開關(guān)電源的畢業(yè)設(shè)計摘要電源是實現(xiàn)電能變換和功率傳遞的主要設(shè)備。在信息時代，農(nóng)業(yè)、能源、交通運輸、通信等領(lǐng)域迅猛發(fā)展，對電影產(chǎn)業(yè)提出個更多、更高的要求，如節(jié)能、節(jié)材、減重、環(huán)保、安全、可靠等。這就迫使電源工作者不斷的探索尋求各種鄉(xiāng)關(guān)技術(shù)，做出最好的電源產(chǎn)品，以滿足各行各業(yè)的要求。開關(guān)電源是一種新型的電源設(shè)備，較之于傳統(tǒng)的線性電源，其技術(shù)含量高、耗能低、使用方便，并取得了較好的經(jīng)濟效益。UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動MOS管、IGBT等，適合于制作2080W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計巧妙，由主電源電壓直接啟動，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計中“簡潔至上”的原則。設(shè)計思路，并附有詳細的電路圖。關(guān)鍵詞開關(guān)電源，UC3842，脈寬調(diào)制，功率，IGBTSWITCHINGPOWERSUPPLYDESIGNBASEDONUC3842ABSTRACATPOWERISTOACHIEVEPOWERCONVERSIONANDPOWERTRANSMISSIONMAJOREQUIPMENTINTHEINFORMATIONAGE,AGRICULTURE,ENERGY,TRANSPORTATION,COMMUNICATIONSANDOTHERAREASPOWEROFTHEFILMINDUSTRYMAKEAGREATERANDHIGHERREQUIREMENTS，SUCHASENERGY,MATERIALS,WEIGHTREDUCTION,ENVIRONMENTALPROTECTION,SAFETYANDRELIABILITYTHISHASFORCEDTHEPOWERWORKERSHAVEBEENEXPLORINGTHETECHNOLOGYFORAVARIETYOFRURALCUSTOMS,THEPOWERTOMAKETHEBESTPRODUCTSTOMEETTHEREQUIREMENTSOFALLWALKSOFLIFESWITCHINGPOWERSUPPLYISANEWTYPEOFPOWERSUPPLY,COMPAREDTOTRADITIONALLINEARPOWERSUPPLY,HIGHTECHNOLOGY,LOWENERGYCONSUMPTION,EASYTOUSE,ANDHASACHIEVEDGOODECONOMICRESULTSUC3842ISANEXCELLENTCURRENTCONTROLLEDPULSEWIDTHMODULATORIFFORSOMEREASON,THEOUTPUTVOLTAGEINCREASES,THEPULSEWIDTHMODULATORDRIVESIGNALWILLCHANGETHEPULSEWIDTH,THATIS,THEDUTYCYCLED,SOTHATTHEAVERAGEVOLTAGEDROPAFTERTHECHOPPERTOACHIEVETHEREGULATOREND,ANDVICEVERSAHOWEVERUC3842CANCONTROLDIRECTDRIVEMOS,IGBT,ETC,SUITABLEFORTHEPRODUCTIONOF2080WLOWPOWERSWITCHINGPOWERSUPPLYASTHEDEVICEISCLEVERLYDESIGNED,LAUNCHEDBYTHEMAINPOWERSUPPLYVOLTAGEDIRECTLYTOFORMCIRCUITCOMPONENTSREQUIREDFORASMALL,VERYCONSISTENTWITHCIRCUITDESIGN,“SIMPLICITYFIRST“PRINCIPLEKEYWORDSSWITCHINGPOWERSUPPLY，UC3842，PWM，POWER，IGBT目錄前言1第1章開關(guān)電源的簡介211開關(guān)電源概述2111開關(guān)電源的工作原理2112開關(guān)電源的組成3113開關(guān)電源的特點412開關(guān)器件4121開關(guān)器件的特征4122器件TL4315123電力二極管6124光耦PC8176125電力場效應(yīng)晶體管MOSFET7第2章主要開關(guān)變換電路921濾波電路922反饋電路9221電流反饋電路9222電壓反饋電路1023電壓保護電路10第3章UC38421231UC3842簡介12311UC3842的引腳及其功能12312UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)13313UC3842的使用特點1432UC3842的典型應(yīng)用電路15321反激式開關(guān)電源15322UC3842控制的同步整流電路16323升壓型開關(guān)電源19第4章利用UC3842設(shè)計小功率電源2141電源設(shè)計指標21411元件的選擇21412電路結(jié)構(gòu)的選擇2342啟動電路2343PWM脈沖控制驅(qū)動電路2444直流輸出與反饋電路2545總體電路圖分析26結(jié)論28參考文獻29致謝30附錄1總體電路圖31附錄2開關(guān)電源常用英文標志與縮寫32外文資料譯文33前言電源POWERSUPPLYPOWERSOURCE向電子設(shè)備提供功率的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。發(fā)電機能把機械能轉(zhuǎn)換成電能，干電池能把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能發(fā)電機電池本身并不帶電,它的兩極分別有正負電荷,由正負電荷產(chǎn)生電壓電流是電荷在電壓的作用下定向移動而形成的,電荷導(dǎo)體里本來就有,要產(chǎn)生電流只需要加上電壓即可,當電池兩極接上導(dǎo)體時為了產(chǎn)生電流而把正負電荷釋放出去,當電荷散盡時,也就荷盡流壓消了干電池等叫做電源。通過變壓器和整流器，把交流電變成直流電的裝置叫做整流電源。能提供信號的電子設(shè)備叫做信號源。晶體三極管能把前面送來的信號加以放大，又把放大了的信號傳送到后面的電路中去。