单端反激式开关电源(毕业设计)

1、 目 录摘 要ii第一章 开关电源概述11.1 开关电源的定义与分类11.2 开关电源的基本工作原理与应用11.2.1 开关电源的基本工作原理11.2.2 开关电源的应用21.3 开关电源待解决的问题及发展趋势51.3.1 开关电源待解决的问题51.3.2 开关电源的发展趋势5第二章设计方案比较与选择72.1 本课题选题意义72.2 方案的设计要求72.3 选取的设计方案8第三章 反激式高频开关电源系统的设计93.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图93.2 单端反激式高频变压器的设计103.2.1 高频变压器设计考虑的问题103.2.2 单端反激式变压器设计113.3 高频开关电源控制电路

2、的设计153.3.1 pwm 集成控制器的工作原理与比较153.3.2 uc3842工作原理173.3.3 uc3842的使用特点183.4 反馈电路及保护电路的设计193.4.1 过压、欠压保护电路及反馈193.4.2 过流保护电路及反馈203.5变压器设计中注意事项21第四章 总结22参考文献23致 谢24摘 要 开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，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资源及保护环境方面都具有深远的意义。为此本论文以反激式高频开关电源为设

3、计方向而展开，对高频变压器的认知及所注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。高频单端反激式变压器是本文的中心内容，其核心参数设计许多，具体内容正文中有详细介绍。其次是控制电路的设计，首先我们要对pwm集成控制器原理的有所了解，在此基础上保护两种控制模式分别是电压模式和电路模式。同时采用uc3842开关电源集成控制器，它是一种高性能的固定频率电流型集成控制器，能很好地应用在隔离式单端开关电源的设计，其最大优点是外接元件少，外电路装配简单等。开关电源的质量指标应该是以安全性、可靠性为第一原则，所以，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互关联和应注意的问题也要引起足够的重视。

4、通过相关文献及实现数据的带入进行验证，最终确定出此设计方案是可行的，设计达到最初的效果。 关键词：高频单端反激式变压器；pwm集成控制器；uc3842集成控制器；保护电路 第一章 开关电源概述 1.1 开关电源的定义与分类电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电，一般都需经过转换才能合适使用的需要，例如交流转换成直流，高电压变成低电压，大功率变换小功率等。按照电子理论，所谓ac/dc就是交流转换为直流；ac/ac称为交流变交流，即为改变频率；dc/ac称为逆变；dc/dc为

5、直流变交流后再变为直流。为了达到转换的目的，电流变换的方法是多样的。自20世纪60年代，人们研发出了二极管、三极管半导体器件后，就用 半导体器件进行转换。所以，凡是用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出并有各种保护环节的电路，称为开关电源（switching power supply）人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为ac/dc和dc/dc两大类，也有ac/ac dc/ac 如逆

6、变器 dc/dc变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但ac/dc的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。1.2 开关电源的基本工作原理与应用1.2.1开关电源的基本工作原理 开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模式，与线性电源不同的是，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（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件

7、上所产生的损耗。与线性电源相比，pwm开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即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来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节。一旦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。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。如图1.1所示。 图1.1开关电源的基本组成图 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，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管

8、之前要经过一个电压/脉冲宽度转换单元。 开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。1.2.2 开关电源的应用随着电力电子技术的发展, 特别是大功率mos 管技术的迅速发展, 将开关电源的工作频率提高到150200 khz, 这使得功率损耗更小, 电源的效率可达90%95%。用高频变压器取代工频变压器可大大减小体积, 降低重量; 同时输出电压纹波降低到0.05%以内, 稳定度可达0.5%1%, 抗干扰能力强而且智能化程度高, 因为这些优良的特性, 高功率开关电源主要应用于工业和军事上。如粒子加速器、电磁发

9、射、电磁推进、微波武器等脉冲功率技术应用领域中, 电源设备的平均功率通常在几百千瓦甚至几兆瓦以上, 体积和重量只有线性电源的几十分之一。而小功率开关电源主要应用于家电、it 等领域, 如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、机顶盒、vcd、电子游戏机等电子设备上。 通信电源通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将直流- 直流(dc/dc)变换器称为二次电源。一次电源是把单相或三相交流电网变换成标称值为48v 的直流电源。如在程控交换机用的一次电源中, 传统的相控式稳压电源早已被高频开关电

