【电气工程及其自动化】基于uc3842开关稳压电源设计

本科生毕业设计（论文）开关稳压电源设计二级学院信息科学与技术学院专业电气工程及其自动化完成日期2014年5月10日A基础理论B应用研究C调查报告D其他目录1绪论111课题背景与意义112课题研究历程与现状113课题的研究内容和目标22开关电源的基本工作原理与电路结构2211开关电源的工作原理2212开关电源的组成322DC/DC变换电路概述5221单端反激式电压变换器5222推挽式电压变换器5223单端正激式电压变换器6224半桥变换器7225全桥变换器73高频变压器设计831“黑箱”预先估计832设计反激式变压器94控制单元的选择1041UC3842的简介10411UC3842的封装形式11412UC3842的工作原理12413UC3842功能介绍1242UC3842外围电路设计13421工作频率设计135开关电源设计1351启动电路和PWM脉冲控制驱动电路13511启动电路设计13512PWM脉冲控制驱动电路设计1352输入滤波电路1453输出滤波电路的设计15531输出滤波电容的设计15532死区电阻的设计1654过流保护电路1655电压反馈电路17551器件TL43117552光耦PC8171856开关电源电路图及工作过程分析21561工作过程与原理分析216电路仿真2361PROTELDXP2004电路仿真软件2362电路仿真的一般步骤2363电路仿真结果分析24结论25参考文献26附录27开关稳压电源设计摘要设计主要是利用一种性能优良的电流控制型脉宽调制器UC3842作为控制芯片。假如由于某种原因使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合制作2080W小功率开关电源。关键词开关电源；UC3842脉宽调制ASWITCHINGPOWERSUPPLYDESIGNABSTRACTDESIGNISMAINLYUSINGAKINDOFHIGHPERFORMANCEOFCURRENTCONTROLMODEPULSEWIDTHMODULATIONUC3842CHIPASCONTROLIFFORSOMEREASONSMAKETHEOUTPUTVOLTAGERISES,THEPULSEWIDTHMODULATORCANCHANGETHEDRIVESIGNALOFPULSEWIDTH,THATISDUTYRATIOD,MAKETHEAVERAGEVOLTAGEAFTERCHOPPINGDOWN,SOASTOACHIEVEVOLTAGEREGULATION,ANDVICEVERSAUC3842MOSTUBECANBEDIRECTLYDRIVEN,IGBT,ETC,WHICHCANBEDIRECTLYDRIVEN2080WLOWPOWERSWITCHINGPOWERSUPPLYFORTHEPRODUCTIONKEYWORDSSWITCHINGPOWERSUPPLY,UC3842,PULSEWIDTHMODULATION1绪论11课题背景与意义电源作为电子设备的装置之一，把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机把机械能转换成电能，干电池能把化学能转换成电能。电池本身并不带电，它的两极分别有正负电荷，由正负电荷产生电压（电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的），导体里本来就有电荷，要产生电流只需要加上电压即可，电池为了产生电流而把正负电荷释放出去，当电荷耗尽时，也就荷尽流（压）消了。因此人们把干电池叫做电源1。通过变压器和整流器，把交流电整流成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。电力电子的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到了相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的其中用途之一是为了信息产业服务，信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展2。