單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計-吳位信

1、本科學(xué)生畢業(yè)論文單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計系部名稱： 電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)班級： 電氣11-1班 學(xué)生姓名： 吳位信 指導(dǎo)教師： 葛洪軍 職 稱： 副教授 黑 龍 江 工 程 學(xué) 院二一五年六月The Graduation Thesis for Bachelors Degree Design of the single pipe is shock type switch regulated power supplyCandidate：Wu WieixinSpecialty：Construction MachineryClass：11-1Supervisor：Associate Prof.

2、 Ge HongjunHeilongjiang Institute of Technology2015-06Harbin黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 摘 要 開關(guān)穩(wěn)壓電源有多種類型，其中正激式開關(guān)電源因其電路簡單可靠，抗過載能力強，所需要的元器件較少，容易集成，不易飽和且能夠提供多路隔離輸出等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于中、小功率電源領(lǐng)域。為了保證電路的穩(wěn)定可靠，本次設(shè)計采用的是隔離型電路，其中以單端正激型變換器作為主電路，其主要由高頻變壓器與開關(guān)管構(gòu)成，主要功能是處理電能。本文分析了PWM脈寬調(diào)制芯片UC3844構(gòu)成開關(guān)電源的整體結(jié)構(gòu)電路，并以UC3844作為主芯片控制功率MOS管P60NF06的導(dǎo)通

3、與截止，而UC3844的啟動電壓由三端穩(wěn)壓器LM7818輸出提供，采樣反饋電路以TL431和光電耦合器PC817為核心，而輸入濾波電路和輸出整流濾波電路主要由電容構(gòu)成，且對輸入干擾和輸出紋波電壓有了很好的消除作用，使系統(tǒng)更加的穩(wěn)定可靠，從而完成了單管正激式開關(guān)電源的設(shè)計。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源，正激型變換器，PMW，UC3844ABSTRACT With the rapid development of power electronic technology, the application of switching power supply is also more and more widely

4、. 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 multiple output isolation and widel

5、y 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 PWM pulse width modulation ch

6、ip 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 input filter circuit and outp

7、ut 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: Switching power supply；Normal shoc

8、k type converter；PWM；UC3844目 錄摘 要Abstract第一章 引 言11.1 開關(guān)電源的國內(nèi)外發(fā)展概況11.2 課題研究的目的和意義11.3課題研究的主要內(nèi)容2第二章 正激式開關(guān)電源總體方案的設(shè)計32.1開關(guān)電源變換電路的選擇32.2 控制電路的選擇32.2.1單片機控制電路32.2.2芯片控制電路42.3正激式開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)圖42.4本章小結(jié)4第三章 單管正激式開關(guān)電源的設(shè)計53.1正激式開關(guān)電源的工作原理53.2變壓器的設(shè)計63.2.1鐵芯材料的選擇63.2.2變壓器AP公式推導(dǎo)63.2.3變壓器的原副邊匝數(shù)83.2.4原副邊線徑93.2.5變壓器的纏繞93

9、.3電感的設(shè)計93.3.1導(dǎo)磁材料103.3.2電感感值103.3.3電感電流峰值113.3.4電感匝數(shù)11 3.3.5線徑123.4部分元器件123.4.1 MOSFET開關(guān)管123.4.2 輸出電壓采樣電阻133.5輸出濾波電路143.5.1輸出濾波電容143.5.2輸出整流二極管143.5.3輸出整流濾波電路的設(shè)計143.6輔助電源153.7控制電路153.7.1 PWM控制芯片UC3844163.7.2控制回路的設(shè)計163.8輸入濾波電路173.9 反饋電路173.9.1 光電耦合器173.9.2可控精密穩(wěn)壓源TL431183.9.3采樣反饋電路的設(shè)計183.10單管正激式開關(guān)電源電路

10、的設(shè)計183.11本章小結(jié)19第四章 單管正激式開關(guān)電源電路調(diào)試與結(jié)論204.1電路板調(diào)試204.1.1通電前調(diào)試204.1.2通電調(diào)試204.2指標(biāo)測試204.2.1輸出電壓電流的測試204.2.2紋波電壓214.2.2負(fù)載效應(yīng)測試214.2.3效率214.3測試結(jié)論224.4本章小結(jié)22結(jié) 論23參考文獻(xiàn)24致 謝25附 錄26附錄A 系統(tǒng)電路圖26附錄B 實物圖27附錄C 元器件清單28第1章 引 言1.1 開關(guān)電源的國內(nèi)外發(fā)展概況自開關(guān)電源出世以來，就意味著人們已經(jīng)慢慢進(jìn)入高新技術(shù)時代。相控穩(wěn)壓電壓在上個世紀(jì)中承擔(dān)著一個電源支柱的角色。由于當(dāng)代社會發(fā)展的需要，電力電子技術(shù)得到迅速發(fā)展，

