50W多路输出开关稳压电源的设计.docx

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50W多路输出开关稳压电源的设计

2012届毕业生

毕业论文

题目:

50W多路输出开关稳压电源的设计

院系名称：

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学生姓名：

学号：

指导教师：

教师职称：

2012年06月10日

摘要

开关电源被称为高效节能电源，它利用现代电力电子技术，通过控制开关通断的时间比率来维持输出电压稳定的电源，有体积小、重量轻、效率高、功率小、纹波小、噪音低、易扩容、智能化程度高等优良特性。

反激式开关电源仍有很多问题亟待解决，比如连续模式与断续模式的选择，输出纹波电压和噪声电压较高，电磁干扰比较的严重等。

多方面的原因导致这些问题的产生，主要因素是其中主电路参数的大小。

因此，如何能够对反激式开关电源的主电路参数进行合理的选择与优化，提高开关电源的应用性能，以达到节约能源的目的，就显得尤其的重要。

本课题设计了一款单端反激式开关电源。

在研究分析开关电源相关理论和关键技术的基础上，完成单端反激式开关电源系统设计；完成具体模块电路详细设计，包括EMI滤波电路、高频变压器、前级保护和整流桥电路、无源钳位RCD电路、控制环路以及输出端滤波电路等；合理选择、设计和分配了开关电源各电路参数；设计出电路原理图。

关键词：

开关电源；反激式；UC3842；占空比

TitleDesignof50Wmulti-outputswitchingpowersupply

Abstract

Switchingpowersupplyiscalledthehighefficiencyandenergysavingpower.Itcankeeptheoutputvoltagestablebycontrollingtheswitch-offtimeratioandhasmanyexcellentfeatures,smallvolume,lightweight,highefficiency,lowpower,smallripple,lownoise,easyexpansion,highdegreeofintelligence.Asonekindofswitchingpowersupply,theflybackswithingpowersupplyhastheadvantagesofsimplestructureandlowcost.Therearestillmanyproblemstobesolvedontheflybackswitchingpowersupply,thechoicebetweencontinuousmodeanddiscontinuousmode,highoutputripplevoltageandnoisevoltage,seriouselectromagneticinterferenceproblems,etc.Theseproblemsarecausedbyseveralfactors,includingthemainreasonofsettingthemaincircuitparameters.Therefore,itisveryimportanttoselectandoptimizetheparametersoftheflybackswitchingpowersupply'scircuitreasonably,whichcanimprovetheapplicationperformanceofswitchingpowersupplyandachievethegoalofsavingenergy.

Thepaperdesignedasingle-terminallowpowerflybackswitchingpowersupply.Onthebasisofdeeplyanalyzingtherelativetheoriesofswitchingpowersupplyanditskeytechnologies,thedesignofthesingle-terminalflybackswitchingpowersupplysystemiscompleted;thedetaileddesignoftheconcreteelectriccircuitmoduleisfinished,includingtheEMIfiltercircuit,thehigh-frequencytransformer,theformerprotectionandthebridgerectificationelectriccircuit,thepassiveclampRCDelectriccircuit,thecontrolsringcircuitandtheout-portfiltercircuit;thevariouscircuitvalueofswitchingpowersupplyischoiced,designedandassignedreasonably;theelectriccircuitschematicdiagramisdesigned.

Keywords:

switchpowersupply；flyback；UC3842；duty-cycle

1.2UC3842简介3

1.3高频变压器简介5

2单端反激式电源系统6

2.1电源设计指标6

2.2电路的拓扑结构6

2.3工作方式7

2.4控制电路7

2.5整体结构设计8

3两路单端反激式开关电源的设计10

3.1EMI滤波器设计11

3.2高频变压器设计12

3.3前级保护和整流桥电路15

3.4无源钳位RCD电路设计16

3.5UC3842控制电路设计18

3.6控制环路设计设计19

3.7输出端滤波电路设计20

3.8设计电路整体原理图21

结论24

致谢25

参考文献26

1绪论

1.1课题背景

1.1.1开关电源

电源是实现电能变换和功率传递的主要设备，电子设备离不开稳定的直流电源，并且要求其各项指标也越来越高。

开关电源通过开关管关断和导通实现电压和电流变换，也称无工频变压器的电源，利用体积很小的高频变压器来实现电压变化及电网隔离。

开关电源具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，标志着当今稳压电源的发展方向，已经成为稳压电源的主导产品。