晶體三極管對后面的電路來說，也可以看做是信號源。整流電源、信號源有時也叫做電源。電子設(shè)備都離不開可靠的電源，進入80年代計算機電源全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代，進入90年代開關(guān)電源相繼進入各種電子、電器設(shè)備領(lǐng)域，程控交換機、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，更促進了開關(guān)電源技術(shù)的迅速發(fā)展。電力電子技術(shù)的發(fā)展,特別是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速發(fā)展,將開關(guān)電源的工作頻率提高到相當高的水平,使其具有高穩(wěn)定性和高性價比等特性。開關(guān)電源技術(shù)的主要用途之一是為信息產(chǎn)業(yè)服務(wù)，信息技術(shù)的發(fā)展對電源技術(shù)又提出了更高的要求,從而促進了開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展。第1章開關(guān)電源的簡介11開關(guān)電源概述111開關(guān)電源的工作原理開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖11進行說明。圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓UI經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓UI變成矩形脈沖電壓。這個脈沖電壓經(jīng)濾波電路進行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓UO。UISUI0TONU0T0T0BVAU0A電路圖；B波形圖圖11開關(guān)電源的工作原理為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下11TDON式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；TON表示開關(guān)S在一個開關(guān)周期中的導(dǎo)通時間。開關(guān)電源直流輸出電壓UO與輸入電壓UI之間有如下關(guān)系UOUID12由式11和式12可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時間，即可改變脈沖占空比D，從而達到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。T不變，只改變N0T來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制PWM。由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用得較多。若保持不變，利用改變開關(guān)頻率F1/T實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實N0T現(xiàn)輸出直流電壓UO穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制PFM。由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計不易實現(xiàn)最優(yōu)化。既改變，又改變T，實N0現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式。在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用1。112開關(guān)電源的組成開關(guān)電源的基本組成如圖12所示。其中DC/DC變換器用以進行功率變換，它是開關(guān)電源的核心部分；驅(qū)動器是開關(guān)信號的放大部分，對來自信號源的開關(guān)信號進行放大和整形，以適應(yīng)開關(guān)管的驅(qū)動要求；信號源產(chǎn)生控制信號，該信號由它激或自激電路產(chǎn)生，可以是PWM信號、PFM信號或其他信號；比較放大器對給定信號和輸出反饋信號進行比較運算，控制開關(guān)信號的幅值、頻率、波形等，通過驅(qū)動器控制開關(guān)器件的占空比，以達到穩(wěn)定輸出電壓值的目的。除此之外，開關(guān)電源還有輔助電路，包括啟動、過流過壓保護、輸入濾波、輸出采樣、功能指示等電路。反饋回路檢測其輸出電壓，并與基準電壓比較，其誤差通過誤差放大器進行放大，控制脈寬調(diào)制電路，再經(jīng)過驅(qū)動電路控制半導(dǎo)體開關(guān)的通斷時間，從而調(diào)整輸出電壓。DC/DC變換器有多種電路形式，其中控制波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準正弦波的諧振變換器應(yīng)用較為普遍。開關(guān)電源的負載變換瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器的特性決定，所以可以通過提高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。圖12開關(guān)電源的基本組成113開關(guān)電源的特點開關(guān)電源具有如下特點1效率高。開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗小，效率高，一般在8090，高的可達90以上；2重量輕。由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量只有同容量線性電源的1/5，體積也大大縮小了；3穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的交流輸入電壓在90270V內(nèi)變化時，輸出電壓的變化在2以下。合理設(shè)計開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率；（4）安全可靠。