LED開關(guān)電源畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(論文)負溫度系數(shù)開關(guān)電源的設(shè)計學(xué) 院 物理與光電工程學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) （應(yīng)用電子方向） 年級班別 2010級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 2014 年 6 月負溫度系數(shù)開關(guān)電源的設(shè)計梁智聰物理與光電工程學(xué)院 論文封面書脊 摘 要本文介紹一種以UC3842作為控制核心，根據(jù)UC3842的應(yīng)用特點，設(shè)計了一種基于該電流型PWM控制芯片、實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。本設(shè)計的設(shè)計指標參數(shù)是交流輸入電壓185-240V，輸出直流電壓24V，最大輸出電流為1.3A，效率大于75%，具有過流保護作用，且要符合LED的電流電壓特性，避免電源對LED使用壽命的影響。本人設(shè)計過程

2、中結(jié)合自己所學(xué)過的內(nèi)容，請教了好幾位同學(xué)，和參考了大量網(wǎng)上資料，最后完成了本設(shè)計，最后也順利焊接電路板出來，可由于經(jīng)驗不足，電路不夠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)燒壞的現(xiàn)象，經(jīng)多次做板也難以避免以上情況。關(guān)鍵詞：UC3842、開關(guān)電源、PWM AbstractThis article describes a kind of switching power supply which according to cybernetics core UC3842, on the basis of UC3842s application chapacter, designing a based on the c

3、urrent mode PWM control chip and can adjust to the output voltage. This article describes a kind of switching power supply which according to cybernetics core UC3842, on the basis of UC3842s application chapacter, designing a based on the current mode PWM control chip and can adjust to the output vo

4、ltage. The index parameter of this design is 185240V AC input, the direct-current output is 24V, the current output is less than 1.3A, the efficiency is greater than 75%. Whats more, it has the protection of over-current, complies with the current voltage characteristic of LED and can void power aff

5、ect the service life of the LED. I according to the content of the learned in the design process, consulted with several classmates, and refer to a large amount of online information. Finally I finished the design and also welding circuit board out smoothly. However, duing to the inadequate experien

6、ce, the circuit is not stable, and easily burn out. By repeated do plate also hard to avoid the above situation.Keywords: UC3842, Switching power supply, PWM目錄1 緒論11.1 研究背景11.2 課題研究的目的意義31.3 設(shè)計指標42 LED照明對電源的要求53 LED供電電源介紹73.1線性穩(wěn)壓電源73.2開關(guān)電源93.2.1開關(guān)電源分類94 開關(guān)電源設(shè)計104.1 電源總體電路104.2 電源芯片104.3 反饋電路設(shè)計164.4

7、輸入整流濾波電路設(shè)計194.5 變壓器的設(shè)計214.6 EMI電路設(shè)計254.7 控制電路設(shè)計264.8 總體電路分析315 作品制作335.1基于PROTEL的PCB布線33參考文獻34致謝351 緒論1.1 研究背景LED是發(fā)光二極管( Light Emitting Diode )的簡稱，不同種類的LED能夠發(fā)出從紅外線到藍光之間不同波長的光線，近年來LED最吸引人的發(fā)展是在藍光LED上涂上螢光粉，將藍光轉(zhuǎn)化成白光的白光LED產(chǎn)品。它不但能夠高效率地直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，而且擁有長達數(shù)萬小時至10 萬小時的使用壽命，同時具備省電、環(huán)保無汞、體積小響應(yīng)快速、高耐震、可應(yīng)用在低溫環(huán)境、光源具方

8、向性、造成光害少、并且色彩飽和度高與色域豐富等優(yōu)點。因此LED被稱為世紀新光源。作為繼明火和白熾燈之后的第三次照明革命，半導(dǎo)體照明(LED)成為21世紀最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。半導(dǎo)體LED作為節(jié)能、環(huán)保的主要技術(shù)，已納入國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃與“十一五”國家“863”高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大項目并給予大力支持。半導(dǎo)體照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場革命。作為新型高效固體光源，半導(dǎo)體照明具有長壽命、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富、微型化等優(yōu)點，將成為人類照明史上的又一次飛躍。近年日本“21世紀光計劃”、美國“下一代照明計劃”、歐盟“彩虹計劃”、韓國“GaN半導(dǎo)體發(fā)光計劃”等政府計劃紛紛出臺。目前在半導(dǎo)體

