基于UC3842芯片的开关电源设计【说明书论文开题报告外文翻译】
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基于UC3842芯片的开关电源设计【说明书论文开题报告外文翻译】,基于,uc3842,芯片,开关电源,设计,说明书,仿单,论文,开题,报告,讲演,呈文,外文,翻译
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I目 录摘 要 .IIIAbstract.IV1 绪 论 .12 开关电源的简介 .32.1 开关电源概述 .32.2 开关器件 .53 主要开关变换电路 .113.1 正激式变换电路 .113.2 反激式变换电路 .113.3 推挽式变换电路 .123.4 半桥变换电路 .123.5 全桥变换电路 .134 UC3842 .154.1 UC3842 简介 .154.2 UC3842 的引脚及其功能 .154.3 UC3842 内部结构 .154.4 UC3842 的工作原理 .174.5 UC3842 的使用特点 .175 利用 UC3842 设计小功率电源 .195.1 总体电路图 .195.2 电源设计指标 .205.3 高频变压器设计 .205.4 单元电路介绍 .226 仿真测试调试 .266.1 建模仿真与结果分析 .266.2 实物调试 .277 结 论 .31参考文献 .32II附 录 .33致 谢 .35III基于 UC3842 芯片的开关电源设计摘 要电源主要的任务是进行电能的转换和传输。一般变换方式是交流变交流、交流变直流，直流变直流。为了满足生产生活上对电源日益多样化的需求，实现性能更加优异的开关电源产品。这就要求电源研究者持续的研究开发改进技术，制作出更完美的，其更需要技术支持、低耗能、使用更简单，并且经济前景可观。相比较其他种类的脉宽调制器而言，UC3842 芯片在电流控制能力方面比其他产品表现更好。如果出现特殊情况，电压出现急剧上升或急剧下降的情况，要实现稳压电压值输出，就要改变开关管开通的时间。UC3842 芯片可以控制小功率晶体管，广泛应用于开关电源工作频率较低的电路中。本着“简洁至上”的原则，利用芯片本身的特性，可以使用很少的器件，巧妙的设计开关电源。关键词：开关电源；UC3842;脉宽调制；功率；晶体管IVSWITCHING POWER SUPPLY DESIGN BASED ON UC3842AbstractPowers main task is changing and transporting electricity. The general transformation is the AC-AC, AC-DC and DC-DC. In order to satisfy the demands for power increasing diversification of the production life and achieve excellent performance of switching power supply products. This requires a power researcher continue researching and developing the improved technologies, made more perfect, more need technical support, low energy, use more simple and economic prospects. Compared to other types of pulse-width modulator, UC3842s current capability is better than other products. If there are special circumstances, rapid rise or a sharp drop in voltage to achieve regulated output voltage values, it is necessary to change switch tube time. UC3842 can control power transistors, lower frequency widely used in switching power supply circuit. The spirit of “supremacy of simplicity“ principles, using characteristics of the chip itself, you can use the little devices design clever switching power supply.KEY WORD: Switching Power Supply; UC3842; PWM; power; transistor11 绪 论随着电力电子技术水平不断提高，电子技术的也得到越来越广泛地应用，电子产品的更新换代周期越来越短，同时也对电源提出了各种各样的要求。