LED開(kāi)關(guān)電源畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)負(fù)溫度系數(shù)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)學(xué) 院 物理與光電工程學(xué)院 專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) （應(yīng)用電子方向） 年級(jí)班別 2010級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 2014 年 6 月負(fù)溫度系數(shù)開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)梁智聰物理與光電工程學(xué)院 論文封面書脊 摘 要本文介紹一種以UC3842作為控制核心，根據(jù)UC3842的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于該電流型PWM控制芯片、實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)是交流輸入電壓185-240V，輸出直流電壓24V，最大輸出電流為1.3A，效率大于75%，具有過(guò)流保護(hù)作用，且要符合LED的電流電壓特性，避免電源對(duì)LED使用壽命的影響。本人設(shè)計(jì)過(guò)程

2、中結(jié)合自己所學(xué)過(guò)的內(nèi)容，請(qǐng)教了好幾位同學(xué)，和參考了大量網(wǎng)上資料，最后完成了本設(shè)計(jì)，最后也順利焊接電路板出來(lái)，可由于經(jīng)驗(yàn)不足，電路不夠穩(wěn)定，容易出現(xiàn)燒壞的現(xiàn)象，經(jīng)多次做板也難以避免以上情況。關(guān)鍵詞：UC3842、開(kāi)關(guān)電源、PWM AbstractThis article describes a kind of switching power supply which according to cybernetics core UC3842, on the basis of UC3842s application chapacter, designing a based on the c

3、urrent mode PWM control chip and can adjust to the output voltage. This article describes a kind of switching power supply which according to cybernetics core UC3842, on the basis of UC3842s application chapacter, designing a based on the current mode PWM control chip and can adjust to the output vo

4、ltage. The index parameter of this design is 185240V AC input, the direct-current output is 24V, the current output is less than 1.3A, the efficiency is greater than 75%. Whats more, it has the protection of over-current, complies with the current voltage characteristic of LED and can void power aff

5、ect the service life of the LED. I according to the content of the learned in the design process, consulted with several classmates, and refer to a large amount of online information. Finally I finished the design and also welding circuit board out smoothly. However, duing to the inadequate experien

6、ce, the circuit is not stable, and easily burn out. By repeated do plate also hard to avoid the above situation.Keywords: UC3842, Switching power supply, PWM目錄1 緒論11.1 研究背景11.2 課題研究的目的意義31.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)42 LED照明對(duì)電源的要求53 LED供電電源介紹73.1線性穩(wěn)壓電源73.2開(kāi)關(guān)電源93.2.1開(kāi)關(guān)電源分類94 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)104.1 電源總體電路104.2 電源芯片104.3 反饋電路設(shè)計(jì)164.4

7、輸入整流濾波電路設(shè)計(jì)194.5 變壓器的設(shè)計(jì)214.6 EMI電路設(shè)計(jì)254.7 控制電路設(shè)計(jì)264.8 總體電路分析315 作品制作335.1基于PROTEL的PCB布線33參考文獻(xiàn)34致謝351 緒論1.1 研究背景LED是發(fā)光二極管( Light Emitting Diode )的簡(jiǎn)稱，不同種類的LED能夠發(fā)出從紅外線到藍(lán)光之間不同波長(zhǎng)的光線，近年來(lái)LED最吸引人的發(fā)展是在藍(lán)光LED上涂上螢光粉，將藍(lán)光轉(zhuǎn)化成白光的白光LED產(chǎn)品。它不但能夠高效率地直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，而且擁有長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)至10 萬(wàn)小時(shí)的使用壽命，同時(shí)具備省電、環(huán)保無(wú)汞、體積小響應(yīng)快速、高耐震、可應(yīng)用在低溫環(huán)境、光源具方

8、向性、造成光害少、并且色彩飽和度高與色域豐富等優(yōu)點(diǎn)。因此LED被稱為世紀(jì)新光源。作為繼明火和白熾燈之后的第三次照明革命，半導(dǎo)體照明(LED)成為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。半導(dǎo)體LED作為節(jié)能、環(huán)保的主要技術(shù)，已納入國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃與“十一五”國(guó)家“863”高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大項(xiàng)目并給予大力支持。半導(dǎo)體照明正在引發(fā)世界范圍內(nèi)照明光源的一場(chǎng)革命。作為新型高效固體光源，半導(dǎo)體照明具有長(zhǎng)壽命、節(jié)能環(huán)保、色彩豐富、微型化等優(yōu)點(diǎn)，將成為人類照明史上的又一次飛躍。近年日本“21世紀(jì)光計(jì)劃”、美國(guó)“下一代照明計(jì)劃”、歐盟“彩虹計(jì)劃”、韓國(guó)“GaN半導(dǎo)體發(fā)光計(jì)劃”等政府計(jì)劃紛紛出臺(tái)。目前在半導(dǎo)體