11、電源技術(shù)也在不斷地進(jìn)步。直到直流開關(guān)穩(wěn)壓電源的出現(xiàn)，其逐漸替換了之前的相控穩(wěn)壓電源。從上個世紀(jì)九十年代到現(xiàn)在，伴隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大電流、低電壓的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源因為其技術(shù)含量比較高，且應(yīng)用廣泛，所以越來越受到人們的青睞。在世界的范疇中，我國作為一個發(fā)展中國家，各項電源技術(shù)的房展道路與發(fā)達(dá)國家存在不小的距離，畢竟國內(nèi)的電源技術(shù)起步比較晚，從1977年才進(jìn)入電源的初步發(fā)展期，所以技術(shù)相對來說比較落后。因此，我國需要進(jìn)行電源技術(shù)的高新發(fā)展。在這個方面來說，電源技術(shù)在我國也得到許多側(cè)重，所以越來越多高性能開關(guān)電源的身影也逐漸出現(xiàn)在工業(yè)和生活中。21世紀(jì)初，國外成功研制出隔離式PWM型單片開關(guān)電

12、源，之后又生產(chǎn)出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列產(chǎn)品，這意味著開關(guān)電源已經(jīng)進(jìn)入一個新時代。電源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)是功率器件的發(fā)展，因為功率器件就是開關(guān)穩(wěn)壓電源的開關(guān)，它控制著電源的導(dǎo)通與關(guān)斷。由最初的GTR，到MOSFET，再到之后的IGBT，功率器件的發(fā)展也是非常的迅速，而且功能也是越來越強，對開關(guān)穩(wěn)壓電源的影響也是越來越大。所以功率器件的研究生產(chǎn)對開關(guān)電源而言非常重要，世界各國也都正在對這一方向進(jìn)行研究，提高其性能，這樣開關(guān)電源的生產(chǎn)就能更好的完善。此外，變壓器和磁性元件也都是電源

13、中非常重要的功能元件，這也都是國內(nèi)外目前正在研究的。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，其裝置的市場需求也越來越大，電源技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛。由于很多大型工業(yè)的發(fā)展與完善，許多微電子生產(chǎn)技術(shù)得到了很大的進(jìn)步，包括電力設(shè)備、儀器儀表、家用電器等均得到了飛速發(fā)展，而這些小型電子設(shè)備都離不開直開關(guān)穩(wěn)壓電源。所以開關(guān)電源體積和質(zhì)量的生產(chǎn)對設(shè)備的要求及其重要。從開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展過程可以看到，開關(guān)電源的未來發(fā)展方向主要是利用最低成本生產(chǎn)出性能最好的產(chǎn)品。1.2 課題研究的目的和意義伴隨著當(dāng)今社會的發(fā)展，人類已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)時代，而且正在轉(zhuǎn)入另一個時期，那就是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，所以在以后的社會生活當(dāng)

14、中人類都離不開電源，因為電源是向負(fù)載提供優(yōu)質(zhì)電能的供電設(shè)備。生活中的很多東西其實都是息息相關(guān)的，因為電源技術(shù)的不斷發(fā)展，很多高新半導(dǎo)體、新控制技術(shù)及軟開關(guān)技術(shù)都已逐漸用于開關(guān)電源，使開關(guān)電源的發(fā)展上升到另外一個階段，逐步完善其高效率、高頻率、高功率因數(shù)等性能。現(xiàn)在的生活中，我們都應(yīng)用了很多的小型電子設(shè)備，比如電源適配器、儀器儀表等，而這些小型電子設(shè)備需要能夠提供穩(wěn)定的電源，才能滿足人們的需求。而直流開關(guān)穩(wěn)壓電源中，正激型變換器中變壓器的銅損較低，輸出紋波電壓較小，電路穩(wěn)定可靠，電路簡單且易于實現(xiàn)?；谶@個思想，本次設(shè)計了一個小功率單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。通過此次對開關(guān)電源的深入研究，希望能夠具