在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護電路，因此當電源負載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠；5功耗小。由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20KHZ以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是，由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞，因此采用開關(guān)電源可以提高整機的可靠性和穩(wěn)定性2。12開關(guān)器件121開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征1能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠大于處理信息的電子器件。2開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時通態(tài)阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定。3開關(guān)器件的動態(tài)特性也是很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題。作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替實際開關(guān)。4電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制。在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的信號進行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動電路。5為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作時一般都要安裝散熱器。導(dǎo)通時，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗。對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一。122器件TL431TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從VREF（25V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為02，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3。TL431特點（1）最大輸出電壓為36V；（2）電壓參考誤差04，典型值25（TL431B）；（3）低動態(tài)輸出阻抗，典型022；（4）負載電流能力10MATO100MA；（5）等效全范圍溫度系數(shù)50PPM/典型；（6）溫度補償操作全額定工作溫度范圍；（7）低輸出噪聲電壓。RKA圖13TL431的外觀和管腳123電力二極管電力二極管可分為普通二極管,快恢復(fù)二極管,肖特基二極管三種。1普通二極管GENERALPURPOSEDIODE普通二極管又稱為整流二極管RECTIFIERDIODE，多用于開關(guān)頻率不高1KHZ以下的整流電路中。其反向恢復(fù)時間較長，一般在5S以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要。其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達到很高，分別可達數(shù)千安和數(shù)千伏以上。2快恢復(fù)二極管FRD快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管?？焖俣O管在工藝上多采用了摻金措施，有的采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進的PIN結(jié)構(gòu)。采用外延型PIN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)外延二極管FASTRECOVERYEPITAXIALDIODES，F(xiàn)RED，其反向恢復(fù)時間更短可低于50NS，正向壓降也很低09V左右，但其反向耐壓多在400V以下?？焖俣O管從性能上可分為快速恢復(fù)和超快速恢復(fù)兩個等級，前者反向恢復(fù)時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100NS以下，有的甚至達到2030NS。3肖特基二極管以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢壘為基礎(chǔ)的二極管稱為肖特基勢壘二極管SBD，簡稱為肖特基二極管。肖特基二極管的優(yōu)點很多，主要是反向恢復(fù)時間很短1040NS，正向恢復(fù)過程中不會有明顯的電壓過沖；在反向耐壓較低的情況下其正向壓降也很小，明顯低于快恢復(fù)二極管；其開關(guān)損耗和正向?qū)〒p耗都比快速二極管還要小，效率高。肖特基二極管的不足之處是當反向耐壓提高時，其正向壓降也會高得不能滿足要求，因此多用于200V以下；反向漏電流較大且對溫度敏感，因此反向穩(wěn)態(tài)損耗不能忽略，而且必須更嚴格地限制其工作溫度4。124光耦PC817PC81712是常用的線性光藕，在各種要求比較精密的功能電路中常常被當作耦合器件，具有上下級電路完全隔離的作用，相互不產(chǎn)生影響當輸入端加電信號時，發(fā)光器發(fā)出光線，照射在受光器上，受光器接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實現(xiàn)了“電光電”的轉(zhuǎn)換。普通光電耦合器只能傳輸數(shù)字信號（開關(guān)信號），不適合傳輸模擬信號。線性光電耦合器是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號，這樣隨著輸入信號的強弱變化會產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度也不同，輸出的電壓或電流也隨之不同,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。