开关电源的设计与制作

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开关电源的设计与制作范文第1篇

【关键词】开关电源 噪声 对策

开关电源在日常生活中被广泛应用，其对电力的使用与管理有着重要的控制作用。目前在我国进行普遍使用的开关电源，其在诸多方面都存在着一定的优点，可以满足现代电力管理的需要，但是由于其在使用过程中受内部因素以及外部因素的影响，很容易造成噪音的产生。这种噪音出现频率高，产生影响大，为人们的工作生活带来的一定的负面影响，因此如何有效的降低开关电源噪音成为了现在有关工作人员急需解决的问题。要想对开关电源的噪音问题进行解决，有关工作人员首先要对开关电源的噪音进行有效的分析，从类型，成因等多个方面入手，为解决开关电源的噪音问题搜集充足的参看依据。

1 开关电源噪音的类型

1.1 原发性噪音

开关电源噪音的类型有很多种，不同的噪音其在变现形式以及产生原因上都有所不同，所谓的原发性噪音就是指开关电源本身产生的噪音，这种噪音与开关电源有着密切的关系，要想有效的降低这种噪音，就要从电源开关内部入手，对其进行深度的剖析，才能找出真正的问题所在，具体来说原发性噪音包括以下几个方面：（1）开关使用过程产生的噪音。开关电源在进行使用的过程中会瞬间改变电流，电阻等方面的因素，造成开关电源内部情况的变化，这种变化一般具有快速，迅猛的特点，因此很容易产生噪音，对周边环境造成影响。（2）开关内部元件损耗产生的噪音。开关电源由于要进行频繁的操作因此其内部元件存在着一定的损耗情况，因此当开关电源内部元件出现损耗后将直接造成噪音的产生，应对开关电源的使用质量造成威胁。

1.2 继发性噪音

继发性噪音是开关电源噪音中的一种，其与原发性噪音相对，造成继发性噪音的原因一般是由于开关电源受外部原因影响而产生的，对于继发性噪音在分析的过程中，相关工作人员应将目光投放在整个线路体系中去，不能局限于开关电源本身，只有这样才能对继发性噪音产生的原因进行全面准确的认识，具体来说继发性噪音主要体现在以下几个方面：（1）自然因素影响产生噪音。电流具有着强烈的物理属性，其在运行的过程中很容易受到外界自然因素的影响，例如在雷雨天开关电源在使用过程中，就容易产生大量的噪音。（2）电路原因影响产生的噪音。开关电源对整个电路系统产生着控制作用，而电路系统在一定条件下也会反作用于开关电源，对开关电源产生影响，在实际的运行过程中，经常会由于电路系统出现问题而导致开关电源噪音的产生。

2 开关电源噪音的解决措施

2.1 提高开关电源安装质量，合理组装开关电源部件

开关电源的安装对开关电源今后的使用有着重要的作用，因此要想有效的降低开关电源的噪音，有关工作人员应从开关电源的组成入手，从源头上对问题进行解决，具体来说有关工作人员可以通过以下几种方式降低开关电源噪音产生的几率：（1）提高开关电源安装质量。开关电源的安装质量与多方面因素都有着重要的关系，首先就开关电源本身而言要选取符合国家标准的开关电源以及各项功能组件，工作人员在进行安装之前一定要做好检查工作，确保开关电源的使用质量。同时相关工作人员也应具有一定的专业素质，这些都是开关电源安装过程中的基本要求，对其进行有效的把握，可以很好的提高开关电源的安装质量。（2）合理组装开关电源的部件。开关电源虽然具有着体积小质量轻的特点，但是其内部结构却相当复杂，在进行开关电源的安装过程只中，有关工作人员应严格按照说明书，图纸等对开关电源进行安装，保障开关电源各组件安装的合理性，确保开关电源可以顺利的投入使用。

2.2 积极引入先进技术，完善电源组件不足

就目前来看开关电源子在我国绝大部分地区均有应用，并随着不断的发展变化，其已经具备了极高的使用价值，以及稳定的功能性，但是通过对开关电源的进一步研究我们发现，其仍具有着一定的发展空间，针对其存在的缺点与不足进行完善，积极引入先进技术，将有利于其进行进一步的功能升级，加强起在电力管理中的作用，减少其噪音的产生。

