uc3842的开关电源设计
摘 要开关电源技术随着社会的进步不断的被完善，现在市面上出现了很多以开关电源为技术控制的电源。这些开关电源都有一个共同的特点：转换效率高，可以实现电源的高稳定输出，并且纹波比较小，符合社会市场的需求，在许多的供电系统电源系统中被广泛的应用。为此，本次以UC3842为控制核心，设计了一个开关电源电路来实现整个高稳定的开关电源输出。整个UC3842开关电源设计，由几个部分组成：变压电路、整流电路、滤波电路、UC3842控制电路，功率管驱动电路、保护电路等组成。在供电开关电源设计过程中，通过变压器进行输入交流电的降压，在对输出的交流电压进行整流、最后通过UC3842控制开关电源的MOSFET管导通，实现电源的输出，通过滤波电路进行输出的电压的滤波处理，最后，通过保护电路实现开关电源工作过程中，电流、电压工作异常时的处理控制。开关电源采用MOSFET作为开关器件，通过控制开关器件导通的占空比调整输出电压，采用PWM脉冲控制的方式。开关电源对电网的适应能力强，当开关电源在电网电压为220V±10%范围内变化时，都可获得稳定的输出电压，本次开关电源电路中，通过电路设计控制，最后能输出一个稳定的24V电压。
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2开关电源概述 1
1.2.1开关电源的工作原理 1
1.2.2 开关电源的组成 2
1.2.3 开关电源的特点 3
1.2.4 开关电源的分类及控制方式 3
1.2.5开关电源的主要技术指标 4
1.3研究意义 5
第二章 UC3842开关电源的设计方案 6
2.1总设计方案 6
2.2总设计框图 7
2.3总设计的要求 7
2.4开关电源驱动芯片选择 8
第三章 UC3842开关电源电路设计 10
3.1 整流滤波输出电路 10
3.2 UC3842电源输出控制电路 13
3.3 输出过电压保护电路 16
3.4 电流短路保护电路 16
3.5 MOSFET管驱动电路 17
3.6 UC3842开关电源总电路设计 1
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
8
第四章 系统调试 20
4.1 Multisim软件仿真设计 20
4.2开关电源调试 21
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
附录A 原理图 27
第一章 绪论
1.1选题背景
随着社会不断的发展，物质生活水平的提高，越来越多的电子产品进入到人们的生活中，每一个电子产品都需要一个可靠的供电电源系统。开关电源就是一种，这种电源在各种设备中被广泛的应用，是目前市场上主流设计的电源之一，相对于线性的电源，开关电源的散热效果更好，采用脉冲的控制方式，可以实现高效率的电源输出，降低了功耗。正常使用的开关电源采用PWM脉冲宽度的设计，通过驱动MOSFET来实现电源的导通和截止，这种控制的开关电源输出电压压降低，在使用的过程中，可以减少电流的损耗，节约电能。
由于市场开关电源已经普遍化，对开关电源的设计要求更高，需要在原有的开关电源基础上实现改进，减少一些大功率管的散热，实现低纹波的高输出开关电源设计，通过隔离元器件，将开关电源供电系统中的输入部分和输出部分实现隔离输出控制，采用高频率的MOSFET控制管，实现整个开关电源的快速的接通和截止控制。将开关电源电路尽可能的小型化，将是未来社会的发展趋势，在设计中，可以实现多路输出的开关电源设计，不仅能输出24V，还能输出12V以及输出5V电源。这种设计出来的开关电源有更好的发展前途和需求市场，为此寻求小型化，以及集成度更高，节约能源的开关电源，将会是目前开关电源市场主要的需求，也是社会的所需。本次基于这种控制基础，通过UC3842驱动芯片，来实现开关电源的驱动控制，此芯片可以保证电路输出的脉冲稳定可靠，并且UC3842驱动芯片内部还带有保护功能，防止芯片在工作的过程中，电流过大。这对设计的开关电源具有很好的开发市场和前景。
1.2开关电源概述
1.2.1开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以用图11进行说明。图中输入的不稳定直流电压经开关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，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可以得到稳定的直流输出电压。
（a）原理图 （b）波形图
图11 开关电源的工作原理图
为了分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下：
（11）
式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。
开关电源直流输出电压U0与输入电压之间有如下关系：
（12）
由上述可以看出，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。若保持不变，利用改变开关频率 f=1／T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压稳定的方法，称作脉冲频率调制（PFM）。
1.2.2 开关电源的组成
开关电源的基本组成如图12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，该信号由它激或自激电路产生，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。
图 12 开关电源工作组成图
1.2.3 开关电源的特点
开关电源具有如下特点：