9、照明的應(yīng)用方面，正逐漸開(kāi)始功能性照明方面應(yīng)用。市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，從顯示向照明，從特殊照明向普通照明延伸。道路照明、隧道照明等室外照明市場(chǎng)將隨著LED光效的提高與價(jià)格的下降而大面積應(yīng)用，農(nóng)業(yè)、軍事、航空等新的應(yīng)用領(lǐng)域也將逐步開(kāi)發(fā)出來(lái)。隨著能源緊缺問(wèn)題越來(lái)越突出，LED的重要性和市場(chǎng)空間更加顯著。據(jù)2006年國(guó)家路燈行業(yè)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市道路照明共有1500萬(wàn)盞以上的路燈，近幾年的增長(zhǎng)率在20以上。照此估算，全國(guó)每年照明路燈的市場(chǎng)規(guī)模不低于50億元，如使用LED路燈，每年可節(jié)電20億度以上。國(guó)家綠色照明工程促進(jìn)項(xiàng)目辦公室的專項(xiàng)調(diào)查顯示，我國(guó)照明用電每年在3000億度以上，如用LED取代，可節(jié)省1/3的照明

10、用電，相當(dāng)于總投資規(guī)模超過(guò)2000億元的三峽工程的全年發(fā)電量。半導(dǎo)體照明是全球性的產(chǎn)業(yè)。目前全世界都在尋求解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和能源短缺的矛盾，給整個(gè)綠色照明生產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景與新的機(jī)遇。半導(dǎo)體照明對(duì)電源的發(fā)展也有一定的促進(jìn)作用，每款LED燈具都離不開(kāi)電源，由于LED自身超長(zhǎng)的壽命及所具有的半導(dǎo)體特性，使得 LED照明的發(fā)電源的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求也有了新的要求。由于開(kāi)關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率、性能穩(wěn)定、體積小、成本低等特點(diǎn)，必然使開(kāi)關(guān)電源成為L(zhǎng)ED照明供電的主要電源。開(kāi)關(guān)電源已有幾十年的發(fā)展歷史。早期產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)頻率較低，成本昂貴，僅用于衛(wèi)星電源等少數(shù)領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代出現(xiàn)過(guò)晶閘管相位控制式開(kāi)關(guān)電源，

11、70年代有分離元件制成的各種開(kāi)關(guān)電源，均因效率不夠高、開(kāi)關(guān)頻率低、電路復(fù)雜、調(diào)試?yán)щy而難于推廣，應(yīng)用受到限制。70年代后期以來(lái)，隨著集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的進(jìn)步，各種開(kāi)關(guān)電源專用芯片大量問(wèn)世，這種新型節(jié)能電源才重獲發(fā)展。目前，開(kāi)關(guān)頻率已從二十千赫左右提高到幾百千赫甚至幾十兆赫。與此同時(shí)，供開(kāi)關(guān)電源使用的元器件也獲得長(zhǎng)足發(fā)展。MOS功率開(kāi)關(guān)管MOSFET、肖特基二極管SBD、超快恢復(fù)二極管SRD、瞬態(tài)電壓抑制器TVS、壓敏電阻器VSR、熔斷電阻器FR、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲RF、線形光耦合器、可調(diào)試精密開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器TL431、電磁干擾濾波器EMI Filter、高導(dǎo)磁性材料、三重絕緣線Triple Insu

12、lated Wire、玻璃珠Glass Beads膠合劑等一大批新器件、新材料正被廣泛應(yīng)用。所有這些，都為開(kāi)關(guān)電源的推廣與普及提供了必要條件。近20年來(lái)，集成開(kāi)關(guān)電源沿著下述兩個(gè)方向不斷發(fā)展。第一方向是對(duì)開(kāi)關(guān)電源的核心單元控制電路實(shí)現(xiàn)集成化。1977年國(guó)外首先研制成功脈寬調(diào)制控制集成電路，美國(guó)摩托羅拉公司、硅通用公司、尤尼特德公司等相繼推出了一批PWM芯片，典型產(chǎn)品有MC3520、SG3524、UC3842。20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外又研制出開(kāi)關(guān)頻率達(dá)1MHZ的高速PWM、PFM芯片，典型產(chǎn)品如UC1825、UC1864。第二個(gè)方向則是對(duì)中小功率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)單片集成化。這大致分兩個(gè)階段：20世

13、紀(jì)80年代初，意-法半導(dǎo)體有限公司率先推出了L4960系列單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。該公司于90年代又推出了L4970A系列。其特點(diǎn)是將脈寬調(diào)制器、功率輸出級(jí)、保護(hù)電路等集成在一個(gè)芯片中，使用時(shí)需配工頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于制造低壓連續(xù)可調(diào)式輸出5.140V、大中功率（400W以下）、大電流（1.510A）、高效率（可達(dá)90%）的開(kāi)關(guān)電源。但從本質(zhì)上講，它仍屬于DC/DC變換器。1994年美國(guó)電源集成公司在世界上首先研制成功三端隔離、脈寬調(diào)制反激式單片開(kāi)關(guān)電源，被人們譽(yù)為“頂級(jí)開(kāi)關(guān)電源”。其第一代產(chǎn)品是TOPSwitch系列，第二代產(chǎn)品則是1997年問(wèn)世的TOPSwitch-II系列。第三代和第四代產(chǎn)品

