36v高性能開關(guān)電源研制【畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　36V高性能開關(guān)電源研制</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p

3、><p>　　隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電力電子技術(shù)與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。而電子設(shè)備都離不開可靠的開關(guān)電源，進(jìn)入80年代計算機(jī)電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機(jī)的電源換代，進(jìn)入90年代開關(guān)電源相繼進(jìn)入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域。程控交換機(jī)、通訊、電子檢測設(shè)備電源、控制設(shè)備電源等都已廣泛地使用了開關(guān)電源，更促進(jìn)了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。</p><p>　　本文設(shè)計了一個以UC384

4、2芯片為核心的寬電壓輸入范圍，單路固定電壓輸出的36V，100W的并聯(lián)式開關(guān)穩(wěn)壓電源。其優(yōu)點(diǎn)是具有電壓紋波小、輸出電壓穩(wěn)定、效率高且有保護(hù)功能，具有一定的參考價值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：UC3842；高功率因素；并聯(lián)式；高穩(wěn)定；高效率</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid

5、 development of electronic technology, Power Electronics and people working and living increasingly were closed relationship between. Also Electronic devices can not do without reliable switching power supply. Computer p

6、ower had achieved switch of power Into the 80's. Switching power supply has access to a variety of electronic, electrical equipment in the field into the 90's.Program-controlled switches, communications, electron

7、ic test equipment power and control equipment, power s</p><p>　　This design is based on the core chip UC3842 wide voltage input range, single fixed voltage output 36V, 100W switching power supply for Paralle

8、l. The advantage is a voltage ripple, output voltage, high efficiency and has over current protection.</p><p>　　Precision Key Words: UC3842; High power factor; Parallel; High stability; High efficiency</p

9、><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1 開關(guān)電源的定義1</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的分類1</p><p>　　1.3 開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢2</p><p&g

10、t;　　1.4常規(guī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.4.1降壓型3</p><p>　　1.4.2升壓型4</p><p>　　1.4.3 極性反轉(zhuǎn)型4</p><p>　　1.5課題達(dá)到的技術(shù)要求5</p><p><b>　　2 原理與設(shè)計6</b></p><

11、;p>　　2.1 開關(guān)電源的工作原理6</p><p>　　2.2 方案論證6</p><p>　　2.2.1控制方法即實現(xiàn)方案6</p><p>　　2.2.2控制芯片選擇方案7</p><p><b>　　3主控芯片9</b></p><p>　　3.1 UC38429<

12、;/p><p>　　3.2 TOP22710</p><p>　　4 電路設(shè)計與參數(shù)計算11</p><p>　　4.1AC-DC主回路框圖11</p><p>　　4.2控制電路及參數(shù)設(shè)計11</p><p>　　4.2.1控制電路11</p><p>　　4.2.2主回路器件選擇及參數(shù)

13、計算12</p><p>　　4.3功率補(bǔ)償13</p><p>　　4.4功率因素校正14</p><p>　　4.5電路的保護(hù)15</p><p>　　4.6紋波的產(chǎn)生和抑制15</p><p>　　4.6.1輸入交流電源噪聲16</p><p>　　4.6.2 高頻噪聲16&

14、lt;/p><p>　　4.6.3 共模噪聲17</p><p>　　4.6.4 超高頻噪聲17</p><p>　　5測試與調(diào)試方法18</p><p>　　5.2測試方法18</p><p>　　5.3 調(diào)試的方法與步驟20</p><p>　　6.測試結(jié)果分析21</p>

15、;<p>　　6.1測試結(jié)果21</p><p>　　6.2 設(shè)計過程中遇到的困難21</p><p><b>　　7 總結(jié)22</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p>

16、　　附錄1 實驗原理圖24</p><p>　　附錄2 系統(tǒng)實物圖26</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計作品說明書27</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1 開關(guān)電源的定義</p><p>　　開關(guān)電源是利用現(xiàn)代的電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的

17、時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種開關(guān)電源。它一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。</p><p>　　如圖1-1所示，開關(guān)電源不僅具備電能轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕、控制精度高和快速性好等優(yōu)點(diǎn)，而且容易對應(yīng)較寬的輸入電壓范圍，在各領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[1]。</p><p>　

18、　圖1-1開關(guān)電源系統(tǒng)總體框圖</p><p>　　1.2 開關(guān)電源的分類</p><p>　　人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。AC／DC和DC／DC是開關(guān)電源的兩大類，而DC／DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化[2]。但AC／DC的模塊化， 因其自身的特性使得在