21世纪，人们提倡建设可持续发展社会，提倡节约资源，提高能效，保护环境。在这种大环境下，开关电源以其效率高、重量轻、稳压范围宽、安全可靠、小型化、模块化、功耗小、环保等特点已成为人们争相研究的一个热点。同时电源技术已经演变成为一个综合微电子技术、自动控制技术、材料科学、电力变换技术、电机工程等诸多学科相互渗透的综合学科。从日常生活到尖端科技都离不开开关电源技术参与和支持2。12课题研究历程与现状1995年，美国科学家GHREYER成功研制出了第一台自激式晶体管直流变换器，从而取代了早期的机械振子式换流设备。但是由于当时的微电子技术落后，生产出的晶体管耐压值低、开关速度慢，致使直流变换器输入电压低，而且电路中还含有笨重的工频变压器2。20世纪70年代以后，与开关电源相关的高频率、大电流、高反压开关晶体管，快恢复二极管，高频变压器磁芯等元器件的出现，进一步的加快了开关稳压电源的发展，开关电源被广泛应用于航天、军事电子、计算机、通信设备等领域。13课题的研究内容和目标集成小功率开关电源的研究和设计，根据课题研究的需要，设计了一种性能优良的电流控制型脉宽调制器UC3842进行的开关电源，利用UC3842组成的PWM脉冲控制驱动电路，输出5V直流电源。电路分为五个模块滤波电路UC3842组成的PWM脉冲电路；输出电路；电压反馈电路；和过流保护电路。2开关电源的基本工作原理与电路结构21开关电源概述211开关电源的工作原理开关电源主要是要进行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率转换的装置，通过对主变换回路以及控制回路的控制完成一系列的变换。开关电源控制集成电路一般包括整流滤波电路、输出滤波电路、PWM控制与驱动电路、取样反馈控制电路，以及保护功能电路。在转换过程中，用高频变压器隔离称为离线式开关变换器，常用DC/DC变换器就是离线式开关变换器3。开关电源的工作原理如图1所示。图1开关稳压电源等效原理图开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过半导体的开关特性，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图2进行说明。图2输入的直流不稳定电压UI经开关S加至输出端，S为受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，当UI0时，若使开关S按要求改变导通或断开时间，经开关电路作用，转化成“矩形波”（也可叫“脉冲”或“方波”）输出，再将矩形波给滤波电路（有的叫“储能电路”）输入，由滤波电路输出的电压，就是转换后输出的直流电压UO3。AB图2开关电源的工作原理图2中，A图为电路图，B图为波形图。为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下DTON/T（21）上式中，T表示开关S的开关重复周期；ON表示开关S在一个开关周期的导通时间。开关电源直流输出电压UO与输入电压UI之间有如下关系（22）DUIO由式（21）和式（22）可以看出，若开关周期T一定，改变开关S的导通时间TON，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变，只改变TON来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制（PWM）。由于PWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持TON不变，利用改变开关频率F1/T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压UO稳压的方法，称作脉冲频率调制（PFM）。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设计不易实现最优化。即改变TON，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方式称做脉冲调频调宽方式4。