压器的作用是变压和传递能量，而且在导通与关断转换过程中是不存储能量的，所以，我们需要消除少量的剩余能量，不过，在设计时只要增加一个简单的磁复位电路就可以保证其在大动态重负载下不会磁饱和，而且正激型变换器的输出纹波、启动电流和所需滤波电容都较小，电路工作也很稳定。因为正激型电路的漏感比较小，所以峰值电流也较小
19、。所以本次设计主电路选择单管正激型电路。2.2 控制电路的选择控制电路的设计主要是使开关电源在各种工作状况下都能够稳定的工作，并且达到要求的动态性能。电源的很多指标也都与控制电路有关，比如开关电源的稳压稳流精度、纹波、输出特性等。与电源的主电路不同，控制电路主要处理电信号，它控制开关电源主电路开关管的开通与截止，工作状态如果出现故障，将会使整个电源停止工作甚至损坏。所以在设计中我们需要选择一个既简单有可靠的控制电路。2.2.1 单片机控制电路控制电路利用 DSP 或者单片机产生脉 PWM 信号，来控制开关的截止和导通，若使输出的电源电压稳定在最初设定时的数据，那么可以根据 A/D 转换模块的转
20、换后的反馈电压，从而改变占空比。不过这个方案不仅涉及到硬件，还需要有软件的设黑龙江工程学院本科生毕业设计3计，所以实现起来比较复杂。2.2.2 芯片控制电路脉冲控制信号也可以通过采用电流模式控制器控制产生。在各种开关电源的设计中一般都采用电流模式控制器或者电压模式控制器构成的控制电路，其最大的优点就是外围电路非常简单，稳定性非常好，而且价格便宜。综上所述，考虑到系统的稳定、成本及难易程度等因素，所以本次设计选择常用的 UC3844 作为 PWM 控制电路的主芯片。2.3 正激式开关电源的总体框图本次设计的单管正激式开关电源主要由主电路和辅助电路组成。如图2.1所示，主电路由磁复位电路、DC/D
21、C变换电路、输入滤波电路和输出整流滤波电路等四部分组成，辅助电路主要由辅助电源电路、PWM控制电路和采样反馈电路采样反馈电路等六部分组成。其中，DC/DC变换电路采用正激型变换电路，控制电路以UC3844为核心来控制开关管的导通与截止，隔离反馈电路主要由PC817和TL431构成。输入电压（ D C 2 0 2 8 V ）输入滤波电路磁复位D C / D C 变换电路输出整流滤波电路输出电压（ D C 7 . 5 V ）采样反馈电路P W M 控制电路辅助电源电路图 2.1 系统总体框图2.4 本章小结本章首先通过比较各种隔离型变换电路，确定本设计的主电路采用正激型变换电路，然后通过比较确定了
22、控制电路，本系统采用 UC3844 作为主控制芯片，这样整个系统的主要部分已经确定，最后经过正激电路基本拓扑的分析设计出整个系统的原理框图。黑龙江工程学院本科生毕业设计4第 3 章 单管正激式开关电源的设计3.1 单管正激型电路的工作原理隔离型变换电路应该在输入和输出的回路之间加一个隔离器件，其主要作用就是电气隔离，一般都是采用变压器作为电路的主隔离器件。另外，为了防止由剩磁通累加而导致的磁芯饱和，所以在设计电路时需要采用磁复位技术。本次设计中采用简单的辅助磁通绕组复位技术，主要方法就是在设计变压器的时候增加一个附加线圈（励磁绕组）。如图 3.1 所示为单管正激型电路原理图，其中去磁绕组 N3
23、 和嵌位二极管D2 构成磁复位电路。N2V D 1LQ+_+_UoUiV D 2 R LV D 3DSG+_+_+_N3+N1* *图 3.1 单管正激型电路的原理图当正激型电路工作在电感电流连续状态的时候，开关管 Q 导通和关断的工作过程分别如下：t0t 1 时段：t 0 时刻电路开关管 Q 导通时，变压器初级绕组 N1 两端的电压为上正下负，与其耦合的次级绕组 N2 两端的电压与 N1 一样，也是上正下负。因此 VD1 处于导通状态，VD 2 为断态，电感 L 的电流 逐渐增大，直到 t1 时刻 Q 关断；Lit1t 2 时段:t 1 时刻电路开关管 Q 关断后，电感 L 通过 VD2 续
24、流，VD 1 关断，电感 L 的电流 逐渐下降。Li开关管 Q 关断后,变压器的励磁电流 经励磁绕组流回电源，所以 Q 关断后承受Qi的电压为黑龙江工程学院本科生毕业设计5isUNu31（3.1）分析其工作过程，可以得出正激型电路电流连续状态的波形图。如图 3.2 所示。QUii L i Lus0t1t0t2to nto f fTstttt图 3.2 正激型电路工作于电流连续状态的波形图3.2 变压器的设计3.2.1 铁芯材料的选择因为铁氧体材料价格便宜，工艺性能也好，所以本次设计选用的磁性材料是日本TDK公司的 PC40型号。3.2.2 变压器 AP 公式推导在开关电源中，高频变压器的磁心尺
