基于UC3842的开关电源设计和实现 电气工程专业.doc

基于UC3842的开关电源设计 摘要 在现代经济和科技的飞速发展的时代，电源的运用已经变得非常常见。目前，各种科技手段正在推动着电力电子技术和电源设备研发技术的快速发展，同时也促使电源设备向着高频化集成化方向发展。电源供电设备的开发和运用已经成为电力电子这门技术的一个非常常见的应用手段。相对于老式的线性稳压器，开关电源的研发与设计设计，虽然比较复杂，有些指标可能不会像线性稳压器，且噪声大，但由于体积小，重量轻，效率高，性能稳定等优点高频开关电源并已被广泛接受和使用。 在本文中，给大家详细介绍了一个基于UC3842芯片和反激式变压器的特性设计了一个可以提供两个输出电压，并且可以随着输入电压的变化来调整PWM输出，以确保稳定的输出电压的多输出反激式开关电源。本文介绍了目前我们日常生活中较为常见的开关电源拓扑结构，并通过比较分析选择出适合本次设计的拓扑结构。本文简要介绍了PWM控制芯片UC3842的结构，根据UC3842芯片的特点及应用方式给出了详细的电路参数设计和高频变压器的设计，包括最大占空比计算，初级和次级匝数计算，线径计算。最后，通过PSIM软件对开关电源电路设计建模仿真和仿真波形，利用AD软件进行电路的设计和印刷电路板的设计。 关键词：UC3842、反激式、开关电源、AD、PSIM Abstract In the era of rapid economic and technological development, the use of power has become very popular. Currently, various technologies are driving the rapid development of power electronics and power equipment R & D and technology, but also to promote the power of high-frequency integrated direction. Development and use of electronic power technology has become a very common power application means. For older linear regulators, switching power supply design and development and design, although more complicated, some indicators may not be as linear regulators, and noise, but due to small size, light weight, high efficiency, high-frequency performance and stability switch power supply, and it has been widely accepted and used. In this article, the Foundation to explain to you is designed to provide the features and UC3842 chip output voltage flyback transformer, and can change the input voltage changes to adjust the PWM output to ensure that the multiplexer the stability of the output voltage output flyback switching power supply. This paper describes the current in our daily lives more common switching power supply topologies and choose the topology of this design were compared. This paper describes the structure of the PWM control chip UC3842, according to the characteristics and how the product is given a detailed circuit parameters and high frequency transformer design, including the calculation of the maximum duty cycle, primary and secondary turns calculation application chip UC3842 Method. Finally, PSIM software switching power supply circuit design and simulation software for modeling and simulation waveforms using AD circuit design and printed circuit board design. Keywords：UC3842、Flyback、Switching Power Suppl、AD、PSIM 目录 §.第一章 绪论 4 §.1.1 开关电源的发展现状 4 §.1.2 开关电源的分类和特点 6 §.1.3 开关电源的发展趋势 7 §.