基于UC3842开关稳压电源的设计开题报告

毕业论文（设计）开题报告论文题目：基于UC3842开关稳压电源的设计系部名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：2010年3月12日毕业论文（设计）开题报告1一、结合毕业论文（设计）任务书的要求，根据所查阅的文献资料，撰写3000字左右的文献综述：一、绪论随着电子技术的发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。传统的线性稳压电源，调整管功耗较大，电源效率很低，一般只有45%左右，另外，由于调整管上消耗较大的功率，所以需要采用大功率调整管并装有体积很大的散热器，于是它很难满足电子设备发展的要求，从而促成了高效率、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。PWM开关电源的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压PWM开关电源的组成模块，如下图1：图1二、开关稳压电源的发展2开关稳压电源的发展经历了几个重要的阶段，下面分别从国际和国内两个角度对开关电源的发展进行概述：[1]国际发展状况1955年美国罗耶（GH.Roger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换控制电路的开端，此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压晶体管的出现使直流变换器可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关稳压电源成为各种电源的佼佼者。[2]国内发展情况我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作开始于60年代初期，到60年代中期进入实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。1974年研制成功了工作频率为10kHz、输出电压为5V的无工频降压变压器开关稳压电源。近10多年来，我国的许多研究所、工厂及高等院校已研制出多种型号的工作频率在20kHz左右，输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关稳压电源，并应用于电子计算机、通信、电视等方面，取得了较好的效果。工作频率为100kHz—200kHz的高频开关稳压电源于80年代初期就已开始试制，90年代初期就已试制成功。目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的国家相比仍有较大的差距。此外，这些年来，我国虽然把无工频变压器开关稳压电源的工作频率从数十kHz提高到了数百kHz，把输出功率由数十瓦提高到了数百瓦甚至数千瓦，但是，由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展，导致我们自己研制和生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。所以我国的开关稳压电源事业要发展，要赶超世界先进水平，3最根本的是要提高我国的半导体技术和工艺。三、开关稳压电源目前存在问题随着半导体技术和微电子技术的高速发展，集成度高、功能强大的大规模集成电路的不断出现，使得电子设备的体积在不断地缩小，重量在不断地减轻，所以科学家们正致力于研制出效率更高、体积更小、重量更轻的开关变压器或者通过别的途经取代开关变压器，使之能够满足电子仪器和设备微小型化的需要，这是从事开关稳压电源研制的科技人员目前正在克服的一个困难。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的，并且开关稳压电源中由于采用了开关变压器以后，才能使之由一组输入得到极性、大小各不相同的多组输出。要进一步提高开关稳压电源的效率，就必须提高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路中的元器件又有了新的要进一步研制适应高频率工作的有关电路元器件，是从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第二个问题。工作在线性状态的线性稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且波纹电压输出较小。但是在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和电流会通过电路中的元件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰就会污染市电电网，影响邻近的电子仪器及设备的正常工作。随着开关稳压电源电路和抑制干扰措施的不断改进，开关稳压电源的这一缺点得到了一定的克服，可以达到不妨碍一般的电子仪器、家用电器的正常工作的程度。但是在一些精密电子仪器中，由于开关稳压电源的这一缺点，却使它得不到使用。所以，克服开关稳压电源的这一缺点，进一步提高它的使用范围，是从事开关稳压电源研制科技人员要解决的第三个问题。四、开关电源技术发展动向1.小型、薄型、轻量化由于电源轻、小、薄的关键使高频化，因此，国外目前都在致力于同步开发新型元器件，特别使改善二次整流管的损耗、变压器及电容小型化，并同时采用表面安装（SMT）技术在电路板两面布置元器件以确保开关电源的轻、小、薄。2.高效率开关电源高频化使传统的PWM开关（硬开关）功耗加大，效率降低，噪声也增大4了，达不到高频、高效的预期效益，因此，实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源未来的主流。采用软开关技术可以使效率达到85％～88％。3.