14、是在2000年1月和11月相繼推出TOPSwitch-FX、TOPSwitch-GX系列單片開(kāi)關(guān)電源。該公司于1998年、2001年分別開(kāi)發(fā)出高效、小功率、低價(jià)位的TinySwtich系列、TinySwitch-II系列微型單片開(kāi)關(guān)電源。2000年，PI公司相繼推出了TOPSwitch-FX系列無(wú)端單片開(kāi)關(guān)電源、TOPSwitch-GX系列單片開(kāi)關(guān)電源。上述產(chǎn)品大量問(wèn)世，充分展示出單片開(kāi)關(guān)電源蓬勃發(fā)展的新局面和良好的應(yīng)用前景1。1.2 課題研究的目的意義 隨著社會(huì)的高速發(fā)展，能源問(wèn)題日益被世界關(guān)注，其中電能的合理利用是節(jié)約能源的重要方面。目前，我國(guó)照明用電在經(jīng)濟(jì)用電中僅次于電動(dòng)機(jī)居第二位，而且

15、以低效照明光源為主。因此采用發(fā)光效率高的照明光源、可靠性和效率高的照明電源具有重要意義。如何提高照明系統(tǒng)的能源利用率，延長(zhǎng)照明系統(tǒng)的壽命，并且是綠色無(wú)污染的成為當(dāng)前各國(guó)研究的熱點(diǎn)。 隨著LED光效的迅速提高、成本的不斷下降LED做為近年來(lái)興起的第四代照明光源與傳統(tǒng)的照明光源相比有如下優(yōu)點(diǎn)： （1）節(jié)能：大功率LED照明的第一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)能。由于LED的光譜幾乎全部集中于可見(jiàn)光區(qū)域，效率可達(dá) 80%90%，而白熾燈的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換效率僅為 10%20%，因此，從節(jié)能方面來(lái)說(shuō)，LED 具有很大的優(yōu)勢(shì)。 （2）光線質(zhì)量高、光色純：由于LED

16、光譜中幾乎沒(méi)有紫外線和紅外線，因此沒(méi)有熱量，沒(méi)有輻射，可見(jiàn)其屬于典型的綠色照明光源并且LED 與傳統(tǒng)照明光源相比，其光譜相對(duì)狹窄。 （3）壽命長(zhǎng)：LED 芯片的壽命是半永久性的，而作為光源的壽命還取決于封裝材料品質(zhì)的優(yōu)劣。一般LED光源光通量衰減到 70%的標(biāo)稱壽命為 10 萬(wàn)小時(shí)，是白熾燈的數(shù)十倍，是熒光燈和 HID 燈的數(shù)倍。 （4）可靠性高：大功率LED以其特殊的電子結(jié)構(gòu)保證其工作時(shí)有良好的穩(wěn)定性和可靠性，甚至在水下也能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的工作。而且它沒(méi)有傳統(tǒng)光源的鎢絲、玻璃殼等易損部件，維護(hù)費(fèi)用低廉。&#

17、160;（5）靈活度高：體積小，便于造型，可做成點(diǎn)、線、面等各種形式。LED不但使用靈活而且控制也靈活，通過(guò)控制電路很容易調(diào)控亮度，實(shí)現(xiàn)多樣的動(dòng)態(tài)變化效果。 （6）響應(yīng)快：因?yàn)長(zhǎng)ED利用了電子空穴湮滅的直接發(fā)光現(xiàn)象，因此，發(fā)光的響應(yīng)時(shí)間非常短，通常在 100ms 以下，雖然實(shí)際中會(huì)受到驅(qū)動(dòng)電路的影響，但仍然屬于毫秒級(jí)別。大功率照明LED的響應(yīng)為納秒級(jí)，無(wú)頻閃。 （7）環(huán)保：大功率LED的工作環(huán)境為低壓直流電，因而沒(méi)有電磁干擾。而且不同于日光燈點(diǎn)亮后會(huì)產(chǎn)生汞蒸氣及二氧化碳和其他溫室氣體等污染物，LED 產(chǎn)生的廢物很少，同時(shí)，其熒光粉的用量也僅為普

18、通熒光燈的十分之一。 由于LED具有以上諸多的優(yōu)點(diǎn)，隨著照明用電量的迅猛增加以及電能消耗的加劇，我國(guó)的供電勢(shì)態(tài)和環(huán)境與生態(tài)保護(hù)的現(xiàn)狀日益嚴(yán)峻，根據(jù)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)觀念要求，LED作為未來(lái)社會(huì)照明光源成為一種必然趨勢(shì)。因此設(shè)計(jì)出效率高、工作穩(wěn)定的LED驅(qū)動(dòng)電源對(duì)解決世界能源問(wèn)題則具有重要現(xiàn)實(shí)意義2。1.3 設(shè)計(jì)指標(biāo)1、EDA軟件平臺(tái)：PI Expert 、PROTEL DXP2、參數(shù)要求：（1）輸入電壓：AC185VAC240V；輸出電壓：DC24V；最大輸出電流：1.3A；（2）輸出噪聲紋波電壓峰-峰值UOPP 0.5V（條件：UO = 24V，IO = 1.3A）；（3）DC-DC