简单和低成本的电子设备，让电源变得更轻、更薄、更小、更高效。传统的线性稳压电源，调整功率消耗较大，效率一般只在 45%左右，此外，由于大功率消耗的调节管，所以很难满足电力电子设备发展的需要，因此需要使用大功率调节管和大尺寸的散热器，因此它推动了效率高、体积小、重量轻的开关电源的迅速发展。开关电源以现代电力电子技术为基础，使用半导体器件，操纵开关管通断时间的比例，保持一个不变的电源电压的输出，一般由脉冲宽度调制（PWM）和 MOSFET 组成。开关电源作为给通信供电的主要电源，为了提高通信业的发展速度，就需要不断提高开关电源的技术水品。1955 年美国罗耶(GHRoger)发明的自激振荡推挽晶体管单变压器直流变换器，是实现高频转换电路的开始, 1957 年美国查赛(JJJen Sen)又发明了自激式推挽双变压器变换器电路。在此基础上，1964 年，美国科学家提出了取消工频变压器的串联开关电源的设想，并在 NEC 杂志上发表了“脉宽调制应用于电源小型化”等文章，为使电源实现体积和重量的大幅下降提供了一条根本途径。随着大功率硅晶体管的耐压提高和二极管反向恢复时间的缩短等元器件性能的改善，1969 年终于做成了 25KHz 的开关电源。电源界把开关电源的频率提高到 20KHz 以上称为电源技术的“20KHz 革命” 。1976 年美国硅通用公司第一个做出了型号为 SG1524 的脉宽调制(PWM, Pulse Width Modulation)控制芯片，极大地提高了开关电源的可靠性，并进一步减小了体积。在随后的几年中，大功率晶体管(GTR)和功率场效应管(MOSFET)相继被研制出来，其电压、电流额定值大为提高，工作频率也提高较多，可靠性也显著增加。随着我国经济的迅速发展，开关电源在国内的发展速度也有开始的缓慢甚至停滞到迅速发展。在建国初期，我国邮电部门的科研技术人员开发了以国产大功率电动发电机组为主的成套设备作为通信电源。在引进原民主德国 FGD 系列和前苏联 BCC51 系列自动化硒整流器基础上，借鉴国外先进技术，与工厂共同研制成功国产 XZL 系列自动化硒整流器，并在武汉通信电源厂批量生产，开始用硒整流器装备通信局( 站) ，替换原有的电动发电机组，这标志着我国国产通信电源设备跃到一个新的水平。但后来，我国的通信电源发展相当缓慢。1963 年开始研制和采用可控硅(SC R)整流器,1965 年着手研制逆变器和晶体管直流直流(DC/DC)变换器，当时与发达国家相比只落后五六年.后由于十年动乱，研制工作一直停滞不前，除了可控硅整流器于 1967 年在武汉通信电源厂开始形成系列化生产，供通信设备作一次电源使用，并不断得到改进，性能和质量逐步提高外，其它方面进展十分缓慢。一直到 80 年代才开始生产 20KHz DC/DC 变换器，但由于受元器件性能的影响，质量很不稳定，无法作为通信设备的一次电源使用。只是作为通信设备的二次电源使用(二次电源对元器件的耐压及电流要求较低)。直到上世纪 90 年代初，我国大多数通信设备所用的一次电源仍然是可控硅整2流器。由于通信事业发展的需要，八十年代后期，邮电部加强了通信电源技术发展的各项工作，多次派代表参加国际电信能源会议，并在八十年代后期才第一批引进了澳大利亚生产的 48V/5OA(开关频率为 40KHz)和 48V/100A(开关频率为 20KHz)的高频开关电源，在吸收国外先进技术的基础上，投入较大的力量，开始研制自己的开关电源。近年来，电力电子技术发展飞速，大功率 IGBT 和 MOSFET 更是其中的佼佼者，正是因为电子器件的迅猛发展，才能提升开关电源的工作频率到很高的水准，并且使其具有高稳定性和高价格比等优势。发展开关电源技术主要是为电子信息产业服务，电子信息技术的发展也同时促进了电源技术的交流，两者互惠互助，共同突破发展。本次设计考虑到 UC3842 芯片具有良好的电流控制能力，所以使用这个芯片完成小功率、小功耗、小体积的开关电源的设计。32 开关电源的简介2.1 开关电源概述2.1.1 开关电源的工作原理开关电源是一种通过开关周期性关断，进行电压变换的器件，一般开关电源采用半导体器件调控占空比，实现周期性控制。下面通过图 2-1 简单介绍开关电源的工作原理，Ui 是输入的不稳定直流电压，电流流过开关 S 到输出端 U0，如果要把不稳定的直流输入变成稳定的矩形脉冲输出，就需要控制开关 S 的通断时间比，要想得到稳定的直流输出U0，还需要把变换过的矩形脉冲经过滤波整流电路整流 ,这样才能完成整个电压变换。UiSU0+UoUi、 UpUa0 tTon ToffT图 2-1 开关电源的工作原理为了清楚解释开关电源基本原理，假设一个周期内，开关导通时间占周期总时间的比值为占空比：(2-1)TDONT 被用来表示受控开关 S 的通断周期，T ON 被用来表示受控开关 S 在周期 T 内的闭合时间。