高可靠性可用模块电源使用的元器件比线性工作电源多数十倍，因此，降低了可靠性。追求寿命的延长要从设计方面着手，而不是从使用方面着想。4.模块化可用模块电源组成分布式电源系统；可以设计成N+1余电源系统，从而提高可靠性；可以做成插入式，实现热交换，从而在运行中出现故障时能快速更换模块插件；多台模块并联可实现大功率电源系统。此外，还可以在电源系统建成后，根据发展需要不断扩大容量。5.低噪声开关电源又一缺点是噪声大，单纯追求电源高频化，噪声也随之增大。采用部分谐振变换技术，在原理上说明可以高频化，又可以低噪声。但谐振变换技术也有其难点，如果难准确地控制开关频率、谐振时增大了元器件负荷、场效应管的寄生电容易引起短路损耗元器件热应力转向开关管等问题难以解决。6.抗电磁干扰（EMI）当开关电源在高频下工作时，其噪声通过电源线产生对其他电子设备干扰，世界各国已有抗EMI的规范或标准。电子技术和应用迅速地发展，对电子仪器和设备的要求是：性能上，更加安全可靠，在功能上，不断地增加。在使用上自动化程度越来越高。在体积上，要日趋小型化。这使采用具有众多优点的开关稳压电源就显得更加重要了。所以，开关稳压电源在计算机、通信、航天、彩色电视等方面都得到了越来越广泛的应用，发挥了巨大的作用，这大大促进了开关稳压电源的发展，从事这方面研究和生产的人员也在不断地增加，开关稳压电源的品种和类型也越来越多。五、开题意义及感想由于传统的线性稳压电源虽然电路结构简单、工作可靠，但它存在着效率低（只有40%－50%）、体积大、铜铁消耗量大，工作温度高及调整范围小等缺点。相对于线性5稳压电源功耗较大的缺点，开关电源的效率可达90%以上，而且造价低、体积小。除此之外，还具有稳压精度高、不使用电源变压器等特点，是一种较理想的稳压电源。正因为如此，本文基于电流脉宽调制芯片UC3842的特点，设计一个开关式稳压电源。希望通过此次毕业设计使我能对开关电源进一步了解和掌握。同时对PWM调制有更多的了解，此次设计是对我们所学知识进行一次全面的检验，也为我们将来的工作和学习铺垫了基石。六、毕业设计工作进度安排1．第一、二周了解及熟悉设计任务工艺及控制要求2．第三、四周查找技术资料根据工艺和控制要求确定控制系统方案。3．第五、六周进行控制系统及电器元件等选型。4．第七、八周进行控制系统硬件设计及软件仿真，编写设计说明等文件。5．第十、十一周完成设计图纸的绘制及条件的编制做好毕业设计的答辩准备。6．第十二周毕业设计答辩。七、主要参考文献和技术资料1金海明,郑安平.电力电子技术.北京:北京邮电大学出版社,20052王兆安,黄俊.电力电子技术(第四版).北京：机械工业出版社，20003布朗著，徐德鸿等译.开关电源设计指南.北京：机械工业出版社，20044叶慧贞，杨兴洲.新颖开关稳压电源.第1版.北京：国防工业出版社，19995张乃国.电子电源技术与应用.第1版.北京：机械工业出版社，20076胡毅，胡生清.电源开关测试系统及抗干扰措施[J].电脑学习，19986毕业论文（设计）开题报告二、本论文（设计）要研究或解决的问题以及拟采用的研究手段（途径）：利用UC3842设计的电流制型脉宽调制开关稳压电源，克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。该稳压电源是目前实用和理想的稳压电源，具有很大的发展前景。图2UC3842内部结构UC3842的工作原理电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电路转换为低压直流信号反馈到3脚，维护系统的正常工作。电路正常工作后，取样电路反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器，与内部的基准电压进行比较，产生的误差信号送到脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而达到稳定输出电压的目的。如果输出电压由于某种原因变高，则2脚的取样电压也变高，脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度变窄，则开关功率管的导通时间变短，输出电压变低，从而使输出电压稳定，反之亦然。锯齿波振荡电路产生周期性的锯齿波，其周期取决于4脚外接的RC网络。所产生的锯齿波送到脉冲宽度调制器，作为其工作周期，脉宽调制器输出的脉冲周期不变，而脉冲宽度则随反馈电压的大小而变化。本文采用DC/DC变换芯片芯片UC3842设计一个输入电压12V，输出电压36v，开关工作频率40KHz，输出功率30W的开关型稳压电源，需要解决的问题有：71、采用何种电源技术设计及采用何种拓扑结构设计。2、如何确立开关稳压电源总体设计结构以及怎样设计开关电源的整流滤波电路、BOOST升压电路设计及参数的选择。3、如何控制输出电压大小、功率。本论文（设计）采用的研究手段和方法：一．在电源系统中经常考虑到得三种常用电源技术是：1.线性电源。2.脉宽调制（pwm）开关电源。3.高效率的谐振开关电源。线性电源：主要应用在对发热和效率要求不高的应用场合，或者要求低成本及设计周期短的情况。线性电源的输出电压只能低于输入电压，并且每个线性电源只能产生一路输出。线性电源的效率在35%～50%之间，损耗以热的形式耗散。PWM开关电源：在使用时比线性电源具有更高的效率和灵活性。它通常应用于要求高效率和多路和多组电源输出的场合。开关电源的重量比线性电源轻很多，散热小很多。高效率的谐振开关电源：由基本的PWM开关电源演变而来。主要应用于需要电源具有更轻便的重量和更小的体积。并且对电磁噪声（干扰）由更严格要求的场合。谐振开关电源的缺点是需要更长的开发周期，并且比其他两种电源的成本更高。综上所述选用pwm开关电源的设计方案。二．在开始设计开关电源时，主要考虑的是采用何种基本拓扑。开关电源设计中，拓扑类型与电源各个组成部分的布置有关。这种布置与电源可以在何种环境下安全工作以及可以给负载提供的最大功率密切相关。这也是设计中性能价格折中的关键点。