19、變換器的效率75%；（4）具有過(guò)流保護(hù)功能。3、其它要求：符合LED的電流電壓特性，避免電源對(duì)LED使用壽命的影響。2 LED照明對(duì)電源的要求驅(qū)動(dòng)LED 面臨著不少挑戰(zhàn)，如正向電壓會(huì)隨著溫度、電流的變化而變化，而不同個(gè)體、不同批次、不同供應(yīng)商的LED 正向電壓也會(huì)有差異；另外，LED 的“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流及溫度的變化而漂移。另外，應(yīng)用中通常會(huì)使用多顆LED，這就涉及到多顆LED 的排列方式問(wèn)題。各種排列方式中，首選驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的單串LED，因?yàn)檫@種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓（Vout）如何“漂移”，均提供極佳的電流匹配性能。當(dāng)然，用戶也可以采用并聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)組合及交叉連接（如圖1）等其

20、它排列方式，用于需要“相互匹配的”LED 正向電壓的應(yīng)用，并獲得其它優(yōu)勢(shì)。如在交叉連接中，如果其中某個(gè)LED 因故障開(kāi)路，電路中僅有1個(gè)LED 的驅(qū)動(dòng)電流會(huì)加倍，從而盡量減少對(duì)整個(gè)電路的影響。常見(jiàn)的LED排列方式LED 的排列方式及LED 光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED 的電流，而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動(dòng)器基本的工作電路示意圖如圖2所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED（即輸入與輸出）之間沒(méi)有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來(lái)電氣隔離，而“非隔離”則沒(méi)有采用高頻變壓器來(lái)電氣隔離。值得一提的是，在L

21、ED 照明設(shè)計(jì)中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配置：1）整體式（integral）配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢(shì)包括優(yōu)化能效及簡(jiǎn)化安裝等；2）分布式（distributed）配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡(jiǎn)化安全考慮，并增加靈活性。LED 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以采用恒定電壓（CV）輸出工作，即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓；也可以采用恒定電流（CC）輸出工作，輸出的設(shè)計(jì)能嚴(yán)格限定電流；也可能會(huì)采用恒流恒壓（CCCV）輸出工作，即提供恒定輸出功率，故作為負(fù)載的 LED 的正向電壓確定其電流。總的來(lái)看，LED 照明設(shè)計(jì)需要考慮以下幾方面的

22、因素：輸出功率：涉及LED 正向電壓范圍、電流及LED 排列方式等電源：AC-DC 電源、DC-DC 電源、直接采用AC 電源驅(qū)動(dòng)功能要求：調(diào)光要求、調(diào)光方式（模擬、數(shù)字或多級(jí)）、照明控制其他要求：能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理（保護(hù)特性）、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等更多考慮因素：機(jī)械連接、安裝、維修替換、壽命周期、物流等3 LED供電電源介紹3.1 線性穩(wěn)壓電源線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低（現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問(wèn)題而出現(xiàn)的）；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），間接地

23、給系統(tǒng)增加熱噪聲?；窘榻B：線性穩(wěn)壓電源，是指調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下的直流穩(wěn)壓電源。調(diào)整管工作在線性狀態(tài)下，可這么來(lái)理解：RW（見(jiàn)下面的分析）是連續(xù)可變的，亦即是線性的。而在開(kāi)關(guān)電源中則不一樣，開(kāi)關(guān)管（在開(kāi)關(guān)電源中，我們一般把調(diào)整管叫做開(kāi)關(guān)管）是工作在開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)下的：開(kāi)電阻很?。魂P(guān)電阻很大。工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的管子顯然不是線性狀態(tài)。線性穩(wěn)壓電源是比較早使用的一類直流穩(wěn)壓電源。圖3.1 線性穩(wěn)壓電源（a）電源特點(diǎn)：線性穩(wěn)壓直流電源的特點(diǎn)是：輸出電壓比輸入電壓低；反應(yīng)速度快，輸出紋波較??；工作產(chǎn)生的噪聲低；效率較低(現(xiàn)在經(jīng)?？吹腖DO就是為了解決效率問(wèn)題而出現(xiàn)的)；發(fā)熱量大（尤其是大功率電源），

24、間接地給系統(tǒng)增加熱噪聲。工作原理：我們先用下圖來(lái)說(shuō)明線性穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)電壓的原理。如圖所示，可變電阻RW跟負(fù)載電阻RL組成一個(gè)分壓電路，輸出電壓為：Uo="Ui"×RL/(RW+RL)，因此通過(guò)調(diào)節(jié)RW的大小，即可改變輸出電壓的大小。請(qǐng)注意，在這個(gè)式子里，如果我們只看可調(diào)電阻RW的值變化，Uo的輸出并不是線性的，但如果把RW和RL一起看，則是線性的。還要注意，我們這個(gè)圖并沒(méi)有將RW的引出端畫成連到左邊，而畫在右邊。雖然這從公式上看并沒(méi)有什么區(qū)別，但畫在右邊，卻正好反映了“采樣”和“反饋”的概念-實(shí)際中的電源，絕大部分都是工作在采樣和反饋的模式下的，使用前饋方法很少，