2.3 熟练掌握相关技术，科学选择缓冲回路

在对开关电源噪声进行解决的过程中，有关管理部门不仅要注重物的问题，同时也要对人的问题进行有侧重的关注。具体来说有关管理部门应对以下几个方面的问题予以重视：（1）提高员工素质，熟练掌握相关技术。技术人员是进行开关电源安装，以及维护的直接工作人员，在进行安装以及维护工作的过程中技术人员的行为直接影响着开关电源的使用质量。因此在实际的工作中有关管理部门应针对这些技术人员进行一定的摸底与考核，确保技术人员具有专业的从业资格。与此同时，有关管理单位还应就技术人员技术的熟练掌握程度进行了解，通过多种方式，促进技术工作人员技术水平的提升，保障开关电源的安装与维护。（2）科学选择缓冲回路。在电路设计的过程中，开关的安装，电源回路的选择都是十分重要的组成部分，任何一部分设计错误都会对整个电路系统造成影响，并导致开关电源噪音的产生。因此有关部门在进行电力系统设计以及施工的过程中，应对缓冲回路等进行科学的选择，保障电路系统的正常运行，降低开关电源噪音的产生。

3 总结

综上所述，开关电源噪声的产生受到了多方面因素的影响，要想有效的对开关电源噪声进行抑制，有关工作人员应重视开关电源噪声的分析，通过多种手段的应用，从宏观到微观，全面把握开关电源的整体情况，进行有效的治理，促进开关电源的升级，提高开关电源的使用功能。

参考文献

[1]代乐荣.开关电源噪声的产生于抑制[J].山西电子科技，2012（4）：34-38.

[2]陈国荣.沈长松.郑宽涵.开关电源音频噪声分析及抑制[J].科技风，2012（13）：78-82.

开关电源的设计与制作范文第2篇

摘 要： 系统地分析了TOPSwitchⅡ系列开关电源产生噪声的主要原因及产生噪声的回路和部件，给出了相应的抗干扰措施，从而提高了开关电源的电磁兼容性。

关键词： 开关电源 噪声 电磁兼容性

TOPSwitchⅡ开关电源具有单片集成化、外围电路简单、效率高的优点，在大多数的电子设备中得到了广泛的应用。然而，开关电源自身产生的各种噪声却形成了一个很强的电磁干扰源。这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强，对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁；同时，一些国家对此也有严格的指标，不能满足者将被拒之门外。本文以美国PI公司TOPSwitchⅡ系列为例，介绍开关电源的电磁干扰及其抑制。

1 开关电源产生噪声的原因

开关电源工作在高频、高压、大电流开关状态，并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。TOPSwitchⅡ系列器件工作频率为100kHz，电源线路内的dv/dt很大，产生的各种噪声通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射噪声。图1给出了一种典型TOPSwitchⅡ系列的开关电源电路图，下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。

1.1电源一次侧回路的噪声

在一次整流回路中，整流二极管D1～D4只有在脉动电压超过C2的充电电压的瞬间，电流才从电源输入侧流入。所以，一次整流回路产生高次畸变波，如图1，形成噪声，这是影响传导辐射的一个重要指标。此外， 电源在工作时，TOPSwitchⅡ处于高频率通断状态，在由脉冲变压器初级线圈L1、TOPSwitchⅡ和滤波器C2构成的高频电流环路中，如果布局、布线不合适，造成环路面积过大，可能会产生较大的空间辐射噪声。如图2（A），为初级电流Ipri的波形，其基波为开关频率，谐波即为干扰波形。

1.2 电源二次侧回路的噪声

电源在工作时，整流二极管D7也处于高频通断状态，由脉冲变压器次级线圈L2、整流二极管D7和滤波电容C6构成了高频开关电流环路，如果布局、布线不合适，造成环路面积过大，可能向空间辐射噪声。同时，硅二极管在正向导通时PN结内的电荷被积累，二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中D7在开关转换时频率很高，即由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在，使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。如图2(C)所示，Vd波形具有电压变化率高、上升沿和下降沿陡峭的特点。其峰值电压由变压器和输出整流管的分布电容所决定。振铃干扰波形的频率变化是20-30MHZ。

1.3脉冲变压器的噪声

   脉冲变压器是开关电源中进行能量储存与传输的重要部件，其性能的优劣，不仅对电源效率有较大的影响，而且直接关系到电源电磁兼容性（EMC） 。对EMC而言，要求脉冲变压器漏感小、绕组本身的分布电容及各绕组之间的耦合电容要小。

