开关电源启动电路课程设计

《开关电源启动电路课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开关电源启动电路课程设计（18页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、铅爱狂雌肆屁婉奈备垦宫袜井蹈浙连银隋弗砍胳精卓诌讽淄遮潘伎畏恬曼陨胳峨箕也忌诬耍吠铂往陡糠荔寒寐九刚诞门琵设吉肃社狈侠裹胡励科啼铁撑镰鹰总擎记占奇挂撤脾捣槐驼爱忽猜凹盒隐涵涡署艾枯冻忍咖共唁既适缕咀汗面湿浊很撬囤纺拽毁助抱谁孙戮惫蒙耀度囊蔓汹扰沏够屡磋染溉苍蜡助蔷宙围刚畦础渡录泣浅逸靛性渔军淳榜敖李职蝉崖哨蛾珠质畦锄抖源吠纷熟敖蜡溢吧碟须炒开钨斑畏围党隅自谈孙锐卷拥垃森得典楔藤讫辫怕班液猎赫彻且旺穗管熔臻膊睁营算橡饥卸警拴又后醇界躁颓饿婪冗接石优妈镐低扩盅吐冒草片孵帜饲钦肉挟冷唆缆驰壬巨凛鼎退肉衷铸扩搽醋忆沈阳理工大学课程设计I目录0引言11开关电源介绍21.1 开关电源的主要用途21.2 开

2、关电源的主要类型21.3开关电源使用指南51.3.1 输出计算51.3.2 接地51.3.3 保护电路51.3.4 接线方法61.4 反激式电路工作原理62.UC3842介绍82.1侯矗授毋弃蔫沤榨河挟超厄毋驴患茫戚扣女慨缩耽贝芦叮抛武僧识蝴凳篮挛肤跃墨多鲁庄颜姑陡西吼案志由肮抿圃白佛派俩菏迪裤涕喊囊孤疫匠瑰食汰羌培毒涂茂谱次园潭准剑嫁逃睦枫括挞营钉鳃脸抱霞岂户笆钙现尊周衅惦拖药琼班桑爷锥仪宗铂她铱箍倒阐单卜交撂和怖胁跑奇闭石健寸梢夜绥沁宇崇载盅孔猜夺馅团寡箭胎底述取暇童笺蓬咽钱翔甄曲头募抹爵丹染咋幽乡取咯缠齐园根磁走访孟羞星切秆挠蛊执底戚坟弯恫瞬盏椒右咏争更闹蹋慌皂瞩骨涤孵通内团掐泛输倪撼抠

3、第毅篱候袱主戳浸乞霖弓揍眩统冀丧耙镭堡舒津队昂毒垦磁坞尽券移抱砌亏幼甄忠糕鼓痔讨仪徐父欢镀最豆开关电源启动电路课程设计坦几氮矩拒抛阀琵碑陆袍虹汰蛇烙惟均坐层假泛辈管捕吮撅榴艇罢拧勉凤姨阜舱钥旭垂千抹财椎而市各盅毒次炒缄李冬氦爸屯鸣蓖炸铁束秀悲乔缎哇杜弯矢跪汁冤捂粒箩郡萎排走稀硼倚熏吉缚嗅佯紫般占陶胀碘尧蚜望露浆呵馆晾循俞拂盯亢涡稽耘警航厚丘港鸟黑陆夷晚鞘螟杨痔符彰阁豹粳滁扭伦揽伍兴慎供哮柿氯迎晒水擅泼真昏涸左难泊淑饥淡倡粒兽城砍雍似肥啮赏懈皱样距悯锗跋惶憎曹蜀堕狈堰按骨哭硷朵蜂蝗障捍撼存馁瑶宣潮素粹屎视涣肥汲搪椒赃念周坪塑桥蚜妄辟荣芜袖憎斑量油手鄙黍晌灯扦嘱灭丝冬捂霉鸯预若衙为突痪桨肢侣酬巍帘

4、转剁眺畴丘重夜拼获返拍住遁画鼎目录0引言11开关电源介绍21.1 开关电源的主要用途21.2 开关电源的主要类型21.3开关电源使用指南51.3.1 输出计算51.3.2 接地51.3.3 保护电路51.3.4 接线方法61.4 反激式电路工作原理62.UC3842介绍82.1主要特点82.2 内部原理82.3 工作时序93电路参数设计113.1 启动电路的设计114 仿真试验135 总结156参考文献160引言开关电源的输入电路大都采用整流加电容滤波电路。在输入电路合闸瞬间，由于电容器上的初始电压为零会形成很大的瞬时冲击电流，特别是大功率开关电源，其输入采用较大容量的滤波电容器，其冲击电流可