25、寸的选择很重要，因为它与电源的输出功率、工作频率以及电路结构等因素都有关系。（1）从电磁感应定律考虑（ 为截面积） BAee（3.2）DTBANdttNEUmepeppin （3.3）黑龙江工程学院本科生毕业设计6fBADUNmeinp（3.4）原边匝数不能太少， 太少， 就会太大，则有可能饱和。同时匝数不能取pNmB太大，因为取太大了占空比就容易超过 0.5。（2）从窗口角度考虑( 为单匝线圈的截面积) JIKAprmsupwrs（3.5）（ 为原边的面积系数， 为填充系数） prmsuwpIJNp uK（3.6）ewpA（3.7）由公式 3.3 和 3.6 可得fBJKADIVmupwrs
26、inep（3.8）取占空比 5.0max（3.9）又因为当电感足够大的时候， 足够小，所以 近似为一条LVNiinpsL0Li直线，即 ，如图 3.3 所示。0Li黑龙江工程学院本科生毕业设计7V Li LI o- V o i L图 3.3 变化图Li所以 0INiipspsm（3.10）而 （ ） 5.0pmavgiI.D（3.11）.prsiI（3.12）（ 为方均根电流系数） prmstprsprmspavg IKIII 70.5.0 tK（3.13）所以 JfBIUJfBIDUAtupmavginupmrsinewp 5.0（3.14）又因为 的平均值就是pavgI0I（取 ） JKf
27、BPAtupminp 2 25.041mAp（3.15）（ ） 143.)502(fminptupK（3.16）（3）确定所需 值pA黑龙江工程学院本科生毕业设计8W75.18.0oniP（3.17）令 ，TBm2.014.K4143.143. 08)0K7528().( cmfKBPAminp （3.18）（4）选磁芯型号在设计中选择的时候，既要保证磁芯不饱和，还要使铜线能够很好地绕制，所以本次设计的变压器选择的型号是 PC40EE25（ ），其 值远远417.0cmAwep pA大于实际制作的变压器的确定所需 值，所以满足条件。pA3.2.3 变压器的原副边匝数（1）原边匝数 pN因为 i
28、nspDUN0令 ，43.0maxD2.mB所以minax6320.414.2.3175peBAf （3.19）（2）计算匝数比spNn（3.20）由伏秒积平衡得minmaxmaxDT()(1D)TsFOFOpNUU（3.21）黑龙江工程学院本科生毕业设计9所以 （3.22）minax+0.98sFOpNUnD（3）副边匝数06.1423ps（3.22）本次设计副边匝数取 15 匝。（4）重新核算 pN18.59.0nNsp（3.23）不能取太大， 取太大，则 上升，有可能大于 0.5，所以取 匝。pNpNDpN（5）磁复位绕组 m（匝） 15pmN（3.24）3.2.4 原副边线径取 221
29、25.06.4AAJp（3.25）则 2max34.06.5mJDIosr（3.26）所以 Ass4.0（3.27）又 15psN（3.28）黑龙江工程学院本科生毕业设计10所以 mDp546.0（3.29）在本次设计中，原边与副边的线径取已有规格的 0.47mm。又因为励磁电流 非mi常小，所以 取 0.21mm 即可。mD3.2.5 变压器的缠绕在缠绕正激式变压器时，从上往下看，变压器的骨架上有标识的位置是一脚，逆时针排列依次为 28 脚。先缠原边 1 脚进，从下往上一匝一匝挨着向上绕一直到顶，外缠绝缘胶布，再从上往下绕，直到匝数够了，再缠一层绝缘胶带，把引出线刮漆后缠在 2 脚上，再焊接
30、上；同样道理，再缠副边从 7 脚进 8 脚出，出线刮漆后并焊接上，再缠一层胶带，最后缠励磁绕组从 3 脚进 4 脚出，出线刮漆后并焊接上，再缠一层胶带就可以了。最后把磁粉芯从上往下扣上，再缠紧胶带，因为不紧的话，会使气隙增大，导致驱动芯片过热。3.3 电感的设计电感（电感线圈）是开关电源中常用的元器件，主要是用绝缘导线绕制而成。其主要的作用是对交流信号进行隔离、滤波。3.3.1 导磁材料本次设计导磁材料选择的是铁粉芯，其特点：颜色不同磁导率不同，铁粉芯的效率低，电流纹波大，价格低廉且运用广泛。选择型号：本案选择铁粉芯的型号为 T106-26，即铁粉芯里的 26 号铁粉芯。T106-26 参数如