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节的稳压方式均有应用。212开关电源的组成开关电源的基本组成如图3所示。其中DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产生控制信号，该信号由他激或自激电路产生，可以是PWM信号、PFM信号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。反馈回路检测其经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从而调整输出电压。DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。开关电源的负载变换瞬间响应主要由输出端LC滤波器的特性决定，所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法来改善瞬态响应特性5。图3开关电源的基本组成图4开关型稳压电源的原理电路22DC/DC变换电路概述221单端反激式电压变换器如图5所示，单端反激式变换器是在BUCKBOOST变换器的基础上演变而来的。与正激变换器不同的是，在开关管导通时，能量先储存，到开关管截止时，再向输出端提供能量。因此高频变压器不仅起到电气隔离作用，还具有储能作用。反激式变换器的高频变压器为保证在能量不完全传递的情况下磁芯不饱和，必须加入气隙，而且又要满足在二次侧电流不连续，即在能量没有完全传送的条件下稳定输出电压VOUT的要求，也必须增加气隙来调整电感量，而随之带来的缺点就是在开关管截止时会引起电压尖峰，损害开关管，因此必要时要在电路中增加吸收电路6。图5单端反激式电压变换电路工作原理当Q导通时，由于N1和N2的同名端关系，VD1承受反向电压截止，能量存在电感中，当Q截止时，N2极性反转，VD1导通，向负载R供电。同时变压器磁芯也完成磁复位。反激式变换器具有结构简单、成本低、驱动简单、可靠性高、适合多路输出等优点，多应用于150W以下的开关电源场合中。222推挽式电压变换器如图6所示，推挽式变换器是由两个正激变换器组合而来。推挽变换器是在其工作时变压器原边的两个绕组各自串联开关管的导通而交替工作。推挽式变换器属于双极性变换器，变压器磁芯工作在磁化曲线的第一、三象限，可以独立完成磁化和磁复位6。图6推挽式电压变换电路工作原理推挽式变换器工作时相当于两个正激变换器交替工作，假设此时Q1导通Q2截止，那么能量将通过Q1，绕组N11、N21、VD1传送到电感L和负载R，当Q2导通Q1截止时亦是如此。推挽变换器具有磁芯利用率高，脉动电压小等优点，缺点是由于两只开关管特性不能完全一致，变压器的磁通会发生偏移，造成直流磁偏现象致使磁饱和。推挽变换器多应用于低输入电压场合，其输出功率可达1000W以上。223单端正激式电压变换器如图7所示，在BUCK型变换器的开关管和续流二极管之间加入高频变压器就衍生为单端正激式变换器，其中高频变压器起到隔离输入和输出电路的作用。之所以称为正激变换器，是因为在开关管导通时，能量由输入端传送到输出端。其高频变压器的铁芯只工作在磁化曲线第一象限，而且由于它是正激工作方式，本身不具有磁复位的功能，因此，为了能防止磁累积造成的磁饱和，需要添加复位电路6。图7单端正激式电压变换电路工作原理当Q导通时，依据N1和N2的同名端关系，能量由副边绕组传到输出端，当Q截止时，一方面电感L和续流二极管VD2构成回路继续对负载R供电，一方面通过VD1将磁芯剩余能量传回电源，完成磁复位。正激变换器具有开关管峰值电流小，损耗小，输出纹波电压小等优点。但是由于变压器是单向励磁的，利用率低。多应用于中小型场合。224半桥变换器如图8所示，半桥变换器同推挽变换器一样，也是由两个正激变换器组合而来。其中一个桥臂由两个功率开关管组成，另一个桥臂则由两个相同的电容器承担，所以称为半桥变换器。半桥变换器也属于双极性变换器，但因为电路器件的不对称性，也会产生直流偏磁，造成变压器磁饱和，所以需要增加防偏磁措施6。图8半桥变换电路工作原理由于C1C2，每个电容器上分得VIN的一半，当Q1导通Q2截止时，VD1正向偏置，工作原理和单端正激式相同；当Q2导通Q1截止时，亦是如此。