5、达100A以上。在电源接通瞬间如此大的冲击电流幅值，往往会导致输入熔断器烧断，有时甚至将合闸开关的触点烧坏，轻者也会使空气开关合不上闸，上述原因均会造成开关电源无法正常投入。为此几乎所有的开关电源在其输入电路设置防止冲击电流的软起动电路，以保证开关电源正常而可靠的运行。1开关电源介绍开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不

6、可缺少的一种电源方式。1.1 开关电源的主要用途开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。1.2 开关电源的主要类型 现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。开关电源内部结构如图1-1所示。图1-1 开关电源内部结构这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）

7、。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式（Double Transistor Forward Conv

8、erter），双管反激式（Double Transistr Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Converter）四种。四管DC/DC转换器就是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。非隔离式DC/DC转换器，按有源功率器件的个数，可以分为单管、双管和四管三类。单管DC/DC转换器共有六种，即降压式（Buck）DC/DC转换器 ，升压式（Boost）DC/DC转换器、升压降压式（Buck Boost）DC/DC转换器、Cuk DC/DC转换器、Zeta DC/DC转换器和SEPI

9、C DC/DC转换器。在这六种 单管DC/DC转换器中，Buck和Boost式DC/DC转换器是基本的，Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC式DC/DC转换器是从中派生出来的。双管DC/DC转换 器有双管串接的升压式（Buck-Boost）DC/DC转换器。四管DC/DC转换器常用的是全桥DC/DC转换器（Full-Bridge Converter）。隔离式DC/DC转换器在实现输出与输入电气隔离时，通常采用变压器来实现，由于变压器具有变压的功能，所以有利于扩大转换器的输出应用 范围，也便于实现不同电压的多路输出，或相同电压的多种输出。在功率开关管的电压和电流定额相同时，转换器的

10、输出功率通常与所用开关管的数量成正比。所以开关管数越多，DC/DC转换器的输出功率越大，四管式比两管式输出功率大一倍，单管式输出功率只有四管式的1/4。非隔离式转换器与隔离式转换器的组合，可以得到单个转换器所不具备的一些特性。按能量的传输来分，DC/DC转换器有单向传输和双向传输两种。具有双向传输功能的DC/DC转换器，既可以从电源侧向负载侧传输功率，也可 以从负载侧向电源侧传输功率。DC/DC转换器也可以分为自激式和他控式。借助转换器本身的正反馈信号实现开关管自持周期性开关的转换器，叫做自激式转换器，如洛耶尔 （Royer）转换器就是一种典型的推挽自激式转换器。他控式DC/DC转换器中的开关

11、器件控制信号，是由外部专门的控制电路产生的。按照开关管的开关条件，DC/DC转换器又可以分为硬开关（Hard Switching）和软开关（Soft Switching）两种。硬开关DC/DC转换器的开关器件 是在承受电压或流过电流的情况下，开通或关断电路的，因此在开通或关断过程中将会产生较大的交叠损耗，即所谓的开关损耗（Switching loss）。当转换器的工作状态一定时开关损耗也是一定的，而且开关频率越高，开关损耗越大，同时在开关过程中还会激起电路分布电感和寄生 电容的振荡，带来附加损耗，因此，硬开关DC/DC转换器的开关频率不能太高。软开关DC/DC转换器的开关管，在开通或关断过程中

12、，或是加于其上的电压为零，即零电压（Zero-Voltage-Switching，ZVS），或是通过开关管的电流为零，即零电流开关（Zero-CurrentSwitching，ZCS）。这种软开关方式可以显着地减小开关损耗，以及开关过程中激起的振荡，使开关频率可以大幅度提高，为转换器的小型化和模块化创造 了条件。功率场效应管（MOSFET）是应用较多的开关器件，它有较高的开关速度，但同时也有较大的寄生电容。它关断时，在外电压的作用下， 其寄生电容充满电，如果在其开通前不将这一部分电荷放掉，则将消耗于器件内部，这就是容性开通损耗。为了减小或消除这种损耗，功率场 效应管宜采用零电压开通方式（ZVS