31、下： ;293.0/NlnA 内径： ；14.5DIm 厚度： ；t 外径： ；26.9O 长度： ；cl 截面积： ；20.5cA 体积： ；348eVm黑龙江工程学院本科生毕业设计11 饱和磁感应强度： 。1.4sBT3.3.2 电感感值因为在这里电感 的作用为滤波，所以我们将其电感设计大一点，工作在连续模L式。oocII%10（3.30）LfDUiILoc2)(20（3.31）因为在电感里 D 是变化的，所以当 时有 ；当 时有minD下 限 axmax。L下 限 minfIDULof1.02)(minmax）下 限 （3.32）由伏秒积平衡得TDUDTUNFFinps )1()( 00
32、 （3.34）inpsFN0（3.35）inFUD0（3.36）故 3.02815.7min黑龙江工程学院本科生毕业设计12（3.37）H198752.081.02)(minmax fIDULoF）下 限 （3.38）3.3.3 电感电流峰值当 时，对应的 最大，所以minDLimaxmax21LoLPKiIi（3.39）其中 oLocIiI%102（3.40）即 A2.01maxLi（3.41）所以 2.1maxmaxLoLPKiIi（3.42）3.3.4 电感匝数crmLAuiRN0（3.43）其中 ； ；75ru269.0cAc cic49.6所以 53.4LN（3.44）本次设计取 4
33、6 匝。当然，在缠完后可以用电感表测电感值，如有太大误差，可以增减电感线圈的匝数。用电感表测电阻时，要先把探针短路读初值，然后测电感黑龙江工程学院本科生毕业设计13L，再减掉初值；测量时把铜线线头的漆刮掉，用 2mH 的档位测量。3.3.5 线径铜线粗细的选择：铜线选细的会太热，选粗的又浪费，且铜线通过电流时有要求。发热与电流密度 J 有关，散热条件好的可以选 J 大点的，散热条件不好的可选 J 小点的。而发热又与电感电流的有效值有关。电感电流的有效值rmsavgo=2LIIA（3.45）直流时， ，完全相等， 的平均值为 Io，算线径 Io 要取额定值。所rmsavg=LI Li以， 取最大
34、值（ 2A）。Li截面积 rms 220.45LlIJ（3.46）因为 2lDA ()（3.47）所以 40.75ml（3.48）本设计取已有规格为 0.8mm 的铜线。平均匝长： 2t34.6ODI（3.49）每匝长度： .1.5cmL（3.50）总长度： 4.26.90总（3.51）所以本案中总长度选取 2m。因为 BH（3.52）所以 2c7546.0147.4.91LPKm rNiB Bl=-7 0黑龙江工程学院本科生毕业设计14（3.53）所以本次设计的磁感应强度符合设计要求。3.4 部分元器件3.4.1MOSFET 开关管功率开关管它是一种电压控制器件，因为其所需功率比较小，热稳定
35、性高，开关速度很快，所以被广泛应用于小功率的电源装置中。本次设计选用的功率 MOSFET 开关管是 P60NF06，其开关速度很快，导通电阻很小，这样既减少了开关损耗，也降低了本身寄生电阻的损耗。需要注意的是，在实际应用开关管的时候，为了防止开关管温度过高影响开关性能甚至损坏，应该安装一个散热器。P60NF06 参数如下： ；60vDSV；IA；()1SonRm如图 3.4.1 所示 P60NF06 的引脚 1,2,3 对应图 3.4.2 电气符号图中的 G（栅极）,D（漏极）,S （源极）。Q 1P 6 0 N F 0 6图 3.4.1 P60NF06 的引脚图 图 3.4.2 P60NF0
36、6 电气符号图3.4.2 输出电压采样电阻取 R12=4.7 K。其实用 1 K、2.2 K、10 K都可以，但是电阻取太大的话，分流小，会影响分压，取太小的话，耗损又太大，所以这里我们选择 R12=4.7 K。因为 TL431 的基准电压为：21S D3 G黑龙江工程学院本科生毕业设计155V=2.（3.54）所以 12.57R（3.55）解得 19.4R因为没有 9.4 K的电阻，所以本次设计采用两个 4.7 K的电阻串联代替。3.5 输出滤波电路3.5.1 输出滤波电容假设纹波电压 001%.75V=0.75mU（3.56）则 017.50VU（3.57）又因为 02(D)8CLf（3.