进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和开关器件构成。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。

线性电源成本高于开关电源。

随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，重点日益向低输出电力端移动，为开关电源提供了广阔的发展空间。

开关电源发展的方向是高频化，高频化使开关电源小型化，并使开关电源有了更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

1.1.2工作原理

开关电源的工作过程比较容易解析，线性电源让功率晶体管工作在线性模式，和线性电源不同，PWM开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积是很小的功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

和线性电源相比，PWM开关电源更为有效的工作过程实现方式是通过斩波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。

占空比由开关电源的控制器来调节。

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。

增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值。

最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。

也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。

他们的不同之处在于，误差放大器的误差电压在驱动功率管之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。

开关电源的工作方式主要有两种：

正激式变换和升压式变换。

它们各部分的布置差别很小，但是工作过程差距很大，特定的应用场合各有优点。

开关电源里有的采用晶闸管，有的采用开关管，都是靠基极、开关管控制极上加上脉冲信号来完成导通和截止的，脉冲信号正半周到来，控制极上电压升高，开关管或晶闸管就导通，由220V整流、滤波后输出的300V电压就导通，通过开关变压器传到次级，再通过变压比将电压升高或降低供给各个电路。

振荡脉冲负半周到来，电源调整管的基极、或可控硅的控制极电压低于原来的设置电压，电源调整管截止，300V电源被关断，开关变压器次级没电压，这时各电路所需的工作电压，就靠次级本路整流后的滤波电容放电来维持。

待到下一个脉冲的周期正半周信号到来时，重复上一个过程。

这个开关变压器就叫高频变压器，因为他的工作频率高于50Hz低频。

推动开关管或获得晶闸管的脉冲需要有个振荡电路产生，晶体三极管工作点调好后，就靠负反馈来产生负压，使振荡管起振，振荡管的频率由基极上的电容充放电的时间长短来决定，振荡频率高输出脉冲幅度就大，这就决定了电源调整管的输出电压的大小。

那么变压器次级输出的工作电压如何稳压呢，一般是在开关变压器上，单绕一组线圈，在其上端获得的电压经过整流滤波后，作为基准电压，然后通过光电耦合器，将这个基准电压返回振荡管的基极，来调整震荡频率的高低，如果变压器次级电压升高，本取样线圈输出的电压也升高，通过光电耦合器获得的正反馈电压也升高，这个电压加到振荡管基极上，就使振荡频率降低，起到了稳定次级输出电压的稳定。

1.1.3发展方向

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、薄并且关键技术是高频化，因此许多开关电源制造商都致力于开发新型高智能化的元器件，特别是改进二次整流器件的损耗，并加大在功率铁氧体材料上科技创新，使在高频率和较大磁通密度下获得高的磁性能提高。

电容器的小型化也是另一项关键技术。

SMT技术的应用使得开关电源取得了较大的进展，以确保开关电源的轻、小、薄。

开关电源的高频化是对传统的PWM开关技术进行创新，ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，让开关电源的工作效率大幅提高了。

关于高可靠性指标，开关电源生产厂家通过降低运行电流，降低结温等措施用来减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。

开关电源发展的总体趋势是模块化，采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N+1冗余电源系统，以实现并联方式容量扩展。

针对开关电源运行噪声大这一缺点，采用部分谐振转换电路技术，即可实现高频化又可降低噪声，但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着一些技术问题，所以仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。

电力电子的不断创新，使开关电源产业有着广阔的发展前景。

1.2UC3842简介

1.2.1UC3842结构

Unitrode公司的UC3842是一种高性能固定定频