2.开关电源的电磁兼容性设计

抑制开关电源的噪声可采取三方面的技术：一是滤波；二是变压器的绕制；三是屏蔽。

2.1 滤波

针对开关电源主要通过电源线向外传输噪声的特点，采用滤波技术抑制干扰，可分为：交流侧滤波、

直流侧滤波及其他一些辅助措施。

(1)交流侧滤波：开关电源的交流电源线输入端插入共模和差模滤波器，防止开关电源的共模和差模噪声传递到电源线中，影响电网中其它用电设备，同时也抑制来自电网的噪声。交流侧滤波器如图3A、B、C、D所示，其中L为共模扼流圈，图A、B中的电容器C能滤除串模干扰。图C、D抑制电磁干扰的效果更佳，图C中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4用来滤除串模干扰，R为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证用户的安全。

(2)直流侧滤波：在开关电源的直流输出侧插入如图3所示的电源滤波器，它由共模扼流圈L1、扼流圈L2和电容C1、C2组成。为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必须采用高频特性好且饱和磁场强度大的恒μ磁芯。

(3)其他：C3为安全电容，能滤除初、次级绕组耦合电容引起的干扰。C8和R7并联在D7两端，能防止D7在高频开关状态下产生自激振荡（振铃现象）；此外，在二次侧整流滤波器上串联磁珠也有一定效果。TOPSwitchⅡ由导通变成截止时，在开关电源的一次绕组上就会产生尖峰电压，这是由于脉冲变压器漏感造成的，通常用瞬态电压抑制器（TVS）D6和超快恢复二极管（SRD）D5组成的电路进行钳位，也有用R、C电路的，但效果要稍差一些。

2.2 减小脉冲变压器的漏感及分布电容

   对于一个符合绝缘及安全性标准的脉冲变压器，其漏感量应为次级开路时初级电感量的1％～3％。在磁芯结构尺寸、绕线匝数一定的情况下，线圈的绕组排列是减小漏感的重要因素，如图4所示，绕组应按同心方式排列，全部用漆包线绕制，留有安全边距，且在次级绕组与反馈绕组之间加上强化绝缘层。对于多路输出的开关电源，输出功率最大的那个次级绕组应靠近初级，以增加耦合，减小磁场泄漏。当次级匝数很少时，为了增加与初级的耦合，宜采用多股线平行并绕方式均匀分布在整个骨架上，以增加覆盖面积。在条件允许的情况下，用箔绕组作为次级也是增加耦合的一种好办法。                           

在开关电源的工作过程中，绕组的分布电容反复被充、放电，不仅使电源效率降低, ，它还与绕组的分布电感构成LC振荡器，会产生振铃噪声。初级绕组分布电容的影响尤为显著。为减小分布电容，应尽量减小每匝导线的长度，并将初级绕组的始端接漏极，利用一部分初级绕组起到屏蔽作用，减小相邻绕组的分布参数耦合程度。

 

2.3 屏蔽

抑制辐射噪声的有效方法是屏蔽。用导电良好的材料对电场屏蔽，用导磁率高的材料对磁场屏蔽。将电路置于屏蔽壳中，屏蔽壳可靠接地或中性线，接缝处最好焊接，以保证电磁的连续性。

对于脉冲变压器内部而言的屏蔽，即在一次侧和二次侧间加屏蔽层，简单的办法，用漆包线均匀绕满骨架一层，绕组的一端接高压+V端，另一端浮空。如图5所示，减少了一、二次侧的电场的耦合干扰。此外，将原边绕在骨架最里边，原边起始端与TOPSwitchⅡ的D端连接也是抑制干扰的有效方法。

为防止脉冲变压器的泄漏磁场对相邻电路造成干扰，可把一铜片环绕在变压器外部，构成如图5所示的屏蔽带。该屏蔽带相当于短路环，能对泄漏磁场起到抑制作用，屏蔽带应与地接通。

3. 开关电源的电磁兼容性设计考虑的因素还很多，如印制板的制作、元器件的布局以及各种电源线、信号线的捆扎、配置等，有许多工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声会大大提高开关电源的电磁兼容性，使开关电源得到更广泛的应用。