25、或就是用了，也只是輔助方法而已。讓我們繼續(xù)：如果我們用一個(gè)三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管，來(lái)代替圖中的可變阻器，并通過(guò)檢測(cè)輸出電壓的大小，來(lái)控制這個(gè)“變阻器”阻值的大小，使輸出電壓保持恒定，這樣我們就實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓的目的。這個(gè)三極管或者場(chǎng)效應(yīng)管是用來(lái)調(diào)整電壓輸出大小的，所以叫做調(diào)整管。像圖所示的那樣，由于調(diào)整管串聯(lián)在電源跟負(fù)載之間，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。相應(yīng)的，還有并聯(lián)型穩(wěn)壓電源，就是將調(diào)整管跟負(fù)載并聯(lián)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，典型的基準(zhǔn)穩(wěn)壓器TL431就是一種并聯(lián)型穩(wěn)壓器。所謂并聯(lián)的意思，就是象圖2中的穩(wěn)壓管那樣，通過(guò)分流來(lái)保證衰減放大管射極電壓的“穩(wěn)定”，也許這個(gè)圖并不能讓你一下子看出它是“并聯(lián)”的，但細(xì)心一看，

26、確實(shí)如此。不過(guò)，大家在此還要注意一下：此處的穩(wěn)壓管，是利用它的非線性區(qū)工作的，因此，如果認(rèn)為它是一個(gè)電源，它也是一個(gè)非線性電源。為了便于大家理解，回頭我們找一個(gè)理適合的圖來(lái)看，直到可以簡(jiǎn)明地看懂為止。由于調(diào)整管相當(dāng)于一個(gè)電阻，電流流過(guò)電阻時(shí)會(huì)發(fā)熱，所以工作在線性狀態(tài)下的調(diào)整管，一般會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致效率不高。這是線性穩(wěn)壓電源的一個(gè)最主要的一個(gè)缺點(diǎn)。想要更詳細(xì)的了解線性穩(wěn)壓電源，請(qǐng)參看模擬電子線路教科書。這里我們主要是幫助大家理清這些概念以及它們之間的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，線性穩(wěn)壓電源由調(diào)整管、參考電壓、取樣電路、誤差放大電路等幾個(gè)基本部分組成。另外還可能包括一些例如保護(hù)電路，啟動(dòng)電路等部分。下圖是

27、一個(gè)比較簡(jiǎn)單的線性穩(wěn)壓電源原理圖（示意圖，省略了濾波電容等元件），取樣電阻通過(guò)取樣輸出電壓，并與參考電壓比較，比較結(jié)果由誤差放大電路放大后，控制調(diào)整管的導(dǎo)通程度，使輸出電壓保持穩(wěn)定3。圖3.2 線性穩(wěn)壓電源(b)3.2 開(kāi)關(guān)電源概述3.2.1 開(kāi)關(guān)電源的分類開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)一般分類如下：（1）按驅(qū)動(dòng)方式分，有自激式和他激式。（2）按DC/DC變換器的工作方式分：?jiǎn)味苏な胶头醇な?、推挽式、半橋式、全橋式等；降壓型、升壓型和升降壓型等。?）按電路組成分，有諧振型和非諧振型。（4）按控制方式分：脈沖寬度調(diào)制(PWM)式；脈沖頻率調(diào)制(PFM)式；PWM與PFM混合式。4 開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)4.

28、1 電源總體電路圖4.1 開(kāi)關(guān)電源總體電路4.2 電源芯片4.2.1 變壓器磁芯選定EFD30計(jì)算電感體積：輸入功率： （4.1）當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值取0.3T（接近飽和值）時(shí)、頻率f取KHZ、輸入功率單位為W時(shí)，儲(chǔ)能變壓器磁芯體積： （4.2） = =3.512.50.416 =18.2=3640=3.640一般取100300之間，當(dāng)取200時(shí)，變壓器磁芯有效體積=3640=3.640，初步考慮用EE2825，該磁芯體積=69.068.0 =4.692 （4.3）規(guī)格：=4.692>3.640繞線窗口有效面積 =87.36 =68.0 =69.0圖4.2 EFD30 6+6 電木骨架 變壓

29、器骨架4.2.2 控制芯片UC3842該電流型脈寬調(diào)制器有體積小、成本低、外圍元件少、電路簡(jiǎn)單、可靠性高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)。所以這種脈寬調(diào)制器被廣泛的使用，尤其是在顯示器的電源中，使用得比較普遍。3842構(gòu)成的控制電路，既有電流負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)，又有電壓負(fù)反饋控制環(huán)節(jié)，這樣使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電壓穩(wěn)定性由很大的提高。用UC3842構(gòu)成的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，不論是電壓調(diào)整率，還是電流調(diào)整率，都有明顯的提高，是目前比較理想的一種脈沖寬度調(diào)制器。UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流直至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調(diào)的振蕩

30、器、能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。其他的保護(hù)特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、逐周電流限制、可編程輸出靜區(qū)時(shí)間和單個(gè)脈沖測(cè)量鎖存。這些器件可提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝（SO-14），如圖4.1所示。SO-14封裝的圖騰柱式輸出級(jí)有單獨(dú)的電源和接地管腳。 圖4.3 UC3842封裝圖及管腳連接圖圖4.4 UC3842內(nèi)部邏輯圖4.2.3 UC3842各腳的功能1、第7腳和第8腳第7腳：是Vcc電源電壓供給端，工作電壓范圍為+10V+36V。分析圖1可知，UC3842第7腳V