主要應(yīng)用范圍開關(guān)電源、適配器、充電器、UPS、DVD、空調(diào)及其它家用電器等產(chǎn)品6。圖14PC817的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)125電力場效應(yīng)晶體管MOSFET1電力場效應(yīng)晶體管的特點電力場效應(yīng)晶體管主要指絕緣柵型中的MOS型，簡稱電力MOSFET。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性好，電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10KW的電源電子裝置。2電力場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理AN溝道內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷面示意圖；B電氣圖形符號圖15電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號電力MOSFET的種類按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道，如圖15所示。其中G為柵極，S為源極，D為漏極。電力MOSFET的工作原理是在截止狀態(tài)，漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)反偏，漏源極之間無電流流過；在導(dǎo)電狀態(tài)，在柵源極間加正電壓UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過，但柵極的正電壓會將其下面P區(qū)中的空穴推開，而將P區(qū)中的電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。第2章主要開關(guān)變換電路21濾波電路輸入濾波電路具有雙向隔離作用，它可抑制從交流電網(wǎng)輸入的干擾信號，同時也防止開關(guān)電源工作時產(chǎn)生的諧波和電磁干擾信號影響交流電網(wǎng)。圖21所示濾波電路是一種復(fù)合式EMI濾波器，L1、L2和C1構(gòu)成第一級濾波，共模電感L3和電容C2、C3進行第二級濾波圖21輸入濾波電路C1用于濾除差模干擾，選用高頻特性較好的薄膜電容。電阻R給電容提供放電回路，避免因電容上的電荷積累而影響濾波器的工作特性。C2、C3跨接在輸出端，能有效地抑制共模干擾。為了減小漏電流，C2、C3宜選用陶瓷電容器7。22反饋電路221電流反饋電路電流反饋電路采用電流互感器，通過檢測開關(guān)管上的電流作為采樣電流，原理如圖22所示。電流互感器的輸出分為電流瞬時值反饋和電流平均值反饋兩路，R2上的電壓反映電流瞬時值。開關(guān)管上的電流變化會使UR2變化，UR2接入UC3842的保護輸入端腳，當UR21V時，UC3842芯片的輸出脈沖將關(guān)斷。通過調(diào)節(jié)R1、R2的分壓比可改變開關(guān)管的限流值，實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期比較，屬于限流式保護。輸出脈沖關(guān)斷，實現(xiàn)對電流平均值的保護，屬于截流式保護。兩種過流保護互為補充，使電源更為安全可靠。采用電流互感器采樣，使控制電路與主電路隔離，同時與電阻采樣相比降低了功耗，有利于提高整個電源的效率1。圖22電流反饋電路222電壓反饋電路電壓反饋電路如圖23所示。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器反饋到UC3842的腳，調(diào)節(jié)R1、R2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達到較高的穩(wěn)壓精度。如果輸出電壓UO升高，集成穩(wěn)壓器TL431的陰極到陽極的電流增大，使光電耦合器輸出的三極管電流增大，即UC3842腳對地的分流變大，UC3842的輸出脈寬相應(yīng)變窄，輸出電壓UO減小。同樣如果輸出電壓UO減小，可通過反饋調(diào)節(jié)使之升高10。圖23電壓反饋電路23電壓保護電路圖24所示為輸出過電壓保護電路。穩(wěn)壓管VS的擊穿，電壓稍大于輸出電壓額定值，輸出正常時，VS不導(dǎo)通，晶閘管V的門極電壓為零，不導(dǎo)通。當輸出過壓時，VS擊穿，V受觸發(fā)導(dǎo)通，使光電耦合器輸出三極管電流增大，通過UC3842控制開關(guān)管關(guān)斷。圖24輸出過電壓保護電第3章UC384231UC3842簡介繼MC1394、AN5900之后，人們又開發(fā)出功能更完善的它激單端輸出驅(qū)動集成電路。其特點是除內(nèi)部PWM系統(tǒng)外，還設(shè)有多路保護輸入和穩(wěn)定的基準電壓發(fā)生器，同時還具有小電流啟動功能。典型的UC3842就是其中的代表，它功能完善，性能可靠，目前廣泛被各種普通電源采用，還被用于有源因數(shù)改善電路和高壓升壓式開關(guān)電源中。UC3842是美國UNITRODE公司14生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片。UC3842為8腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部原理框圖如圖1所示。主要由50V基準電壓源、用來精確地控制占空比調(diào)定的振蕩器、降壓器、電流測定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等構(gòu)成。端1為COMP端；端2為反饋端；端3為電流測定端；端4接RT、CT確定鋸齒波頻率；端5接地；端6為推挽輸出端，有拉、灌電流的能力；端7為集成塊工作電源電壓端，可以工作在840V；端8為內(nèi)部供外用的基準電壓5V，帶載能力50MA。