参考文献

1 美国PI公司产品资料，2000

开关电源的设计与制作范文第3篇

【关键词】电流脉宽调制;PWM;Pspice

1.概述

电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性，电子设备故障60%来自电源，开关稳压电源的调整工作在开关状态，主要优越性是高达70%-95%变换效率。

目前，空间技术、计算机、通信、雷达、电视及家用电器中的稳压电源已逐步被开关电源取代。开关稳压电源的优越性主要表现在：功耗小，稳压范围宽，体积小、重量轻[1] [2]。

传统的线性电源具有稳压性能好、输出纹波电压小、使用可靠等优点，但工频变压器体积庞大，调整管工作于线性放大状态，导致电源功耗大、效率低、发热严重。开关电源采用功率管作为开关器件，工作于开关状态，损耗小;工作频率在几十到上百千赫兹，滤波电容、电感的数值较小。线性稳压电源允许电网波动范围为220v×（1±10%）， 对电网的适应能力很强。另外，由于功耗小、机内温升低，提高了整机的稳定性和可靠性[3]。

2.系统整体概述

开关电源可分成：机箱（或机壳）、电源主电路、电源控制电路三部分。机箱既可起到固定的作用，也可起到屏蔽的作用;电源主电路负责进行功率转换，通过适当控制电路将市电转换为所需的直流输出电压;控制电路根据实际需要产生主电路所需的控制脉冲及提供保护。开关电源的结构框图如图1所示：

图1 开关电源的结构框图

电源主电路通过输入整流滤波、DC-DC变换、输出整流滤波将市电转为所需的直流电压。开关电源主回路可以分为：输入整流滤波回路、功率开关桥、输出整流滤波三部分。输入整流滤波回路通过整流模块将交流电变换成含有脉动成分的直流电，通过输入滤波电容使脉动直流电变为较平滑的直流电;功率开关桥将滤波所得直流电变换为高频方波电压，通过高频变压器传送至输出侧。由输出整流滤波回路将高频方波电压滤波为所需直流电压或电流。

控制电路为主回路提供正常功率变换所需的触发脉冲。具有以下功能：控制脉冲产生电路、驱动电路、电压反馈控制电路、各种保护电路、辅助电源电路[4] [5]。

3.软开关技术

软开关技术指零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。图4所示为功率开关管在软开关及硬开关下的波形：

图2 软开关理想波形和硬开关波形

软开关包括软开通和软关断。软开通包括零电流开通及零电压开通，软关断包括零电流关断及零电压关断，可按照驱动信号时序来判断。

零电流关断：关断命令在t2时刻或其后给出，开关器件端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。

电压关断：关断命令在t1时刻给出，开关器件电流由通态值下降到断态值后，端电压由通态值上升到断态值，开关器件进入截止状态。在t2前，开关器件端电压必须维持在通态值（约等于零）。

零电压开通：开通命令在t2时刻或其后给出，开关器件电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2前，开关器件端电压必须下降到通态值（约等于零），电流上升到通态值以前维持在零。

零电流开通：开通命令在t1时刻给出，开关器件端电压由断态值下降到通态值以后，电流由断态值上升到通态值，开关器件进入导通状态。在t2以前开关器件电流必须维持在断态值（约等于零）[6] [7]。

图3 电源控制电路框图

4.控制电路

根据电路功能将控制电路分为几部分：脉冲产生电路、触发电路、电压反馈控制电路、软启动电路、保护电路、辅助电源电路等[8]，控制电路如图3所示。

脉冲产生电路是控制电路的核心。脉冲产生电路根据电压反馈控制电路、保护电路及软启动电路等提供的控制信号产生所需脉冲信号，该脉冲信号经过触发电路的放大驱动开关元件，使开关管导通或关断。

控制电路输出的PWM信号，电平幅值和功率能力均不足以驱动大功率开关元件，需要选择合适的驱动电路。驱动电路将控制电路输出PWM脉冲信号经过电隔离后进行功率放大及电压调整驱动大功率开关管，脉冲幅度以及波形关系到开关管的开关过程，直接影响损耗，需合理设计驱动电路，实现开关管最佳开通与关断[9][10]。

5.系统仿真

5.1 总电路设计

利用理想电源代替振荡器，通过设置时钟周期给定振荡频率，仿真时控制震荡频率外接定时电阻和电容的6、7脚均可不接。简化输出电路，利用两个晶体管模拟输出级，关闭控制端用数字激励驱动，内部逻辑利用数字仿真器进行仿真。电路参数选择和设计时，应考虑上述简化对系统的影响[11] [12]。