19、模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以是兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性：</p><p>　　DC/DC變換：DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。</p><p>　　AC/DC變換：AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流

20、向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電

21、磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。</p><p>　　1.3 開關(guān)電源的發(fā)展和趨勢</p><p>　　1955年美國羅耶（GH.Roger)發(fā)明的自激振蕩推挽晶體管單變壓器直流變換器，是實現(xiàn)高頻轉(zhuǎn)

22、換控制電路的開端，1957年美國查賽（Jen Son)發(fā)明了自激式推挽雙變壓器，1964年美國科學(xué)家們提出了取消工頻變壓器的串聯(lián)開關(guān)電源的設(shè)想，這對電源向體積和重量的下降獲得了重大意義。到了1969年由于大功率硅晶體管的耐壓提高，二極管反向恢復(fù)時間的縮短等元器件改善，終于做成了25千赫的開關(guān)電源。</p><p>　　目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等

23、幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。市場上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz電源。雖已經(jīng)實用化，但其頻率還需要一步提高。要提高開關(guān)頻率，就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗，就需要有高速開關(guān)元器件。然而，開關(guān)速度提高后，會受電路中分布電感和電容或二極管中存儲電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣，不僅會影響周圍電子設(shè)備，還會大大降低電源本身的可靠性。其中，為防

24、止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電源浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器，而對由二極管存儲電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過，對1MHz以上的高頻，要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波，這樣既可減少開關(guān)損耗，同時也可控制浪涌的發(fā)生。這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。</p><p><b>　　1.4常規(guī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</b></p><p>　　作為

25、電源設(shè)計的核心組件、可靠性升級的基礎(chǔ)輕薄小型化的關(guān)鍵、電磁兼容性的保障的DC-DC流變換電路引導(dǎo)著開關(guān)電源設(shè)計的方向但從本質(zhì)上,但從本質(zhì)上來說，絕大部分開關(guān)制器都具有常規(guī)的幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[3]。</p><p><b>　　1.4.1降壓型</b></p><p>　　降壓型又稱Buck Step-down控制器，圖1-2為其典型電路結(jié)構(gòu)。</p><

26、;p>　　圖 1-2 降壓型典型電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　基本工作原理：當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通(),電感L將能量以磁場的形式儲存起來,隨著電源電壓對電感 L的充電,L電流對輸出電容充電,并提供負(fù)載電流,被反向偏置而截止。當(dāng)截止()時，L中消失的磁場使其極性顛倒，加正向偏壓而導(dǎo)通，L和在提供負(fù)載電流。</p><p><b>　　1.4.2升壓型</b></p

27、><p>　　升壓型又稱Boost Step-up控制器 圖1-3為其典型電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 1-3 升壓型典型電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　基本工作原理：當(dāng)導(dǎo)通時，能量儲存在L中，由于截止，所以期間負(fù)載的電壓和電流由供給。在截止時，儲存在L中的能量通過正向偏置的傳送到負(fù)載和,L放電電壓的極性與相同,且與相串聯(lián),因而提供了一種升壓作用。</p&g

28、t;<p>　　1.4.3 極性反轉(zhuǎn)型</p><p>　　極性反轉(zhuǎn)型又稱Inverting、Buck-Boost控制器。圖1-4為其典型電路結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 1-4 極性反轉(zhuǎn)型典型電路結(jié)構(gòu)</p><p>　　基本工作原理：當(dāng)導(dǎo)通時，接在兩端的L被充電,由于截止,所以期間,負(fù)載的電壓和電流由供給。當(dāng)截止時，儲存在L中的能量通過傳送到負(fù)

29、載和。因為L上消失的磁場顛倒了電感器電壓的極性，因而提供了一種極性轉(zhuǎn)換的作用。</p><p>　　1.5課題達(dá)到的技術(shù)要求</p><p>　　1、輸入電壓AC220V,輸出電壓DC36V；</p><p>　　2.功率因數(shù)大于0.9；</p><p>　　3.功率大于100w；</p><p>　　4.效率大于85

30、%。</p><p><b>　　2 原理與設(shè)計</b></p><p>　　2.1 開關(guān)電源的工作原理</p><p>　　開關(guān)電源一般是由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源幾個部分組成。 它的工作過程是通過斬波，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現(xiàn)的。脈沖的占空比由開關(guān)電源的控制器來調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成交流方波，