（1）效率高：开关电源的效率一般在百分之八十到百分之九十之间，高的可达到百分之九十以上。
（2）重量轻：开关电源只有同容量线性电源的1／5，体积也大大缩小了。
（3）稳压范围宽：开关电源的交流输入电压在90～270V内变化时，输出电压的变化在20%以下。
（4）安全可靠：开关电源能自动切断电源，保障其功能可靠。
（5）功耗小：由于开关电源的工作效率高，一般在20kHz以上，因此滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；
1.2.4 开关电源的分类及控制方式
目 录
第一章 绪论 1
1.1选题背景 1
1.2开关电源概述 1
1.2.1开关电源的工作原理 1
1.2.2 开关电源的组成 2
1.2.3 开关电源的特点 3
1.2.4 开关电源的分类及控制方式 3
1.2.5开关电源的主要技术指标 4
1.3研究意义 5
第二章 UC3842开关电源的设计方案 6
2.1总设计方案 6
2.2总设计框图 7
2.3总设计的要求 7
2.4开关电源驱动芯片选择 8
第三章 UC3842开关电源电路设计 10
3.1 整流滤波输出电路 10
3.2 UC3842电源输出控制电路 13
3.3 输出过电压保护电路 16
3.4 电流短路保护电路 16
3.5 MOSFET管驱动电路 17
3.6 UC3842开关电源总电路设计 1
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8
第四章 系统调试 20
4.1 Multisim软件仿真设计 20
4.2开关电源调试 21
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
附录A 原理图 27
第一章 绪论
1.1选题背景
随着社会不断的发展，物质生活水平的提高，越来越多的电子产品进入到人们的生活中，每一个电子产品都需要一个可靠的供电电源系统。开关电源就是一种，这种电源在各种设备中被广泛的应用，是目前市场上主流设计的电源之一，相对于线性的电源，开关电源的散热效果更好，采用脉冲的控制方式，可以实现高效率的电源输出，降低了功耗。正常使用的开关电源采用PWM脉冲宽度的设计，通过驱动MOSFET来实现电源的导通和截止，这种控制的开关电源输出电压压降低，在使用的过程中，可以减少电流的损耗，节约电能。
由于市场开关电源已经普遍化，对开关电源的设计要求更高，需要在原有的开关电源基础上实现改进，减少一些大功率管的散热，实现低纹波的高输出开关电源设计，通过隔离元器件，将开关电源供电系统中的输入部分和输出部分实现隔离输出控制，采用高频率的MOSFET控制管，实现整个开关电源的快速的接通和截止控制。将开关电源电路尽可能的小型化，将是未来社会的发展趋势，在设计中，可以实现多路输出的开关电源设计，不仅能输出24V，还能输出12V以及输出5V电源。这种设计出来的开关电源有更好的发展前途和需求市场，为此寻求小型化，以及集成度更高，节约能源的开关电源，将会是目前开关电源市场主要的需求，也是社会的所需。本次基于这种控制基础，通过UC3842驱动芯片，来实现开关电源的驱动控制，此芯片可以保证电路输出的脉冲稳定可靠，并且UC3842驱动芯片内部还带有保护功能，防止芯片在工作的过程中，电流过大。这对设计的开关电源具有很好的开发市场和前景。
1.2开关电源概述
1.2.1开关电源的工作原理
开关电源的工作原理可以用图11进行说明。图中输入的不稳定直流电压经开关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，若使开关S按要求改变导通或断开时间，就能把输入的直流电压变成矩形脉冲电压。这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可以得到稳定的直流输出电压。
（a）原理图 （b）波形图
图11 开关电源的工作原理图
为了分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下：
（11）
式中，T表示开关S的开关重复周期；表示开关S在一个开关周期中的导通时间。
开关电源直流输出电压U0与输入电压之间有如下关系：
（12）
由上述可以看出，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。若保持不变，利用改变开关频率 f=1／T实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压稳定的方法，称作脉冲频率调制（PFM）。
1.2.2 开关电源的组成
开关电源的基本组成如图12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，该信号由它激或自激电路产生，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。
图 12 开关电源工作组成图
1.2.3 开关电源的特点
开关电源具有如下特点：
（1）效率高：开关电源的效率一般在百分之八十到百分之九十之间，高的可达到百分之九十以上。
（2）重量轻：开关电源只有同容量线性电源的1／5，体积也大大缩小了。
（3）稳压范围宽：开关电源的交流输入电压在90～270V内变化时，输出电压的变化在20%以下。
（4）安全可靠：开关电源能自动切断电源，保障其功能可靠。
（5）功耗小：由于开关电源的工作效率高，一般在20kHz以上，因此滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；
1.2.4 开关电源的分类及控制方式
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