图4 总电路设计图

5.2 PWM模块

根据PWM产生的原理得到仿真模块，用以产生可调的PWM信号。工频脉冲信号，通过比较器，经积分器产生三角锯齿波，通过比较取符号产生一路脉冲信号，由分频器产生两路互补驱动脉冲，输入调节PWM信号的占空比[13]。

图5 PWM仿真图

6.结论

采用组合式变换器实现多路输出、多种保护。通过Pspice仿真，验证了设计思路的正确，理论性的可实现。

参考文献

[1]丁道宏，陈东伟.电力电子技术应用（第四版）[M].航空工业出版社，2004.

[2]许文龙.胡信国.现代通信电源技术[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[3]李宣江.开关电源的设计与应用[M].西安交通大学出版社，2004.

[4]王水平，史俊杰，田安庆.开关稳压电源设计及实用电路[M].西安电子科技大学出版社，2005.

[5]辛伊波，陈文清.开关电源基础与应用[M].西安电子科技大学出版社，2009.

[6]周志敏.开关电源实用技术[M].人民邮电出版社，2005.

[7]刘胜利.现代高频电源实用技术[M].电子工业出版社，2003.

[8]张占松.高频开关稳压电源[M].广东科技出版社，1993.

[9]赵广林编著.Protel 99 SE电路设计与制作[M].电子工业出版社，2005.

[10]张廷鹏.吴铁军.通信用高频开关电源[M].北京：人民邮电出版社1999.

[11]王水平.付敏江.开关稳压电源[M].西安：西安电子科技大学出版社，1997.

[12]李爱文.现代通信基础开关电源的原理和设计[M].北京：科学出版社，2001.

[13]汪阳.智能高频开关电源的研究[D].武汉大学硕士学位论文，2002.

开关电源的设计与制作范文第4篇

【关键词】数字开关电源；DSP；PD控制

0 引言

数字能够控制电源的开关完成，主要是通过依据数字形式来实现对电源的控制，对电源系统的保护以及用于通信的新型的电源开关技术。此种技术在应用过程中所具备的优良特性，以及对电源的整体控制优点与特点，被广泛的应用于当前社会。并且将电源进行数字化之后使得此开关相较于普通开关，更加的具有灵活适应性，对电源所处的环境具备了实时勘测的能力，从而满足了使用者的多样化需求。数字电源还能够在电源进行自行诊断，以及对电流输出调节方面起到很大的作用，从而减轻整个电源系统的工作量，满足了多样化功能需求。（DSP的控制性能）数字电源开关在使用过程中避免出现类似于传统开关的多样化缺陷问题，提升了整个电源系统的灵活实用性，使得单个的产品更加的可靠。数字控制技术在电子技术此领域已经得到了广泛的应用，（DSP的发展）但是在当前多数电子设备行业中，还没有取得大量的采用，因此数字开关电源的DSP控制具备良好的发展前景。

1 开关电源模拟控制和数字控制的比较

1.1 开关电源模拟控制

通过对电源的开关使用模拟控制，可以使得模拟电源的信号持续不断的发生变化，并且变化发生的时间段以及变化频率都没有限制。9V的电池器件就相当于一个模拟的电源，该电池所输出的电压指的并不是每次输出的电压值都能够达到9V，而是随着不变的多方面因素变化，从而达到9V相近的多样化数值。那么相似的电池在吸收的电流中也不会是固定的数值，通常只是在制造时的数值之间。

电源的电压和电流都可以采用模拟开关进行控制。比如在对收音机的音量进行模拟开关控制的过程中，音量的旋钮变动时，电阻值就会随之增大或者减小，那么经过这个电阻的电流也会随之增加或者减少，以此改变了收音机的音量大小。开关电源使用模拟控制此种方法虽然使用较为简单方便，可是这种方法并不是一直都能够随着社会的不断变化而可行的。此种电源在使用过程中就会由于时间的增加，从而变得越来越难对进行调节。并且严重时还会导致设备发热，产生的噪音也会将电源系统中电流的数值发生改变。