9、照明的應(yīng)用方面，正逐漸開始功能性照明方面應(yīng)用。市場不斷擴大，從顯示向照明，從特殊照明向普通照明延伸。道路照明、隧道照明等室外照明市場將隨著LED光效的提高與價格的下降而大面積應(yīng)用，農(nóng)業(yè)、軍事、航空等新的應(yīng)用領(lǐng)域也將逐步開發(fā)出來。隨著能源緊缺問題越來越突出，LED的重要性和市場空間更加顯著。據(jù)2006年國家路燈行業(yè)統(tǒng)計，我國城市道路照明共有1500萬盞以上的路燈，近幾年的增長率在20以上。照此估算，全國每年照明路燈的市場規(guī)模不低于50億元，如使用LED路燈，每年可節(jié)電20億度以上。國家綠色照明工程促進項目辦公室的專項調(diào)查顯示，我國照明用電每年在3000億度以上，如用LED取代，可節(jié)省1/3的照明

10、用電，相當于總投資規(guī)模超過2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。半導(dǎo)體照明是全球性的產(chǎn)業(yè)。目前全世界都在尋求解決經(jīng)濟發(fā)展和能源短缺的矛盾，給整個綠色照明生產(chǎn)行業(yè)帶來廣闊的市場前景與新的機遇。半導(dǎo)體照明對電源的發(fā)展也有一定的促進作用，每款LED燈具都離不開電源，由于LED自身超長的壽命及所具有的半導(dǎo)體特性，使得 LED照明的發(fā)電源的設(shè)計和技術(shù)要求也有了新的要求。由于開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等特點，必然使開關(guān)電源成為LED照明供電的主要電源。開關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展歷史。早期產(chǎn)品的開關(guān)頻率較低，成本昂貴，僅用于衛(wèi)星電源等少數(shù)領(lǐng)域。20世紀60年代出現(xiàn)過晶閘管相位控制式開關(guān)電源，

11、70年代有分離元件制成的各種開關(guān)電源，均因效率不夠高、開關(guān)頻率低、電路復(fù)雜、調(diào)試困難而難于推廣，應(yīng)用受到限制。70年代后期以來，隨著集成電路設(shè)計與制造技術(shù)的進步，各種開關(guān)電源專用芯片大量問世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。目前，開關(guān)頻率已從二十千赫左右提高到幾百千赫甚至幾十兆赫。與此同時，供開關(guān)電源使用的元器件也獲得長足發(fā)展。MOS功率開關(guān)管MOSFET、肖特基二極管SBD、超快恢復(fù)二極管SRD、瞬態(tài)電壓抑制器TVS、壓敏電阻器VSR、熔斷電阻器FR、自恢復(fù)保險絲RF、線形光耦合器、可調(diào)試精密開關(guān)穩(wěn)壓器TL431、電磁干擾濾波器EMI Filter、高導(dǎo)磁性材料、三重絕緣線Triple Insu

12、lated Wire、玻璃珠Glass Beads膠合劑等一大批新器件、新材料正被廣泛應(yīng)用。所有這些，都為開關(guān)電源的推廣與普及提供了必要條件。近20年來，集成開關(guān)電源沿著下述兩個方向不斷發(fā)展。第一方向是對開關(guān)電源的核心單元控制電路實現(xiàn)集成化。1977年國外首先研制成功脈寬調(diào)制控制集成電路，美國摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼特德公司等相繼推出了一批PWM芯片，典型產(chǎn)品有MC3520、SG3524、UC3842。20世紀90年代以來，國外又研制出開關(guān)頻率達1MHZ的高速PWM、PFM芯片，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864。第二個方向則是對中小功率開關(guān)電源實現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個階段：20世