37、58）所以 02(1)8ULf（3.59）且 C下 限 max所以 0in227.510.3(1D) 5.4889UFLf 下 限 ax（3.60）因为实际上电容值要比下限值大得多，所以本案选择 220F/25V 的电容。为了使输出电路的滤波效果更好，所以我们在设计滤波电路时应该再并联一个高频电容黑龙江工程学院本科生毕业设计16（0.01F 或 0.1F的陶瓷电容就可以），这里我选择的是 104 瓷片电容。3.5.2 输出整流二极管（1）二极管两端最大阻断压降 :maxKAUa0max7.5283.5VSinPN（3.61）（2）二极管电流最大值 :maxDImax2.pDksNIiA（3.6
38、2）本次设计采用比较熟悉的肖特基二极管 IN5822 作为整流器件，它的正向电流为3A；反向耐压为 40V；正向压降不大于 0.55V。3.5.3 输出整流滤波电路的设计本次设计采用的是由 D4 和 D5 构成的半波整流电路，在整流电路的输出端串联一个电感 L1、并联两个电容（C6 和 C7）组成滤波电路，如图 3.10 所示。其中，电感滤波主要是利用电感的储能作用来减小输出电压脉冲的。D 4D 5C 4R 4R 5C 5G N D 2C 6C 7R 6D 64 7 1 / 1 K V 6 8 / 2 WI N 5 8 2 2IN58226 8 / 2 W4 7 1 / 1 K VL 1220
39、F/25V1044.7KLED+Uo_+Ui图 3.10 输出整流滤波电路3.6 辅助电源因为 UC3844 的启动电压为 16V，所以本次设计采用比较常用的三端稳压器LM7818 组成稳压电源，这种稳压电源电路不仅内部有过流和过热的保护电路，外围元件很少，价格低，且具有很好的实用性。当然，我们在实际应用三端稳压器的时候，黑龙江工程学院本科生毕业设计17为了防止稳压管温度过高影响稳压性能甚至损坏，应该在三端集成稳压电路上安装散热器。由 LM7818 构成的三端稳压集成电路如图 3.5 所示，其作用是向 UC3844 提供启动电压。+R 1L M 7 8 1 8G N D 1Q 1D 1D 24
40、 7 0 u F6 3 V0 . 2 2 2 2 WP 6 0 N F 0 6I N 4 1 4 81234 7 F2 5 VI N 4 1 4 8V C C+_+_Ui_+U o图 3.5 辅助电源电路图3.7 控制电路3.7.1 PWM 控制芯片 UC3844UC3844芯片体积很小，所需外围原件也很少，成本低廉，稳定性好，且具有欠压锁定和过压保护的作用，因此多用于构成各种开关电源的控制电路。如图3.6所示，UC3844芯片的内部结构主要有误差放大器、振荡器、内部基准源电压、电源欠压锁定单元、锁存脉冲调制器和PWM 比较器等。UC3844芯片总共只有八个引脚，引脚功能如图3.7所示。5 V
41、 参考电压V c c 欠压锁定V r e f 欠压锁定锁存脉宽调制器振荡器+_V c c 7V c c 输出端G N D电流检测输入 输出补偿电压反馈输入R T / C TV r e fG N D 5误差放大器3RR5671248图 3.6 芯片 UC3844 的内部框图黑龙江工程学院本科生毕业设计18图 3.7 UC3844 芯片引脚图（俯视图）3.7.2 控制回路的设计单管正激式开关电源的控制电路如图 3.8 所示。电路启动后，UC3844 的 8 引脚输出一个基准参考电压，4 引脚则产生稳定振荡波形 (振荡频率 )，6 引710.5/fRC脚为输出端产生 PWM 信号控制 MOS 管 P
42、60NF06 的导通与截止。 3 脚为电流检测输入，为了防止电流波形前沿尖脉冲所导致电路的不稳定，所以需要在 3 脚与主电路之间接一个 RC 滤波电路（由 R2 和 C3 构成）。Q 1R 2R 3D 3V C CC 8G N DR 7C 9C 1 0R 8G N D 1C 3G N D 1G N D 1U C 3 8 4 4C U R R E N T - S E N C EG N DV F BC O M PR T / C TV R E FO U TV C CG N D 1P 6 0 N F 0 6IN4148104 7 11 0 41K12K1K84125367反馈电路104102图 3.8