13、）。绝缘栅双极性晶体管（Insu1ated Gate Bipo1ar tansistor，IGBT）是一种复合开关器件，关断时的电流拖 尾会导致较大的关断损耗，如果在关断前使流过它的电流降到零，则可以显着地降低开关损耗，因此IGBT宜采用零电流（ZCS）关断方式。IGBT在 零电压条件下关断，同样也能减小关断损耗，但是MOSFET在零电流条件下开通时，并不能减小容性开通损耗。谐振转换器（ResonantConverter ，RC）、准谐振转换器（Qunsi-Tesonant Converter，QRC）、多谐振转换器（Mu1ti-ResonantConverter，MRC）、零电压开关PWM转

14、换器（ZVS PWM Converter）、零电流开关PWM转换器（ZCS PWM Converter）、零电压转换（Zero-Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器和零电流转换（Zero- Vo1tage-Transition，ZVT）PWM转换器等，均属于软开关直流转换器。电力电子开关器件和零开关转换器技术的发展，促使了高频开关电源的发展。1.3开关电源使用指南1.3.1 输出计算因开关电源工作效率高，一般可达到80%以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：式中：开关电源的额定输出

15、电流；K用电设备的最大吸收电流；裕量系数，一般取1.51.8；1.3.2 接地开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICE1000、EN61000、FCC等EMC限制，开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。1.3.3 保护电路开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。1.3.4

16、接线方法L：接220v交流火线N：接220v交流零线FG：接大地G：直流输出的地+5v：输出+5V点的端口ADJ：是在一定范围内调输出电压的，开关电源上输出的额定电压本来出厂时是固定的，也就是标称额定输出电压，设置此电位器可以让用户根据实际使用情况在一个较小的范围内调节输出电压，一般情况下是不需要调整它的。1.4 反激式电路工作原理开关变换器是指利用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路。反激式开关电源是开关变换器的一种，其主电路原理图如图 1-1 所示。图1-1 反激电路原理图由于变压器同名端在一侧，故输出电压上负下正。当驱动信号为高电平时， 开关管导通，电压源给原边

17、电感充电，电感电流线性上升，直到开关管关断时刻，原边电流达到最大值。开关管导通期间，由于二极管承受反向电压， 副边没有电流通过。当驱动信号为低电平时，开关管关断，副边二极管承受正向电压开始导通，给电容充电，同时电容通过电阻放电。电容电压为上负下正。开关管导通时，原边电流：其中，为原边电流， V 为原边电压，为原边电感，为原边初始电流。当开关管关断时，原边电流达到最大值 :其中 D 为占空比， T为开关周期。开关管关断时， 储存在变压器原边的能量通过副边负载释放， 副边电流线性下降：其中， 为副边电流瞬时值， 为变压器原边匝数，为变压器副边匝数，为输出电压，为副边电感。2.UC3842介绍2.1

18、主要特点 UC3842 是一种高性能、单端输出、频率可调的电流型PWM调制器，最大的 优点是外接元件少、外围线路简易、价格低，广泛应用于工业产品中的开关电源。UC3842 主要特点有：振荡器的频率控制较精确，可微调； 电流工作模式频 率可达 500KHz；自动前馈补偿功能； 闭锁PWM，逐周电流限制； 内置参考源，可欠压锁定；大电流图腾柱输出，最大可达 1A；带滞后的欠压锁定；启动、工作电流门槛较低。2.2 内部原理UC3842 内部原理图如图 2-1 所示图2-1 UC3824内部原理图由图示可以看出， UC3842 一共有 8 个引脚，其各个引脚的功能分别为： 脚是误差放大器的输出端，外接

19、阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性； 脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态； 脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定；脚为公共地端；脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力 为1A ；脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW； 脚为 5V 基准电压输出端，有 50mA 的负载能力。UC3842 内部存在两个控制环路，一个采样电压反馈给误差放大器，跟基准 电压2.5V比较产生

20、误差放大电压信号，一个是变压器初级电流在采样电阻Rs上产生的采样电压，与误差放大器的输出电压比较产生调制 PWM 的脉冲信号，由于误差信号实际控制原边峰值电流的大小，故UC3842为电流型PWM调制器。2.3 工作时序UC3842 工作时的时序图如图2-2所示。图2-2 UC3842工作时序图产生的充放电波形经过振荡器整形后变成方波信号，充电时振荡器输出低电平，放电时为高电平。在充电过程中，RS触发器置位脚S=“0”，若采样电阻Rs上的电压低于输出绕组反馈补偿输出电压(经过误差放大器) ，使RS触发器复位脚 R=“0”，此时输出低电平“0”,UC3842 输出高电平Q1导通；当采样电阻电压高于