10、源取代,它通过mosfet 或igbt 的高频工作,开关频率一般控制在50100khz 范围内,实现了高效率和小型化。近几年, 一次电源的功率容量不断扩大, 单机容量已从48v/12.5a 扩大到48v/200a、48v/400a。通信设备计算速度的不断提高, 使得时钟频率不断提高, 所用集成电路的种类繁多,其电源电压要求也各不相同,通常超过10 种, 在通信供电系统中采用高功率密度的高频dc- dc 隔离电源模块,从中间母线电压(一般为48v 直流)变换成所需的各种直流电压,这样可大大减小损耗、方便维护,且安装、增加非常方便。一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。因通信

11、容量的不断增加,通信电源容量也将不断增加。高频逆变式整流焊机电源高频逆变式整流焊机电源是一种高性能、高效、省材的新型焊机电源,代表了当今焊机电源的发展方向。由于igbt大容量模块的商用化,这种电源更有着广阔的应用前景。逆变焊机电源大都采用交流- 直流- 交流- 直流(ac- dcac-dc)变换的方法。50hz 交流电经全桥整流变成直流,igbt组成的pwm高频变换部分将直流电逆变成20khz 的高频矩形波,经高频变压器耦合,整流滤波后成为稳定的直流,供电弧使用。由于焊机电源的工作条件恶劣,频繁地处于短路、燃弧、开路交替变化之中, 因此高频逆变式整流焊机电源的工作可靠性成为最关键的问题,也是用

12、户最关心的问题。采用微处理器作为脉冲宽度调制( pwm) 的相关控制器,通过对多参数、多信息的提取与分析,达到预知系统各种工作状态的目的,进而提前对系统做出调整和处理, 解决了目前大功率igbt 逆变电源可靠性。国外逆变焊机已可做到额定焊接电流300a,负载持续率60%,全载电压6075v,电流调节范围5300a,重量29kg。大功率开关型高压直流开关电源大功率开关型高压直流电源广泛应用于静电除尘、水质改良、医用x 光机和ct 机等大型设备。电压高达50l59kv,电流达到0.5a 以上,功率可达100kw。自从上个世纪70 年代开始, 日本的一些公司开始采用逆变技术,将市电整流后逆变为3kh

13、z 左右的中频,然后升压。进入80 年代,高频开关电源技术迅速发展。德国西门子公司采用功率晶体管做主开关元件,将电源的开关频率提高到20khz 以上, 并将干式变压器技术成功地应用于高频高压电源,取消了高压变压器油箱,使变压器系统的体积进一步减小。国内对静电除尘高压直流电源进行了研制, 市电经整流变为直流, 采用全桥零电流开关串联谐振逆变电路将直流电压逆变为高频电压,然后由高频变压器升压,最后整流为直流高压。在电阻负载条件下,输出直流电压达到55kv,电流达到15ma,工作频率为25.6khz。 电力操作电源在上个世纪90 年代之前, 电力操作电源几乎全部选用相控电源, 即采用可控硅整流充电设

14、备, 由于可控硅整流在纹波、效率、体积等方面不尽人意, 监控系统也不够完善, 尤其现在变电所逐步采用微机保护和监控, 对直流系统的性能和可靠性要求更高, 因此90 年代之后更新换代为开关电源。变电所中的电力操作电源是保证可靠供电必不可少的,它的主要任务是为继电保护、开关分合闸及控制等提供可靠的直流操作电源。它的性能优劣直接关系到变电所的正常安全供电, 进而关系到生产设备的正常运行。采用高频开关后,输出电压精度高, 其输出纹波系数从2%提高到0.1%, 电源稳压、稳流精度从2%减小到0.5%, 能够保证对蓄电池的平稳充放电, 延长了电池使用寿命。由于采用模块化结构和n+1 备份方式, 可根据实际