13、紀80年代初，意-法半導(dǎo)體有限公司率先推出了L4960系列單片開關(guān)穩(wěn)壓器。該公司于90年代又推出了L4970A系列。其特點是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級、保護電路等集成在一個芯片中，使用時需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制造低壓連續(xù)可調(diào)式輸出5.140V、大中功率（400W以下）、大電流（1.510A）、高效率（可達90%）的開關(guān)電源。但從本質(zhì)上講，它仍屬于DC/DC變換器。1994年美國電源集成公司在世界上首先研制成功三端隔離、脈寬調(diào)制反激式單片開關(guān)電源，被人們譽為“頂級開關(guān)電源”。其第一代產(chǎn)品是TOPSwitch系列，第二代產(chǎn)品則是1997年問世的TOPSwitch-II系列。第三代和第四代產(chǎn)品

14、是在2000年1月和11月相繼推出TOPSwitch-FX、TOPSwitch-GX系列單片開關(guān)電源。該公司于1998年、2001年分別開發(fā)出高效、小功率、低價位的TinySwtich系列、TinySwitch-II系列微型單片開關(guān)電源。2000年，PI公司相繼推出了TOPSwitch-FX系列無端單片開關(guān)電源、TOPSwitch-GX系列單片開關(guān)電源。上述產(chǎn)品大量問世，充分展示出單片開關(guān)電源蓬勃發(fā)展的新局面和良好的應(yīng)用前景1。1.2 課題研究的目的意義 隨著社會的高速發(fā)展，能源問題日益被世界關(guān)注，其中電能的合理利用是節(jié)約能源的重要方面。目前，我國照明用電在經(jīng)濟用電中僅次于電動機居第二位，而且

15、以低效照明光源為主。因此采用發(fā)光效率高的照明光源、可靠性和效率高的照明電源具有重要意義。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無污染的成為當前各國研究的熱點。 隨著LED光效的迅速提高、成本的不斷下降LED做為近年來興起的第四代照明光源與傳統(tǒng)的照明光源相比有如下優(yōu)點： （1）節(jié)能：大功率LED照明的第一個突出優(yōu)點就是節(jié)能。由于LED的光譜幾乎全部集中于可見光區(qū)域，效率可達 80%90%，而白熾燈的可見光轉(zhuǎn)換效率僅為 10%20%，因此，從節(jié)能方面來說，LED 具有很大的優(yōu)勢。 （2）光線質(zhì)量高、光色純：由于LED

16、光譜中幾乎沒有紫外線和紅外線，因此沒有熱量，沒有輻射，可見其屬于典型的綠色照明光源并且LED 與傳統(tǒng)照明光源相比，其光譜相對狹窄。 （3）壽命長：LED 芯片的壽命是半永久性的，而作為光源的壽命還取決于封裝材料品質(zhì)的優(yōu)劣。一般LED光源光通量衰減到 70%的標稱壽命為 10 萬小時，是白熾燈的數(shù)十倍，是熒光燈和 HID 燈的數(shù)倍。 （4）可靠性高：大功率LED以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長時間穩(wěn)定的工作。而且它沒有傳統(tǒng)光源的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護費用低廉。&#

17、160;（5）靈活度高：體積小，便于造型，可做成點、線、面等各種形式。LED不但使用靈活而且控制也靈活，通過控制電路很容易調(diào)控亮度，實現(xiàn)多樣的動態(tài)變化效果。 （6）響應(yīng)快：因為LED利用了電子空穴湮滅的直接發(fā)光現(xiàn)象，因此，發(fā)光的響應(yīng)時間非常短，通常在 100ms 以下，雖然實際中會受到驅(qū)動電路的影響，但仍然屬于毫秒級別。大功率照明LED的響應(yīng)為納秒級，無頻閃。 （7）環(huán)保：大功率LED的工作環(huán)境為低壓直流電，因而沒有電磁干擾。而且不同于日光燈點亮后會產(chǎn)生汞蒸氣及二氧化碳和其他溫室氣體等污染物，LED 產(chǎn)生的廢物很少，同時，其熒光粉的用量也僅為普

