多路输出型的开关电源设计
多路输出型的开关电源设计[20200410140305]
摘 要
本次设计以电流型PWM控制器UC3842芯片为核心的高频单端反激式开关稳压电源。通过查阅资料来计算高频变压器和一些外围电路元件的参数并选择合适的材料元件来制作电路，主要包括输入整流滤波电路的设计、反激式高频变压器的设计、开关电源输出级的设计、反馈电路设计、保护电路设计。UC3842芯片集成了PWM控制器很大程度上减少了外围电路设计，安装调试简便、性能优良。最后制作出基于UC3842的反激式多路输出的开关电源，并通过调试和测量数据来验证电路的正确性。
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关键字:多路输出反激式开关电源UC3842
目录
1．引言 1
1.1课题设计的背景及意义 1
1.2开关电源研究现状 1
1.3本课题主要设计内容 2
2．多路输出型开关电源的原理 3
2.1开关电源的组成和基本原理 3
2.1.1主电路的结构 3
2.1.2单端反激式电路 4
2.2多路输出单端反激式变换器的工作原理 5
2.3控制器芯片 7
2.3.1控制芯片的选择及特点 7
2.3.2 UC3842的内部结构及引脚功能 8
3．多路输出开关电源的电路设计 9
3.1输入整流电路的设计 9
3.1.1输入电路设计原理图 9
3.1.2 元器件参数的选择 9
3.1.3 钳位电路的选择 10
3.2反激式高频变压器的设计 11
3.2.1 变压器磁芯的选择 12
3.2.2 变压器的计算 12
3.3开关电源输出级的设计 14
3.3.1 输出整流电流 15
3.3.2 输出滤波电路 15
3.3.3 RC阻容缓冲吸收电路 16
3.3.4 功率开关管的设计 16
3.4反馈电路设计 17
3.5保护电路设计 18
3.5.1输入保护 18
3.5.2过电压、过电流、欠压锁定保护 18
3.6开关电源电路图 20
4．实物测试与结果分析 21
4.1 实物波形测试 21
4.2实验结果分析 26
4.2.1输出电压准确度 26
4.2.2输出电压负载特性 27
4.2.3主输出电压调整率 28
设计总结 29
参考文献 30
致 谢 31
1．引言
1.1课题设计的背景和意义
20世纪50年代，美国宇航局开发了开关电源。我国开关电源产业的规模和技术经过这几十年的不断发展，已经取得了很大的进步，但是和其他发达的国家来相比，还是存在一定的差距的。 目前，国外各大公司都让开关电源朝着体积更小，效率更高，节能环保方向研发着。高效而节能的开关电源，已经成为稳压电源的发展方向。在生活中占主导地位了。
高效而节能的开关电源在少了庞大的电源变压器后，即减轻了大部分的重量，还减小了一部分的体积。使整体外观、体型都变的比较美观。在实际工作中变的更加方便和更加实用。体积减小、重量变轻还可以在隔离式开关电源中体现出来。开关电源的高效率体现在节约了大量的电能，符合现代社会的环保要求。
1.2开关电源研究现状
在如今社会中，人们已经离不开电子设备，这些电子设备都需要可靠的电源来维持它运行，并且随着时间的增加，这些电子设备对电源的要求只会越来越高，使得开关电源发展速度比线性工频电源快，如今线性工频电源已经逐渐退出历史舞台，已经被开关电源所取代。
与传统的线性稳压电源相比，虽然线性稳压电源稳定性好，输出纹波电压小，但是开关电源具有体积小，重量轻，能够节省材料，而且效率可到达85%~95%，这比线性稳压电源的45%提高了很多很多。
开关电源可以分为以下几类：
按激励方式分为他激式稳压开关电源、自激式稳压开关电源这两类。
按调制方式分为脉宽调制型开关稳压电源、频率调制型开关稳压电源、混合调制型开关稳压电源这三类。
按开关管电流的工作方式分为开关型开关稳压电源、谐振型开关稳压电源这两类。
按输入与输出电压的高低分为升压式开关稳压电源、降压式开关稳压电源这两类。
1.3本课题主要设计内容
本次所设计的开关电源是作为电子设备的供电电源，它输出的最大功率不超过30 W。电路采用了单端反激电路。它的技术参数为以下几点：
（1）输入电压在85V到265V之间。
（2）主输出直流电压为+5V，电流为1A ；
输出电压准确度为±1%
负载调整率为0.3% ；电压调整率为0.5%；
（3）输出直流电压为 15V，电流为0.2A；
设计内容：
（1）确定多路输出单端反激式开关电源的设计方案和采用的控制芯片；
（2）完成各个部分电路的设计；
（3）根据所设计的电路从而选择元器件，并详细计算变压器的参数；
（4）对设计出的电路分析然后通过实验对其进行测量，最后通过数据分析最后的结果。
（5）对本次设计进行一个综合性的小结，并提出需进一步研究的内容。