15、備掌握電路設(shè)計的能力，提高對所學(xué)專業(yè)知識的綜合應(yīng)用能力，包括資料檢索、專業(yè)文獻(xiàn)閱讀、設(shè)計能力和實踐能力。1.3課題研究的主要內(nèi)容在本次設(shè)計中，主要采用UC3844芯片組成控制電路產(chǎn)生PWM信號控制開關(guān)管，從而制作一個穩(wěn)定可靠，價格低廉，高效率，電路簡單且容易實現(xiàn)的單管正激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。主要通過對正激型變換電路和PWM控制電路的深入學(xué)習(xí)和研究，設(shè)計出整個系統(tǒng)的總體電路，并完成實物的制作。 1、設(shè)計技術(shù)指標(biāo)： （1）輸入直流電壓：2028V （2）輸出直流電壓：7.5V （3）輸出電流：2A （4）額定效率：80% （5）頻率：=75KHz （6）電壓調(diào)整率： （7）負(fù)載調(diào)整率： 2、設(shè)計中需要

16、解決的一些關(guān)鍵技術(shù)： （1）DC/DC變換器的選擇； （1）變壓器的設(shè)計； （2）電感的設(shè)計； （3）PWM控制電路的設(shè)計； （5）驅(qū)動功率開關(guān)管； （6）反饋電路的設(shè)計。第2章 正激式開關(guān)電源總體方案的設(shè)計 本次設(shè)計的主要任務(wù)是制作出一個可靠穩(wěn)定，價格低廉，高效率，電路簡單且容易實現(xiàn)的單管正激式開關(guān)電源。所以選擇一個好的設(shè)計方案是很重要的，下面對此設(shè)計的主電路與控制電路的選擇進(jìn)行了分析。2.1開關(guān)電源主電路的選擇開關(guān)電源變換電路主要分為隔離和非隔離兩種方式，為了提高開關(guān)電源的安全性，本次設(shè)計中選擇的是隔離方式。隔離型電路主要包括正激型電路、反激型電路、全橋型電路、半橋型電路和推挽型電路。其中

17、后面三個電路可以應(yīng)用在大功率的領(lǐng)域，而只有正激型和反激型變換電路常用在功率較小的領(lǐng)域中。因為本次設(shè)計是小功率的開關(guān)穩(wěn)壓電源，所以應(yīng)該選擇正激型變換電路或者反激型變換電路。反激型和正激型電路之間有一定的區(qū)別，反激型變換器中的高頻變壓器相當(dāng)于電感，其作用是是儲能，而且在設(shè)計時需要還考慮磁飽和的問題。而正激型變換器高頻變壓器的作用是變壓和傳遞能量，而且在導(dǎo)通與關(guān)斷轉(zhuǎn)換過程中是不存儲能量的，所以，我們需要消除少量的剩余能量，不過，在設(shè)計時只要增加一個簡單的磁復(fù)位電路就可以保證其在大動態(tài)重負(fù)載下不會磁飽和，而且正激型變換器的輸出紋波、啟動電流和所需濾波電容都較小，電路工作也很穩(wěn)定。因為正激型電路的漏感比

18、較小，所以峰值電流也較小。所以本次設(shè)計主電路選擇單管正激型電路。2.2 控制電路的選擇 控制電路的設(shè)計主要是使開關(guān)電源在各種工作狀況下都能夠穩(wěn)定的工作，并且達(dá)到要求的動態(tài)性能。電源的很多指標(biāo)也都與控制電路有關(guān)，比如開關(guān)電源的穩(wěn)壓穩(wěn)流精度、紋波、輸出特性等。與電源的主電路不同，控制電路主要處理電信號，它控制開關(guān)電源主電路開關(guān)管的開通與截止，工作狀態(tài)如果出現(xiàn)故障，將會使整個電源停止工作甚至損壞。所以在設(shè)計中我們需要選擇一個既簡單有可靠的控制電路。2.2.1單片機控制電路控制電路利用DSP或者單片機產(chǎn)生脈PWM信號，來控制開關(guān)的截止和導(dǎo)通，若使輸出的電源電壓穩(wěn)定在最初設(shè)定時的數(shù)據(jù)，那么可以根據(jù)A/D

19、轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換后的反饋電壓，從而改變占空比。不過這個方案不僅涉及到硬件，還需要有軟件的設(shè)計，所以實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。2.2.2芯片控制電路脈沖控制信號也可以通過采用電流模式控制器控制產(chǎn)生。在各種開關(guān)電源的設(shè)計中一般都采用電流模式控制器或者電壓模式控制器構(gòu)成的控制電路，其最大的優(yōu)點就是外圍電路非常簡單，穩(wěn)定性非常好，而且價格便宜。綜上所述，考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定、成本及難易程度等因素，所以本次設(shè)計選擇常用的UC3844作為PWM控制電路的主芯片。2.3正激式開關(guān)電源的總體框圖本次設(shè)計的單管正激式開關(guān)電源主要由主電路和輔助電路組成。如圖2.1所示，主電路由磁復(fù)位電路、DC/DC變換電路、輸入濾波電路和輸出