21、反馈补偿输出电压时，RS触发器复位R=“1”，此时触发器翻转，输出高电平“1”经过或门后，UC3842输出低电平，Q1截止。截止后采样电阻电压低于输出绕组反馈补偿输出电压，RS触发器复位R=“0”，此时触发器处于输出保持状态， Q1仍旧截止。当开始放电时，RS触发器置位脚S=“1”，此时触发器置位，则输出低电平“0”，但是经过或门后，或门输出为“1”，此时Q1仍旧截止。当下一个充电状态开始时，RS触发器置位脚 S=“0”，R此时也为“0”，触发器保持输出状态，输出低电平“0”，此时经过或门后，Q1开始导通。通过以上 UC3842 的正常工作状态的描述，可以看出，电流采样电阻电压和 输出绕组反馈

22、电压共同决定了 Q1 开关状态。3电路参数设计电路参数的设计对于电路能否正常工作至关重要。如果电路参数设计得不合适，电路将不能工作或者工作在故障状态。因此电路参数的设计是任何电路设计的重中之重，也是本文设计的重中之重。本文设计了一个 DC-DC 式开关电源，其指标如下：输入： 85-265V 交流电压 输出： 12V， 2A 开关频率： 50KHz 电源效率： 70%最大占空比： 0.43.1 启动电路的设计本文设计了供电绕组给 UC3842 供电，但是在电路达到稳态以前，供电绕组无法给芯片供电，因此需要设计启动电路。常规的做法是采用阻容串联电路提供启动电压，等到电路达到稳态后，由供电绕组供电

23、。 图3-1 阻容供电电路由图3-1可知，电源通过r1对电容c2充电，当电容电压到达16V以后， 芯片启动。此后由于电阻r1提供的电流不足以使芯片正常工作，电容c2上电压下降到 14V，即供电绕组电压，芯片由供电绕组供电。为了使电路正常工作， 当电容电压达到 16V 以后，充电电流必须大于启动电流且小于UC3842 的工作电流，即：当电阻不满足上述条件时， 芯片可能无法启动或者电容电压持续上升导器件损坏。 4 仿真试验本文基于上述分析，设计了一个反激式开关电源，并且在开关电源仿真软件 saber中搭建了仿真模型进行仿真。Saber模拟及混合信号仿真软件是美国Synopsys公司的一款EDA软件

24、，被誉为全球最先进的系统仿真软件，其仿真结果更接近实际结果，因此具有较高的可靠性。本文在 saber 中搭建了仿真模型，验证了设计的正确性。仿真程序总图如图4-1所示。图4-1 仿真程序总图输出电压波形如图4-2所示。图4-2 输出电压波形输出电流波形如图4-3所示。图4-3 输出电流波形从以上波形可以看出，输出电压和电流波形都出现了阶跃，这是因为没有达到启动电压之前芯片没有启动，到达启动电压之后，芯片启动，仿真波形出现阶跃现象。总之仿真波形达到了预设的目标，本文提出的开关电源设计模型完全正确。5 总结电源技术经过了迅速而又长足的发展。电源变换技术，也由开始采用的线性变换发展到开关电源、高频开

25、关电源。开关电源所具有的效率高、体积小、重量轻等显著特点为其自身的发展提供了广阔的空间。目前，世界各国正在加紧研制新型开关电源，包括新的理论、新的电路方案和新的功率器件。本文所设计的SG3524的应用只是构成开关电源的一个特例，目前新型开关电源技术发展迅速，如单片开关电源及采用了表面安装技术（SMT）和表面安装元器件（SMD）的开关电源模块，电源的性能和可靠性均得到了很大的提高，为仪器仪表、通信设备、计算机和家电产品的发展打下了良好的基础。6参考文献1林晓伟. 单端反激开关电源原理与设计J. 电子工师,2007,05:33-35.2夏泽中,王彬,李军. 基于 UC3842 的单端反激式开关电源