课题根据分析设计要求，选用反激式电路拓扑、控制芯片选用UC3842、磁芯的型号选取EE-28作为高频变压器的磁芯的设计方案，在广泛查阅图书馆各种关于开关电源的资料基础上，完成各个部分电路的设计，还要统计元器件种类、数量、型号，准备购买原材料，采购回来还需对元器件进行测试，确保它的可用性。因为一个元器件的好坏会影响到整个电路运行。对设计出的电路分析然后通过实验对其进行测量，最后通过数据分析最后的结果。
2．多路输出型开关电源的原理
2.1开关电源的组成和基本原理
开关电源电路的设计过程比较复杂，首先先确定开关电源的整个结构框架，根据框架结构选择合适的电路，再根据公式，算出满足电路要求的各部分的元器件参数，然后进行焊接电路板，最后调试电路板测量数据。
整体电路主要由输入保护电路、EMI滤波器、功率转换器、高频变压器、整流滤波、反馈电路、PWM控制器等部分组成。图2.1是开关电源的原理框图。
图2.1 开关电源的原理图框图
2.1.1 主电路的结构
将+5V的输出电压设置为主回路，回路中设有反馈回路，保证了输出的稳定性。+15V,-15V的输出设置为辅助输出。整体电路结构如下所示。
图2.2隔离PWM直流/直流转换器框图
（1）逆变。由于高频变压器只能传递交流功率，所以必须用逆变器将直流输入电压转换成高频交流电压。
（2）变压。高频率的交流电压的逆变器获得，通过高频变压器，减少数值范围的设计。
（3）整流。将高频交流电压，整流成直流脉动电压。
（4）滤波。使用容量大的电容，滤除夹杂的交流电压，最后获得较纯的直流输出电压。
2.1.2单端反激式电路
反激式转换器的电路特点是电路简单，转换率高，损失小。一般情况下输入电压会有很大的波动，这时反激式转换器仍可以使输出电压达到稳定状态。且可以实现在交流输入85V~265V之间，在没有切换的条件下达到稳定输出，所用元器件的数量最少，大多数用于小功率和多路输出场合。所以采用单端反激式电路，完全符合本次设计要求。
图2.3 反激式电路图
2.2多路输出单端反激式变换器的工作原理
假社开关晶体管、二极管、电感、电容都是理想元器件，输出电压中的纹波电压与输入电压的比值比较小，基本可以忽略不计。
当功率开关管VT电流经过时，变压器T的一次绕组Np渐渐地会有一次侧电流经过，这时能量就会储在其中。不过由于变压器一次与二次绕组极性是相反的，当一次侧为上正下负时，二次侧则为下正上负。因此，二极管VD此时反向偏压，能量存储在变压器中，此时只有一次绕组是导通状态，所以变压器可视为简单的串联电感器。
摘 要
本次设计以电流型PWM控制器UC3842芯片为核心的高频单端反激式开关稳压电源。通过查阅资料来计算高频变压器和一些外围电路元件的参数并选择合适的材料元件来制作电路，主要包括输入整流滤波电路的设计、反激式高频变压器的设计、开关电源输出级的设计、反馈电路设计、保护电路设计。UC3842芯片集成了PWM控制器很大程度上减少了外围电路设计，安装调试简便、性能优良。最后制作出基于UC3842的反激式多路输出的开关电源，并通过调试和测量数据来验证电路的正确性。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:多路输出反激式开关电源UC3842
目录
1．引言 1
1.1课题设计的背景及意义 1
1.2开关电源研究现状 1
1.3本课题主要设计内容 2
2．多路输出型开关电源的原理 3
2.1开关电源的组成和基本原理 3
2.1.1主电路的结构 3
2.1.2单端反激式电路 4
2.2多路输出单端反激式变换器的工作原理 5
2.3控制器芯片 7
2.3.1控制芯片的选择及特点 7
2.3.2 UC3842的内部结构及引脚功能 8
3．多路输出开关电源的电路设计 9
3.1输入整流电路的设计 9
3.1.1输入电路设计原理图 9
3.1.2 元器件参数的选择 9
3.1.3 钳位电路的选择 10
3.2反激式高频变压器的设计 11
3.2.1 变压器磁芯的选择 12
3.2.2 变压器的计算 12
3.3开关电源输出级的设计 14
3.3.1 输出整流电流 15
3.3.2 输出滤波电路 15
3.3.3 RC阻容缓冲吸收电路 16
3.3.4 功率开关管的设计 16
3.4反馈电路设计 17
3.5保护电路设计 18
3.5.1输入保护 18
3.5.2过电压、过电流、欠压锁定保护 18
3.6开关电源电路图 20
4．实物测试与结果分析 21
4.1 实物波形测试 21
4.2实验结果分析 26
4.2.1输出电压准确度 26
4.2.2输出电压负载特性 27
4.2.3主输出电压调整率 28
设计总结 29
参考文献 30
致 谢 31
1．引言
1.1课题设计的背景和意义
20世纪50年代，美国宇航局开发了开关电源。我国开关电源产业的规模和技术经过这几十年的不断发展，已经取得了很大的进步，但是和其他发达的国家来相比，还是存在一定的差距的。 目前，国外各大公司都让开关电源朝着体积更小，效率更高，节能环保方向研发着。高效而节能的开关电源，已经成为稳压电源的发展方向。在生活中占主导地位了。
