全国电子设计大赛-开关稳压电源报告.doc

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1、开关稳压电源摘要：本设计的开关电源由隔离变压器、整流滤波和DC—DC变换网络组成。设计的关键是DC～DC变换器，它包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器等所有功率器件和控制模块，而控制模块的设计又是DC/DC的核心，我们使用PWM调制的专用芯片UC3842来实现DC/DC变换的控制模块。芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率)，误差比较器，PWM调制器等，有保护电路和驱动电路。为达到电源数字化，显示实时电压值和使用按键步进输出电压值，采用了单片机AT89S52控制UC

2、3842开关电源模块的方法来实现。关键字：整流滤波PWM调制boost升压DC-DC变换器一、引言电源是所有用电设备的心脏．为设备提供动力。而直流开关电源是各种电源中应用范围最广和市场最大的一种，包括AC／DC和DC／DC。直流开关电源经过几十年的发展，集中了许多高新技术，包括新型功率半导体器件、软开关技术、功率因数校正技术、同步整流技术、智能化技术、表面安装技术，已经形成了具有高工作频率、高效率、高功率密度、高可靠性等特征的现代直流开关电源。1.1基本要求在电阻负载条件下，使电源满足下述要求：（1）输出

3、电压UO可调范围：30V～36V；（2）最大输出电流IOmax：2A；（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（IO=2A）；（4）IO从0变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）；（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤1V（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（6）DC-DC变换器的效率≥70%（U2=18V,UO=36V,IO=2A）；（7）具有过流保护功能，动作电流IO（th）=2.5±0.2A；二、系统设计2.1方案选择方案一：单片机来实现整个系统的控制。布线简单，硬件

4、设计节省时间；控制软件编程工作量大、难度大；所有的控制都由单片机来实现，对单片机的硬件资源要求很高,这是单片机难于实现的。方案二：DC-DC主回路拓扑采用BOOST型DC-DC升压方式，如图1。使用单开关管，能降低开关管损耗，且控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，电感设计要求较高，经验成分多，设计不好会造成过大的冲击电流，影响效率也容易使开关管损坏。采用集成的开关电源控制芯片UC3842，外围器件少，PWM波形精确，性能良好。图1BOOST升压电路综合考虑，UC3842是高性能固定频率电流模式控

5、制器，专为离线和直流至直流变化器应用而设计，可具有可微调的振荡器、能进行精确地占空比控制、高增益误差放大器，扩展能力强，与单片机搭配，对系统的控制更为方便。故本次设计我们选用方案二。三系统硬件电路设计3.1系统整体框图整体电路图如图2所示，电路图由三部分组成（1）启动电路，即降压整流滤波电路，这部分主要是得到DC-DC的输入电压和为UC3842提供驱动电压。（2）PWM脉冲控制驱动电路，它的主体是一个UC3842芯片，以及它的外围电路组成。用它的⑥脚的输出脉冲控制MOS管的工作，并且它自带保护脚③，很简单

6、方便。（3）输出部分，它是由一个升压直流斩波电路构成，结构原路简单。Uin储能电感L开关管IRF540UC3842DAC0832单片机Uout负载AD0809图2系统整体框图3.2启动电路启动电路图如图3，输入的220V交流电经过桥式整流以及C1C2滤波过后变成脉动的直流电压，此电压经通过电阻R2分压给UC3842提供启动电压，当电压达到16v时达到芯片的启动电压，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，UC3842的启动电压大于16V，启动电流仅1mA即可进入工作状态。处于正常工作状态时，工作电压在10～3

7、4V之间，负载电流为15mA。超出此限制，开关电源呈欠电压或过电压保护状态，无驱动脉冲输出。图3整流滤波电路3.3PWM脉冲控制驱动电路PWM脉冲控制驱动电路如图4所示，UC3842误差放大器的输出端脚l与反相输入端脚2之间外接补偿网络R3、C2。R3、C2的取值取决于UC3842环路电压增益、额定输出电流和输出电容，通过改变R3、C2的值可改变放大器闭环增益和频响。为使环路得到最佳补偿，可测试环路的稳定度，测量I0脉动时输出电压V0的瞬态响应来加以判断。当UC3842的脚③电压升高超过1V或脚1电压降到

8、1V以下，都可使PWM比较器输出高电平，造成PWM锁存器复位。根据UC3842关闭特性，可以很容易在电路中设置过压保护和过流保护。本电路中R5上感应出的峰值电流形成逐个脉冲限流电路，当脚③达到1V时就会出现限流现象，所以，整个电路中的电感磁性元件和功率开关管不必设计较大的余量，就能保证稳压电路工作可靠，降低成本。作为开关器件使用的晶体管,除了要具有放大特性以外,更重要的是应具有开关快速和输出功率大等优点。可选用IRF540N型