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基于UC3842的反激式开关电源设计


攀枝花学院
Panzhihua University

本科毕业设计(论文)

文献综述
基于 UC3842 的反激式开关电源设计

2013 年 3 月 9 日

本科生毕业设计(论文)文献综述评价表
毕业设计(论文)题目 综述名称 评阅教师姓名

基于 UC3842 的反激式开关电源设计 基于 UC3842 的反激式开关电源设计文献综述
伍 刚 评 价 项 目 职称 优 教 授 良 合 不合

格 综述结构 01 02 综述内容 03 04 文献综述结构完整、符合格式规范 能准确如实地阐述参考文献作者的论点和实验 结果 文字通顺、精练、可读性和实用性强 反映题目所在知识领域内的新动态、新趋势、 新水平、新原理、新技术等 中、英文参考文献的类型和数量符合规定要求, 格式符合规范 围绕所选毕业设计(论文)题目搜集文献 成绩 综合评语:



05 参考文献 06

评阅教师(签字) : 年 月 日

基于 UC3842 的反激式开关电源设计文献综述
1 前言
1.1 本课题研究的意义
随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备

的种类也越来越多了电子设备与人们的工作,生活的关系日益密切,而电子设备 都离不开可靠的电源,电源性能的好坏直接关系到整个系统的安全性和可靠性。 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,使得电 子系统心脏的电源也获得了空前进展来。目前我国通信,信息,家电,国防等领 域的电源普遍采用高频开关电源, 开关电源现已成为具有发展前景的一项高新技 术产品。 开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向。现已成 为稳压电源的主流产品。开关电源以其低损耗,高效率,电路简洁等显著优点 而受到人们的青睐。开关电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源 的发展历程, 由于开关电源具有功率转换效率高、 稳压范围宽、 功率密度比大、 重量轻等优点,从而取代了相控电源,成为通信电源的主体,并向着高频小型 化、高效率、高可靠的方向发展高效率。开关电源不仅广泛的应用于计算机, 电子设备,仪表仪器,通信设备和家用电器中,而且还广泛的应用于航天,军 事等领域。

1.2 国内外研究现状、水平
我国的晶体管直流变换器与开关电源研制工作开始于从 20 世纪 60 年代初 期,20 世纪 60 年代中期进入实用阶段。20 世纪 70 年代初期开始研制了无工频 降压变压器开关稳压电源。1974 年研制成功了工作频率为 10KHE,输出为 5V 频 无工频降压变压器开关稳压电源。 工作频率为 10KHE-200KHE 的高频开关电源于 20 世纪 80 年代初期就开始研制,20 世纪 90 年代初期就以研制成功。20 世纪 90 年代国际上开始出现了电能变换装置从使用电流控制型器件向使用电压控制 型器件的转变。经过近几十年的发展,我国的电源产业从规模和技术上讲,都 得到较快的发展与进步,但与国际发达国家相比,还是有一定的差距。特别是 对于无工频变压器开关稳压电源中的高压电解电容器,高反压大功率开关管, 开关变压器的磁芯材料等器件,我国还处于研究,开发阶段。 1955 年美国罗耶(GH.Roger)首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自 激振荡的晶体管直流变化器。20 世纪 60 年代,由于微电子技术的快速发展, 高反压的晶体管出现了,从此直流变换器就可以直接由市电经整流,滤波后输 入,不在需要工频变压器降低了。二十世纪 70 年代,与这种技术有关的高频, 高反压的功率晶体管,高频电容,开关二级管,开关变压器的铁心材料等原件 也不断的研究出来,使工频变压器开关稳压电源的到了飞速的发展。