20、整流濾波電路等四部分組成，輔助電路主要由輔助電源電路、PWM控制電路和采樣反饋電路采樣反饋電路等六部分組成。其中，DC/DC變換電路采用正激型變換電路，控制電路以UC3844為核心來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，隔離反饋電路主要由PC817和TL431構(gòu)成。圖2.1 系統(tǒng)總體框圖2.4本章小結(jié) 本章首先通過比較各種隔離型變換電路，確定本設(shè)計的主電路采用正激型變換電路，然后通過比較確定了控制電路，本系統(tǒng)采用UC3844作為主控制芯片，這樣整個系統(tǒng)的主要部分已經(jīng)確定，最后經(jīng)過正激電路基本拓?fù)涞姆治鲈O(shè)計出整個系統(tǒng)的原理框圖。第3章 單管正激式開關(guān)電源的設(shè)計3.1單管正激型電路的工作原理 隔離型變換電路應(yīng)該

21、在輸入和輸出的回路之間加一個隔離器件，其主要作用就是電氣隔離，一般都是采用變壓器作為電路的主隔離器件。另外，為了防止由剩磁通累加而導(dǎo)致的磁芯飽和，所以在設(shè)計電路時需要采用磁復(fù)位技術(shù)。本次設(shè)計中采用簡單的輔助磁通繞組復(fù)位技術(shù)，主要方法就是在設(shè)計變壓器的時候增加一個附加線圈（勵磁繞組）。如圖3.1所示為單管正激型電路原理圖，其中去磁繞組N3和嵌位二極管D2構(gòu)成磁復(fù)位電路。 圖3.1 單管正激型電路的原理圖 當(dāng)正激型電路工作在電感電流連續(xù)狀態(tài)的時候，開關(guān)管Q導(dǎo)通和關(guān)斷的工作過程分別如下： t0t1時段：t0時刻電路開關(guān)管Q導(dǎo)通時，變壓器初級繞組N1兩端的電壓為上正下負(fù)，與其耦合的次級繞組N2兩端的電

22、壓與N1一樣，也是上正下負(fù)。因此VD1處于導(dǎo)通狀態(tài)，VD2為斷態(tài)，電感L的電流逐漸增大，直到t1時刻Q關(guān)斷；t1t2時段:t1時刻電路開關(guān)管Q關(guān)斷后，電感L通過VD2續(xù)流，VD1關(guān)斷，電感L的電流逐漸下降。開關(guān)管Q關(guān)斷后,變壓器的勵磁電流經(jīng)勵磁繞組流回電源，所以Q關(guān)斷后承受的電壓為 （3.1）分析其工作過程，可以得出正激型電路電流連續(xù)狀態(tài)的波形圖。如圖3.2所示。圖3.2 正激型電路工作于電流連續(xù)狀態(tài)的波形圖3.2變壓器的設(shè)計3.2.1鐵芯材料的選擇因為鐵氧體材料價格便宜，工藝性能也好，所以本次設(shè)計選用的磁性材料是日本TDK公司的PC40型號。3.2.2變壓器AP公式推導(dǎo)在開關(guān)電源中，高頻變壓

23、器的磁心尺寸的選擇很重要，因為它與電源的輸出功率、工作頻率以及電路結(jié)構(gòu)等因素都有關(guān)系。（1）從電磁感應(yīng)定律考慮 （為截面積） （3.2） （3.3） （3.4）原邊匝數(shù)不能太少，太少，就會太大，則有可能飽和。同時匝數(shù)不能取太大，因為取太大了占空比就容易超過0.5。（2）從窗口角度考慮 (為單匝線圈的截面積) （3.5） （為原邊的面積系數(shù)，為填充系數(shù)） （3.6） （3.7）由公式3.3和3.6可得 （3.8）取占空比 （3.9）又因為當(dāng)電感足夠大的時候，足夠小，所以近似為一條直線，即，如圖3.3所示。圖3.3 變化圖所以 （3.10）而 （） （3.11） （3.12） （為方均根電流系數(shù)）

24、 （3.13）所以 （3.14）又因為的平均值就是 （?。?（3.15） （） （3.16）（3）確定所需值 （3.17）令， （3.18）（4）選磁芯型號 在設(shè)計中選擇的時候，既要保證磁芯不飽和，還要使銅線能夠很好地繞制，所以本次設(shè)計的變壓器選擇的型號是PC40EE25（），其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際制作的變壓器的確定所需值，所以滿足條件。3.2.3變壓器的原副邊匝數(shù)（1）原邊匝數(shù)因為 令，所以 （3.19）（2）計算匝數(shù)比 （3.20） 由伏秒積平衡得 （3.21）所以 （3.22）（3）副邊匝數(shù) （3.22） 本次設(shè)計副邊匝數(shù)取15匝。（4）重新核算 （3.23） 不能取太大，取太大，則上升，有可

