电子设计开关稳压电源和并联开关电源供电系统..doc

开关稳压电源 ------------------- 一、开关电源的基本原理 1.1 电源设计基本指标 要求该电源在电阻负载条件下满足： （1）输出电压UO幅值0～16V； （2）最大输出电流I0max：2A； （3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）； （4）IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）； （5）DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）； （6）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2A； 设计思路： 开关电源由隔离变压器、整流滤波和DC—DC变换网络组成。设计的关键是DC—DC变换器，它包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器等所有功率器件和控制模块，而控制模块的设计又是DC/DC的核心，一般DC/DC变换的控制模块使用PWM调制的专用芯片，如TL494，UC3842等。芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率)，误差比较器，PWM调制器等，有的甚至有保护电路和驱动电路。在此情况下用集成芯片外加少量的电路即可构成开关电源，稳定性能较好。 电源框图 二、 开关变换电路 2.1 滤波电路 输入滤波电路具有双向隔离作用，它可抑制从交流电网输入的干扰信号，同时也防止开关电源工作时产生的谐波和电磁干扰信号影响交流电网。图2-1所示滤波电路是一种复合式EMI滤波器，L1、L2和C1构成第一级滤波，共模电感L3和电容C2、C3进行第二级滤波。 图2-1输入滤波电路 C1用于滤除差模干扰，选用高频特性较好的薄膜电容。电阻R给电容提供放电回路，避免因电容上的电荷积累而影响滤波器的工作特性。C2、C3跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰。为了减小漏电流，C2、C3宜选用陶瓷电容器。 2.2电压反馈电路 电压反馈电路如图2-3所示。输出电压通过集成稳压器TL431和光电耦合器反馈到UC3842的⑴脚，调节R1、R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。如果输出电压UO升高，集成稳压器TL431的阴极到阳极的电流增大，使光电耦合器输出的三极管电流增大，即UC3842⑴脚对地的分流变大，UC3842的输出脉宽相应变窄，输出电压UO减小。同样如果输出电压UO减小，可通过反馈调节使之升高。 图2-3电压反馈电路三、利用UC3842设计开关稳压电源 3.1 具体电路设计 3.1.1 启动电路 启动电路图如图4-2，输入的220V交流电经过桥式整流以及C1C2滤波过后变成脉动的直流电压，此电压经通过电阻R2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16 V，启动电流仅1 mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在10～34 V之间，负载电流为15 mA。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。 元件参数选择： （1）变压器的选择： 要输出U2=18V的直流电，全桥整流电路的二次侧输出电Un2。 因为采用全桥整流，所以有 解此算式可以得到 Un2=12.73V 计算变压器的一次侧和二次侧的线圈比N1/N2 电路的输入电压是市电交流电压220V 所以：N1/N2=Un1/Un2 即：N1/N2=12.73/220=0.05785 根据需要和选择期间的方便，取N1/N2=0.6 （2）滤波电容的选择 在经过电路仿真和经验可以得到所需要的滤波电容： C1=68uF, C2=22uF （a）滤波整流电路 （b）滤波整流电路波形图 图4-1滤波整流电路 仿真结果，经过整流滤波后的输出电压是18.8V，虽有误差，但是在允许的范围内。 3.1.2 PWM脉冲控制驱动电路 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Q1截止，从而保护了电路。 图4-2 PWM脉冲控制驱动电路 他的输出波形图如图4-3： 图4-3 PWM输出波形，占空比50% 电路元器件参数设置： 根据MOS管的工作频率范围，选取适当的工作开关频率，本系统设计选择的工作频率是：f=40KHz 由此UC3842芯片的工作频