1.3 本课题发展历史和发展趋势
近 20 年来,开关电源沿着两个方向发展。第一个方向是对开关电源的 核心单元——控制电路实现集成化。1997 年国外首先研制成脉宽调制控制器集 成电路,美国摩托罗拉公司,硅通用公司,尤尼特德公司等相继推出一批 PWM 芯片,典型产品有 MC3520,SG3524,UC3842。20 世纪 90 年代以来,国外又研 制出开关频率达 1MHE 的高速 PWM,PFM 芯片,典型产品有 UC1825,UC1864。第 二个方向则是对中,小功率开关电源实现单片集成化。这大致分为两个阶段, 20 世纪八十年代初意-法半导体有限公司率先推出 L4960 系列单片开关式稳压 器。该公司于 20 世纪 90 年代又推出了 L4970A 系列。其特点是将脉宽调制器, 功率输出级,保护电路等集成在一片芯片中,使用时配上工频变压器与电网隔 离,适于制作低压输出(5,1-40V) ,大中功率(400W 以下) ,大电流(1.5-10A) , 高效率(可到百分之九十以上)的开关电源。 开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。 由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化,因此国外各大开关电源制造商都 致力于同步开发新型高智能化的元器件,而电容器的小型化也是一项关键技术。 SMT 技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以 确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的 PWM 开关技术进 行创新,实现 ZVS、ZCS 的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高 了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标,美国的开关电源生产商 通过降低运行电流, 降低结温等措施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大 提高。对于低噪声,采用部分谐振转换回路技术,在原理上既可以提高频率又可 以降低噪声。

2 本课题的研究内容
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 集成电路的不断实现,使得电子设备的体积不断的缩小,质量在不断的减轻,所 以从事这方面研究和生产的人们对开关稳压电源中的开关变压器还感到不是十 分理想,他们正致力于研究出效率更高,体积更小,质量更轻的开关变压器。所 谓的反激,在开关电源中,直流电源经开关管,把方波电压加到变压器的一次, 由变压器的二次输出逆变电压,再经二极管整流,滤波,输出直流电压,方波电 压加到变压器的一次时,变压器的二次输出逆变电压,而是等开关管关断时,利 用磁芯存储的能量, 由变压器的二次输出逆变电压。单端反激式开关电源是一种 成本最低的电源电路,输出功率为 20-100W,可以同时输出不同的电压,且有 较好的电压调整率。

本方案是基于 UC3842 实现开关电源的设计,UC3842 芯片是美国 Texas 公 司生产的电流控制型 PWM 控制与驱动器芯片,它具有输入过压保护、欠压和输 出过流保护、 短路保护等功能, 过流保护是采用周期限流保护方式与过流关闭保 护方式并用来作为慢启动完成的,其内部已设置好不同阈值的比较器,当出现输 出过载或短路时,这些比较器将短路掉 PWM 驱动信号的输出,同时打开启动电 路,启动电容提供放电回路,保证故障消除后系统能够正确地重新自动启动。 本设计应用反激式变压器,是因为它有几个优点:电路简单,能高效提供多 路直流输出,因此适合多组输出要求; 转换效率高,损失小; 变压器匝数比 值较小; 输入电压在很大的范围内波动时,仍可有较稳定的输出,目前已可 实现交流输入在 85~265V 间.无需切换而达到稳定输出的要求. 此次设计电路由以下几个模块电路组成: 开关电源电路; 输入整流滤波电路; 控制与驱动电路:开关电源的控制核心部分的设计;输出整流滤波电路,电压反 馈电路等,本设计主要由 PWM(脉宽调制)对电路进行驱动与控制,实现电源的 自动控制。其中还包括各种过压、过流、过热的检测与控制。

3 本题目所要实现的设计任务
设计出具有一定输出范围和功能的反激式开关电源

3.1 本设计实现的技术指标
1 2 2 输出直流电压:5V 输出直流电流:0A—1A 稳定电压范围:当电网波动范围为 170V 至 260V 时,能保持输出电压

基本不变输出纹波电压≤10Mv(≈20Upp)

3.2 本设计的方框图

3.3 本设计的创新点
1 该设计采用电流控制模式的 PWM 控制与驱动电路,采用 UC3842 电路 芯片,具有外围元件少、外电路装配简单等优点; 2 该设计中有反馈电路,所以输出直流电压稳定性好。 3 UC3842 的主要性能是:内有可调整的充放电振荡电路,可精确地控制占 空比。

4 结束语
使用 UC3842 是因为它是单端输出电路,它是一种高性能的固定频率的电流 型集成控制器, 能很好的应用在隔离式单端开关电源的设计以及 DC/DC 变化器设 计中。通过在软件上的仿真结果,比较开关电源与线性电源的优缺点,从而更加 深刻的理解开关电源的好处及其重要性!

参考文献

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