31、其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數(shù)就可以增加輸出的電壓組數(shù)。最后這些交流波形經(jīng)過整流濾波后就得到直流輸出電壓[4]。 </p><p>　　控制器的主要目的是保持輸出電壓穩(wěn)定，由于工作過程與線性形式的控制器很類似。所以控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設(shè)計成與線性調(diào)節(jié)器相同。開關(guān)電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。</p><p><

32、b>　　2.2 方案論證</b></p><p>　　2.2.1控制方法即實現(xiàn)方案</p><p>　　1.線性型：線性電源的功率器件調(diào)整管工作下線性區(qū)，靠調(diào)整管之間的電壓降來穩(wěn)定輸出。由于調(diào)整管靜態(tài)損耗大，需要安裝一個很大的散熱器給它散熱。并且變壓器工作在工頻（50Hz）上，所以質(zhì)量較大。該類電源優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，易做成多路，輸出連續(xù)可調(diào)的成品。缺點(diǎn)是較

33、笨重、效率相對較低[5]。</p><p>　　2.串聯(lián)型：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的調(diào)整管是與負(fù)載串聯(lián)的,當(dāng)電源電壓升高或負(fù)載減小使輸出電壓升高時，穩(wěn)壓器的開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時間或次數(shù)減小，使輸出不變;當(dāng)電源電壓降低或負(fù)載增大使輸出降低時,穩(wěn)壓器調(diào)整管導(dǎo)通時間或次數(shù)增多，使輸出不變。輸入電壓要高于輸出電壓?？蛰d時基本沒有電流。</p><p>　　3.并聯(lián)型：并聯(lián)型開關(guān)電源的調(diào)整管與負(fù)載并聯(lián)，當(dāng)電源

34、升壓或負(fù)載減小使輸出電壓升高時，調(diào)整管導(dǎo)通時間或?qū)ù螖?shù)增大，使輸出不變；當(dāng)電源降壓或負(fù)載增大使輸出電壓降低時，調(diào)整管導(dǎo)通時間或次數(shù)減少，使輸出不變?？蛰d時調(diào)整管導(dǎo)通時間長，電源的空載損耗很大。并聯(lián)型開關(guān)電源利用電感的自感作用，可以很方便地構(gòu)成升壓電路，如CRT顯示器的二次電源。</p><p>　　設(shè)計主要是把輸入電壓AC220V轉(zhuǎn)化為輸出電壓DC36v，此為降壓電路，36v電壓需要與市電隔離，所以電路的設(shè)計采

35、用并聯(lián)型開關(guān)電源。</p><p>　　2.2.2控制芯片選擇方案</p><p>　　方案一：MC34063芯片 是一種單片雙極型線性集成電路，片內(nèi)包含有溫度補(bǔ)償帶隙基準(zhǔn)源，一個占空比周期控制振蕩器和大電流輸出開關(guān)。由34063構(gòu)成的開關(guān)電源雖然價格便宜、應(yīng)用廣泛，但它的局限性體現(xiàn)在:（1）效率偏低。對于降壓應(yīng)用，效率一般只有70%左右，輸出電壓低時效率更低。（2）占空比范圍偏小，約在

36、15%～80%，這就限制了它的動態(tài)范圍。(3)由于采用開環(huán)誤差放大，所以占空比不能鎖定。</p><p>　　方案二：TL494芯片是一種性能優(yōu)良的電壓驅(qū)動型脈調(diào)制器件，可作為單端式、推挽式、全橋式、半橋式開關(guān)電源控制器，被廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源中，是開關(guān)電源的核心控制器。該器件既可調(diào)頻又可調(diào)脈寬，可調(diào)性強(qiáng)，工作區(qū)間大，可用它搭建不同的驅(qū)動電路，而且體積小、重量輕，可應(yīng)用于其他各個領(lǐng)域。但是有14個引腳，外圍電路復(fù)雜

37、。</p><p>　　方案三：UC3842芯片工作電壓為16～30V，工作電流約15mA。芯片內(nèi)有一個頻率可設(shè)置的振蕩器；一個能夠輸出和吸入大電流的圖騰式輸出結(jié)構(gòu)，特別適用于MOSFET的驅(qū)動；一個固定溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓和高增益誤差放大器、電流傳感器；具有鎖存功能的邏輯電路和能提供逐個脈沖限流控制的PWM比較器，最大占空比可達(dá)100％。另外，具有內(nèi)部保護(hù)功能，如滯后式欠壓鎖定、可控制的輸出死區(qū)時間等。</