18、通熒光燈的十分之一。 由于LED具有以上諸多的優(yōu)點，隨著照明用電量的迅猛增加以及電能消耗的加劇，我國的供電勢態(tài)和環(huán)境與生態(tài)保護的現(xiàn)狀日益嚴峻，根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)觀念要求，LED作為未來社會照明光源成為一種必然趨勢。因此設(shè)計出效率高、工作穩(wěn)定的LED驅(qū)動電源對解決世界能源問題則具有重要現(xiàn)實意義2。1.3 設(shè)計指標1、EDA軟件平臺：PI Expert 、PROTEL DXP2、參數(shù)要求：（1）輸入電壓：AC185VAC240V；輸出電壓：DC24V；最大輸出電流：1.3A；（2）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP 0.5V（條件：UO = 24V，IO = 1.3A）；（3）DC-DC

19、變換器的效率75%；（4）具有過流保護功能。3、其它要求：符合LED的電流電壓特性，避免電源對LED使用壽命的影響。2 LED照明對電源的要求驅(qū)動LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED 正向電壓也會有差異；另外，LED 的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。另外，應(yīng)用中通常會使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問題。各種排列方式中，首選驅(qū)動串聯(lián)的單串LED，因為這種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓（Vout）如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。當然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接（如圖1）等其

20、它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢。如在交叉連接中，如果其中某個LED 因故障開路，電路中僅有1個LED 的驅(qū)動電流會加倍，從而盡量減少對整個電路的影響。常見的LED排列方式LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED 驅(qū)動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED 的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動器基本的工作電路示意圖如圖2所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED（即輸入與輸出）之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。值得一提的是，在L

21、ED 照明設(shè)計中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動這兩部分電路可以采用不同配置：1）整體式（integral）配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等；2）分布式（distributed）配置，即兩者單獨存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。LED 驅(qū)動器根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以采用恒定電壓（CV）輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓；也可以采用恒定電流（CC）輸出工作，輸出的設(shè)計能嚴格限定電流；也可能會采用恒流恒壓（CCCV）輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負載的 LED 的正向電壓確定其電流?？偟膩砜矗琇ED 照明設(shè)計需要考慮以下幾方面的

22、因素：輸出功率：涉及LED 正向電壓范圍、電流及LED 排列方式等電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用AC 電源驅(qū)動功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式（模擬、數(shù)字或多級）、照明控制其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理（保護特性）、要遵從的標準及可靠性等更多考慮因素：機械連接、安裝、維修替換、壽命周期、物流等3 LED供電電源介紹3.1 線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低（現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地

23、給系統(tǒng)增加熱噪聲?；窘榻B：線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，可這么來理解：RW（見下面的分析）是連續(xù)可變的，亦即是線性的。而在開關(guān)電源中則不一樣，開關(guān)管（在開關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開關(guān)管）是工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開電阻很??；關(guān)電阻很大。工作在開關(guān)狀態(tài)下的管子顯然不是線性狀態(tài)。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。圖3.1 線性穩(wěn)壓電源（a）電源特點：線性穩(wěn)壓直流電源的特點是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低(現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問題而出現(xiàn)的)；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），

24、間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。工作原理：我們先用下圖來說明線性穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)電壓的原理。如圖所示，可變電阻RW跟負載電阻RL組成一個分壓電路，輸出電壓為：Uo="Ui"×RL/(RW+RL)，因此通過調(diào)節(jié)RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請注意，在這個式子里，如果我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，我們這個圖并沒有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒有什么區(qū)別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念-實際中的電源，絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的，使用前饋方法很少，

25、或就是用了，也只是輔助方法而已。讓我們繼續(xù)：如果我們用一個三極管或者場效應(yīng)管，來代替圖中的可變阻器，并通過檢測輸出電壓的大小，來控制這個“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。這個三極管或者場效應(yīng)管是用來調(diào)整電壓輸出大小的，所以叫做調(diào)整管。像圖所示的那樣，由于調(diào)整管串聯(lián)在電源跟負載之間，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。相應(yīng)的，還有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，就是將調(diào)整管跟負載并聯(lián)來調(diào)節(jié)輸出電壓，典型的基準穩(wěn)壓器TL431就是一種并聯(lián)型穩(wěn)壓器。所謂并聯(lián)的意思，就是象圖2中的穩(wěn)壓管那樣，通過分流來保證衰減放大管射極電壓的“穩(wěn)定”，也許這個圖并不能讓你一下子看出它是“并聯(lián)”的，但細心一看，