15、负载容量的大小, 选择合适的整流模块数量。当1 台电源故障时, 只需将该模块退出检修, 而其它模块仍可继续运行, 在保证系统充电容量的前提下, 为负载的正常供电提供了更加可靠的保障。以往的可控硅整流相控电源系统, 其备件需要1 个同样大小的硅整流模块, 而改用高频开关后, 只需备12 个高频开关单元就可以了, 减少了备件储备成本。由于高频开关电源的功率因数大于0.9, 而常规整流功率因数仅为0.7 左右, 对同样的负载, 采用高频开关模块可节省输入功率30%。 1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势1.3.1 开关电源待解决的问题客观上说，开关电源的发展是非常快的，这是因为它具有其他电源所无法

16、比拟的优势。材料之新、用途之广，是它快速发展的主要动力。但是，它离人们的要求、应用的价值还差得较远，体积、重量、效率、抗干扰能力、电磁兼容性以及使用的安全性都不能说是十分完美。目前要解决的问题有： 器件问题。电源控制集成度不高，这就是影响了电源的稳定性和可靠性，同时对电源的体积和效率来说也是一个大问题。 材料问题。开关电源使用的磁芯、电解电容及整流二极管等都很笨重，也是耗能的主要根源。 能源变换问题。按照习惯，变换有这样几种形式：ac/dc变换、dc/ac变换以及dc/dc变换等。实现这些变换都是以频率为基础，以改变电压为目的，工艺复杂，控制难度大，始终难以形成大规模生产。 软件问题。开关电源

17、的软件开发目前只是刚刚起步，例如软开关，虽然它的损耗低，但难以实现高频化和小型化。要做到“软开关”并实现程序化，更是有一定的困难。要真正做到功率转换、功率因素改善、全程自动检测控制实现软件操作，目前还存在很大差距。 生产工艺问题。往往在实验室中能达到相关的技术标准，但在生产上会出现各种问题。这些问题大多是焊接问题和元器件技术性能问题，还有生产工艺上得检测、老化、粘结、环境等方面的因素。没有先进的工艺设备，怎能生产出一流的产品？1.3.2 开关电源的发展趋势开关电源的发展方向是频率更高、体积更小、电压更低、电流密度更大、效率更高。随着电力电子器件开关频率的不断提高, 使得开关电源的频率进一步提高

18、, 小功率dcdc 变换器的开关频率已将现在的200500khz 提高到1mhz 以上。频率的提高使体积进一步缩小, 开关电源在封装结构上正朝着薄型, 甚至超薄型方向发展, 目前薄型封装尺寸已可达到7.5mm、8.5mm 和10 mm。半导体工艺等级在未来十年将从0.18 微米向50 纳米工艺迈进, 芯片所需最低电压最终将为0.6v, 但输出电流将朝着大电流方向发展。1991 年高功率密度定义为每立方英寸输出功率为25w, 现在输出功率每立方英寸可达数百瓦。日本tdk 公司的分布式隔离型dcdc 转换器, 输出电压12v、输出电流27a、效率为95%, 功率密度已达每立方英寸236w。而各种软

19、开关技术的应用及用mosfet 代替整流二极管都能大大地提高模块在低输出电压时的效率, 即将达到92% (5v)、90%(3.3v)、87.5%(2v)。 第二章 设计方案比较与选择2.1 本课题选题意义本课题研究的是高频开关电源及其几个研究热点，符合开关电源的发展方向，有助于新技术在国内开关电源中的应用。理论联系实际，通过高频开关电源的研发，可以使得理论知识应用于实际工程中，同时也培养了作者的科研能力和创新意识。高频开关电源(也称为开关型整流器smr)通过mosfet或igbt的高频工作，开关频率一般控制在50-100khz范围内，实现高效率和小型化。（1）在充分理解开关电源电路工作原理、设