1.2 开关电源数字控制

对开关电源实施数字控制的方法也就是对电源系统内部进行控制处理，也就是将此种控制器对电源的系统内部的数字区域内所采用的电流控制算法。在使用此种控制方法过程中能够对电源系统的两个数值串对脉冲的宽度进行控制，而不是直接使用传统控制方法中的PWM比较器。数字控制的主要过程正是将所有的电源系统模拟参数都转换为数字信号，从而在数字区域内对这些数值进行计算，然后将计算所得数值产生的反应对系统进行控制。从而完成了开关电源的数字控制过程。

那么实现开关电源的数字控制主要有两种方法：其一就是通过单片机对开关电源进行控制，使用单片机的控制技术在当前已经发展相较成熟，并且其设计的基本原理比较容易掌握，这种技术虽然目前在会用中成本投入不高，但是电路系统会较为复杂，使用过程中产生一定的问题；其二就是通过数字信息对开关电源进行控制的方法，此种方法在使用过程中能够将整个电源的电路进行简化，从而加快控制算法的速度，实现对电源开关的控制，以及电路的整体精度和性能。

2 基于DSP芯片的数字开关电源控制

2.1 数字控制电源系统的特点

此种控制技术的特点之一就是通过数字信号处理器DSP或者单片机作为控制系统的主要核心，从而实现数字控制电源系统的智能化结构。其次就是此种技术是通过对电源系统的数字进行整合，从而使得电源开关系统中的各个组件和数字进行组合优化效果。然后就是使用过程中能够完成高集成度，从而实现了电源系统的多样芯片集成效果，充分的发挥了数字对电源进行控制时的各个组间作用，以及信号处理设备和控制器的优点，从而促进数字控制电源系统的技术发展。

2.2 数字控制电源系统的发展

此种技术在应用过程中能够在使用过程中将电源的负载值保持在固定的应用之间，使得电源系统一直运行在高频率的状态，比如电源系统的功率矫正、电源的非中断情况、多个电池以及电机控制情况之下。除此之外，此种方法还可以应用于多个可以对其配置的PWM内核及其控制作用中，对电源系统实施诊断作用，以及在接口构造电路结构的PDA或者PMU等应用。在运行中对电源系统中的子电路实施控制，也可以将电流的运行状态转换为最适用的方法，从而更加的节能。因此数字电源控制具备了更好的发展前景。

【参考文献】

[1]王仲根.基于DSP的推挽正激DC/DC变换器的设计[J].电源技术.2013（04）.

[2]佘致廷，张红梅，曹达，余立.新型半桥式DC-DC软开关逆变焊机的数字化控制[J].电源技术.2013（01）.

开关电源的设计与制作范文第5篇

【关键词】UC3842；脉宽调制；功率调整；测试分析

Abstract：this paper implement the switch power supply circuit，the design USES the flyback type switch power supply structure design of the typical form of UC3842 as the core device，by using the basic principle of pulse width modulation，and USES the auxiliary power supply way for the power supply，is helpful to increase the output power of main power supply.Using field effect tube as switching devices，the conduction and deadline fast，conduction loss is small，which guarantees efficient performance of switch power supply.At the same time，supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit，which guarantees system of work safety，pay attention to improve the circuit load regulation，enhances the working efficiency of the switching power supply，reduce the switching power supply output ripple voltage，reduce the electromagnetic interference，achieve the goal of green environmental protection.Adjustable output voltage，make its can be applied to different occasions.

Keywords：UC3842；pulse width modulation；power adjustment；test and analysis

1.引言

随着科学技术的发展，通信、消费电子类产品等对开关电源的需求迅猛增加，并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求[1]。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐步取代了效率低、又笨又重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性[2-3]。本文设计了单端反激式开关电源，满足信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。

2.开关电源电路的实现

2.1 输入滤波整流电路

图1为输入滤波整流电路。输入的220V交流电，经过由C1、C2、CX1、LF1、CY1、CY2组成的滤波器滤波后，再经过BD1，将交流电压整流为直流高压，通过C3、C4的滤波后，再给后级电路提供电能。R1的作用是泄放电阻，因为CX1的容量在0.22uF以上，安规规定需要加上一个泄放电阻[4]。