高效而节能的开关电源在少了庞大的电源变压器后，即减轻了大部分的重量，还减小了一部分的体积。使整体外观、体型都变的比较美观。在实际工作中变的更加方便和更加实用。体积减小、重量变轻还可以在隔离式开关电源中体现出来。开关电源的高效率体现在节约了大量的电能，符合现代社会的环保要求。
1.2开关电源研究现状
在如今社会中，人们已经离不开电子设备，这些电子设备都需要可靠的电源来维持它运行，并且随着时间的增加，这些电子设备对电源的要求只会越来越高，使得开关电源发展速度比线性工频电源快，如今线性工频电源已经逐渐退出历史舞台，已经被开关电源所取代。
与传统的线性稳压电源相比，虽然线性稳压电源稳定性好，输出纹波电压小，但是开关电源具有体积小，重量轻，能够节省材料，而且效率可到达85%~95%，这比线性稳压电源的45%提高了很多很多。
开关电源可以分为以下几类：
按激励方式分为他激式稳压开关电源、自激式稳压开关电源这两类。
按调制方式分为脉宽调制型开关稳压电源、频率调制型开关稳压电源、混合调制型开关稳压电源这三类。
按开关管电流的工作方式分为开关型开关稳压电源、谐振型开关稳压电源这两类。
按输入与输出电压的高低分为升压式开关稳压电源、降压式开关稳压电源这两类。
1.3本课题主要设计内容
本次所设计的开关电源是作为电子设备的供电电源，它输出的最大功率不超过30 W。电路采用了单端反激电路。它的技术参数为以下几点：
（1）输入电压在85V到265V之间。
（2）主输出直流电压为+5V，电流为1A ；
输出电压准确度为±1%
负载调整率为0.3% ；电压调整率为0.5%；
（3）输出直流电压为 15V，电流为0.2A；
设计内容：
（1）确定多路输出单端反激式开关电源的设计方案和采用的控制芯片；
（2）完成各个部分电路的设计；
（3）根据所设计的电路从而选择元器件，并详细计算变压器的参数；
（4）对设计出的电路分析然后通过实验对其进行测量，最后通过数据分析最后的结果。
（5）对本次设计进行一个综合性的小结，并提出需进一步研究的内容。
课题根据分析设计要求，选用反激式电路拓扑、控制芯片选用UC3842、磁芯的型号选取EE-28作为高频变压器的磁芯的设计方案，在广泛查阅图书馆各种关于开关电源的资料基础上，完成各个部分电路的设计，还要统计元器件种类、数量、型号，准备购买原材料，采购回来还需对元器件进行测试，确保它的可用性。因为一个元器件的好坏会影响到整个电路运行。对设计出的电路分析然后通过实验对其进行测量，最后通过数据分析最后的结果。
2．多路输出型开关电源的原理
2.1开关电源的组成和基本原理
开关电源电路的设计过程比较复杂，首先先确定开关电源的整个结构框架，根据框架结构选择合适的电路，再根据公式，算出满足电路要求的各部分的元器件参数，然后进行焊接电路板，最后调试电路板测量数据。
整体电路主要由输入保护电路、EMI滤波器、功率转换器、高频变压器、整流滤波、反馈电路、PWM控制器等部分组成。图2.1是开关电源的原理框图。
图2.1 开关电源的原理图框图
2.1.1 主电路的结构
将+5V的输出电压设置为主回路，回路中设有反馈回路，保证了输出的稳定性。+15V,-15V的输出设置为辅助输出。整体电路结构如下所示。
图2.2隔离PWM直流/直流转换器框图
（1）逆变。由于高频变压器只能传递交流功率，所以必须用逆变器将直流输入电压转换成高频交流电压。
（2）变压。高频率的交流电压的逆变器获得，通过高频变压器，减少数值范围的设计。
（3）整流。将高频交流电压，整流成直流脉动电压。
（4）滤波。使用容量大的电容，滤除夹杂的交流电压，最后获得较纯的直流输出电压。
2.1.2单端反激式电路
反激式转换器的电路特点是电路简单，转换率高，损失小。一般情况下输入电压会有很大的波动，这时反激式转换器仍可以使输出电压达到稳定状态。且可以实现在交流输入85V~265V之间，在没有切换的条件下达到稳定输出，所用元器件的数量最少，大多数用于小功率和多路输出场合。所以采用单端反激式电路，完全符合本次设计要求。
图2.3 反激式电路图
2.2多路输出单端反激式变换器的工作原理
假社开关晶体管、二极管、电感、电容都是理想元器件，输出电压中的纹波电压与输入电压的比值比较小，基本可以忽略不计。
当功率开关管VT电流经过时，变压器T的一次绕组Np渐渐地会有一次侧电流经过，这时能量就会储在其中。不过由于变压器一次与二次绕组极性是相反的，当一次侧为上正下负时，二次侧则为下正上负。因此，二极管VD此时反向偏压，能量存储在变压器中，此时只有一次绕组是导通状态，所以变压器可视为简单的串联电感器。
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