20、计任务书的基础上，设计主电路和控制电路参数，并设置了可行的方案，从而选取反激式开关电源作为本文论点。（2）uc3842是美国unitrode公司(该公司现已被 ti公司收购)生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，可直接驱动双极型晶体管、mosfef 和igbt 等功率型半导体器件，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点，广泛应用于计算机、显示器等系统电路中作开关电源驱动器件。（3）调试研制的开关电源，通过对各项指标的测试，综合考察电源的性能，考察电源实现软开关的效果，进一步解决调试中出现的问题，完成有限双极性和峰值电流控制方法从理论到实际的转化。2.2 方

21、案的设计要求以下是高频开关电源的基本功能：（1）通过modem和电话网与监控中心通信，从通信口读取高频开关电源的信息；（2）测量模块的输出电流和电压、直流母线电流和电压、电源的输出电流和电压、电池充放电电流和电压等；（3）控制电源的输出电流和稳流，控制电源的开关机等；（4）控制高频开关电源实现对蓄电池浮充、均充方式的自动转换；（5）控制硅链的自动或手动投切，保证控制母线的稳压精度，进而保证微机和晶体管保护用电的可靠性，防止造成保护误动；（6）调节充电限流值和总输出电流稳流值； （7）具有本地和远程控制方式，采用密码允许或禁止方式操作，以增强系统运行可靠性。 2.3选取的设计方案 开关稳压电源被

22、誉为 “新型高效节能电源”，它代表着稳压电源的发展方向。由于内部器件工作在高频开关状态，因此本身消耗的能量极低，电源效率可以达到80%以上，比串连调整 线性稳压电源的效率提高近一倍。随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源正朝着小型化、高频化、集成化的方向发展，高效率的开关稳压电源已得到越来越广泛的应用。利用电流型脉宽调制器uc3842芯片设计的电流制型脉宽调制开关稳 压电源，克服了电压控制型脉宽调制开关稳压电源频响慢、电压调整率和负载调整率低的缺点，电路结构简单，成本低、体积小、易实现。该稳压电源是目前实用和理想的稳压电源，具有很大的发展前景。 根据要求，本次设计控制电路形式为反激式，单端反激式

23、电路比正激式开关电源少用一个大储能滤波电感以及一个续流二极管，因此其体积小，且成本低。此电源设计要采用的是反激式的开关管连接方式，并且开关电源的触发方式是它激式。设计采用了uc3842作为pwm控制电路。 电源开关频率的选择决定了变换器如开关损耗、 门极驱动损耗、 输出整流管的损耗会越来越突出，对磁性材料的选择和参数设计的要求也会越苛刻。另外，高频下线路的寄生参数对线路的影响程度难以预料，整个电路的稳定性、 运行特性以及系统的调试会比较困难。在本电的特性。开关频率越高，变压器、 电感器的体积越小，电路的动态响应也越好。但随着频率的提高，诸源中，选定工作频率为100 。第三章 反激式高频开关电源

24、系统的设计3.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图系统参数如下：电路形式：单端反激式；交流电源：；开关电源输出电压、电流：+5v，1a；12v，0.5a；+30v，1a。开关管开关频率：。主电路设计图如图3.1所示，其中的控制芯片采用uc3842。电源的输出电压等级有三种：5 v、 12 v、+30v 。该电路的变换器是一个降压型开关电路。由单管驱动隔离变压器tc主绕组n1电流，c2、 r3可以提供变压器原边泄放通路。输出经整流、滤波送负载。芯片所用的电源vcc由r2从整流后电压提供。vcc同时也作为辅助反馈绕组n3的反馈电压。如图3.1所示。 图3.1 uc3842 构成的反激式开关电源电

25、路图220v 电由c1、l1滤除电磁干扰，负温度系数的热敏电阻 限流，再经vc 整流、c2 滤波，电阻r1、电位器rp1 降压后加到uc3842 的供电端（脚），为uc3842 提供启动电压，电路启动后变压器的付绕组的整流滤波电压一方面为uc3842 提供正常工作电压，另一方面经r3、r4分压加到误差放大器的反相输入端脚，为uc3842 提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。脚和脚外接的r6、c8决定了振荡频率，其振荡频率的最大值可达500khz。r5、c6用于改善增益和频率特性。脚输出的方波信号经r7、r8分压后驱动mosfef 功率管，变压器原边绕组的