半桥变换器具有磁芯利用率高，和推挽相比开关管承受应力低等优点，缺点是会产生偏磁现象，适用于输入电压高，中等功率场合。225全桥变换器如图9所示，全桥变换器是由两个双管正激变换器组合而成。它的每一桥臂上均有两个开关管，由两桥臂的中点引出的对角线接在高频变压器上，像一个电桥一样，故称为全桥变换器。全桥变换器也是双极性变换器，可以自行磁复位，同时也存在偏磁现象6。图9全桥变换电路工作原理当Q1、Q4同时导通，Q2、Q3截止时，此时VD1正偏而VD2反偏，电源通过N1、N21、VD1到达电感L和负载R，反之亦然。全桥变换器虽然相对半桥、推挽电路复杂，但是开关管承受应力最小，且输出功率最大，故适用于高电压，大功率场合。3高频变压器设计元件是开关电源中必不可少的一部分，根据其在电路中的作用不同，通常分为变压器和电感器，变压器主要起着升降压和隔离的作用，电感器主要起着储能和滤波的作用，而所使用的反激式变换器，其高频变压器兼有变压器和储能的作用7。在选择变压器时，由于其涉及到磁芯材料、漏感、功率大小、电感量、温升、电压电流等等，所以不像其他元件一样可以在电子市场买到，必须根据实际情况自行设计。这对初学者来说是一个很费神、费力的事，但是变压器设计的好坏直接影响到电源能否正常工作，因此高频变压器的磁芯选择、原边电感、线圈匝数和气隙大小计算等问题都需要仔细考虑。高频变压器所需要设计的绕组为一次侧初级绕组，二次侧包括主输出5V绕组、以及给控制芯片UC3842供电的绕组。下面对高频变压器的主要参数计算过程进行详细介绍。31“黑箱”预先估计变压器输出端最大功率输出电压为5V，根据AWG与MM对照表10W2A5VPOUT预先估计电流大小为2A）考虑变压器的工作时的能量损耗，实际变压器输入端功率WESTPOUIN31750变压器输入端平均电流AVVINI24这个值决定变压器一次绕组的导线尺寸，从这个电流值可以看出，变压器一次侧绕组的绕线要用22AWG的导线或采用其他规格的导线。输入峰值电流AVWVINKPOUTIPK063185其中反激式电路的K值取55电源的工作频率选定为40KHZ（即125）32设计反激式变压器反激式变压器的工作与整机式变压器不同。整机式变压器两边的绕组是同时流过电流的，而反激式变换器先是通过一次绕组把能量储存在磁芯材料中，一次侧截止后再把能量传到二次回路7。因此，典型的变压器阻抗折算和一次、二次绕组匝数比关系不能在这里直接使用。在进行设计是，在黑箱估计阶段，估计出了电流的峰值、磁芯尺寸和选择好磁芯材料。刚开始，在开关管导通时可以把一次绕组看作是一个电感器件，所以一次侧最大电感（35）HASVIPKVINTOLR357063128（其中ON为开关管导通周期）计算磁芯功率的吞吐量（满足要求）36WZIFLESTPOUPKRI7312065734022这里选用MPP环形磁芯，开关导通的每个周期中，储存在磁芯的能量为（368035722AHIEPKRII7）据此估计所需的磁芯大小，选择磁芯为125的磁芯，其型号为55310A2,这种磁芯的AL为90MH/1000匝。一次绕组的匝数为（取29匝）（35829073101MHALNLPRIPRI8）输出电压（5）的二次绕组匝数匝（364502491MAXSECVVNINDOPRI9）（取7匝）其中为最大占空比，这里我们取50。MAX对UC3842供电的绕组匝数，考虑到正常工作时，该绕组要对UC3842供电所以其匝数应与一次侧相当，在这里取25匝。在这里，二次侧采用自耦变压器的结构，这样低电压输出端的绕组会包含在高电压输出端的绕组中。这些绕组的匝数和线规如下输出端5V7匝，17AWG输入端29匝，22AWGV24UC384225匝，23AWG4控制单元的选择41UC3842的简介UC3842电流型脉宽调制是由美国UNITRODE的公司生产。UC384X系列是一种应用广泛的定频电流模型式控制器，力求使用最少的外部元件获得最大的成本效益。其特点是价格低廉、性能良好、外接线路简单，并且具有温度补偿、欠压锁定、过流限制及过压保护等功能。能直接驱动双极型功率管或场效应管，由于在结构上具有电压、电流双闭环系统，开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有所提高，电压调整率可达001，工作频率高达500KHZ，启动电流小于1A，正常工作电流为15A，并可利用高频变压器实现与电网隔离。