311UC3842的引腳及其功能UC3842VCC7VREF8RT/CT4VFB2COMP1OUT6GND5ISENSE3圖31UC3842的引腳如圖31腳為內(nèi)部誤差放大器輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻1率特性腳為誤差放大器的取樣電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的225V基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；腳為PWM比較器的另一輸入端，當檢測電壓超過LV時停止脈沖輸出使電3源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時電容CT端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，4F18RTCT腳為接地端。5腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50NS驅(qū)動能力6為LA；腳為啟動/工作電壓輸入端腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，7芯片功耗為15MW。腳為內(nèi)部5V基準電壓輸出端，有50MA的負載能力。8312UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)UC3842為雙列8腳單端輸出的它激式開關(guān)電源驅(qū)動集成電路，其內(nèi)部電路包括振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、PWM鎖存電路、5VC基準電源、欠壓鎖定電路、圖騰柱輸出電路15、輸出電路等，見圖32。圖32UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)15V的基準電源內(nèi)部電源,經(jīng)衰減得到25V作為誤差比較器的比較基準該電源還可以提供外部5V/50MA2振蕩器產(chǎn)生波振蕩RT接在4RET8腳之間,CT接4GND5之間頻率F18/CTRT,最大為500KHZ3誤差放大器由VFB端輸入的反饋電壓和25V做比較，誤差電壓COMP用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。COMP端引出接外部RC網(wǎng)絡(luò),以改變增益和頻率特性4輸出電路圖騰柱輸出結(jié)構(gòu)，電路1A，驅(qū)動MOS管及雙極型晶體管。5電流取樣比較器腳ISENSE用于檢測開關(guān)管電流，可以用電阻或電流互感器采樣，當VISENSE1V時，關(guān)閉輸出脈沖，使開關(guān)管關(guān)斷。這實際上是一個過流保護電路。6欠壓鎖定電路VVLO開通閾值16V，關(guān)閉閾值10V。具有滯回特性。7PWM鎖存電路保證每一個控制脈沖作用不超過一個脈沖周期，即所謂逐脈沖控制。另外，VCC與GND之間的穩(wěn)壓管用于保護，防止器件損壞。圖騰柱輸出電路1TOTEMPOLE由于此結(jié)構(gòu)畫出的電路圖有點像印第安人的圖騰柱，所以叫圖騰柱式輸出，也叫圖騰式輸出。輸出極采用一個上電阻接一個NPN型晶體管的集電極，這個晶體管的發(fā)射極接下面管子的集電極同時輸出；下晶體管的發(fā)射極接地。兩晶體管的基極分別接前級的控制。就是上下兩個輸出晶體管，從直流角度看是串聯(lián)，兩晶體管聯(lián)接處為輸出端。上晶體管導(dǎo)通下晶體管截止，輸出高電平；下晶體管導(dǎo)通上晶體管截止，輸出低電平；上下兩晶體管均截止，則輸出為高阻態(tài)。在開關(guān)電源中，類似的電路常稱為“半橋電路”。313UC3842的使用特點1采用單端圖騰柱式PWM脈沖輸出，輸出驅(qū)動電流為200MA，峰值可達1A。2啟動電壓大于16V，啟動電流僅1MA即可進入工作狀態(tài)。處于正常工作狀態(tài)時，工作電壓在1034V之間，負載電流為15MA。超出此限制，開關(guān)電源呈欠電壓或過電壓保護狀態(tài)，無驅(qū)動脈沖輸出。3內(nèi)設(shè)5V50MA基準電壓源，經(jīng)21分壓后作為取樣基準電壓。4輸出電流為200MA，峰值為1A，既可驅(qū)動雙極型三極管也可驅(qū)動MOSFET管。若驅(qū)動雙極型三極管，應(yīng)加入開關(guān)管截止加速RC電路，同時將內(nèi)部振蕩器的頻率限制在40KHZ以下。若驅(qū)動MOSFET管，振蕩頻率由外接RC電路設(shè)定，工作頻率最高可達500KHZ。5內(nèi)設(shè)過流保護輸入3腳和誤差放大輸入1腳兩個PWM控制端。誤差放大器輸入構(gòu)成主PWM控制系統(tǒng)，可使負載變動在30100時輸出負載調(diào)整率在8以下，負載變動在70100時負載調(diào)整率在3以下。6過流檢測輸入端可對每個脈沖進行控制，直接控制每個周期的脈寬，使輸出電壓調(diào)整率達到001V。如果腳電壓大于1V或腳電壓小于1TTC85011CRTFV，PWM比較器輸出高電平使鎖存器復(fù)位，直到下一個脈沖到來時才重新置位。利用腳和腳的電平關(guān)系，在外電路控制鎖存器的開/閉，使鎖存器每個周期只輸出一次觸發(fā)脈沖。因此，電路的抗干擾性極強，開關(guān)管不會誤觸發(fā)，提高了可靠性。7內(nèi)部振蕩器的頻率由腳外接電阻與腳外接電容設(shè)定。集成電路內(nèi)部基準電壓通過腳引入外同步。腳和腳外接RT、CT構(gòu)成定時電路，CT的充電與放電過程構(gòu)成一個振蕩周期，其振蕩頻率可由下式近似得出（31）32UC3842的典型應(yīng)用電路321反激式開關(guān)電源反激電路中的變壓器起著儲能元件的作用，可以看作是一對相互耦合的電感。工作過程是開關(guān)開通后，V處于斷態(tài)，初級繞組的電流線性增長，電感儲能增加；開關(guān)關(guān)斷后，初級繞組的電流被切斷，變壓器中的磁場能量通過次級繞組和V向輸出端釋放。圖33是反激式開關(guān)電源原理圖，其中的控制芯片采用UC3842。電源的輸出電壓等級有三種5V、12V、12V。該電路變換器是一個降壓型開關(guān)電路。由單管驅(qū)動隔離變壓器TC主繞組N1電流，C2、R3可以提供變壓器原邊泄放的通路。輸出經(jīng)整流、濾波送負載。芯片所用的電源VCC由R2從整流后電壓提供提供。VCC同時也作為輔助反饋繞組N3的反饋電壓。反饋比較電路信號是從輔助繞組N3經(jīng)過V1、V2、C3、C4等整流濾波后得到的VCC分壓提取的。C6、R7構(gòu)成信號的有源濾波。開關(guān)管電流被R10取樣后，經(jīng)R9、C7濾波，送芯片ISENSE端，當反饋信號值超過閾值1V時，確認過載，關(guān)斷電源輸出。