38、p><p>　　UC3842工作電壓為16～30V，工作電流約15mA。芯片內(nèi)有一個頻率可設(shè)置的振蕩器；一個能夠輸出和吸入大電流的圖騰式輸出結(jié)構(gòu)，特別適用于MOSFET的驅(qū)動；一個固定溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓和高增益誤差放大器、電流傳感器；具有鎖存功能的邏輯電路和能提供逐個脈沖限流控制的PWM比較器，最大占空比可達(dá)100％。另外，具有內(nèi)部保護(hù)功能，如滯后式欠壓鎖定、可控制的輸出死區(qū)時間等。它是目前流行的電流型PWM信號發(fā)生

39、器，具有精度高、電壓穩(wěn)定、外圍電路簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。相比之下此芯片更符合題目的要求，所以采用UC3842。</p><p><b>　　3主控芯片</b></p><p>　　3.1 UC3842</p><p>　　圖3-1 UC3842基本內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖3-1所示：UC3842 采用固定工作頻

40、率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：1腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；2腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；3腳為電流檢測輸入端， 當(dāng)檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài)；4腳為定時端，內(nèi)部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=1.8/(RT×CT)；5腳為公共地端；6腳為推

41、挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅(qū)動能力為±1A ；7腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；8腳為5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有50mA 的負(fù)載能力[6]。</p><p>　　UC3842是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。與電壓控制方式相比在負(fù)載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。 該電路主要特點(diǎn)有： 內(nèi)含欠電壓鎖定電路；低起動電流（典型值為 0.1

42、2mA）；穩(wěn)定的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源；大電流推挽輸出（驅(qū)動電流達(dá) 1A）；工作頻率可到 500kHz；自動負(fù)反饋補(bǔ)償電路；雙脈沖抑制；較強(qiáng)的負(fù)載響應(yīng)特性。</p><p>　　3.2 TOP227</p><p>　　圖3-2 TOP227引腳功能示意圖</p><p>　　TOP22*Y是美國POWER公司的第二代產(chǎn)品，為三端離線式脈寬調(diào)制（PWM）開關(guān)電源集成電路，具

43、有自動啟動和限流電路、過熱關(guān)斷保護(hù)、外圍原件少等優(yōu)點(diǎn)。多用于調(diào)頻發(fā)射機(jī)、彩色電視發(fā)射機(jī)、衛(wèi)星接受機(jī)等開關(guān)電源電路。</p><p>　　如圖3-2所示，TOP227是由MOSFET PWM控制器、高壓啟動電路、環(huán)路補(bǔ)償和故障保護(hù)等組成；1腳為占空比反饋電流輸入接點(diǎn)；2腳為輸出MOSFET原極接點(diǎn);3腳輸出MOSFET漏極接點(diǎn)[7]。</p><p>　　4 電路設(shè)計與參數(shù)計算</p&

44、gt;<p>　　4.1AC-DC主回路框圖</p><p>　　本設(shè)計的主電路采用基于UC3842的電路。如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 主回路框圖</p><p>　　4.2控制電路及參數(shù)設(shè)計</p><p><b>　　4.2.1控制電路</b></p><p>

45、;　　圖4-2 控制電路圖</p><p>　　如圖4-2所示,電壓控制型開關(guān)電源對開關(guān)電流失控，不便于過流保護(hù)，并且響應(yīng)慢，穩(wěn)定性差。而電流控制型開關(guān)電源是一個電壓，電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，能克服電流失控的缺點(diǎn)，并且性能可靠，電路簡單。本控制電路主要以芯片UC3842為核心的電流控制型開關(guān)電源，UC3842是一塊功能齊全、較為典型的單端電流型PWM控制集成電路，內(nèi)包含誤差放大器、電流檢測比較器、PWM鎖存器、振蕩器

46、、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。它提供8端口雙列直插塑料封裝和14端口塑料表面貼裝封裝。</p><p>　　其中UC3842是由峰值電流關(guān)斷控制的。本控制電路用電流環(huán)和電壓環(huán)雙控制。電流控制型是用電流檢測電壓和誤差放大器輸出電壓比較后來控制脈寬的，它是由固定脈沖開啟，峰值電流關(guān)斷的。此控制電路以其輸出紋波小、對開關(guān)管的要求較低等優(yōu)點(diǎn)而適合于低壓、大電流、功率較大的場合。</p><p>