26、能量传递到付边各绕组，经整流滤波后输出各数值不同的直流电压供负载使用。电阻r10用于电流检测，经r9、c9滤滤后送入uc3842 的脚形成电流反馈环. 所以由uc3842 构成的电源是双闭环控制系统，电压稳定度非常高，当uc3842 的脚电压高于1v 时振荡器停振，保护功率管不至于过流而损坏。3.2 单端反激式高频变压器的设计 3.2.1 高频变压器设计考虑的问题1） 磁芯损耗磁芯损耗取决于磁感应增量、频率和温度。若不考虑温度影响, 软磁铁氧体铁芯总损耗通常由三部分构成: 磁滞损耗ph、涡流损耗pe 和剩余损耗pr。每种损耗产生的频率范围是不同的, 铁芯总损耗为 : (3-1) 式(3-1)其

27、中kp为铁芯损耗系数, 不考虑温度时为常数, v 为铁心体积, f为工作频率, b 为磁感应强度,m 、n 分别是工作频率和磁感应的指数, 它们与铁芯的材料有关, 具体数值可以通过查表得到。2） 绕组损耗由于谐波的存在, 绕组损耗也是变压器损耗的重要组成部分, 对变压器来说谐波畸变率越大, 损耗也将会越大。在谐波影响下, 变压器的绕组损耗将随着谐波电流的增大而增大。由于非全相整流负荷的原因, 变压器中会存在直流分量, 它会使变压器产生偏磁。因此, 如果考虑直流分量的影响, 绕组损耗的计算公式为: (3-2) 式(3-2)中: 为绕组损耗, h 为谐波次数, 为第h次谐波下原边绕组的电阻, 为第

28、h次谐波下副边绕组的电阻, 为流过原边绕组的谐波电流的有效值, 为流过副边绕组的谐波电流的有效值。3） 温升 高频变压器的温升对系统的工作状态和输出功率会有影响, 而温升与能量损耗一般成正比关系,即: (3-3) 其中比例常数，即热阻 温升 损耗功率由上式(3-3)可知, 为了降低温升, 必须减少能量的损耗。而能量的损耗又直接与铁芯损耗和绕组损耗有关, 因此在设计中必须考虑降低它们的损耗量。4） 磁芯要求 高频变压器与50h z的工频变压器相比, 频率提高了几百倍, 绕组匝数大大减少, 铜耗及调整率减小, 但铁芯中的损耗将随频率的提高大大增加。一般开关电源中使用的铁芯有如下要求:( 1)尽可能

29、高的磁感应强度(但注意在最大输出功率时, 不能达到饱和, 以免产生失真) ； ( 2)尽可能高的导磁率; ( 3)要求磁损较小; ( 4)要求线包加工及装配容易;( 5)磁特性随温度变化要小, 即要求较稳定的温度系数。3.2.2 单端反激式变压器设计 单端反激式变压器又称电感储能式变压器，当高压开关管q1 被脉宽调制（pulse width modulation, pwm）脉冲信号激励而导通时，直流输入电压施加到高频变压器t 的原边绕组上，在变压器次级绕组上感应出的电压使整流管d1 反向偏置而阻断，此时电源能量以磁能形式存储在初级电感中；当开关管q1 截止时，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组

30、上的电压极性颠倒，使d1 导通，储存在变压器中的能量释放给负载。如图3.2所示。 图3.2 单端反激式变压器工作原理图 变压器磁芯的选择开关电源输出功率： (3-4)磁芯材料选用锰-锌铁氧体，其饱和磁感应强度为：5000gs，相对磁导率：，取最大磁通密度：。当磁芯中磁感应强度小于时，磁芯的相对磁导率可取：，磁芯磁导率为： (3-5)开关电源效率取，则所需要的变压器面积乘积为： (3-6) =式(3-6)中：窗口利用系数取0.3，绕组电流密度取3。由于骨架需要，选择ei40磁芯，其磁芯截面积为：窗口面积为：磁路长度：面积乘积为： (3-7)所以综上计算 ei40满足功率输出能力要求。原边绕组匝数