芯片輸出部分由OUT端驅(qū)動單MOSFET管，C8、V3對開關(guān)管有電壓鉗位作用1。圖33UC3842組成的反激式電源322UC3842控制的同步整流電路圖34為使用它激式驅(qū)動電路UC3842組成的5V10A開關(guān)穩(wěn)壓電源。其基本技術(shù)參數(shù)如下輸入電壓816V，輸出電壓5V，最大負載電流10A，輸出端脈沖紋波峰值25V，TL431的穩(wěn)壓值降低，光耦控制端電流增大，UC3842的反饋端VFB電壓值增大，輸出端的脈沖信號占空比降低，開關(guān)管的導(dǎo)通時間減少，輸出電壓降低；反之，如果輸出電壓出現(xiàn)負誤差，UC3842的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達到穩(wěn)壓目的。在對電壓精度要求高的場合，會把電壓反饋信號從補償端CMOP輸入，不用UC3842的內(nèi)部放大器，因此反饋信號的傳輸縮短了一個放大器的傳輸時間，使電源的動態(tài)響應(yīng)更快。45總體電路圖分析033F1VR1LR1850KC1568UFC1622UF220VC102UFC202UF47MHRC3UFC4PT1UC384261284537R11KC6033UFR2100C18001UFR451KC8410PF/12VZD116VR533R191KR605C947UFKRAR712VN4N3C10047UFR39C111000UF/25VC12001UFC131000UF/25VL2150UHPC817R9470R11470R101KR1675KR1510KC141UFTL431R1747KC171000UFR191KC51000UFN1N2L133UH5V033UF1R2024K8C7001UFD1FR307D2MUR3020D3D5MUR302010R351K圖45總體電路圖本設(shè)計利用UC3842組成的PWM脈沖控制驅(qū)動電路，輸出5V和12V兩個直流電源。電路分為四個模塊，整流濾波電路，為UC3842提供啟動電壓，UC3842組成的PWM脈沖電路，驅(qū)動MOSFET管為變壓器線圈提供脈沖，兩個輸出電路，以及一個電壓反饋電路。當電路啟動運行后，UC3842的啟動電壓由R7分壓,再經(jīng)二極管整流后，得到的直流電壓提供，此時第一模塊的啟動電路不再提供啟動電壓。設(shè)計的特點在于精密的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。結(jié)論UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制器。假如由于某種原因使輸出電壓升高時，脈寬調(diào)制器就會改變驅(qū)動信號的脈沖寬度，亦即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。UC3842可以直接驅(qū)動MOS管、IGBT等，適合于制作2080W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計巧妙，構(gòu)成電路所需元件少，非常符合電路設(shè)計中“簡潔至上”的原則。參考文獻1辛伊波，陳文清開關(guān)電源基礎(chǔ)與應(yīng)用西安西安電子科技大學(xué)出版社，20092王兆安，黃俊電力電子技術(shù)（第四版）北京機械工業(yè)出版社，20003楊素行模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）北京高等教育出版社，20054張立現(xiàn)代電力電子技術(shù)北京科學(xué)出版社，20015薛永義,王淑英,何希才新型電源電路應(yīng)用實例北京電子工業(yè)出版社，20006劉勝利現(xiàn)代高頻電源實用技術(shù)北京電子工業(yè)出版社，20037文立增加電源密度的低成本電源模塊北京中國電源學(xué)會通訊，20068景占榮通信基礎(chǔ)電源西安西安電子科技大學(xué)出版社，20039丁道宏，陳東偉電力電子技術(shù)應(yīng)用（第四版）北京航空工業(yè)出版社，200410林中電力電子變換技術(shù)重慶重慶大學(xué)出版社，200711楊新洲新穎開關(guān)變換技術(shù)北京國防科技大學(xué)出版社，200112張占松,蔡薛三開關(guān)電源的原理與設(shè)計北京電子工業(yè)出版社，200113周志敏開關(guān)電源實用技術(shù)北京人民郵電出版社,200514景占榮，通信基礎(chǔ)電源西安西安電子科技大學(xué)出版社，200515沙占友，新型特種集成電源及應(yīng)用北京人民郵電出版社，2003致謝本次設(shè)計是在辛老師的指導(dǎo)下完成的，從最初我對本次設(shè)計的不了解到能夠整體把握再到比較順利的完成本次設(shè)計，這一步一步的走來，其中都包含了張老師耐心的指引和教導(dǎo)。通過本次設(shè)計，我從了解了UC3842的功用，對于小功率電源的設(shè)計有了初步的認識。此外還要感謝我們小組的其他三位成員，在設(shè)計的整個過程中，我們相互討論，也解決了一定的問題，從你們身上我看到了“認真”二字，在無形中也促使我更加用心的完成本次設(shè)計。在設(shè)計的過程中，也得到了許多同學(xué)寶貴的建議，在此一并致以誠摯的謝意。最后，衷心的感謝母校的每位老師，謝謝你們在學(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān)心與支持。