26、確實如此。不過，大家在此還要注意一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)工作的，因此，如果認為它是一個電源，它也是一個非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個理適合的圖來看，直到可以簡明地看懂為止。由于調(diào)整管相當于一個電阻，電流流過電阻時會發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個最主要的一個缺點。想要更詳細的了解線性穩(wěn)壓電源，請參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關(guān)系。一般來說，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護電路，啟動電路等部分。下圖是

27、一個比較簡單的線性穩(wěn)壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結(jié)果由誤差放大電路放大后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定3。圖3.2 線性穩(wěn)壓電源(b)3.2 開關(guān)電源概述3.2.1 開關(guān)電源的分類開關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)一般分類如下：（1）按驅(qū)動方式分，有自激式和他激式。（2）按DC/DC變換器的工作方式分：單端正激式和反激式、推挽式、半橋式、全橋式等；降壓型、升壓型和升降壓型等。（3）按電路組成分，有諧振型和非諧振型。（4）按控制方式分：脈沖寬度調(diào)制(PWM)式；脈沖頻率調(diào)制(PFM)式；PWM與PFM混合式。4 開關(guān)電源設(shè)計4.

28、1 電源總體電路圖4.1 開關(guān)電源總體電路4.2 電源芯片4.2.1 變壓器磁芯選定EFD30計算電感體積：輸入功率： （4.1）當磁感應(yīng)強度峰值取0.3T（接近飽和值）時、頻率f取KHZ、輸入功率單位為W時，儲能變壓器磁芯體積： （4.2） = =3.512.50.416 =18.2=3640=3.640一般取100300之間，當取200時，變壓器磁芯有效體積=3640=3.640，初步考慮用EE2825，該磁芯體積=69.068.0 =4.692 （4.3）規(guī)格：=4.692>3.640繞線窗口有效面積 =87.36 =68.0 =69.0圖4.2 EFD30 6+6 電木骨架 變壓

29、器骨架4.2.2 控制芯片UC3842該電流型脈寬調(diào)制器有體積小、成本低、外圍元件少、電路簡單、可靠性高、故障率低等優(yōu)點。所以這種脈寬調(diào)制器被廣泛的使用，尤其是在顯示器的電源中，使用得比較普遍。3842構(gòu)成的控制電路，既有電流負反饋控制環(huán)節(jié)，又有電壓負反饋控制環(huán)節(jié)，這樣使開關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓穩(wěn)定性由很大的提高。用UC3842構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源，不論是電壓調(diào)整率，還是電流調(diào)整率，都有明顯的提高，是目前比較理想的一種脈沖寬度調(diào)制器。UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流直至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計，為設(shè)計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩

30、器、能進行精確的占空比控制、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。其他的保護特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時間和單個脈沖測量鎖存。這些器件可提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝（SO-14），如圖4.1所示。SO-14封裝的圖騰柱式輸出級有單獨的電源和接地管腳。 圖4.3 UC3842封裝圖及管腳連接圖圖4.4 UC3842內(nèi)部邏輯圖4.2.3 UC3842各腳的功能1、第7腳和第8腳第7腳：是Vcc電源電壓供給端，工作電壓范圍為+10V+36V。分析圖1可知，UC3842第7腳V

31、cc正常工作供電應(yīng)該是：首先供給大于+16V電壓才能啟動（啟動電流約1mA）；啟動后，正常工作電壓為+10VVcc+36V。在實際工作中，一般都采用+11V+15V，但采用+12V+14V的更為多見，正常工作時供電電流約為30mA。 注意：Vcc電壓越高，輸出脈沖的幅度也越高，但集成電路的溫度也越高，如果驅(qū)動場效應(yīng)管，正常工作時的Vcc電壓最好不要大于+16V，因為場效應(yīng)管的柵極耐壓也就是20V左右。第8腳：是基準電壓+5VR輸出端，該基準電壓除了供給UC3842內(nèi)部用電外，還可以向外供應(yīng)20mA的電流。2、第1腳和第2腳第1腳為誤差放大器E/A的輸出端。第2腳為誤差放大器的“” 輸入端，取樣