25、能大于0.5，所以取匝。（5）磁復(fù)位繞組 （匝） （3.24）3.2.4原副邊線徑 取 （3.25） 則 （3.26） 所以 （3.27）又 （3.28）所以 （3.29）在本次設(shè)計中，原邊與副邊的線徑取已有規(guī)格的0.47mm。又因為勵磁電流非常小，所以取0.21mm即可。3.2.5變壓器的纏繞在纏繞正激式變壓器時，從上往下看，變壓器的骨架上有標(biāo)識的位置是一腳，逆時針排列依次為28腳。先纏原邊1腳進(jìn)，從下往上一匝一匝挨著向上繞一直到頂，外纏絕緣膠布，再從上往下繞，直到匝數(shù)夠了，再纏一層絕緣膠帶，把引出線刮漆后纏在2腳上，再焊接上；同樣道理，再纏副邊從7腳進(jìn)8腳出，出線刮漆后并焊接上，再纏一層膠

26、帶，最后纏勵磁繞組從3腳進(jìn)4腳出，出線刮漆后并焊接上，再纏一層膠帶就可以了。最后把磁粉芯從上往下扣上，再纏緊膠帶，因為不緊的話，會使氣隙增大，導(dǎo)致驅(qū)動芯片過熱。3.3電感的設(shè)計電感（電感線圈）是開關(guān)電源中常用的元器件，主要是用絕緣導(dǎo)線繞制而成。其主要的作用是對交流信號進(jìn)行隔離、濾波。3.3.1導(dǎo)磁材料本次設(shè)計導(dǎo)磁材料選擇的是鐵粉芯，其特點：顏色不同磁導(dǎo)率不同，鐵粉芯的效率低，電流紋波大，價格低廉且運用廣泛。選擇型號：本案選擇鐵粉芯的型號為T106-26，即鐵粉芯里的26號鐵粉芯。T106-26參數(shù)如下： ; 內(nèi)徑：； 厚度：； 外徑：； 長度：； 截面積：； 體積：； 飽和磁感應(yīng)強度：。3.3

27、.2電感感值因為在這里電感的作用為濾波，所以我們將其電感設(shè)計大一點，工作在連續(xù)模式。 （3.30） （3.31）因為在電感里D是變化的，所以當(dāng)時有；當(dāng)時有。 （3.32）由伏秒積平衡得 （3.34） （3.35） （3.36）故 （3.37） （3.38）3.3.3電感電流峰值當(dāng)時，對應(yīng)的最大，所以 （3.39）其中 （3.40）即 （3.41）所以 （3.42）3.3.4電感匝數(shù) （3.43）其中 ；所以 （3.44） 本次設(shè)計取46匝。當(dāng)然，在纏完后可以用電感表測電感值，如有太大誤差，可以增減電感線圈的匝數(shù)。用電感表測電阻時，要先把探針短路讀初值，然后測電感L，再減掉初值；測量時把銅線線頭

28、的漆刮掉，用2mH的檔位測量。3.3.5線徑銅線粗細(xì)的選擇：銅線選細(xì)的會太熱，選粗的又浪費，且銅線通過電流時有要求。發(fā)熱與電流密度J有關(guān)，散熱條件好的可以選J大點的，散熱條件不好的可選J小點的。而發(fā)熱又與電感電流的有效值有關(guān)。電感電流的有效值 （3.45）直流時，完全相等，的平均值為Io，算線徑Io要取額定值。所以，取最大值（2A）。截面積 （3.46） 因為 （3.47） 所以 （3.48）本設(shè)計取已有規(guī)格為0.8mm的銅線。平均匝長： （3.49）每匝長度： （3.50）總長度： （3.51）所以本案中總長度選取2m。 因為 （3.52） 所以 （3.53） 所以本次設(shè)計的磁感應(yīng)強度符合設(shè)

29、計要求。3.4部分元器件3.4.1MOSFET開關(guān)管功率開關(guān)管它是一種電壓控制器件，因為其所需功率比較小，熱穩(wěn)定性高，開關(guān)速度很快，所以被廣泛應(yīng)用于小功率的電源裝置中。本次設(shè)計選用的功率MOSFET開關(guān)管是P60NF06，其開關(guān)速度很快，導(dǎo)通電阻很小，這樣既減少了開關(guān)損耗，也降低了本身寄生電阻的損耗。需要注意的是，在實際應(yīng)用開關(guān)管的時候，為了防止開關(guān)管溫度過高影響開關(guān)性能甚至損壞，應(yīng)該安裝一個散熱器。P60NF06參數(shù)如下： ； ； ；如圖3.4.1所示P60NF06的引腳1,2,3對應(yīng)圖3.4.2電氣符號圖中的G（柵極）,D（漏極）,S（源極）。GSD321 圖3.4.1 P60NF06的引