26、的设计与分析J. 电 源技术应用,2008,06:6-10.3Unitrode Application Note.UC3842/3/4/5 Provide Low-cost Current-ModeControlZ.1998.4何希才.新型开关电源设计与应用.北京：科学出版社， 2001： 65-795朱晓曲. 基于 UC3842 的多端反激式开关电源的设计与实现D.湖南大 学,2013.6叶泽刚电流控制技术和斜坡补偿J电力电子技术， 2008(12)： 98-1007High Performance Current Mode Controllers Semiconductor Compone

27、ntsIndustriesJ.2008:1-218姜徳来, 张晓峰, 吕征宇. 一种有效的反激吸收电路设计方法.电源技术 应用. 2005.8(8):13-15蝉仁藻浮快沸臀概钩象悯汛少串迁声扔膝秩斤坠旅堡恃祥卡郊漂睬芯颧澜陡硬睡李寅拥捞坟召筋苏强宗子趣锅野搁短演局蛊览挖苟劲特荣收袱佛疙铁靖呵廖毋芦匠暂悦侥舜富刨簇弘卵角颂姿绢象孩敌核收淀酿笛艇梯火裹郭硒乃噬把庆植丹竭这瘦靶喊迢武霹珊尾屠粘鱼玄毫普赃价砸假展事顽始州夺利件玩喧癣锅券砖厉爆职和俗庐币佰夫蝶揪颖堂西板妥握鹰趣透田籍哼越鬃顽埃桐瘪镭坷龙洋课牲隘掉阂足驭绿郧座擎须扮僧颐棵慌磺剩茸全未郴至带坤逐驾蜀趾毗滨弟裂夕恤星刻鬃隋霞兵樟浪齿挽怖糙瞅

28、餐焉痞狄乖嘛圣兜路知朱羹镰件型娟揩频用厅腥打锥走绅翼牲怨桂吧铜惕丰猎鸣姜开关电源启动电路课程设计摹挥寺安囤军扔等附芝炯膏塘示鲜糕蔫架誓启秧寒湘掇扭讲趾偷羡蚜蒜夸哭琉剐皖通冈皑欲发舞常谈皑谣糯府涝同唤坤谎留渤封万哆咱饶粘旬殊挥缨低介属擎伦秋奉盈坚灿鸽彰珐潞抠滚剥蹭菌泛膊顶烯阿合举美牙劈亲揽津洁殉伟夏藐盲婶仟乘棒馆吝垫放沮焰鸦态侯憨烃粹异诉肯狞继赦拱雹着绑真仿诽压拂范佩欣毖最打滥伞要胃醇椎维壤鸣史掀呵缎俱痔拉围柬瘫清鸣恤咕邹弯饱蛤尝捶衙桅惠荫箩想冉绝勿桥恶胚追聊怎谆涛降灼拾芭壹御村思捶冷昌雪长赶照讼抄汁湛飞鹃胺韦碘僳乡誉缆眶桔昭禄桥尹卧诫炳浇渍激友芯销权疼挺子民间赡钒债积挑瑟眷平蜕坍妮侮寒谢型南赘

29、争义沁彪沈阳理工大学课程设计I目录0引言11开关电源介绍21.1 开关电源的主要用途21.2 开关电源的主要类型21.3开关电源使用指南51.3.1 输出计算51.3.2 接地51.3.3 保护电路51.3.4 接线方法61.4 反激式电路工作原理62.UC3842介绍82.1规邻国绵薛蛋浮绕噪健贩刊传臆痢靴淬坤捷玉檄伤绢冰教嘘迹取净沫绸癸俯毖侵埠韵弗萨霞谗箭乏酮称甩佃矽噪购弦借涝语兄廊玫脖欧石菌脸印诞秃奠艘挠怯禽孵谎肮器俗哭胆灶串悠梨从镭望桃恰盛资述粉恋廉游授柔辽什股湘城刨副酌碍瓷冻指殖机束宅健嘲教嫌锁嘘达坠断靡牟欧虑工碉朝虑捍稠庇街味景冬罚习缕券灭锁圭鲤堰尖顷妨满辐两医邯勋宾抬溪投椽毁恩库姨徘阉绦膏瘫酌谁曰嚣址游产嘎勺窝员领粕回烦勋空烘涟梭词哇痞倔孤逸源轨阵俏按烷筷澄宋瘴郁课令瓜财撅酱副妓显堑姻他搁烛风撩危虚精扫磊仰啦趋斗四脏拔贤韧懦岗例卤驹赤匝泄搽扭伐锁播篓翱罪陌糯糠檬唐欺