32、電壓由此輸入。一般都將第1腳和第2腳之間用電阻和電容器接成負反饋電路，如圖2所示。其中電阻R1是為完成直流負反饋用，直流負反饋電阻R1的電阻值越小，負反饋就越深，誤差放大器E/A的放大倍數(shù)就越小，頻帶就越寬，靜態(tài)工作點就越穩(wěn)定，溫度特性就越好。電容器C1能完成高頻負反饋的作用，能有效地消除高頻寄生振蕩，電阻R1和電容C1構(gòu)成的電路也叫“補償電路”。3、第3腳第3腳為電流反饋輸入端。電流比較器A3輸出電壓的高低，是由它的兩個輸入端電壓共同決定的，A3的輸出電壓的變化，能控制RS觸發(fā)器“Q反”輸出脈沖寬度的變化。RS觸發(fā)器是脈沖寬度調(diào)制鎖存器（PWM Latch），它與數(shù)字電路中的RS觸發(fā)器有所不

33、同，這種RS觸發(fā)器的輸入端信號是模擬電壓，并有兩個閾值電位比較功能，而不是數(shù)字信號的0和1。所以輸入電壓的高低變化能控制輸出脈沖寬度的變化。4、第4腳第4腳為定時腳。振蕩器振蕩的頻率是由定時電阻RT和定時電容CT共同決定的。振蕩頻率的近似計算公式是： （4.4）5、第5腳第5腳為接地腳。6、第6腳第6腳為驅(qū)動脈沖輸出端。Q2導(dǎo)通時，能將第6腳上內(nèi)外電路各個部件寄存的正電荷迅速的放掉，在這一瞬間有吸入電流流入，也就能使它控制的開關(guān)管迅速的截止。這種電路稱為“圖騰柱”輸出電路，也叫推拉輸出電路。穩(wěn)壓過程(1)輸入電壓變化時的穩(wěn)壓原理假定輸入電壓增加，初級繞組的電流增長率變大，電阻R上的電壓增長率也

34、變大，使R-S觸發(fā)器R端輸入提前，Q反輸出脈沖變寬，從而使第6腳輸出脈沖變窄，使初級繞組電流增加時間變短，電流增加不上去，這就是電流負反饋；電流負反饋能使每一個脈沖電流大小的變化，都加以適當?shù)南拗?，這樣響應(yīng)快，所以電流型脈寬調(diào)制器的電壓調(diào)整濾可達到較高的水平，輸入的交流電壓可以在很大的范圍內(nèi)變化8。(2)反饋到第1腳 在次級輸出直流電壓上取樣，經(jīng)光耦隔離后輸入到UC3842的第1腳，第1腳通過電容（47nF）接地,通過改變占空比來進行穩(wěn)壓。圖4.5 UC3842工作時序圖UC3842的工作描述電路上電時，外接的啟動電路通過引腳7提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度

35、調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)6腳輸出驅(qū)動外接的開關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號反饋到3腳，維護系統(tǒng)的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經(jīng)2腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準電壓進行比較，產(chǎn)生的誤差信號送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則2腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，則開關(guān)功率管的導(dǎo)通時間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的RC網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調(diào)制器，作為其工作周期，脈寬

36、調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化4。4.3 反饋電路設(shè)計圖4.6 反饋電路部分4.3.1 TL431介紹TL431（如下圖）一是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。圖4.7 TL431管腳示意圖上圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。圖4.8 功能模塊示意圖 由圖可以看到，VI是一個內(nèi)部的

37、2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化4.3.2 PC817介紹PC817是一個比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.15所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。在開關(guān)電源中，當電流流過光二極管時，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對輸出進行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時PC817光電耦合器不但可以起到反饋作用還可以起到隔離作用。圖4.9 PC817內(nèi)部框圖4.3.3 反饋回路的