47、　　4.2.2主回路器件選擇及參數(shù)計算</p><p>　　設(shè)計選用UC3842芯片，由內(nèi)部的脈寬調(diào)節(jié)器產(chǎn)生穩(wěn)定和脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動信號，自動控制功率管的開關(guān)以調(diào)節(jié)輸出電壓大小。開關(guān)管選擇大電流，高耐壓的IXTH6N80。工作在高頻開關(guān)狀態(tài)下的輸出部分采用超快恢復(fù)二極管，恢復(fù)時間30nm左右（此處不能選用普通二極管，它的恢復(fù)時間太長）。</p><p>　　根據(jù)題目要求輸入從200V～24

48、0V 變化，輸出36V，負(fù)載電流從0～2.8A時，輸出誤差小于±5%，效率70％以上，輸入輸出隔離，且具有過流保護(hù)?？紤]到輸入電壓有±10％的波動，即要求該單端反激開關(guān)電源在交流電壓200-240V范圍內(nèi)都能正常工作。 輸出功率Po=362.8＝100.5W;取反激變壓器最大占空比Dmax=0.5；而Vs應(yīng)取最小值為Vs(min)=180×1.4-20=232V；其中20V為直流紋波及整流橋壓降之和。<

49、;/p><p>　　本設(shè)計中變壓器選用由鐵氧體R2KB材料制成的GU26×16罐型磁芯，其所需氣隙長度可由下式計算式中：Ae為磁心有效截面積；即工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值取飽和值8s的一半，查閱R2KB鐵氧體磁性能表可知，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs=3500GS。取N2=20匝。線徑0.47MM雙線并繞。取UC3842的工作電壓為15V，則反饋繞組取7匝，線徑0.47MM。</p><p>&l

50、t;b>　　4.3功率補(bǔ)償</b></p><p>　　圖4-3 具有感性負(fù)載中供電線路中電壓和電流的波形</p><p>　　功率補(bǔ)償：由于因具有感性負(fù)載的交流用電器具的電壓和電流不同相而引起的供電效率低下。解決這一難題的辦法就是用電容并聯(lián)在感性負(fù)載兩端，利用電容上的電流超前電壓的特性，用以補(bǔ)償電感上電流滯后電壓的特性，使總的特性接近陰性，從而改善效率低下[8]。（交流

51、電的功率因素可以用電源電壓與負(fù)載電流兩者相位角的余弦函數(shù)值cos表示）。</p><p>　　圖4-4 功率補(bǔ)償電路圖</p><p>　　本設(shè)計的目的是要減小電路的損耗，根據(jù)題目要求效率大于85%，功率因數(shù)要達(dá)到0.9以上，設(shè)計電路如圖4-4，其中功率補(bǔ)償芯片采用TOP227，具有自動啟動和限流電路、過熱關(guān)斷保護(hù)、外圍原件少等優(yōu)點(diǎn)，可將電路功率因數(shù)提高到0.9以上。</p>

52、<p><b>　　4.4功率因素校正</b></p><p>　　由于設(shè)計的36V高性能開關(guān)電源的內(nèi)部電源輸入部分采用了二極管全波整流及濾波電路。如圖4-5A所示，其電壓和電流波形如圖4-5B。</p><p>　　圖4-5 整流濾波電路及電壓和電流波形圖</p><p>　　為了抑制電流波形的畸變及提高功率因素，本設(shè)計采用有源P

53、FC措施。有源PFC電路基本上可以完全消除電流波形畸變，并且電壓和電流的相位可以控制保持一致，它基本上完全解決了功率因素、電磁兼容、電磁干擾的問題。基本思路是在220V整流橋堆后去掉濾波電容，由一個“斬波”電路把脈動的直流變成高頻交流經(jīng)過整流濾波后，其直流電壓再向常規(guī)的PMW開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，其過程是AC-DC-AC-DC。</p><p>　　圖4-6 功率因素校正電路圖</p><p>

54、;　　有源PFC電路基本原理是在開關(guān)電源的整流電路和濾波電容之間增加一個DC-DC斬波電路。如圖4-6，本設(shè)計主要采用以TOP202芯片為核心的斬波電路。如圖4-6，斬波電路的工作類似于一個開關(guān)電源，所以說有源PFC開關(guān)電源就是一個雙開關(guān)電源的開關(guān)電源電路，它是有斬波電路和穩(wěn)壓開關(guān)電源組成的。</p><p><b>　　4.5電路的保護(hù)</b></p><p>&l