31、cc正常工作供電應(yīng)該是：首先供給大于+16V電壓才能啟動(dòng)（啟動(dòng)電流約1mA）；啟動(dòng)后，正常工作電壓為+10VVcc+36V。在實(shí)際工作中，一般都采用+11V+15V，但采用+12V+14V的更為多見(jiàn)，正常工作時(shí)供電電流約為30mA。 注意：Vcc電壓越高，輸出脈沖的幅度也越高，但集成電路的溫度也越高，如果驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管，正常工作時(shí)的Vcc電壓最好不要大于+16V，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的柵極耐壓也就是20V左右。第8腳：是基準(zhǔn)電壓+5VR輸出端，該基準(zhǔn)電壓除了供給UC3842內(nèi)部用電外，還可以向外供應(yīng)20mA的電流。2、第1腳和第2腳第1腳為誤差放大器E/A的輸出端。第2腳為誤差放大器的“” 輸入端，取樣

32、電壓由此輸入。一般都將第1腳和第2腳之間用電阻和電容器接成負(fù)反饋電路，如圖2所示。其中電阻R1是為完成直流負(fù)反饋用，直流負(fù)反饋電阻R1的電阻值越小，負(fù)反饋就越深，誤差放大器E/A的放大倍數(shù)就越小，頻帶就越寬，靜態(tài)工作點(diǎn)就越穩(wěn)定，溫度特性就越好。電容器C1能完成高頻負(fù)反饋的作用，能有效地消除高頻寄生振蕩，電阻R1和電容C1構(gòu)成的電路也叫“補(bǔ)償電路”。3、第3腳第3腳為電流反饋輸入端。電流比較器A3輸出電壓的高低，是由它的兩個(gè)輸入端電壓共同決定的，A3的輸出電壓的變化，能控制RS觸發(fā)器“Q反”輸出脈沖寬度的變化。RS觸發(fā)器是脈沖寬度調(diào)制鎖存器（PWM Latch），它與數(shù)字電路中的RS觸發(fā)器有所不

33、同，這種RS觸發(fā)器的輸入端信號(hào)是模擬電壓，并有兩個(gè)閾值電位比較功能，而不是數(shù)字信號(hào)的0和1。所以輸入電壓的高低變化能控制輸出脈沖寬度的變化。4、第4腳第4腳為定時(shí)腳。振蕩器振蕩的頻率是由定時(shí)電阻RT和定時(shí)電容CT共同決定的。振蕩頻率的近似計(jì)算公式是： （4.4）5、第5腳第5腳為接地腳。6、第6腳第6腳為驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端。Q2導(dǎo)通時(shí)，能將第6腳上內(nèi)外電路各個(gè)部件寄存的正電荷迅速的放掉，在這一瞬間有吸入電流流入，也就能使它控制的開(kāi)關(guān)管迅速的截止。這種電路稱為“圖騰柱”輸出電路，也叫推拉輸出電路。穩(wěn)壓過(guò)程(1)輸入電壓變化時(shí)的穩(wěn)壓原理假定輸入電壓增加，初級(jí)繞組的電流增長(zhǎng)率變大，電阻R上的電壓增長(zhǎng)率也

34、變大，使R-S觸發(fā)器R端輸入提前，Q反輸出脈沖變寬，從而使第6腳輸出脈沖變窄，使初級(jí)繞組電流增加時(shí)間變短，電流增加不上去，這就是電流負(fù)反饋；電流負(fù)反饋能使每一個(gè)脈沖電流大小的變化，都加以適當(dāng)?shù)南拗?，這樣響應(yīng)快，所以電流型脈寬調(diào)制器的電壓調(diào)整濾可達(dá)到較高的水平，輸入的交流電壓可以在很大的范圍內(nèi)變化8。(2)反饋到第1腳 在次級(jí)輸出直流電壓上取樣，經(jīng)光耦隔離后輸入到UC3842的第1腳，第1腳通過(guò)電容（47nF）接地,通過(guò)改變占空比來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓。圖4.5 UC3842工作時(shí)序圖UC3842的工作描述電路上電時(shí)，外接的啟動(dòng)電路通過(guò)引腳7提供芯片需要的啟動(dòng)電壓。在啟動(dòng)電源的作用下，芯片開(kāi)始工作，脈沖寬度

35、調(diào)制電路產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)6腳輸出驅(qū)動(dòng)外接的開(kāi)關(guān)功率管工作。功率管工作產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)取樣電路轉(zhuǎn)換為低壓直流信號(hào)反饋到3腳，維護(hù)系統(tǒng)的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號(hào)經(jīng)2腳送到內(nèi)部的誤差比較放大器，與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差信號(hào)送到脈寬調(diào)制電路，完成脈沖寬度的調(diào)制，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則2腳的取樣電壓也變高，脈寬調(diào)制電路會(huì)使輸出脈沖的寬度變窄，則開(kāi)關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩(wěn)定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產(chǎn)生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的RC網(wǎng)絡(luò)。所產(chǎn)生的鋸齒波送到脈沖寬度調(diào)制器，作為其工作周期，脈寬

36、調(diào)制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化4。4.3 反饋電路設(shè)計(jì)圖4.6 反饋電路部分4.3.1 TL431介紹TL431（如下圖）一是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開(kāi)關(guān)電源等等。圖4.7 TL431管腳示意圖上圖是該器件的符號(hào)。3個(gè)引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽(yáng)極（ANODE）和參考端（REF）。圖4.8 功能模塊示意圖 由圖可以看到，VI是一個(gè)內(nèi)部的