31、的选取 原边直流电压范围： 取：电源电压最低、负载最大时，最大占空比为50%，由上可得原边匝数： (匝) (3-8)原边电流最大值的计算： (3-9) 各副边绕组匝数计算： 根据原边电流峰值，考虑损耗因素，选择开关管，选用大功率三极管，其，取主输出整流管导通压降，安全裕量。 （1）主输出绕组匝数为： （匝） (3-10) 即只要主输出绕组匝数大于上式的计算值，开关管就不会过压。故取主输出绕组匝数为： （匝） （2）输出绕组匝数： 考虑到输出作为运算放大器电源，需要较高的电压精度，整流滤波后采用三端稳压器稳压，故取： （匝） 其反激电压为： (3-11) （3）+30v输出绕组匝数： +30v输

32、出用于触发电源，精度要求不高，其匝数为： （匝） (3-12) 考虑到内阻压降，故+30v输出绕组取：（匝）磁路间隙计算： (3-13) 原边绕组电感计算： (3-14)各绕组线径的计算： （1）原边绕组：匝数73匝；额定电流选用：，截面积；最大电流密度： (3-15) （2）主输出绕组：匝数匝； 额定电流： 选用：，截面积 最大电流密度： (3-16) （3）输出绕组：匝数匝； 额定电流： 选用：，截面积： 最大电流密度： (3-17) （4）+30v输出绕组：匝数匝 额定电流： 窗口的验算：绕组截面积和： = (3-18)et40磁芯窗口面积为，实际窗口利用系数： 窗口符合要求。 (3-1

33、9)3.3 高频开关电源控制电路的设计开关电源的主电路主要处理电能，而控制电路主要处理电信号，属于“弱电”电路，但它控制着主电路中的开关器件的工作，一旦出现失误，将造成严重后果，使整个电源停止工作或损坏。电源的很多指标，如稳压稳流精度、纹波、输出特性等也都同控制电路相关。因此，控制电路的设计质量对电源的性能至关重要。3.3.1 pwm 集成控制器的工作原理与比较pwm 集成控制器通常分为电压控制模式和电流控制模式，电流控制模式因为动态响应快，补偿及保护电路简单，增益带宽大，易于均流及可防止偏磁等优点而被广泛采用 电流控制模式又分为峰值电流模式和平均电流模式，本论文采用峰值电流控制模式。如图3.

34、3所示。 图3.3 电压控制模式 图3.3 电流控制模式 电压电流两种控制模式的工作原理如图（1）为电压控制模式的pwm 原理图。由图可以看出电压控制模式只有一个电压反馈闭环，采用脉冲宽度调制法。它工作的基本原理是：当恒频时钟脉冲置位锁存器时，输出电压 与参考电压 经误差放大器ea 放大后得到了一个误差电压信号，再与振荡电路产生的固定锯齿波电压经pwm 比较器com 比较，由锁存器输出占空比随误差电压信号 变化的具有一定占空比的一系列脉冲。如图（2）为峰值电流控制模式的pwm 原理图。由图可以看出，它在原有的电压环上增加了电流反馈环节,构成电压电流双闭环控制。它工作的基本原理是：输出电压 与参

35、考电压 经误差放大器ea 放大后得到一个误差电压信号 ， 再与变压器初级电感线圈中电流的采样电压比较，产生调制脉冲的宽度,由恒频时钟脉冲置位锁存器输出脉冲，使得误差信号对电感电流的峰值起控制作用。当 幅度达到电平时，pwm 比较器的状态翻转，锁存器复位，驱动撤除，开关管关断，电路逐个地检测和调节电感电流脉冲，由此控制电源的输出电压。若输入电压下降,整流后的直流电压下降,经电感延迟使输出电压下降,经误差放大器延迟, 电压不变,在电流环中电感的峰值电流也随输入电压下降,电感电流的斜率 下降,导致斜坡电压推迟到达 ,使pwm 占空比增大,起到调整输出电压的作用。3.3.2 uc3842工作原理uc3