30、腳圖 圖3.4.2 P60NF06電氣符號圖3.4.2 輸出電壓采樣電阻取R12=4.7 K。其實用1 K、2.2 K、10 K都可以，但是電阻取太大的話，分流小，會影響分壓，取太小的話，耗損又太大，所以這里我們選擇R12=4.7 K。因為TL431的基準(zhǔn)電壓為： （3.54）所以 （3.55）解得 因為沒有9.4 K的電阻，所以本次設(shè)計采用兩個4.7 K的電阻串聯(lián)代替。3.5輸出濾波電路3.5.1輸出濾波電容假設(shè)紋波電壓 （3.56）則 （3.57） 又因為 （3.58）所以 （3.59）且 所以 （3.60）因為實際上電容值要比下限值大得多，所以本案選擇220F/25V的電容。為了使輸出電

31、路的濾波效果更好，所以我們在設(shè)計濾波電路時應(yīng)該再并聯(lián)一個高頻電容（0.01F或0.1F的陶瓷電容就可以），這里我選擇的是104瓷片電容。3.5.2輸出整流二極管（1）二極管兩端最大阻斷壓降: （3.61）（2）二極管電流最大值: （3.62）本次設(shè)計采用比較熟悉的肖特基二極管IN5822作為整流器件，它的正向電流為3A；反向耐壓為40V；正向壓降不大于0.55V。3.5.3輸出整流濾波電路的設(shè)計本次設(shè)計采用的是由D4和D5構(gòu)成的半波整流電路，在整流電路的輸出端串聯(lián)一個電感L1、并聯(lián)兩個電容（C6和C7）組成濾波電路，如圖3.10所示。其中，電感濾波主要是利用電感的儲能作用來減小輸出電壓脈沖的。

32、 圖3.10 輸出整流濾波電路3.6輔助電源 因為UC3844的啟動電壓為16V，所以本次設(shè)計采用比較常用的三端穩(wěn)壓器LM7818組成穩(wěn)壓電源，這種穩(wěn)壓電源電路不僅內(nèi)部有過流和過熱的保護電路，外圍元件很少，價格低，且具有很好的實用性。當(dāng)然，我們在實際應(yīng)用三端穩(wěn)壓器的時候，為了防止穩(wěn)壓管溫度過高影響穩(wěn)壓性能甚至損壞，應(yīng)該在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝散熱器。由LM7818構(gòu)成的三端穩(wěn)壓集成電路如圖3.5所示，其作用是向UC3844提供啟動電壓。圖3.5 輔助電源電路圖3.7控制電路3.7.1 PWM控制芯片UC3844UC3844芯片體積很小，所需外圍原件也很少，成本低廉，穩(wěn)定性好，且具有欠壓鎖定和過

33、壓保護的作用，因此多用于構(gòu)成各種開關(guān)電源的控制電路。如圖3.6所示，UC3844芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有誤差放大器、振蕩器、內(nèi)部基準(zhǔn)源電壓、電源欠壓鎖定單元、鎖存脈沖調(diào)制器和PWM比較器等。UC3844芯片總共只有八個引腳，引腳功能如圖3.7所示。 圖3.6 芯片UC3844的內(nèi)部框圖 圖3.7 UC3844芯片引腳圖（俯視圖）3.7.2控制回路的設(shè)計單管正激式開關(guān)電源的控制電路如圖3.8所示。電路啟動后，UC3844的8引腳輸出一個基準(zhǔn)參考電壓，4引腳則產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩波形(振蕩頻率)，6引腳為輸出端產(chǎn)生PWM信號控制MOS管P60NF06的導(dǎo)通與截止。3腳為電流檢測輸入，為了防止電流波形前沿尖脈沖

34、所導(dǎo)致電路的不穩(wěn)定，所以需要在3腳與主電路之間接一個RC濾波電路（由R2和C3構(gòu)成）。圖3.8 單管正激式開關(guān)電源的控制電路3.8輸入濾波電路 由于本次設(shè)計的正激式變換器輸入電壓是直流，直流的波動比較小，所以輸入濾波電路主要由電解電容器構(gòu)成，如圖3.9所示。本次設(shè)計輸入濾波電路中選用的是470F/63V的電解電容器，如圖所示，其作用是濾波和儲能，在變換器剛啟動，輸入電源還來不及供電的時候，它可以供電，從而使輸入波動較小。 圖3.9輸入濾波電路3.9 反饋電路3.9.1 光電耦合器光耦合器是由LED和光敏三極管組成的，其作用是進(jìn)行電氣隔離，同時又進(jìn)行信號的傳輸。本次設(shè)計光電耦合器采用的是常用的線