它适用于无工频变压器的2080W的小功率开关电源，其工作温度070，最高输入电压为30，最大输出电流为1A，最大占空比100，多用于反激式变换器，故选用UC3842型控制芯片8。411UC3842的封装形式UC3842的封装形式有8脚双列直插（DIP8）和14脚的表面贴（SO14）两种。采用的是DIP8的封装形式，其管脚排列图和外形如图10所示。图10UC3842管脚排列图和外形图各个引脚及用法介绍如下1脚COMP输出/补偿端，误差放大器的输出端，外接阻容元件，主要用于对环路进行补偿；2脚VFB反馈电压输入端，通过一个和开关串联的电阻将流过变压器初级的电流转换为电压信号，将此电压送人3脚，从而来调节脉冲宽度。并且当取样电压大于1V时，芯片停止工作，起到保护开关管作用；3脚IS电流检测输入端，通过一个和开关管串联的电阻将流过变压器初级的电流转换为电压信号，将此电压送入3脚，从而来调节脉冲宽度。并且当取样电压大于1V时，芯片停止工作，起到保护开关管作用；4脚RT/CT定时器端，将RT和8脚VREF连接，CT和地相连，以确定振荡器的频率，；/721CTRF5脚GND公共地端；6脚OUTPUT推挽输出端，图腾柱式输出，上升下降时间仅为50NS,驱动能力A17脚VCC直流电源供电端，该芯片的启动电压为16V，低压锁定门限10V；8脚VREF基准电压输出端，提供5V基准电压，有50MA的带载能力。412UC3842的工作原理在UC3842所构成的控制电路中，有电压、电流两个控制闭环回路，电压控制环是由反馈电压回馈到误差放大器。和芯片内部基准电压比较后产生误差电压；电流控制环是由变压器初级电流经采样电阻产生的采样电压与误差电压进行对比，产生脉宽调制信号，调节开关管的通断，当输出电压变低时，就会延长开关管的导通时间，增大占空比，达到稳定输出电压的目的8。413UC3842功能介绍（1）振荡频率的设置振荡器的频率是由定时元件RT和CT决定的。5V基准电压通过RT给CT充电，充到28V,在通过内部放电过程中产生一个消隐脉冲保持或非门输入为高电平，致使输出低电平，产生一个长度可控的静区时间8。（2）误差放大器UC3842提供一个有可访问反相输入和输出的全补偿误差放大器。此放大器具有90DB的典型直流电压增益和具有57相位余量的10MHZ的增益为1DB。同相输入在内部偏置于25V而不经管脚引出8。（3）电流取样比较器和脉宽调制锁存器UC3842作为电流模式控制器工作，输出开关导通由振荡器开始，当峰值电感电流到达误差放大器输出/补偿（管脚1）建立的门限电平时终止。这样在每个周期基础上误差控制峰值电感电流。所用的电流取样比较器脉宽调制锁存配置确保在任何给定的振荡器周期内，仅有一个单脉冲出现在输出端5。（4）欠压锁定UC3842采用了两个欠压锁定比较器来保证在输出级被驱动之前，集成电路已完全可用。正电源端（VCC）和参考输出（VREF）各由分离的比较器监视。每个都具有内部的滞后，以防止在通过他们各自的门限时产生误输出动作。VCC比较器上下门限分别为16V和10V。VREF比较器高低门限为36V和34V8。（5）输出UC3842有一个图腾柱输出级，是专门用来直接驱动功率MOSFET的，在01NF负载时，能提供高达的峰值驱动电流和典型值为的上升、下A01NS50降时间。还附加了一个内部电路，使得任何时候只要欠压锁定有效，输出就进入灌入电流模式，这个特性使外部下拉电阻不再需要8。（6）参考电压50V带隙参考电压，在时调整误差至，它首要的目的是25TJ01为振荡器定时电容提供充电电流。参考部分具有短路保护功能并能向附加控制电路供电，提供超过20A的电流8。42UC3842外围电路设计421工作频率设计振荡器频率由接在UC3842的4脚上的电阻RT和电容CT决定，频率为41TCRF810假若工作频率小于20KHZ进入音频范围则噪声较大，文波增大。若开关频率较高时，开关损耗增大，系统效率降低。因此确定工作频率时要认真考虑，实际选择工作频率为40KHZ。RT选值为220K，CT选值为200P的电容。RT、CT分别为R11、C10。