37、2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過(guò)三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化4.3.2 PC817介紹PC817是一個(gè)比較常用的光電耦合器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4.15所示，其中腳1為陽(yáng)極，腳2為陰極，腳3為發(fā)射極，腳4為集電極。在開(kāi)關(guān)電源中，當(dāng)電流流過(guò)光二極管時(shí)，二極管發(fā)光感應(yīng)三極管，對(duì)輸出進(jìn)行精確的調(diào)整，從而控制UC3842的工作。同時(shí)PC817光電耦合器不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到隔離作用。圖4.9 PC817內(nèi)部框圖4.3.3 反饋回路的

38、參數(shù)計(jì)算 反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817構(gòu)成外部誤差電壓放大器。并將輸出電壓和初級(jí)側(cè)隔離。如圖 所示，R5、R9是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓V。升高時(shí)，取樣電壓VR8也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓（TL431的基準(zhǔn)電壓為2.5V），使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓長(zhǎng)高，致使片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管輸出電壓降低，使輸出電壓V。下降，最后V。趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)定電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定電壓時(shí)，誤差放大器輸出電壓下降，片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高，最終使UC3842的腳1的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促

39、使片內(nèi)對(duì)PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 從TL431技術(shù)資料可知，參考輸入端的電流為2，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪聲的影響，通常取流過(guò)電阻R8的電流為TL431參考輸入端的100倍以上，所以 （4.5）設(shè)定R9=2K （4.6） 故，選用30K的變阻器其中，TL431參考輸入端電壓=2.5V TL431的工作電流范圍為1150mA，當(dāng)R6的電流接近于零時(shí)，必須保證至少為1mA，所以 （4.7）故R7選擇1K歐其中，發(fā)光二極管的正向壓降=1.2VUC3842的誤差放大器輸出電壓擺幅0.8V<<6V，三極管集射電流受發(fā)光二極管正向電流控制，通過(guò)PC817的與

40、關(guān)系曲線（圖）可以確定PC817二極管正向電流。由圖 可知，當(dāng)PC817二極管正向電流在7mA左右時(shí)，三極管的集射電流在7mA左右變化，而且集射電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，符合UC3842的控制要求5。圖4.10 PC817集射極電壓與二極管正向電流的關(guān)系圖 PC817的電流傳輸比CTR=0.81.6，當(dāng)=7mA時(shí)，考慮最壞的情況，取CTR=0.8，此時(shí)要求流過(guò)發(fā)光二極管最大電流 （4.8） （4.9）其中，為TL431正常工作時(shí)的最低工作電壓，=2.5V。發(fā)光二極管能承受的最大電流為50mA （4.10）R6的取值要同時(shí)滿足以上條件，即406<R6<2320，可以選用14.4 輸

41、入整流濾波電路設(shè)計(jì)圖4.11 電源整流濾波部分輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開(kāi)關(guān)電源輸出端中對(duì)波紋幅值的影響主要有以下幾個(gè)方面。（1）輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容，以濾除此噪聲干擾。（2）高頻信號(hào)噪聲，開(kāi)關(guān)電源中對(duì)直流輸入進(jìn)行高頻的斬波，然后通過(guò)高頻的變壓器進(jìn)行傳輸，在這個(gè)過(guò)程中，必然會(huì)摻入高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開(kāi)關(guān)的過(guò)程中引起的高頻噪聲。（3）采用快速恢復(fù)二極管DR整流。基于低壓、功耗低、大電流的特點(diǎn)，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。首先是電源輸入部分，一個(gè)最基本的概念就是

42、開(kāi)關(guān)電源本質(zhì)上是將直流變換到直流的，所以網(wǎng)電的220AC并不能直接用于變換，必須加上整流和濾波，這里用了簡(jiǎn)單的橋式整流和一個(gè)220/450V的鋁電解電容，以用一個(gè)0.1的CBB電容。整流橋的選擇主要是電流和耐壓，很容易可以選擇到合適的型號(hào)6。輸入功率： （4.11）根據(jù)相關(guān)資料查得，濾波電解電容選擇規(guī)則按照3，由于=41.6W，所以，電容C=41.6*3=124.8 故220/450AV的鋁電解電容4.5 變壓器的設(shè)計(jì)圖4.12 變壓器設(shè)計(jì)電路1. 本設(shè)計(jì)最大輸入電壓 （4.12）為降低成本，對(duì)于最大輸入電壓在400V以內(nèi)，輸入電壓小于50V情況下，一般盡可能使用600V耐壓MOS管，戴上期間

43、MOS管承受的最大電壓取570V（耐壓留30V余量），即TVS管耐壓1TVS管一般取1.41.5倍的，否則MOS管截止期間，DD吸收回路功耗可能太大，影響效率，如果耐壓允許，可取1.6倍。 （4.13）2. 計(jì)算匝比n假設(shè)次級(jí)整流快恢復(fù)二極管壓降為0.9V，則 （4.14）即整流二極管D承受的最大反向電壓 （4.15）即選擇200V耐壓快恢復(fù)二極管即可。3. 最大點(diǎn)空比由于back-boost變換器在輸入電壓最小時(shí)，電感電流峰值最大，因此必須在輸入電壓為最小值時(shí)，設(shè)計(jì)變換器有關(guān)參數(shù)在二極管整流、電容濾波電路中，當(dāng)濾波電容C容量適中時(shí)，最小輸入電壓 （4.16）=75% （4.17）4. 初級(jí)側(cè)