38、參數(shù)計算 反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817構(gòu)成外部誤差電壓放大器。并將輸出電壓和初級側(cè)隔離。如圖 所示，R5、R9是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當輸出電壓V。升高時，取樣電壓VR8也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準電壓（TL431的基準電壓為2.5V），使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓長高，致使片內(nèi)驅(qū)動三極管輸出電壓降低，使輸出電壓V。下降，最后V。趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)定電壓下降，當輸出電壓低于設(shè)定電壓時，誤差放大器輸出電壓下降，片內(nèi)驅(qū)動三極管的輸出電壓升高，最終使UC3842的腳1的補償輸入電流隨之變化，促

39、使片內(nèi)對PWM比較器進行調(diào)節(jié)，改變占空比，達到穩(wěn)壓的目的。 從TL431技術(shù)資料可知，參考輸入端的電流為2，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪聲的影響，通常取流過電阻R8的電流為TL431參考輸入端的100倍以上，所以 （4.5）設(shè)定R9=2K （4.6） 故，選用30K的變阻器其中，TL431參考輸入端電壓=2.5V TL431的工作電流范圍為1150mA，當R6的電流接近于零時，必須保證至少為1mA，所以 （4.7）故R7選擇1K歐其中，發(fā)光二極管的正向壓降=1.2VUC3842的誤差放大器輸出電壓擺幅0.8V<<6V，三極管集射電流受發(fā)光二極管正向電流控制，通過PC817的與

40、關(guān)系曲線（圖）可以確定PC817二極管正向電流。由圖 可知，當PC817二極管正向電流在7mA左右時，三極管的集射電流在7mA左右變化，而且集射電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，符合UC3842的控制要求5。圖4.10 PC817集射極電壓與二極管正向電流的關(guān)系圖 PC817的電流傳輸比CTR=0.81.6，當=7mA時，考慮最壞的情況，取CTR=0.8，此時要求流過發(fā)光二極管最大電流 （4.8） （4.9）其中，為TL431正常工作時的最低工作電壓，=2.5V。發(fā)光二極管能承受的最大電流為50mA （4.10）R6的取值要同時滿足以上條件，即406<R6<2320，可以選用14.4 輸

41、入整流濾波電路設(shè)計圖4.11 電源整流濾波部分輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對波紋幅值的影響主要有以下幾個方面。（1）輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容，以濾除此噪聲干擾。（2）高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻入高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。（3）采用快速恢復(fù)二極管DR整流?；诘蛪骸⒐牡?、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲。首先是電源輸入部分，一個最基本的概念就是

42、開關(guān)電源本質(zhì)上是將直流變換到直流的，所以網(wǎng)電的220AC并不能直接用于變換，必須加上整流和濾波，這里用了簡單的橋式整流和一個220/450V的鋁電解電容，以用一個0.1的CBB電容。整流橋的選擇主要是電流和耐壓，很容易可以選擇到合適的型號6。輸入功率： （4.11）根據(jù)相關(guān)資料查得，濾波電解電容選擇規(guī)則按照3，由于=41.6W，所以，電容C=41.6*3=124.8 故220/450AV的鋁電解電容4.5 變壓器的設(shè)計圖4.12 變壓器設(shè)計電路1. 本設(shè)計最大輸入電壓 （4.12）為降低成本，對于最大輸入電壓在400V以內(nèi)，輸入電壓小于50V情況下，一般盡可能使用600V耐壓MOS管，戴上期間

43、MOS管承受的最大電壓取570V（耐壓留30V余量），即TVS管耐壓1TVS管一般取1.41.5倍的，否則MOS管截止期間，DD吸收回路功耗可能太大，影響效率，如果耐壓允許，可取1.6倍。 （4.13）2. 計算匝比n假設(shè)次級整流快恢復(fù)二極管壓降為0.9V，則 （4.14）即整流二極管D承受的最大反向電壓 （4.15）即選擇200V耐壓快恢復(fù)二極管即可。3. 最大點空比由于back-boost變換器在輸入電壓最小時，電感電流峰值最大，因此必須在輸入電壓為最小值時，設(shè)計變換器有關(guān)參數(shù)在二極管整流、電容濾波電路中，當濾波電容C容量適中時，最小輸入電壓 （4.16）=75% （4.17）4. 初級側(cè)

