e题开关稳压电源（本科组）

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1、E题开关稳压电源（本科组）作者：吴祥勇、陈显辉、周卫华（浙江大学）赛前辅导教师：阮秉涛文稿整理辅导教师：阮秉涛摘要对于升压型的DC-DC变换电路，我们采用最为简单可靠的Boost拓扑结构，控制芯片采用峰值电流控制型脉宽调制芯片UC3842。该电路外接元器件少，控制灵活，成本低，输出电压值稳定，输出功率可达100W以上。UC3842的峰值电流控制可以对开关管进行过电流保护，而输出电路的过电流保护则通过继电器来实现。AbstractFortheDC-DCtransformcircuitofthevolt

2、agevalueincrease,wechoosetheeasiestandreliableBoostcircuitasthemaintopologystructure.ThecontrolchipofthecircuitisUC3842,amodulatewidthofpulsechipbasedonthecurrentpeakcontrol.Thiscircuithasalotofmeritsadvantages,suchasfewerexternalcomponents,forexample,

3、theexternalcomponentsisfewer,thecontrolofthecircuitisagilityincontrol,lowcost,andagoodstability,theoutputofthepowercanreachupto100Wormore.TheUC3842'speakcurrentmodulationwidthofthepulsecanrealizetheswitchtube'scurrentprotection.Meanwhile,theoutputcircu

4、it'sovercurrentprotectionisachievedbyrelay.一．方案论证1.DC-DC主回路的拓扑结构方案一：Boost电路。Boost电路是一种主要的升压型DC-DC变换拓扑，其拓扑结构简单，控制方便，输出功率大，具有良好的输出特性。方案二：Buck-Boost电路。它也可以实现升压功能，但是输出的电压是负值，另外它的应用电路稍显复杂，因为输入电流、15输出电流是脉动的，为了平波要加滤波器。其他拓扑形式还有CUK、ZETA、SEPIC等均可实现升压功能，但是在实际应用中电

5、路均比较复杂，控制困难，不便于短时间内完成系统设计。综上所述，采用Boost电路作为主回路的拓扑结构是一种比较合理的方案。本系统中的Boost电路主拓扑结构如图1所示。图1Boost电路主拓扑结构输出电压与电源电压（直流母线端电压）的关系为上式中，为输出电压，为直流母线端输入电压，为MOS管导通比。2.控制回路方案的选择方案一：运用函数发生器8038产生三角波，与MCU的ADC输出进行比较，可得占空比可调的PWM波，MCU的ADC输出来自于基于输出电压反馈的PI调节运算结果。输出的PWM波经过210

6、3后驱动MOS管。该系统由于用软件实现PI调节，因此，要用到高速单片机，提高了系统成本和软件编写的难度。方案二：采用UC3842作为主回路的控制芯片。UC3842是一种峰值电流控制型脉宽调制芯片，价格低廉，广泛应用于电子信息设备的电源电路设计中。根据UC3842的功能特点，结合Boost电路拓扑结构，完全可设计成电流控制型的升压DC-DC电路。该电路外接元器件少，控制灵活，成本低，输出功率容易做到100W以上，具有其他专用芯片难以实现的功能。15另外，给定电压的稳定主要由硬件电路完成，实时性好，可靠

7、性高，不需要用到高速单片机，也降低了软件编写的难度。方案一器件价格较贵，电路稍显复杂，性价比不高。方案二器件少，外围电路简单，价格便宜，软件编写简单，且输出功率能满足要求，所以采用方案二。3.变换器效率指标的实现方案变换器的效率是一个重要的指标，为了降低损耗，提高效率，系统中采用了以下一些实现方案：（1）控制电路供电电源的实现方法控制电路需要有+5V、+12V和-12V的电源。其产生的方式主要有两种，一种是利用线性稳压电路，核心芯片采用7805、7812和7912等；另外一种是利用基于开关电源技术的

8、控制芯片，如2576等。前者由于损耗比较大，故在本电路设计中采用后者。（2）选择合适的开关频率开关频率和MOS管的功耗有很大的关系，频率越高，产生的损耗越大。较低的电路工作频率可以降低MOS管的开关损耗，但输出电压脉动会增大，因此应在允许的频率范围内选择较低的频率。合适的开关频率大致处于20KHz与60KHz之间，本系统选取开关频率为30KHz，可以降低损耗。（3）低功耗元器件的选取系统总的损耗中还包括各种元件的功耗。只要在元件选取时注意采用低功耗器件，则这一部分损耗