44、電感斜坡中心電流（初級(jí)側(cè)等效電感平均電流） （4.18）5. 初級(jí)側(cè)電感峰值電流 （4.19）為減小變壓器體積，電流紋波比取0.5（一般取0.4，取0.5時(shí)電流紋波系數(shù)會(huì)大一些），則初級(jí)側(cè)電感電流有效值（與開(kāi)關(guān)管電流有效相同，這點(diǎn)與一般Buck-book變換器有區(qū)別） （4.20）6. 在80時(shí)，兩倍趨膚深度 （4.21） （4.22）其中電流密度J取4.5A/。顯然，當(dāng)n=1時(shí)，d=0.305<。對(duì)于初級(jí)，可用單股標(biāo)稱直徑0.310、外皮直徑為0.35漆包線。7. 次級(jí)側(cè)電感斜坡中心電流（次級(jí)側(cè)等效電感平均電流） （4.23）8. 次級(jí)側(cè)電感峰值電流 （4.24）次級(jí)側(cè)電感有效值（與續(xù)

45、流二極管D電流有效值相同，這點(diǎn)與一般Buck-boost變換器有區(qū)別） （4.25） （4.26）其中電流密度J取4.5A/。顯然，當(dāng)n=3時(shí)，d=0.4259. 計(jì)算初級(jí)側(cè)電感 （4.27）10. 而導(dǎo)通電壓 （4.28）11. 伏秒積 （4.29）12. 則初級(jí)電感 （4.30）13. 計(jì)算匝數(shù) （4.31）(實(shí)際是最小匝數(shù),當(dāng)比該值再小時(shí),最大磁通>0.3T，造成磁芯飽和) （4.32）（取大于計(jì)算值的整數(shù)，否則B可能超過(guò)飽和磁通）即，取92（由于次級(jí)匝數(shù)少，應(yīng)優(yōu)先保證次級(jí)匝數(shù)取最接近計(jì)算值的整數(shù)，再根據(jù)匝比n重新選擇初級(jí)匝數(shù)）14. 計(jì)算輔助繞組（PWM控制芯片供電繞組）匝數(shù)假設(shè)

46、輔助繞組輸出電壓為15V，則輔助繞組匝數(shù)： （4.33）由于輔助繞組輸出電流小，整流二極管可用IN4148，因此其導(dǎo)通壓降取0.7V不產(chǎn)生太大誤差。也因此其電流負(fù)載小，對(duì)繞線直徑?jīng)]有要求，可用小一點(diǎn)的漆包線繞制。當(dāng)然在繞線窗口容量有余的情況下，也可以用與主繞組相同線徑的漆包線繞制7。15. 估算繞線窗口能否容納0.31mm漆包線外皮直徑為0.35mm; 0.425mm漆包線外皮直徑為0.447，則繞線窗口利用率 （4.34） 可以肯定使用EFD30磁芯繞線沒(méi)有問(wèn)題。4.6 EMI電路設(shè)計(jì)圖4.13 電源EMI電路設(shè)計(jì)濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。在電源輸入端接上濾波器，即可以抑制開(kāi)關(guān)電源

47、產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。開(kāi)關(guān)電源的工作頻率一般在10130kHz，對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號(hào)，只要選擇相應(yīng)的去耦電路或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的EMI濾波器，就能達(dá)到理想的濾波效果。干擾抑制電路如圖4所示，CX1和CX2叫做差模電容，L1叫做共模電感，CY1和CY2叫做共模電容。電阻R用于消除可能在濾波器中出現(xiàn)的靜電積累。IEC-380安全技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)的8.8部分指出，若CX>0.1F則R=t2.2C(t=1s，C=2CXF)。由這些集中參數(shù)元件構(gòu)成無(wú)源低通網(wǎng)絡(luò)，抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的向電網(wǎng)反饋的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)開(kāi)關(guān)電源本身的侵害，為了使通過(guò)濾波電容C流入地的漏電流維持在安全范圍內(nèi)，CX=0.10.2F，CY的值一般適合取在0.10.33F之間，不宜過(guò)大，相應(yīng)的扼流線圈L應(yīng)選大些，一般適合取在0.5H8mH之間，這樣既符合安全要求，又能抑制電磁干擾。共模電感L1是在同一個(gè)磁環(huán)上由繞向相反、匝數(shù)相同的兩個(gè)繞組構(gòu)成。使濾波器接入電路后，兩只線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消，不會(huì)使磁環(huán)達(dá)到磁飽和狀態(tài)，從而使兩只線圈的電感值保持不變。通常使用環(huán)形磁芯，漏磁小，效率高。但是繞線困難，如磁環(huán)的材料不可能做到絕對(duì)均勻，兩個(gè)線圈的繞制也不可能完全對(duì)稱