我们用一个公式来表示稳定直流输出电压 U0与不稳定直流输入电压 Ui 之间的关系：（2-2）Di0从式（2-1 ）和式（2-2 ）可以看出，调整输出电压 U0 的办法就是调整占空比，调整占空比就要保持周期 T 一致，调节开关 S 的导通时间。脉冲宽度调制（ PWM）是一种只改变 Ton ，不改变 T 来调节占空比的稳压方式。PWM 式开关电源用的比较多，是因为PWM 式的开关电源具有固定的开关频率，使用的是比较简单的，容易制作的输出滤波电路。脉冲频率调制（PFM ）是在 Ton 一定时，通过改变开关周期长短调整占空比，这样4完成稳定直流电压 U0 输出的方式。因为 PFM 式不具有固定的频率，所以不容易制作最优秀的输出滤波电路。我们对脉冲调频调宽的方式的定义是同时调整 Ton 和 T 来实现调整占空比，实现稳压输出的方法。上述三种调整脉冲占空比的稳压方式均被广泛应用在各式各样的开关电源中。2.1.2 开关电源的组成开关电源的基本组成如图 2-2 所示。DC/DC 变换器作为开关电源最关键的组成之一，其作用就是转换电压，人们设计了多种不同的电路来实现电压变换器的功能，我们在工作中最常见两种变换器是 PWM 变换器和谐振变换器。我们用驱动器用来实现对全部的开关信号进行发大的目的。同时驱动器可以调整输入信号的波形，使其可以达到启动开关管的要求。信号源用来传输由它激或自激电路产生的控制信号，这类信号可以是 PWM 信号、PFM 信号或其他类型的信号。比较放大器可以实现开关信号的幅值、频率、波形等的控制，控制途径是比较给定信号和反馈电压信号并在内部进行计算，把计算结果传送到驱动器，进而控制开关管的占空比，稳定输出电压值。除了上述的电路外，开关电源还具备启动、过流保护、过压保护、功能指示、输入滤波、输出采样等辅助电路。我们通过反馈回路可以测试输出电压，将输出电压作为采样电压，在于与基准电压进行比较和运算，得到它们之间的误差，然后将误差信号送给放大器，放大器把误差放大，放大后的信号经过脉宽调制电路和驱动电路，进而调整半导体开关的占空比，从而实现输出电压的调整。可以使用改变滤波器 LC 的数值的方法来改变瞬态响应特性，因为可以由输出端 LC 滤波器的特性决定开关电源的负载变换瞬态响应特性。DC/DC变 换 器驱 动 器 PWM 比 较 放 大 器R1R1UoutUin图 2-2 开关电源的基本组成2.1.3 开关电源的特点开关电源具有如下特点：（1）功耗小，效率高。因为用半导体晶体管，其导通与截止之间的切换速度很快，频率很高，所以开关管的功耗很小，效率就很高。（2）体积小，重量轻。开关电源一般采用高频变压器，这种变压器本身就很轻巧，而且又因为调整管上的散热大幅度减少后，又不用装不必要的散热片。因为省去了很多器件，所以开关电源会越来越轻巧。（3）稳压范围宽。如果想通过调频或者调宽来进行输入信号电压变化的补偿，可以5从开关稳压电源的输出电压这方面考虑。因为它是通过激励信号调整占空比，所以在工频电网电压发生较大影响时，对激励信号没有影响，仍能够保证调整占空比，输出稳定电压。从上面可以得出，开关电源具有很大的稳压上下限，具有稳定的稳压效果。此外，根据改变占空比的手段不同，调整稳压电源的方式也就大不相同，稳压范围也因此变得更大，这样人们可以依据具体案例，巧妙地选择对自己最有利的稳压方式，制作开关电源。（4）滤波高效。滤波的效率越高，滤波所使用电容的容量和体积越少。与传统的线性稳压电源相比，目前开关电源的工作频率是线性电源的 1000 倍，整流后的滤波效率比线性电源也高了将近 1000 倍；即使开关电源采用半波整流加电容滤波，效率也比线性电源高了近 500 倍。在相同环境中，开关电源使用的电容容量要求更低，设计者可以从自己的实际情况出发，选择最合适的电路，设计出自己理想中的开关稳压电源。2.2 开关器件2.2.1 开关器件的特征将开关电源的特征进行了归纳，其结果如下：（1）开关电源电子器件处理电功率的能力很强，远大于信息电子器件，因为其能够处理很微小的电功率，也可以处理很大的电功率，处理范围远在信息电子器件之上。（2）开关器件一般工作只有两种状态，导通和阻断。导通时，器件相当于一根导线，没有电阻，没有电压，电流也是有外接电路控制；阻断时，阻抗相当于阻值无限大的电阻，几乎没有电流，电压受外界电路控制。（3）开关器件的动态特性是关键的参考点，在某些情况下，动态特性甚至被视为最重要参数。（4）有时需要通过信息电子电路来输出信号，来实现对开关器件的控制。需要使用驱动器把控制电路上的信号放大后传递给主电路，完成主电路和控制电路的通信。（5）开关器件散热性能要好，而且在使用时要安装散热器，因为电路自身损耗会散发大量的热量可能把器件烧坏。开关器件变换状态时，其上都会有电压差；当器件损耗阻断时，开关器件上一
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