E题开关稳压电源浙江大学吴祥勇、陈显辉、周卫华.docVIP

E题 开关稳压电源（本科组） 作者：吴祥勇、陈显辉、周卫华（浙江大学） 赛前辅导教师：阮秉涛 文稿整理辅导教师：阮秉涛 摘要 对于升压型的DC-DC变换电路，我们采用最为简单可靠的Boost拓扑结构，控制芯片采用峰值电流控制型脉宽调制芯片UC3842。该电路外接元器件少，控制灵活，成本低，输出电压值稳定，输出功率可达100W以上。UC3842的峰值电流控制可以对开关管进行过电流保护，而输出电路的过电流保护则通过继电器来实现。 Abstract For the DC-DC transform circuit of the voltage value increase, we choose the easiest and reliable Boost circuit as the main topology structure. The control chip of the circuit is UC3842, a modulate width of pulse chip based on the current peak control. This circuit has a lot of advantages, such as fewer external components, agility in control, low cost, and good stability ,the output power can reach up to 100W or more .The UC3842s peak current modulation width of the pulse can realize the switch tubes current protection. Meanwhile, the output circuits over current protection is achieved by relay. 一．方案论证 1. DC-DC主回路的拓扑结构 方案一：Boost电路。Boost电路是一种主要的升压型DC-DC变换拓扑，其拓扑结构简单，控制方便，输出功率大，具有良好的输出特性。 方案二：Buck-Boost电路。它也可以实现升压功能，但是输出的电压是负值，另外它的应用电路稍显复杂，因为输入电流、输出电流是脉动的，为了平波要加滤波器。 其他拓扑形式还有CUK、ZETA、SEPIC等均可实现升压功能，但是在实际应用中电路均比较复杂，控制困难，不便于短时间内完成系统设计。综上所述，采用Boost电路作为主回路的拓扑结构是一种比较合理的方案。 本系统中的Boost电路主拓扑结构如图1所示。 图1 Boost电路主拓扑结构 输出电压与电源电压（直流母线端电压）的关系为 上式中，为输出电压，为直流母线端输入电压，为MOS管导通比。 2. 控制回路方案的选择 方案一：运用函数发生器8038产生三角波，与MCU的ADC输出进行比较，可得占空比可调的PWM波，MCU的ADC输出来自于基于输出电压反馈的PI调节运算结果。输出的PWM波经过2103后驱动MOS管。该系统由于用软件实现PI调节，因此，要用到高速单片机，提高了系统成本和软件编写的难度。 方案二：采用UC3842 作为主回路的控制芯片。UC3842是一种峰值电流控制型脉宽调制芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计中。根据UC3842的功能特点，结合Boost电路拓扑结构，完全可设计成电流控制型的升压DC-DC电路。该电路外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。另外，给定电压的稳定主要由硬件电路完成，实时性好，可靠性高，不需要用到高速单片机，也降低了软件编写的难度。 方案一器件价格较贵，电路稍显复杂，性价比不高。方案二器件少，外围电路简单，价格便宜，软件编写简单，且输出功率能满足要求，所以采用方案二。 3. 变换器效率指标的实现方案 变换器的效率是一个重要的指标，为了降低损耗，提高效率，系统中采用了以下一些实现方案： （1）控制电路供电电源的实现方法 控制电路需要有+5V、+12V和-12V的电源。其产生的方式主要有两种，一种是利用线性稳压电路，核心芯片采用7805、7812和7912等；另外一种是利用基于开关电源技术的控制芯片，如2576等。前者由于损耗比较大，故在本电路设计中采用后者。 （2）选择合适的开关频率 开关频率和MOS管的功耗有很大的关系，频率越高，产生的损耗越大。较低的电路工作频率可以降低MOS管的开关损耗，但输出电压脉动会增大，因此应在允许的频率范围内选择较低的频率。合适的开关频率大致处于20KHz与60KHz之间，本系统选取