5开关电源设计51启动电路和PWM脉冲控制驱动电路511启动电路设计UC3842启动阀值电压为16V，输入为24V直流电，可直接启动UC3842工作，直接将24V输入经电阻接在芯片的7脚上，同时加上一个二极管，滤除芯片工作时产生的震荡，消除其对输入电压的影响。但是考虑到启动电压较高，电阻上的能耗较大，而工作时电压只需维持在10V至16V即可，所以在变压器一端引入反馈电路，使在芯片启动以后通过反馈回路供电8。512PWM脉冲控制驱动电路设计芯片启动后，6脚输出PWM脉冲，驱动开关管的导通和截止，为了使栅极电压稳定，加了稳压管和电阻构成的稳压电路，从而保证了开关管的正常工作。开关管的导通截止，使得一次侧变压器通电一次，在变压器磁芯中将能量储存起来。而输出端电压的改变，就是靠改变PWM输出波的占空比，继而影响一次侧变压器线圈的通电时间，也就是储存在磁芯中的能量发生改变，二次侧通过变压器耦合获得的能量就发生改变，表现在电压发生了调整，正是通过这种动态的不断调整，使得电压保持稳定9。这也是设计的基本电路。启动和PWM脉冲控制驱动电路如图11图11启动和PWM脉冲控制驱动电路UC3842的电源软启动。当输入24V刚上电时，对电容C11和C5充电，当电容电压上升到开启阀值16V时UC3842开始工作，此时R3上的电流将会迅速增加，变压器反馈回路的工作将对C11和C5充电，使UC3842的7脚电压维持在工作电压。52输入滤波电路为了使电压输出更稳定，在输出部分加入电容电感滤波。而选择合适的电容在反激式变换器中显得尤其重要，这是因为反激式变换器自身与整流器之间没有感性阻抗，使得有很大的瞬间电流流入和流出电容。较大的交流电流流过了电容的ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感），ESR会导致电容发热，造成电容的使用寿命缩短，增加了输出的电压纹波。ESL引起输出电压存在高频噪声。钽电容与铝质电解电容相比，具有较小的ESR和ESL9。另外，大容量电容上要并联高频电容，这是由于铝电解电容和钽电容无法吸收加在其两端的高频电流分量，用01F或001的陶瓷电容就可以达到这个目的。图12输入滤波电路（51FVHZWFVPCPRILEOUTIN501402用两个27、50V的铝电解电容和一个01电容并联。C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。C3、C4跨接在输出端，能有效地抑制共模干扰。为了减小漏电流，C3、C4宜选用陶瓷电容器。53输出滤波电路的设计531输出滤波电容的设计正激式和升压式输出级的输出滤波电容的计算式相同，它可以简单地由所需要的输出纹波电压峰值决定。这个输出纹波电压就是叠加在输出直流电压上的交流三角波。对于正激式变换器，输出纹波典型值是30MV（峰峰值），而升压式变换器中，150MV的峰峰值是比较典型的。计算公式52MINAXMIN1KPRILEOUTOUTFVIC式中表示输出端的额定电流值，单位为A；OUTIMIN表示在高输入电压和轻载下所估计的最小占空比（估计值为03是比较合适的）；表示期望的输出电压纹波峰峰值，单位为V。此外取值85MV。KPRILEV输出滤波电路如下图图13输出滤波电路5V输出端滤波电容（53）FMVHZAFVICKPRILEOUTT2948540121MINAX,用四个47、额定电压为35V的钽电容并联FOUT294（C16、C17、C18和C19）。通过并联，可以减小电容高度和ESR（等效串联电阻）。C15采用01的瓷片电容，可以滤除高频分量，使电压输出稳定。532死区电阻的设计死电阻的作用在单端正激式电路中，副边是不可以开路的，这是因为在忽略电路损耗的情况下，电源提供的能量全部由负载消耗，当变压器副边开路时，副边电流为零，电压就会无穷大，这样电路就无法正常工作，所以在副边一定要加死区电阻9。另外，死区电阻还起到了释放副边滤波电容上电荷的作用。对死区电阻的选取一般应使在其上流过的电流不超过5A5V端的死区电阻为（54）KMAVR11354过流保护电路电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁芯和绕组组成。