55、t;b>　　圖4-7保護(hù)電路</b></p><p>　　電路中設(shè)置過流保護(hù)。如圖4-7，本電路中負(fù)載電流等于3.5A時，上分得電壓U＝0.1Ω*3.5A＝0.35V時，通過LM358比較輸出高電平，使三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，從而斷開負(fù)載，實現(xiàn)過流保護(hù)功能。</p><p>　　4.6紋波的產(chǎn)生和抑制</p><p>　　我們最終的目的是要把輸出紋

56、波降到很低的程度，達(dá)到這一目標(biāo)最根本的是盡量避免紋波的產(chǎn)生，首先要清楚開關(guān)電源紋波的種類和產(chǎn)生原因。圖4-8為沒有經(jīng)過很好濾波輸出的紋波電壓[9]。</p><p>　　圖4-8 紋波信號</p><p>　　4.6.1輸入交流電源噪聲</p><p>　　開關(guān)電源是由AC/DC和DC/DC兩部分組成。AC/DC的基本結(jié)構(gòu)為整流濾波電路，所以它輸出的直流電壓中帶有

57、交流紋波。該交流紋波經(jīng)過DC/DC變換器衰減以后，在開關(guān)電源輸出端表現(xiàn)位低頻噪聲。對于36V電源來說，電壓型控制DC/DC變換器的紋波為45dB左右，其輸出端的低頻交流紋波為60-120mV；而電流型控制DC/DC變換器的紋波抑制比有所提高，但是它的輸出端的低頻交流紋波依舊很大。若要實現(xiàn)開關(guān)電源的低紋波輸出，就必須對低頻電源噪聲進(jìn)行濾波處理。</p><p>　　抑制方法：加大輸出低頻濾波電感、電容參數(shù)，使低頻紋

58、波降低到所需的指標(biāo)；采用前饋控制方法，降低低頻紋波分量。</p><p>　　4.6.2 高頻噪聲</p><p>　　開關(guān)電源是靠功率器件對輸入直流電壓進(jìn)行高頻變脈寬斬波，而后整流濾波再實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出的，在其輸出端含有與斬波頻率同頻的高頻噪聲，其大小主要與開關(guān)電源的開關(guān)頻率及輸出濾波器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)。由公式:</p><p>　　= 式

59、(4-1)</p><p>　　式(4-1)所示：為斬波器輸出紋波；n為變壓器的變化；L為濾波電感；為負(fù)載電阻；為濾波電容；f為斬波器輸出頻率。</p><p>　　由公式可知開關(guān)頻率越高，電感、電容越大，輸出紋波越小。受功率器件開關(guān)損耗的限制，電源的開關(guān)頻率一般取50-100kHz．輸出高頻噪聲一般為100mV左右。</p><p>　　抑制方法：提高開關(guān)電源工作

60、頻率，以提高高頻紋波頻率，有利于抑制輸出高頻紋波；加大輸出高頻濾波器，可以抑制輸出高頻紋波；采用多級濾波。</p><p>　　4.6.3 共模噪聲</p><p>　　由于功率器件與散熱器地板和變壓器之間存在寄生電容，導(dǎo)線存在寄生電感。因此當(dāng)矩形波電壓作用于功率器的時候，開關(guān)電源輸出端將產(chǎn)生共模噪聲。</p><p>　　抑制方法：輸出采用專門設(shè)計的EMI濾波器；

61、降低開關(guān)毛刺幅度。</p><p>　　4.6.4 超高頻噪聲</p><p>　　超高頻噪聲主要來源于高頻整流二極管反向恢復(fù)時二極管結(jié)電容、功率器件開關(guān)時功率器件結(jié)電容與線路寄生電感的諧振，頻率一般為1-10MHz，通過選用軟恢復(fù)特性二極管、結(jié)電容小的開關(guān)管和減少布線長度等措施可以減少超高頻諧振噪聲[10]。</p><p>　　抑制方法：在反饋通道中不增加純滯后

62、濾波環(huán)節(jié)，使延時滯后降低到最小，以增加閉環(huán)調(diào)節(jié)的快速性和及時性，對抑制輸出電壓紋波是有益的。</p><p><b>　　5測試與調(diào)試方法</b></p><p><b>　　5.2測試方法</b></p><p>　　a. 電壓調(diào)整率：反映交流輸入電壓對輸出電壓的影響[11]。如圖5-1所示。</p>&l