第二章 开关电源理论 9 §.2.1 开关电源的设计要求 9 一、开关电源的特点 9 二、开关电源性能指标 10 §.2.2 开关电源常用的拓扑结构 10 （1）降压变换拓扑结构 10 （2）升压变换拓扑结构 10 （3）升降压变换拓扑结构 11 （4）正激式变换拓扑结构 11 （5）反激式变换拓扑结构 11 （6）推挽式变换拓扑结构 11 §.2.3反激式开关电源的认识 12 一、工作核心原理 12 二、工作方式的选取 13 (a)CCM (b)DCM 13 §.第三章 多端反激式开关电源硬件电路及PCB板设计 15 §.3.1 UC3842芯片介绍 15 §.3.3 芯片启动电路和其外围电路的设计与分析 18 一、启动电路设计 18 二、电压反馈的电路设计 19 三、 振荡器和时钟电路设计 20 四、 电流取样与限流电路 20 五、 功率管驱动电路 21 六、 整流电路 22 七、 缓冲电路设计 22 八、 无源RCD钳位吸收电路设计 23 §.3.4 PCB线路板的设计 23 一、 原理图和原理图库的绘制 24 二、 封装的选择和绘制 27 三、 生成网络表 29 四、 PCB板的绘制 30 §.第四章 基于PSIM的反激式开关电源的仿真 32 §.4.1 开关电源高频变压器的设计 32 一、 高频变压器铁芯材料的选择 32 （1） 磁感密度Bɷ较高 32 （2） 铁损耗Pc较低 32 （3） 磁导率高 32 （4） 合理的铁芯结构 32 （5） 合适的铁芯尺寸 33 （6） 其他性能要求 33 二、 高频变压器绕组计算 33 §.4.2 PSIM建模仿真与结果分析 34 一、 PSIM建模 34 二、 仿真结果分析 35 §.第五章 总结与展望 43 §.5.1 论文总结 43 §.5.2 论文展望 44 §.第一章 绪论 §.1.1 开关电源的发展现状 电源是能量变换及功率传递的重要设备，当代几乎所有电力电子设备的正常使用和可靠的直流电源是不可分离的，因此对我们所使用开关电源的各方面指标要求也越来越严格。在日常生活中我们所使用的直流电源可以分为开关电源和线性稳压源。开关电源是通过芯片产生脉冲来控制MOSFET的截止和导通，从而达到改变电压和电流的目的，也可以称为非工频变压器电源。现在我们已经开始使用小体积的高频变压器来完成人们所需要的电压转变和电源隔离。开关电源具有轻便小巧、工作效率高、产热低、工作性能稳定可靠等优点，代表了今后电源的发展趋势和电源供应的主力市场产品。 目前一些传统的线性稳压电源拥有很多的的集成模块、具有较高的稳定性、纹波电压小、可靠性高、使用方便等优点，其技术还较为成熟。但其调整管功率消耗大、散热高、低效率，因为传统的线性稳压电源通常需要使用重量和体积都很大的电容器和高频变压器，而且调整管工作在线性放大状态。美国航空航天局为搭载火箭开发了体积小、重量轻、效率高的开关电源，在20世纪50年代。开关电源被称为高效节能的电源，它是当代稳压电源的发展趋势，开关电源目前已经成为占据市场绝大部分市场额的主流产品。开关稳压器的研发和使用，完全改变了以前人们对稳压器的稳压概念的认识，开关电源其实是一个功率半导体元件（如N-MOSFET）的开关，通过芯片控制输出脉冲信号的占空比来控制MOSFET的关断与导通，最终可以调节输出电压的大小。开关电源内部的关键部件（如高频电压器、N-MOSFET）通常均工作在高频状态，其自身的能耗是非常低的，所以可以保证机器不过度发热，进而提高了整个机器的稳定性和可靠性。而其适应能力（主要是对电网的适应力）也有很大的提升，通常普通的串联稳压电源能够允许电网在220V—240V的范围内波动，但开关电源能适应电网电压变化的范围是110V—260V，并且可以得到稳定的输出电压。 我国开关电源的开发起始于20世纪60年代，直到60年代中期我国自主研发的开关电源进入了实质性应用阶段，到了70年代初我们已经可以自主研发无工频降压型开关电源，并且取得的一定的成功。在过去的二十年中，我们的很多研究所、高等院校已成功研究出一系列的高频电源，其输出功率较低不足1Kw，广泛应用于各种电子设备（如电脑、播放器等），并且取得了巨大成就。 20世纪80年代初我国已经开始了高频开关电源的研发工作，至90年代初已初步取得成功，并已经开始进行实用性使用阶段，后来研究人员又开始进一步提高开关电源的工作频率。多年来，虽然中国的各类研究机构和研究人员们在开关电源的研发工作中作出了巨大努力和贡献，但是目前中国在开关电源的研发技术和制造工艺方面仍然还不能达到国际先进水平。目前，虽然在全球范围内开关电源已经有非常广阔的应用空间，但是开关电源技术还一直处于发展阶段。各国都争先恐后的研发性能更加优良、稳定性更好、适用范围更大的开关电源。就如今开关电源的发展现状和发展趋势来看，主要存在以下几个较为重要的问题： （1） 目前，在我们日常生活中所使用的开关电源依然存在较为严重的噪声干扰。当MOSFET工作在开关状态时，会造成电路产生的高频交流电压和电流；这些高频交流电压和电流通过电路中的其他元件时会产生尖峰干扰和谐振噪声，会严重影响整个设备的工作稳定性和可靠性[21]。 （2）电源电路复杂和难以维护。目前，我们研发的开关电源中所需要的电解电容、高反压大电流的功率管和电源中最重要的高频变压器磁性材料及其它部件仍处于研究、开发、试验阶段。虽然，一些开关电源技术较为领先的国家在开关电源的研发工作上取得了一些进展，但在实际的使用中所表现出来的一些缺陷（包括设计缺陷和制造工艺所造成的缺陷）并不能完全令人满意。这还透露了开关电源的一个缺点：电路结构复杂，维修困难[22]。 （3）制作的成本较高且设备工作可靠性低。因为我国的微电子应用技术、阻容器件的生产技术和磁性材料烧结技术还未达到国际先进水平行列，所以设备的成本不能进一步减少，这也影响其工作可靠性进一步增加。 §.1.2 开关电源的分类和特点 随着现在人们生活质量的提高