串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。电流互感器的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途，或者把数值较小的一次电流通过一定的变比转换为数值较大的二次电流，用来提高检测电流的灵敏度10。将通过开关管的电流，利用电流互感器原理反应到检测回路中，再将检测电阻与3脚相连，当检测电阻超过1V时，UC3842就会管段6脚的PWM输出，从而实现过流保护。具体见开关电源总电路图，由L3、R5、D5、R9组成。55电压反馈电路反馈电路的设计是开关电源最重要的工作之一，为了很好地改善输出端的交叉调整性能，通过检查输出电压来实现检测，反馈电路设计的好坏，直接影响控制电路对输出电压精度的调节，在开关电源中，通常使用光耦PC817实现控制芯片和电压反馈信号的电气隔离。一般反激式开关电源的反馈电路都是采用TL431和光耦PC817等元器件组成10。551器件TL431TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从VREF25V到36V范围内的任何值。TL431的典型动态阻抗为02欧姆，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管。例如，数字电压表、运放电路、可调压电源，开关电源等。TL431特点（1）最大输出电压为36V；（2）电压参考误差，典型值为25（TL431B）；40（3）低动态输出阻抗，典型022欧姆；（4）负载电流能力10A100A；（5）等效全范围温度系数50PPM/典型；（6）温度补偿操作全额定工作温度范围；（7）低输出噪声电压。图14TL431的引脚图15TL431功能模块示意图在开关电源设计中，一般输出经过TL431（可控分流基准）反馈并将误差放大，TL431的沉流端驱动一个光耦的发光部分，而处在电源高压主变的光耦感光部分得到的反馈电压，用来调整一个电流模式的PWM控制器的开关时间，从而得到一个稳定的直流电压输出。552光耦PC817PC817是常用的线性光耦，在各种要求比较精密的功能电路中常常被当做耦合器件，具有上下级电路完全隔离的作用，相互不产生影响。当输入端加电信号时，发光器发出光线，照射在受光器上，受光器接受光线后导通，产生光电流从输出端输出，从而实现了“电光电”的转换10。普通光电耦合器只能传输数字信号（开关信号），不适合传输模拟信号。这样随着输入信号的强弱变化会产生相应的光信号，从而使光敏晶体管的导通程度也不同，输出的电压或电流也随之不同，PC817光电耦合器不但可以起到反馈作用还可以起到隔离作用。主要应用范围开关电源、适配器、充电器、UPS、DVD、空调及其它家用电器等产品。图16PC817的内部结构图161脚为阳极，2脚为阴极，3脚为发射极，4为集电极。特点电流传输比CTR最小，在,时，输入和输出之间的50MAIF5VVCE隔绝电压高VISORMS50KV正向电流IF（MA）图17PC817集电电压VCC与正向电流IF的关系图18与TL431配合的电压反馈电路这种方法价格低廉、简单实用。但是也有一定的缺点电路中光耦PC817的有效输入电流范围窄，导致控制电路对输出电压的调节范围有限。反馈电路如开关电源总电路图19所示图19电压反馈回路设计采用PC817与TL431的结合实现了芯片与电压反馈信号的隔离，同时能对电压精度进行调节，TL431运放的反相输入端有一个25V的基准电压源，由运放特性可知，只有当基准电压REF端电压十分接近V1时，三极管中有一个稳定的电流通过，而且随着基准电压REF端电压的微小变化，通过三极管，电流将从1A到100A变化，从而调节光耦二极管中电流的变化，再将这种变化转换成电压反馈到UC3842的2脚进而调节输出脉冲的占空比，达到调节输出电压的目的。因为TL431需要至少1A电流流过才能工作，电源二次侧中，把通过电压检测电阻分压网络的电流值设置为1A（也就是每伏1K欧姆）。用最接近的27K欧姆电阻产生的实际检测电流为0926A这样就很容易计算出上端的电阻R14（55）KAVR72960514用来给光耦隔离器和TL431提供偏置电流的电阻阻值是由TL431工作所需的最小电流1A决定的。