63、t;p>　　圖5-1 電壓調(diào)整率</p><p><b>　　測試方法:</b></p><p>　　(1)交流輸人電壓為220V，輸出電流為滿載時，測出穩(wěn)定的直流輸出電壓值Uo。</p><p>　　(2)調(diào)整交流輸入電壓，使它的變化在190~240V之間變化時，測出輸出電壓的值。</p><p>　　(3)計算

64、多種情況下電壓調(diào)整率:</p><p><b>　??；數(shù)據(jù)見表3-1</b></p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　　計算得電壓調(diào)整率=0.028%；</p><p>　　b. 負(fù)載調(diào)整率：反映負(fù)載電流的變化對輸出的電壓的影響。如圖5-2所示,</p><

65、;p>　　圖5-2 負(fù)載調(diào)整率</p><p><b>　　測試方法：</b></p><p>　　(1) 負(fù)載效應(yīng)為開關(guān)電源在額定電壓工作下，負(fù)載從空載到滿載變化時，開關(guān)電源輸出電壓相對于標(biāo)稱值的變化量。這里我們只測空載和滿載兩種情況。</p><p>　　(2)計算公式：負(fù)載調(diào)整率= ；其中是在開關(guān)電源輸出回路中接入按百分比等效后的電

66、阻后測得的開關(guān)電源的輸出電壓, 為在額定負(fù)載下測得的開關(guān)電源輸出電壓，U為標(biāo)稱的輸出電壓。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　負(fù)載調(diào)整率=(36.00-35.95)/35.95100%=0.13%；P=UI=2.8535.95=102W 滿足測試要求。</p><p>　　c. 效率測試：測試不同情況下的交流輸入

67、電壓，不同負(fù)載條件下電源效率η。 </p><p><b>　　測試方法：</b></p><p>　　(1) 用數(shù)字萬用表測得=35.95V，輸入電壓=220V，測得電阻電壓為35.95V，測得電流2.85A，因P=UI，=(P0/Pin) 100%=88.67%，</p><p>　　d.紋波的測試：在=220V，=36V，=2A時，輸出

68、電壓紋波達(dá)到205毫伏。</p><p>　　5.3 調(diào)試的方法與步驟</p><p>　　接入220V交流電壓，待電壓穩(wěn)定以后，接入主版塊的輸入端，在輸出接上1個負(fù)載（額定電流大于2A，額定功率大于100W）,用萬用表測量負(fù)載上的電壓和通過的電流。</p><p><b>　　步驟：</b></p><p>　?。?）

69、.檢測電路是否有短路現(xiàn)象，接上輸入和輸出導(dǎo)線，檢查導(dǎo)線接的是否牢固。</p><p>　　（2）.然后接上交流電源，電壓穩(wěn)定以后接上負(fù)載。</p><p>　?。?）.用萬用表測量輸出電壓和輸出電流，記錄測試結(jié)果。</p><p>　?。?）.拿測量數(shù)值與應(yīng)達(dá)到的數(shù)字相比較，計算出誤差值，然后與要求的誤差相比較是否滿足要求。結(jié)果得出誤差值在允許范圍內(nèi)。</p&

70、gt;<p><b>　　6.測試結(jié)果分析</b></p><p><b>　　6.1測試結(jié)果</b></p><p>　　本設(shè)計測試雖然在過程中遇到一系列問題，但指標(biāo)基本滿足所有要求。除此之外，功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，輸入電壓由200V變化至240V，負(fù)載電流2.95A時, 輸出電壓36V波動<0.2%滿足課題要求。當(dāng)輸入電

71、壓為220V，負(fù)載電流從0A變化至2.95A時，輸出電壓36V波動 <0.5%滿足課題要求。DC-DC變換器效率達(dá)到88.67%>85%滿足課題要求。輸出紋波為205毫伏，滿足要求。</p><p>　　6.2 設(shè)計過程中遇到的困難</p><p>　　在設(shè)計過程中遇到了很多問題，開始起步階段對于選用什么主芯片把握不定，對開關(guān)電源沒有很透徹的了解，理論知識不夠扎實。經(jīng)過同學(xué)交流