36、842是高性能固定频率电流模式控制器，专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案，这些集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高效益误差放大器、电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率mosfet的理想器件。其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。主要特点如下：(1)微调的振荡器放电电流，可精确控制占空比；(2)电流模式工作到500khz： (3)自动前馈补偿； (4)锁存脉宽调制，可逐周限流； (5)内部微调的参考电压，带欠压锁定；(6)大电流图

37、腾柱输出；(7)欠压锁定，带滞后。uc3842为双列8脚单端输出的它激式开关电源驱动集成电路，如图3.4所示。其内部电路包括振荡器、误差放大器、电流取样比较器、pwm锁存电路、5vc基准电压、欠压锁定电路、图腾柱输出电路、输出电路等。图2-3 示出了uc3842 内部框图和引脚图，uc3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下： 图3.4uc3842内部结构 脚是误差放大器的输出端，外接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，

38、 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，f=1.8/(rtct)； 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。3.3.3 uc3842的使用特点 （1）采用单端图腾柱式pwm脉冲输出，输出驱动电流为200 ，峰值可达1 a。（2） 启动电压大于16 v，启动电流仅1 即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在1034 v之间，负载电流为15 。超

39、出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。 （3）内设5 v(50 )基准电压源，经21分压后作为取样基准电压。 (4) 输出电流为200 ，峰值为1 a，既可驱动双极型三极管也可驱动mosfet管。若驱动双极型三极管，应加入开关管截止加速rc电路，同时将内部振荡器的频率限制在40 以下。若驱动mosfet管，振荡频率由外接rc电路设定，工作频率最高可达500 。 (5) 内设过流保护输入(脚)和误差放大输入(脚)两个pwm控制端。误差放大器输入构成主pwm控制系统，可使负载变动在30100时输出负载调整率在8 以下，负载变动在70100时负载调整率在3以下。 (6) 过流检

40、测输入端可对每个脉冲进行控制，直接控制每个周期的脉宽，使输出电压调整率达到0.01%v。如果脚电压大于1 v或脚电压小于1 v，pwm比较器输出高电平使锁存器复位，直到下一个脉冲到来时才重新置位。利用脚和脚的电平关系，在外电路控制锁存器的开/闭，使锁存器每个周期只输出一次触发脉冲。因此，电路的抗干扰性极强，开关管不会误触发，提高了可靠性。 (7) 内部振荡器的频率由脚外接电阻与脚外接电容设定。集成电路内部基准电压通过脚引入外同步。脚和脚外接rt、 ct构成定时电路，ct的充电与放电过程构成一个振荡周期，其振荡频率可由下式近似得出： (3-20)3.4 反馈电路及保护电路的设计3.4.1 过压、

41、欠压保护电路及反馈如图3.5所示。 图3.5 输出电压反馈及保护电路启动后变压器的付绕组的整流滤波电压一方面为uc3842 提供正常工作电压，另一方面经r3、r4分压加到误差放大器的反相输入端脚，为uc3842 提供负反馈电压，其规律是此脚电压越高驱动脉冲的占空比越小，以此稳定输出电压。3.4.2 过流保护电路及反馈如图3.6所示。 图3.6 过流保护电路及输出反馈过流保护电路是由r10、r9以及c9组成。r9上的电压反映了电流瞬时值，当开关电源发生过电流时，开关管s1漏极的电流会增大,会增大，接入uc3842的保护输入端脚，当=1v时，uc3842芯片的输出脉冲将关断。通过调节r10和r9的分压比可以改变开关管的限流值，实现电流瞬时值的逐周期保护比较，属于限流式保护。输出脉冲关断，实现对电流平均值的保护，属于截流式保护。原边输出电流,uc3842输出电流，所以三极管漏极电流 。假设，滤波电容。所以流过r9的电流: (3-21)所以: 。 (3-22)3.5变压器设计中注意事项（1） 首先要确定变压器应用的电路结构, 再采用正确的计算方法选择最优磁芯。（2） 在通过窗口充填系数核算磁芯窗口面积时, 如果窗口的利用率过大或过小都必须重新选择磁芯, 重新开始设计。（3） 由于磁