44、電感斜坡中心電流（初級側(cè)等效電感平均電流） （4.18）5. 初級側(cè)電感峰值電流 （4.19）為減小變壓器體積，電流紋波比取0.5（一般取0.4，取0.5時電流紋波系數(shù)會大一些），則初級側(cè)電感電流有效值（與開關(guān)管電流有效相同，這點與一般Buck-book變換器有區(qū)別） （4.20）6. 在80時，兩倍趨膚深度 （4.21） （4.22）其中電流密度J取4.5A/。顯然，當n=1時，d=0.305<。對于初級，可用單股標稱直徑0.310、外皮直徑為0.35漆包線。7. 次級側(cè)電感斜坡中心電流（次級側(cè)等效電感平均電流） （4.23）8. 次級側(cè)電感峰值電流 （4.24）次級側(cè)電感有效值（與續(xù)

45、流二極管D電流有效值相同，這點與一般Buck-boost變換器有區(qū)別） （4.25） （4.26）其中電流密度J取4.5A/。顯然，當n=3時，d=0.4259. 計算初級側(cè)電感 （4.27）10. 而導(dǎo)通電壓 （4.28）11. 伏秒積 （4.29）12. 則初級電感 （4.30）13. 計算匝數(shù) （4.31）(實際是最小匝數(shù),當比該值再小時,最大磁通>0.3T，造成磁芯飽和) （4.32）（取大于計算值的整數(shù)，否則B可能超過飽和磁通）即，取92（由于次級匝數(shù)少，應(yīng)優(yōu)先保證次級匝數(shù)取最接近計算值的整數(shù)，再根據(jù)匝比n重新選擇初級匝數(shù)）14. 計算輔助繞組（PWM控制芯片供電繞組）匝數(shù)假設(shè)

46、輔助繞組輸出電壓為15V，則輔助繞組匝數(shù)： （4.33）由于輔助繞組輸出電流小，整流二極管可用IN4148，因此其導(dǎo)通壓降取0.7V不產(chǎn)生太大誤差。也因此其電流負載小，對繞線直徑?jīng)]有要求，可用小一點的漆包線繞制。當然在繞線窗口容量有余的情況下，也可以用與主繞組相同線徑的漆包線繞制7。15. 估算繞線窗口能否容納0.31mm漆包線外皮直徑為0.35mm; 0.425mm漆包線外皮直徑為0.447，則繞線窗口利用率 （4.34） 可以肯定使用EFD30磁芯繞線沒有問題。4.6 EMI電路設(shè)計圖4.13 電源EMI電路設(shè)計濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。在電源輸入端接上濾波器，即可以抑制開關(guān)電源

47、產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。開關(guān)電源的工作頻率一般在10130kHz，對開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號，只要選擇相應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器，就能達到理想的濾波效果。干擾抑制電路如圖4所示，CX1和CX2叫做差模電容，L1叫做共模電感，CY1和CY2叫做共模電容。電阻R用于消除可能在濾波器中出現(xiàn)的靜電積累。IEC-380安全技術(shù)條件標準的8.8部分指出，若CX>0.1F則R=t2.2C(t=1s，C=2CXF)。由這些集中參數(shù)元件構(gòu)成無源低通網(wǎng)絡(luò)，抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的向電網(wǎng)反饋的傳導(dǎo)干擾，同時抑制來自電網(wǎng)的噪聲對開關(guān)電源本身的侵害，為了使通過濾波電容C流入地的漏電流維持在安全范圍內(nèi)，CX=0.10.2F，CY的值一般適合取在0.10.33F之間，不宜過大，相應(yīng)的扼流線圈L應(yīng)選大些，一般適合取在0.5H8mH之間，這樣既符合安全要求，又能抑制電磁干擾。共模電感L1是在同一個磁環(huán)上由繞向相反、匝數(shù)相同的兩個繞組構(gòu)成。使濾波器接入電路后，兩只線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消，不會使磁環(huán)達到磁飽和狀態(tài)，從而使兩只線圈的電感值保持不變。通常使用環(huán)形磁芯，漏磁小，效率高。但是繞線困難，如磁環(huán)的材料不可能做到絕對均勻，兩個線圈的繞制也不可能完全對稱