单端反激式开关稳压电源设计(完整版)仿真 PCB

XXXXX本科课题设计单端反激式开关稳压电源学生姓名：XX学生学号：XX院（系）：XXXX年级专业：XX指导教师：XX二〇一三年十二月I摘要电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作20～80W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符合电路设计中“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。关键词：开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBTII目录摘要................................................................................................................................I1设计要求........................................................................................................................................12设计方案........................................................................................................................................22.1开关稳压电源系统总体框图.............................................................................................22.2电路结构的选择...................................................................................................................22.3启动电路...............................................................................................................................32.4PWM脉冲控制驱动电路..................................................................................................42.5直流输出与反馈电路......................................................................................................42.6总体电路图分析.................................................................................................................63设计过程........................................................................................................................................73.1变压器和输出电感的设计.................................................................................................73.2电路仿真波形......................................................................................................................84PCB设计.......................................................................................................................................114.1PCB设计规范....................................................................................................................114.2PCB设计图........................................................................................................................145总结和体会.................................................................................................................................15参考文献...........................................................................................................................................16附录1：总体电路图................................................................................................................17附录2：PCB图............................................................................................................................18-1-1设计要求电源设计指标小型电源输入、输出参数如下：输入电压：AC110/220V；输入电压变动范围：90～240V；输入频率：50/60Hz；输出电压：12V；输出电流：2.5A。控制电路形式为它激式，采用UC3842为PWM控制电路。电源开关频率的选择决定了变换器的特性。开关频率越高，变压器、电感器的体积越小，电路的动态响应也越好。但随着频率的提高，诸如开关损耗、门极驱动损耗、输出整流管的损耗会越来越突出，而且频率越高，对磁性材料的选择和参数设计的要求会越苛刻。另外高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料，整个电路的稳定性、运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电源中，选定工作频率为85kHz.。-2-2设计方案2.1开关稳压电源系统总体框图2.2电路结构的选择小功率开关电源可以采用单端反激式或者单端正激式电路，电源结构简单，工作可靠，成本低。与单端反激式电路相比，单端正激式电路开关电流小，输出纹波小，更容易适应高频化。用电流型PWM控制芯片UC3842构成的单端正激式开关稳压电源的主电路如图4-1所示。单端正激式开关稳压电源加有磁通复位电路，以释放励磁电路的能量。在图4-1中，开关管VT导通时V1导通，副边线圈N2向负载供电，V4截止，反馈电线圈N3的电流为零；VT关断时V1截止，V4导通，N3经电容C1滤波后向UC3842⑺脚供电，同时原边线圈N1上产生的感应电动势使V3导通并加在RC吸收回路。由于变压器中的磁场能量可通过N3泄放，而不像一般的RCD磁通复位电路消耗在电阻上，达到减少发热，提高效率的目的。-3-图2－1单端正激式开关电源的主电路图2.3启动电路图2－2输入220v交流电，经过C1、L、C2进行低通滤波滤波后的交流电压经D1～D4桥式整流以及电解电容C1、C2滤波后变成3l0V的脉动直流电压，此电压经通过电阻R18分压给uc3842提供启动电压，当电压达到16v时达到芯片的启动电压，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，uc3842的启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在10～34V之间，负载电流为15mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。图2－2高频滤波整流电路-4-2.4PWM脉冲控制驱动电路图2－3PWM脉冲控制驱动电路图2－3由分压电阻R18提供分得的电压接入uc3842的○7（vcc）管脚，uc3842启动工作，由○6端（output）输出推动开关管工作，输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间，场效应管导通，电流通过变压器原边，同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况，此时变压器各路副边没有能量输出。当○6脚输出的高电平脉冲结束时，场效应管截止，根据楞次定律，变压器原边为维持电流不变，产生下正上负的感生电动势，此时副边各路二极管导通，向外提供能量。同时反馈线圈向UC3842供电。UC3842内部设有欠压锁定电路，其开启和关闭阈值分别为16V和10V，电源电压接通之后，当7端电压升至16V时UC3842开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流约为15mA。由于输入电压的不稳定，或者一些其他的外在因素，有时会导致电路出现短路、过压、欠压等不利于电路工作的现象发生，因此，电路必须具有一定的保护功能。如图4－3所示，如果由于某种原因，输出端短路而产生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，R6两端的电压上升，其中R19和C8组成滤波电路防止脉冲尖峰使电路误操作，UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V(即电流超过1．5A)时，UC3842的PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。这时，UC3842的脚○6无输出，MOS管S1截止，从而保护了电路。2.5直流输出与反馈电路当开关管导通时，整流电压加在变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在变压器中，开关管截止后，能量通过次级绕组释放到负载上。由公式：-5-Uo=(Ton/(nff0T))E（2－1）可以得出，输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比；与初，次级绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。图2－4直流输出与反馈电路反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦PC81。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图2－4输出电压经R9，R11分压后得到的取样电压，与TL431中的2.5V带隙基准电压进行比较。当输出电压出现正误差，取样电压2.5V，TL431的稳压值降低，光耦控制端电流增大，UC3842的反馈端(VFB)电压值增大，输出端的脉冲信号占空比降低，开关管的导通时间减少，输出电压降低；反之，如果输出电压出现负误差，UC3842的输出脉冲占空比增大，输出电压增高，达到稳压目的。在对电压精度要求高的场合，会把电压反馈信号从补偿端(CMOP)输入，不用UC3842的内部放大器，因此反馈信号