取流过分支的电流为5A，这样偏置电阻R16（光隔离器LED的偏置电阻）的阻值可通过下式计算（56）2054116MAVR那么R15和RW1的阻值应为（57）KW79615（其中R15取24K欧姆，RW1取500欧姆）R15与RW1的配合使用能在实际电路中灵活调节使输出电压更接近设计要求。56开关电源电路图及工作过程分析561工作过程与原理分析图20开关电源总电路图图20是电源原理图，电路中C3、C4组成共模滤波滤除两线间的非对称的共模干扰；C1和C2用于滤除差模干扰，L2用于衰减共模干扰与变压器初级绕组并联的R1、C13和D3构成消振回路，当开关晶体管导通和截止时开关管两端会出现很大正向和反向震荡波形，这样的波形容易对开关管造成二次击穿，由它们组成的消振衰减电路可有效抑制这种现象。24V的直流电经D2、R3启动UC3842和开关电源工作，开关电源工作后反馈绕组上感应电压经D4、R6整流滤波后再向UC3842电路供电。在振荡器产生的脉冲控制下，当控制脉冲上升沿时，该脉冲信号由UC3842得6脚输出经R7并通过稳压管DZ稳压后，为开关功率管提供基极偏流，使开关管导通，变压器储积能量负载靠输出滤波电容（C16、C17、C18和C19）供电，在控制脉冲的下降沿时，开光管的基极电压下降，集电极电流减小，开关管迅速截止，直至下一个脉冲的上升沿到来时，开关管才重新导通，如此周而复始，感应电势向负载和电容供电。开光管的集电极电流通过耦合电感的作用使其电流反应到检测电阻R5上，转换成相应的电压，该电压经R9、C7和C8构成的滤波器后送至UC3842的3脚，此信号与片内的误差放大器输出信号送至PWM比较器的两个输入端，产生调制脉冲。该电路的保护原理如下因某种原因引起过大电流，开关功率管的集电极电流将有较大的增加，引起感应电流的增大，检测电阻上电压增大，当3脚电压增大至1V时，UC3842片内PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，截止输出，6脚无输出电压，开关功率管截止，从而保护了电路，UC3842的2脚为取样输入，反馈信号由输出端经TL431和光电耦合器PC817送入，当负载增加（或减小）引起输出电压下降（或增大）时，分压电阻的作用使得TL431参考端的电压发生变大（或减小）继而影响到光耦PC817发光二极管上电流的减小（或增加），通过光电耦合的作用，检测电阻R10上的电压就会减小（或增加），将其上的电压与2脚内的参考电压25V作比较，从而改变输出波形的占空比，增加开关功率管的导通时间，于是传到次级绕组上的电能增加，使输出电压增加，反之亦然，这样就使输出电压保持恒定不受负载变化的影响10。6电路仿真61PROTELDXP2004电路仿真软件所谓电路仿真，就是利用PROTELDXP2004软件对设计电路的实际情况进行模拟的一个过程，主要目的是检验设计的正确性，发现潜在的错误。PROTELDXP2004提供了强大的仿真功能。合理地使用电路仿真分析，不仅可以缩短开发的周期，还可以降低开发的成本。在利用系统进行仿真时，不仅要有元器件模型库的支持，而且还必须对元器件模型等仿真参数进行合理设计，否则就得不到正确的结果。62电路仿真的一般步骤电路仿真时通过计算机软件，模拟具体电路在给定条件下，各个观测点的输入、输出情况的工作过程。PROTELDXP2004电路仿真基于新的SPICE3F5模拟模型和XSPICESIMCODE数字模拟仿真内核，内嵌一个功能强大的A/D混合信号仿真器，在进行原理图设计输入后，即可正确地进行电路仿真。合理地使用电路仿真功能，可以准确分析电路的工作状态，提高电路的设计工作效率、缩短开发周期、降低生产成本。利用PROTELDXP2004进行电路仿真一般步骤如下所述。在对原理图进行仿真之前，首先要创建并编辑需要仿真的原理图文件，给原理图中的每个元器件添加仿真模型，放置电源和仿真激励源，以便在仿真过程中驱动电路；有时还需要定义电路的初始条件。另外，还需要在电路图中被检测的节点上放置网络标签。在此基础上，根据电路的具体仿真要求，合理地设置仿真参数。然后执行仿真命令完成对原理图文件的仿真，最后对仿真的结果进行分析。电路仿真的基本步骤如图21所示。图21仿真原理图设计流程6