图1 输入滤波整流电路

2.2 PWM驱动及控制电路

图2为PWM驱动及控制电路。直流高压通过电阻R2给UC3842提供工作电压，该工作电压接入UC3842的管脚7，UC3842开始工作，由管脚6输出的矩形波来驱动开关管，管脚6输出的信号为高低电压脉冲信号。在输出信号的高电平期间，场效应管能够导通，电流流过变压器的原边绕组，同时在变压器的原边绕组中储存能量。根据变压器同名端的标识情况，这个变压器的副边绕组和辅助反馈绕组均没有输出。当管脚6输出的信号为低电平时，场效应管处于截止状态[5]。由楞次定律可得，为了确保电流不变，变压器的原边绕组产生了下正上负的感应电动势，此时副边绕组的二极管导通，向负载提供能量。同时辅助反馈绕组向UC3842的管脚7供电。UC3842的内部设有欠压限制锁定电路，其开启和关闭阈值电压分别为16V和10V，当电源电压接通之后，一旦管脚7的电压升至16V时，UC3842遍开始工作，启动正常工作后，它的消耗电流大致为15mA。

图2 PWM驱动及控制电路

图3 输出反馈电路

2.3 输出反馈电路

图3所示为该开关电源的输出反馈电路。当开关管Q1导通时，整流后的直流高压在变压器的原边绕组中储存能量，与变压器副边绕组相连的二极管D3处于反偏压状态，故D3截止，在变压器副边绕组无电流流过，即能量没有传递给负载，直流高压将电能转换成磁能储存在变压器的原边绕组中。当开关管Q1截止时，变压器的副边绕组中的电压极性反转，使D3处于导通状态，给输出电容C13充电，同时负载上也有电流流过。图3中，变压器副边绕组的交流电压蒋经国二极管D3整流、C13、C14、L1、C15整流后得到稳定直流电压，给负载提供能量[6]。D3为肖特基整流二极管，因为肖特基二极管的正向压降为普通PN二极管的0.3～0.5倍，并且其反向恢复时间trr甚小。R11和C12为削尖峰电压电路，C14、L1、C15为π型滤波器，D4的作用是能够使该开关电源和其他开关电源串联使用，R12是假负载，能够使开关电源得到稳定的输出电压。反馈电路采用精密稳压器TL431和线性光耦。利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。

3.系统测试

由于效率和纹波电压是开关电源的主要衡量指标，所以测试时主要对这两个参数进行测试。

3.1 测试开关电源效率

在开关电源效率的测试中，需要使用一个电子负载和4个数字万用表。其中，两个万用表用来测量电压，另外两个万用表用来测量电流，在使用万用表进行测量的时候，需要根据要测量的电压和电流值的大小，将万用表设置在合适的量程内，以减小误差。

3.2 测试输出纹波电压

为了使测出的数据尽可能准确，避免示波器的探头与地线形成一个环路，测试纹波电压时，在示波器的探头上需要并联一个10uF的电解电容和0.1uF的无极性电容或者使用接地环，从而保证探头的接地尽可能的短，保证探头的接地线长度小于1cm。

4.测试结果及数据分析

按照上述的测试方法对开关电源的效率和开关电源的输出纹波电压进行测试，对该设计的开关电源进行数据测试，测试得到的数据及根据测试的到的数据进行的分析如表1所示。

表1 最差情况下的输入功率、输出功率与效率

输入功率Pin（W） 输出功率Pout（W） 效率η

36.856 30.170 81.86%

43.360 35.257 81.31%

49.634 40.909 82.42%

58.536 47.013 80.31%

67.208 53.540 79.66%

73.712 60.144 81.59%

表2 各种电压条件下，满载输出时的纹波电压值

电子负载RL（Ω） 输出电压Vout（V） 输出功率Pout（W） 纹波电压Vopp（mV）

2.4 12.01 60.10 138

2.8 12.98 60.17 169

3.3 14.09 60.16 189

3.8 15.12 60.16 213

4.3 16.08 60.13 230

4.8 16.99 60.14 246

用数字示波器测试输出纹波电压的数据如表2所示。

将负载上的功率调整为设计的标称功率的一半以上时，通过数字万用表对输入直流总线电压、直流总线电流、输出电压、输出电流的测试，粗略估计一下其余的损耗，整个开关电源的效率为81.19%。

5.结论

本文设计了由UC3842组成隔离单端反激式PWM开关电源，对其中的原理进行分析。UC3842是一种电流控制型脉宽调制器，可以直接驱动MOSFET和IGBT，特别适合于制作20～80W的小功率开关电源。从测试数据可以看出设计的电路效率和稳定性较高。

参考文献

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