衷心祝愿母校的明天更加美好附錄1總體電路圖033F1VR1LR1850KC1568UFC1622UF220VC102UFC202UF47MHRC3UFC4PT1UC384261284537R11KC6033UFR2100C18001UFR451KC8410PF/12VZD116VR533R191KR605C947UFKRAR712VN4N3C10047UFR39C111000UF/25VC12001UFC131000UF/25VL2150UHPC817R9470R11470R101KR1675KR1510KC141UFTL431R1747KC171000UFR191KC51000UFN1N2L133UH5V033UF1R2024K8C7001UFD1FR307D2MUR3020D3D5MUR302010R351K附錄2開關(guān)電源常用英文標志與縮寫AC交流電ACINPUTACIN交流輸入CAPACITORC電容器CIRCUIT電路CURRENTMONITOR電流監(jiān)控器DCAMPDCAMPLIFIER直流放大器HIGHPASSFILTER高通濾波器HALFBRIDGE半橋LPFLOWPASSFILTER低通濾波器ON/OFF開/關(guān)OVERSHOOT過沖ORINGDIODE或二極管OUTPUTPOWERRATING額定輸出功率PCB印制電路板INDICATINGLAMP信號燈，指示燈POTENTIOMETER電位器POWERINDICATOR電源指示POWERSW電源開關(guān)POWERTRANSFORMER電源變壓器POWEROUTPUT功率輸出POWERSUPPLY電源供給POWERON/OFF電源通/斷PULSECLIP脈沖限幅PRIMARYSIDE初級線圈PROTECTOR保護器POSTREGULATOR二次穩(wěn)壓外文資料譯文POWERELECTRONICSELECTROMAGNETICCOMPATIBILITYTHEELECTROMAGNETICCOMPATIBILITYISSUESINPOWERELECTRONICSYSTEMSAREESSENTIALLYTHEHIGHLEVELSOFCONDUCTEDELECTROMAGNETICINTERFERENCEEMINOISEBECAUSEOFTHEFASTSWITCHINGACTIONSOFTHEPOWERSEMICONDUCTORDEVICESTHEADVENTOFHIGHFREQUENCY,HIGHPOWERSWITCHINGDEVICESRESULTEDINTHEWIDESPREADAPPLICATIONOFPOWERELECTRONICCONVERTERSFORHUMANPRODUCTIONSANDLIVINGSTHEHIGHPOWERRATINGANDTHEHIGHSWITCHINGFREQUENCYOFTHEACTIONSMIGHTRESULTINSEVERECONDUCTEDEMIPARTICULARLY,WITHTHEINTERNATIONALANDNATIONALEMCREGULATIONSHAVEBECOMEMORESTRICTLY,MODELINGANDPREDICTIONOFEMIISSUESHASBEENANIMPORTANTRESEARCHTOPICBYEVALUATINGDIFFERENTMETHODOLOGIESOFCONDUCTEDEMIMODELINGANDPREDICTIONFORPOWERCONVERTERSYSTEMSINCLUDESTHEFOLLOWINGTWOPRIMARYLIMITATIONS1DUETODIFFERENTAPPLICATIONS,SOMEOFTHEEXISTINGEMIMODELINGMETHODSAREONLYVALIDFORSPECIFICAPPLICATIONS,WHICHRESULTSININADEQUATEGENERALITY2SINCEMOSTEMISTUDIESAREBASEDONTHEQUALITATIVEANDSIMPLIFIEDQUANTITATIVEMODELS,MODELINGACCURACYOFBOTHMAGNITUDEANDFREQUENCYCANNOTMEETTHEREQUIREMENTOFTHEFULLSPANEMIQUANTIFICATIONSTUDIES,WHICHRESULTSINWORSEACCURACYSUPPORTEDBYNATIONALNATURALSCIENCEFOUNDATIONOFCHINAUNDERGRANT50421703,THISDISSERTATIONAIMSTOACHIEVEANACCURATEPREDICTIONANDAGENERALMETHODOLOGYSEVERALWORKSINCLUDINGTHEEMIMECHANISMSANDTHEEMIQUANTIFICATIONCOMPUTATIONSAREDEVELOPEDFORPOWERELECTRONICSYSTEMSTHEMAINCONTENTSANDORIGINALITIESINTHISRESEARCHCANBESUMMARIZEDASFOLLOWSIINVESTIGATIONSONGENERALCIRCUITMODELSANDEMICOUPLINGMODESINORDERTOEFFICIENTLYANALYZEANDDESIGNEMIFILTER,THECONDUCTEDEMINOISEISTRADITIONALDECOUPLEDTOCOMMONMODECMANDDIFFERENTIALMODEDMCOMPONENTSTHISDECOUPLINGISBASEDONTHEASSUMPTIONTHATEMIPROPAGATIONPATHSHAVEPERFECTLYBALANCEDANDTIMEINVARIANTCIRCUITSTRUCTURESINAPRACTICALCASE,POWERCONVERTERSUSUALLYPRESENTINEVITABLEUNSYMMETRICALORTIMEVARIANTCHARACTERISTICSDUETOTHEEXISTENCEOFSEMICONDUCTORSWITCHESSODMANDCMCOMPONENTSCANNOTBETOTALLYDECOUPLEDANDTHEYCANTRANSFORMTOEACHOTHERTHEREFORE,THEMODETRANSFORMATIONLEDTOANOTHERNEWMODEOFEMIMIXEDMODEEMIINORDERTOUNDERSTANDFUNDAMENTALMECHANISMSBYWHICHTHEMIXEDMODEEMINOISEISEXCITEDANDCOUPLED,THISDISSERTATIONPROPOSESTHEGENERALCONCEPTOFLUMPEDCIRCUITMODELFORREPRESENTINGTHEEMINOISEMECHANISMFORPOWERELECTRONICCONVERTERSTHEEFFECTSOFUNBALANCEDNOISESOURCEIMPEDANCESONEMIMODETRANSFORMATIONAREANALYZEDTHEMODETRANSFORMATIONSBETWEENCMANDDMCOMPONENTSAREMODELEDTHEFUNDAMENTALMECHANISMOFTHEONINTRINSICEMIISFIRSTINVESTIGATEDFORASWITCHEDMODEPOWERSUPPLYCONVERTERINDISCONTINUOUSCONDUCTIONMODE,THEDMNOISEISHIGHLYDEPENDENTONCMNOISEBECAUSEOFTHEUNBALANCEDDIODEBRIDGECONDUCTIONITISSHOWNTHATWITHTHESUITABLEANDJUSTIFIEDMODEL,MANYPRACTICALFILTERSPERTINENTTOMIXEDMODEEMIAREINVESTIGATED,ANDTHENOISEATTENUATIONCANALSOBEDERIVEDTHEORETICALLYTHESEINVESTIGATIONSCANPROVIDEAGUIDELINEFORFULLUNDERSTANDINGOFTHEEMIMECHANISMANDACCURACYMODELINGINPOWERELECTRONICCONVERTERSPUBLICATIONSANEWTECHNIQUEFORMODELINGANDANALYSISOFMIXEDMODECONDUCTEDEMINOISE,IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS,2004STUDYOFDIFFERENTIALMODEEMIOFSWITCHINGPOWERSUPPLIESWITHRECTIFIERFRONTEND,TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETY,2006IIIDENTIFICATIONOFESSENTIALCOUPLINGPATHMODELSFORCONDUCTEDEMIPREDICTIONCONDUCTEDEMIPREDICTIONPROBLEMISESSENTIALLYTHEPROBLEMOFEMINOISESOURCEMODELINGANDEMINOISEPROPAGATIONPATHMODELINGTHESEMODELINGMETHODSCANBECLASSIFIEDINTOTWOAPPROACHES,MATHEMATICSBASEDMETHODANDMEASUREMENTBASEDMETHODTHEMATHEMATICSMETHODISVERYTIMECONSUMINGBECAUSETHECIRCUITMODELSAREVERYCOMPLICATEDTHEMEASUREMENTMETHODISONLYVALIDFORSPECIFICCIRCUITTHATISCONVENIENTLYTOBEMEASURED,ANDISLACKOFGENERALITYANDIMPRACTICABILITYTHISDISSERTATIONPROPOSESANOVELMODELINGCONCEPT,CALLEDESSENTIALCOUPLINGPATHMODELS,DERIVEDFROMACIRCUITTHEORETICALVIEWPOINT,MEANSTHATTHESIMPLESTMODELSCONTAINTHEDOMINANTNOISESOURCESANDTHEDOMINANTNOISECOUPLINGPATHS,WHICHCANPROVIDEAFULLFEATUREOFTHEEMIGENERATIONSAPPLYINGTHENEWIDEA,THISWORKINVESTIGATESTHECONDUCTEDEMICOUPLINGINANAC/DCHALFBRIDGECONVERTERTHREEMODESOFCONDUCTEDEMINOISEAREIDENTIFIEDBYTIMEDOMAINMEASUREMENTSTHELUMPEDCIRCUITMODELSAREDERIVEDTODESCRIBETHEESSENTIALCOUPLINGPATHSBASEDONTHEIDENTIFICATIONOFTHEEMICOUPLINGMODESMEANWHILE,THISSTUDYILLUSTRATESTHEEXTRACTIONOFTHEPARAMETERSINTHEAFOREDESCRIBEDMODELSBYMEASUREMENTS,ANDDEMONSTRATESTHESIGNIFICANCEOFEACHCOUPLINGPATHINPRODUCINGCONDUCTEDEMIITISSHOWNTHATTHEPROPOSEDMETHODISVERYEFFECTIVEANDACCURATEINIDENTIFYINGANDCAPTURINGEMIFEATURESTHEEQUIVALENTMODELSOFEMINOISEARESORTEDOUTBYJUSTAFEWSIMPLEMEASUREMENTSUNDERTHESEAPPROACHES,EMIPERFORMANCECANBEPREDICTEDTOGETHERWITHTHEFILTERINGSTRATEGIESPUBLICATIONSIDENTIFICATIONOFESSENTIALCOUPLINGPATHMODELSFORCONDUCTEDEMIPREDICTIONINSWITCHINGPOWERCONVERTERS,IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS,2006NOISESOURCELUMPEDCIRCUITMODELINGANDIDENTIFICATIONFORPOWERCONVERTERS,IEEETRANSACTIONSONINDUSTRIALELECTRONICS,2006IIIHIGHFREQUENCYCONDUCTEDEMISOURCEMODELINGTHECONVENTIONALMETHODOFEMIPREDICTIONISTOMODELTHECURRENTORVOLTAGESOURCEASAPERIODICTRAPEZOIDALPULSETRAINHOWEVER,THESINGLESLOPEAPPROXIMATIONFORRISEANDFALLTRANSITIONSCANNOTCHARACTERIZETHEREALSWITCHINGTRANSITIONSINVOLVEDINHIGHFREQUENCYRESONANCESINMOSTCOMMONNOISESOURCEMODELSSIMPLETRAPEZOIDALWAVEFORMSAREUSEDWHERETHEHIGHFREQUENCYINFORMATIONOFTHEEMISPECTRUMISLOSTTHOSEMODELSMADESEVERALIMPORTANTASSUMPTIONSWHICHGREATLYIMPAIRACCURACYINTHEHIGHFREQUENCYRANGEOFC