35、性光耦PC817，因為其傳輸距離遠(yuǎn)、效率高等優(yōu)點，所以常被應(yīng)用在儀器儀表、電氣設(shè)備等領(lǐng)域中。3.9.2可控精密穩(wěn)壓源TL431可控精密穩(wěn)壓源TL431不僅性能好，而且價格低，所以被廣泛應(yīng)用在各種電源電路中，其基本接線如圖3.11所示，內(nèi)部線路圖如圖3.12所示。 圖3.11 TL431基本接線圖 圖3.12 內(nèi)部線路圖3.9.3采樣反饋電路的設(shè)計如圖3.13所示，采樣反饋電路主要由TL431、PC817和電壓采樣電阻（R11與R12）構(gòu)成。圖3.13 采樣反饋電路3.10單管正激式開關(guān)電源電路的設(shè)計本次設(shè)計的單管正激式開關(guān)電源電路主要由PWM控制電路、輸出整流濾波電路、直流變換電路、輔助電源模

36、塊、輸入濾波電路和采樣反饋電路等六部分組成。其中，直流變換電路采用正激型變換電路，輸入和輸出濾波部分主要由電解電容構(gòu)成，控制電路主要以UC3844為核心來控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止，且UC3844內(nèi)部電路有過電壓保護電路，輔助電源電路主要由三端穩(wěn)壓管LM7818組成，隔離反饋電路主要由TL431和PC817構(gòu)成。如附錄A（系統(tǒng)電路圖）所示。3.11本章小結(jié)本章開始簡單的說明了單管正激型開關(guān)電源的工作原理，然后對一些電力電子器件的工作原理及主要參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，主要包括變壓器、電容、電感、MOSFET管和二極管等，在此基礎(chǔ)上還介紹了UC3844的外圍電路。最后分別對各輔助電路進(jìn)行分析與設(shè)計。第4

37、章 單管正激式開關(guān)電源的調(diào)試與結(jié)論4.1電路板調(diào)試4.1.1通電前調(diào)試把系統(tǒng)的電路原理圖部分都完成之后，就是制作實物了。為了電路板能夠正常工作，同時方便以后電路板的調(diào)試，在焊接電路前，應(yīng)該確定每個元器件都是正常的，且在焊接電路時一定要避免虛焊。通電前檢測的目的是排除硬件故障，以免電路板通電后發(fā)生故障。在實物制作完成后，千萬不能直接通電調(diào)試，而應(yīng)該先根據(jù)電路原理圖仔細(xì)校對各個器件的參數(shù)和安裝，看它們是否符合設(shè)計要求，并認(rèn)真檢查各線路是否連接正確，然后可以用萬用表檢查各線路之間是否存在虛焊和漏焊等現(xiàn)象。4.1.2通電調(diào)試 下面分別對通電之后的幾種可能進(jìn)行分析： （1）通電之后，如果電路板正常工作但

38、是輸出功率與預(yù)期不一樣，就需要根據(jù)原理電路圖進(jìn)行檢查電路板，很有可能能是某些元器件的參數(shù)選型有誤導(dǎo)致的。比如在設(shè)計中變壓器出錯或者采樣電阻參數(shù)計算有誤，都會導(dǎo)致輸出功率變化。 （2）如果電路板不正常工作，就還需要繼續(xù)用萬用表、示波器等工具檢查電路板，應(yīng)該重點檢查開關(guān)管、反饋電路、變壓器和控制電路。可以在主電路不通電的狀態(tài)下，直接給反饋電路一個采樣電壓，看PWM控制電路產(chǎn)生的信號波形，要是PWM控制電路產(chǎn)生的信號波形是正弦波，那么就是主電路的問題，就需要仔細(xì)檢查主電路；反之，就需要認(rèn)真檢查輔助電路了。 （3）通電之后，如果電路板正常工作且達(dá)到預(yù)期效果，就說明電路板設(shè)計基本成功。4.2指標(biāo)測試電路