43、 单管正激式开关电源的控制电路3.8 输入滤波电路由于本次设计的正激式变换器输入电压是直流，直流的波动比较小，所以输入滤波电路主要由电解电容器构成，如图 3.9 所示。本次设计输入滤波电路中选用的是470F/63V的电解电容器，如图所示，其作用是滤波和储能，在变换器刚启动，输入黑龙江工程学院本科生毕业设计19电源还来不及供电的时候，它可以供电，从而使输入波动较小。12+Ui4 7 0 u F6 3 VC 1+_U o图 3.9 输入滤波电路3.9 反馈电路3.9.1 光电耦合器光耦合器是由 LED 和光敏三极管组成的，其作用是进行电气隔离，同时又进行信号的传输。本次设计光电耦合器采用的是常用的
44、线性光耦 PC817，因为其传输距离远、效率高等优点，所以常被应用在仪器仪表、电气设备等领域中。3.9.2可控精密稳压源TL431可 控 精 密 稳 压 源 TL431不 仅 性 能 好 ， 而 且 价 格 低 ， 所 以 被 广 泛 应 用 在 各 种 电源 电 路 中 ， 其基本接线如图3.11所示，内部线路图如图3.12所示。R 2+R 1U o_U iR 3U R E F+_U r e fU R E FA N O D EC A T H O D E图 3.11 TL431 基本接线图 图 3.12 内部线路图3.9.3 采样反馈电路的设计如图 3.13 所示，采样反馈电路主要由 TL43
45、1、PC817 和电压采样电阻（R11 与R12）构成。黑龙江工程学院本科生毕业设计20R 8P C 8 1 7R 9R 1 0C 1 1R 1 1R 1 2G N D 2+ V O U TG N D 1G N D 22 2 0 2 . 2 K4312T L 4 3 1123V R E FC O M P图 3.13 采样反馈电路3.10 单管正激式开关电源电路的设计本次设计的单管正激式开关电源电路主要由PWM控制电路、输出整流滤波电路、直流变换电路、辅助电源模块、输入滤波电路和采样反馈电路等六部分组成。其中，直流变换电路采用正激型变换电路，输入和输出滤波部分主要由电解电容构成，控制电路主要以U
46、C3844为核心来控制开关管的导通与截止，且 UC3844内部电路有过电压保护电路，辅助电源电路主要由三端稳压管LM7818组成，隔离反馈电路主要由TL431和PC817 构成。如附录A（系统电路图）所示。3.11 本章小结本章开始简单的说明了单管正激型开关电源的工作原理，然后对一些电力电子器件的工作原理及主要参数进行了详细的介绍，主要包括变压器、电容、电感、MOSFET 管和二极管等，在此基础上还介绍了 UC3844 的外围电路。最后分别对各辅助电路进行分析与设计。黑龙江工程学院本科生毕业设计21第 4 章 单管正激式开关电源的调试与结论4.1 电路板调试4.1.1 通电前调试把系统的电路原
47、理图部分都完成之后，就是制作实物了。为了电路板能够正常工作，同时方便以后电路板的调试，在焊接电路前，应该确定每个元器件都是正常的，且在焊接电路时一定要避免虚焊。通电前检测的目的是排除硬件故障，以免电路板通电后发生故障。在实物制作完成后，千万不能直接通电调试，而应该先根据电路原理图仔细校对各个器件的参数和安装，看它们是否符合设计要求，并认真检查各线路是否连接正确，黑龙江工程学院本科生毕业设计22然后可以用万用表检查各线路之间是否存在虚焊和漏焊等现象。4.1.2 通电调试下面分别对通电之后的几种可能进行分析：（1）通电之后，如果电路板正常工作但是输出功率与预期不一样，就需要根据原理电路图进行检查电路板，很有可能能是某些元器件的参数选型有误导致的。比如在设计中变压器出错或者采样电阻参数计算有误，都会导致输出功率变