72、和老師的指導(dǎo)初步完成了電路總圖，在做硬件方面排版是個難點(diǎn)，因為要避免線路之間的干擾和短路現(xiàn)象，又要高效率盡量避免線路、硬件接錯，短路所帶來的誤差。導(dǎo)線必須盡量短，以減少連接線阻所帶來的誤差。特別是測量時，沒有很好的抑制開關(guān)電源紋波，導(dǎo)致實驗結(jié)果誤差很大。總得來說困難重重。</p><p><b>　　7 總結(jié)</b></p><p>　　大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計不僅是學(xué)校對我們

73、大學(xué)四年所學(xué)的知識的一次考察，而且也是我們走上社會的起點(diǎn)。更好的完成畢業(yè)設(shè)計也就意味著你能更快融入社會中去。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計硬件部分相對要難一點(diǎn)，所以查找相關(guān)資料了解課題相關(guān)內(nèi)容，并且通過實物電路原理圖進(jìn)一步掌握高性能開關(guān)電源的工作原理是必須去做的。利用UC3842設(shè)計的36V高性能開關(guān)電源，克服了電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源頻響慢、電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率低等缺點(diǎn)，而且電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低、體

74、積小。適用于小型電力工具,譬如電瓶車充電、手機(jī)充電、遙控器、玩具等。</p><p>　　雖然這個設(shè)計基本完成了設(shè)計要求，但其中仍然存在需要改進(jìn)的和不足的地方。特別是紋波抑制方面做的不夠完善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]趙軍.開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展[J].船電技,2005,(5)：13～16.</

75、p><p>　　[2]用志敏.開關(guān)電源的分類及應(yīng)用[M].電子質(zhì)量出版社,2007,12(8)：36～37.</p><p>　　[3]郭創(chuàng)，張宗麟，樊蓉.常規(guī)開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用電路[J].電子元件與材料,2003,8(8):38～40.</p><p>　　[4]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華.高頻開關(guān)電源設(shè)計與實用實例[M].人民郵電出版社，2008,12 ：351

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78、gt;<p>　　http://wenku.baidu.com/view/658cd9fc700abb68a982fb8a.html.</p><p>　　[9]杜中義.開關(guān)電源輸出紋波抑制措施的研究[J].電力電子技術(shù),1996，11(9):55～57.</p><p>　　[10]Gu-Yeon Wei and Mark Horowitz. A Low Power Swi

79、tching Power Supply for Self-Clocked Systems[J]，2000,12(8)：28～40</p><p>　　[11]開關(guān)電源的測試方法[EB/OL],[2011-3-23].</p><p>　　http://www.dianyuan.com/index.php/do=tech_article_show&cate_id=14&id=

80、2565&page=2.</p><p><b>　　附錄1 實驗原理圖</b></p><p><b>　　1．主電路圖</b></p><p>　　2.功率因素校正電路</p><p><b>　　3．保護(hù)電路</b></p><p><

81、;b>　　4.PCB圖</b></p><p><b>　　附錄2 系統(tǒng)實物圖</b></p><p>　　附錄3 畢業(yè)設(shè)計作品說明書</p><p><b>　　作品名稱</b></p><p>　　36V高性能開關(guān)電源</p><p><b>

82、　　作品功能</b></p><p>　　適用于小型電力工具；譬如電瓶車充電、手機(jī)充電、遙控器、玩具等。</p><p><b>　　三、運(yùn)行環(huán)境</b></p><p>　?。?）環(huán)境溫度恒定，保持在室溫20度左右，過高會影響電容器、半導(dǎo)體、電阻器等元器件的效率。</p><p>　?。?）輸入交流電壓范圍

83、，220V±15%。</p><p>　?。?）內(nèi)裝EMI濾波器。輸入輸出隔離，避免電網(wǎng)和輸出直流電壓相干擾。</p><p>　?。?）負(fù)載調(diào)整率<0.2%,能有效地對電路過壓過流及短路保護(hù)。</p><p>　?。?）滿載時>=20MS(交流230V輸入)。</p><p>　?。?）單組電源紋波及噪音（MVP-P）

84、<1%的輸出電壓，輸出紋波<250MV。</p><p><b>　　四、注意事項</b></p><p>　　1.接線時，請務(wù)必切斷電源</p><p>　　2. 在安裝開關(guān)電源完畢通電試行之前，再次檢查和校對各接線端上的連線，確信輸入和輸出，交流和直流，單相和多相，正極和負(fù)極，電壓值和電流值等正確無疑，才能通電運(yùn)行。</p