39、板正常工作且達(dá)到預(yù)期效果，就可以進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)的測試了。4.2.1輸出電壓電流的測試在測試輸出電流的時候，需要在輸出端接上一個負(fù)載，電流的大小會隨著負(fù)載大小的改變而改變。表4.1為當(dāng)輸出端接上負(fù)載后電路輸出電壓和負(fù)載電流的測試值。表4.1 電路的輸出電壓和負(fù)載電流值負(fù)載大?。ǎ┴?fù)載電流（A）輸出電壓（V）41.867.5061.287.5080.947.494.2.2紋波電壓紋波電壓其實就是指直流輸出電壓中的交流成分，所以，一般電路的紋波電壓都非常小，如果紋波電壓太大的話，就會對電路產(chǎn)生干擾，影響電路的穩(wěn)定性。在本次設(shè)計中，采用交流毫伏表測試紋波電壓的大小。經(jīng)測試，本次設(shè)計的正激式開關(guān)電源的紋波

40、電壓是用交流毫伏表測的，數(shù)據(jù)如表4.2所示。表4.2 單管正激式開關(guān)電源的紋波電壓測試值輸入電壓（V）紋波電壓（mV）2039.72439.82840.0由設(shè)計要求可知由表4.2可得紋波電壓因為電路中實際的紋波電壓比假設(shè)的要小的多，所以符合設(shè)計要求。4.2.2負(fù)載效應(yīng) 負(fù)載效應(yīng)是指電源指標(biāo)參數(shù)的所有影響量均保持恒定（如輸入電壓保持不變、環(huán)境溫度保持不變等），僅由負(fù)載變化所引起的輸出電壓變化的效應(yīng)。測試時在電路的輸出端接上一個負(fù)載，使穩(wěn)壓電源的輸出電流發(fā)生改變，隨著負(fù)載大小按一定比例的改變，分別記錄穩(wěn)態(tài)輸出電壓值，而輸出電壓的最大差值除以標(biāo)稱輸出電壓即為該電源的負(fù)載調(diào)整率。4.2.3效率4.3測

41、試結(jié)論 通過電路板的調(diào)試以及各技術(shù)指標(biāo)測試之后可知，本次設(shè)計的單管正激式開關(guān)電源的穩(wěn)定輸出電壓為7.5V，輸出紋波電壓很低，負(fù)載調(diào)整率也很低，而且均符合設(shè)計要求。不過，輸出電流較小，導(dǎo)致輸出功率較低，所以整個系統(tǒng)的效率不是太高。4.4本章小結(jié) 本章主要介紹了單管正激式開關(guān)電源的調(diào)試，其中包括通電前與通電后的調(diào)試，最后簡要的對各項指標(biāo)進(jìn)行了測試與分析，最后得出結(jié)論。 結(jié) 論通過這幾個月的學(xué)習(xí)與實踐以及老師的幫助我初步的掌握了開關(guān)電源的相關(guān)技術(shù)，并運用所學(xué)到的知識，不僅完成了總電路圖的設(shè)計，還完成了事物的制作，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。本次設(shè)計中，首先主電路的設(shè)計非常關(guān)鍵，其主要由變壓器、電感和開關(guān)管

42、組成，而高頻變壓器與電感的設(shè)計以及開關(guān)管的選擇主要決定著系統(tǒng)的輸出功率和穩(wěn)定性。其次，就是輔助電路了，本次設(shè)計采用了TL143與PC817構(gòu)成可靠穩(wěn)定的采樣反饋電路；采用UC3844芯片構(gòu)成PWM控制電路去控制MOS管P60NF06的導(dǎo)通與截止，此驅(qū)動控制電路簡單可靠易實現(xiàn)；采用LM7818構(gòu)成電源電路，輸出18V電壓為主控制芯片UC3844提供啟動電壓。這樣的電路組成使整個系統(tǒng)的，輸出紋波電壓很小，輸出電壓也非常穩(wěn)定在7.5V，而且整個電路基本沒有噪音，元器件也沒有什么異常，不過輸出電流較小，所以輸出功率較低，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的效率較低。當(dāng)然，通過這次小功率單管正激式開關(guān)電源的設(shè)計與學(xué)習(xí)，為以后設(shè)計一些大功率的開關(guān)電源奠定了基礎(chǔ)。不過由于自身水平有限，本次設(shè)計的單管正激式開關(guān)電源還可以有很多改進(jìn)之處，比如：可以把電路的單進(jìn)單出改為單進(jìn)多出，即不同功率的多路端口輸出或相同功率的多路端口輸出，使之得到更廣泛的應(yīng)用；在輸出端加一個數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，這樣的話就可以直接顯示輸出電壓，顯得更加直觀，用起來也更方便。參考文獻(xiàn)1杜少武.現(xiàn)代電源技術(shù)M.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2010.2胡雪梅，韓金鈴.開關(guān)電源的分類應(yīng)用及發(fā)展J.江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2006.3鄭國川，李洪英.實用開關(guān)電源技術(shù)M.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004