開關(guān)電源設(shè)計(jì)

電子機(jī)電論文編號:JD208     字?jǐn)?shù):24541,頁數(shù):54         

 
  目 錄
1  緒  論 1
2  開關(guān)電源工作原理及設(shè)計(jì)方案介紹 3
2.1 Adapter的工作原理 4
2.2輸入交流濾波 5
2.3 橋式整流及濾波 6
2.4軟啟動電路 6
2.5脈寬調(diào)制控制器UC3842 6
2.6高壓保護(hù)回路 7
2.7開關(guān)功率管及限流電路 8
2.8直流變換回路（變壓器T901） 8
2.9輸出整流濾波回路 9
2.10電壓取樣和反饋回路 10
3  單元電路的設(shè)計(jì) 12
3.1 UC3842芯片的介紹 12
3.1.1主要特點(diǎn) 12
3.2 各部分電路分析 17
3.2.2線路濾波原理分析和原件的選擇 17
3.2.3整流濾波部分 19
3.3UC3842的外圍電路 21
3.3.1軟啟動電路 21
3.3.2UC3842脈寬調(diào)制及控制電路 22
3.3.3開關(guān)管的設(shè)計(jì)（Q901） 23
3.4變壓器T901的設(shè)計(jì) 25
3.4.1變壓器的一些特性介紹 25
3.4.2 功率變壓器T901的設(shè)計(jì) 26
3.4.3 高頻變壓器T901參數(shù) 27
3.5T901 的外圍電路 30
3.5.1T901的工作過程 30
3.5.2半波整流濾波部分 31
3.5.3光電耦合反饋回路電路分析 33
3.6  UC3842部分電源電路實(shí)例分析 34
3.6.1  S790N抗傳導(dǎo)干擾分析 34
3.6.2  S790N消磁電路分析 35
3.6.3電源同步電路分析 38
4 設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)分析 40
4.1OPEN/SHORT 測試 40
4.2  電氣測試 40
4.2.1重要點(diǎn)位的測量 40
4.2.2整個(gè)Adapter的輸入電流 42
4.2.3 整個(gè)Adapter的輸入沖擊電流 43
4.2.4節(jié)能狀態(tài)下的功率 43
4.2.5輸出電壓 43
4.2.6輸出的紋波電壓 44
4.2.7整機(jī)效率 45
4.2.8過壓/過流保護(hù)測試 45
附錄（1） 46
附錄（2） 48
附錄（3）各元件的參數(shù) 49
附圖１ 51
致 謝 52
參 考 53

1  緒  論
Adapter 即電源適配器。電源適配器是小型便攜式電子設(shè)備及電子電器的供電電源變換設(shè)備，一般由外殼、電源變壓器和整流電路組成，按其輸出類型可分為交流輸出型和直流輸出型；按連接方式可分為插墻式和桌面式。廣泛配套于電話子母機(jī)、游戲機(jī)、語言復(fù)讀機(jī)隨身聽、筆記本計(jì)算機(jī)、蜂窩電話等設(shè)備中。多數(shù)筆記本電腦的電源適配器可以自動檢測100～240V交流電(50/60Hz)�；�本上所有的筆記本電腦都把電源外置，用一條線和主機(jī)連接，這樣可以縮小主機(jī)的體積和重量，只有極少數(shù)的機(jī)型把電源內(nèi)置在主機(jī)內(nèi)。在電源適配器上都有一個(gè)銘牌，上面標(biāo)示著功率，輸入輸出電壓和電流量等指標(biāo)，特別要注意輸入電壓的范圍，這就是所謂的“旅行電源適配器”，如果到市電電壓只有100V的國家時(shí)，這個(gè)特性就很有用了，有些水貨筆記本電腦是只在原產(chǎn)地銷售的，沒有這種設(shè)計(jì)。    電源適配器的標(biāo)稱電壓通常指的是開路輸出電壓，也就是不接任何負(fù)載，沒有電流輸出的電壓值。因此也可以認(rèn)為這是該電源的輸出電壓上限。對于電源內(nèi)部使用了主動穩(wěn)壓單元或者電壓基準(zhǔn)元件的情況，一般來說使用高內(nèi)阻的直流電壓表可以直接測得標(biāo)稱電壓(更準(zhǔn)確的應(yīng)該用電動勢電橋的方法)，即使市電電壓發(fā)生一定的波動，其輸出也是穩(wěn)穩(wěn)的恒定值;但是對于市面上廉價(jià)的小變壓器，比如給隨身聽之類使用的那種，基本上是傳統(tǒng)磁芯變壓器加上四個(gè)整流二極管橋式整流再加上一個(gè)大的濾波電容就完事了，這樣的話如果使用普通直流電壓表測得的數(shù)值將大于標(biāo)稱電壓，原因是橋式整流的輸出為脈動直流，簡單的說是一個(gè)一個(gè)正弦電壓信號的正半周連接成的時(shí)間鏈，經(jīng)過大電容濾波之后會變得平坦一些，但是紋波系數(shù)仍然很大(紋波系數(shù)就是電壓信號波動的幅度同電壓平均值之比，越小說明電壓越接近直流)，所謂標(biāo)稱電壓指的是這種電壓對時(shí)間積分再除以積分時(shí)間，簡單理解就是對時(shí)間的平均值，如果用普通直流電壓表測量，測量值十分接近該電壓信號的最大值，所以測不準(zhǔn)。同時(shí)，如果市電發(fā)生波動，該類電源的輸出也會隨之變化。一般來講普通電源適配器的真正空載電壓也不一定和標(biāo)稱電壓完全一致，因?yàn)殡娮釉�件的特性不可能完全一致，所以允許有一定的誤差，民用情況根據(jù)用途的需要控制在0.1%到5%左右。誤差越小，對電子元件的一致性要求越高，工業(yè)生產(chǎn)中的成本也就越高，價(jià)格當(dāng)然也就越貴。其次是電源的標(biāo)稱電流值。無論任何電源都有一定的內(nèi)阻，因此當(dāng)電源輸出電流的時(shí)候，會在內(nèi)部產(chǎn)生壓降，等于輸出電流乘以電源內(nèi)阻。導(dǎo)致兩件事情，一個(gè)是產(chǎn)生熱量，等于輸出電流的平方乘以內(nèi)阻，所以電源會熱，另一個(gè)是輸出電壓變?yōu)闃?biāo)稱電壓減去內(nèi)部壓降，導(dǎo)致輸出電壓降低。通常的設(shè)計(jì)在考慮完畢散熱問題之后，一般限制一個(gè)電流值，當(dāng)輸出電流達(dá)到這個(gè)值得時(shí)候，輸出電壓降低為標(biāo)稱電壓的95%，或者其他比例，各廠家根據(jù)負(fù)載產(chǎn)品的不同需要可以設(shè)定更高或者更低的比例，這個(gè)電流值就是標(biāo)稱電流。比如72W的ibm16V電源適配器的標(biāo)稱電流是4.5A。如果負(fù)載電阻過低，導(dǎo)致輸出電流超過標(biāo)稱電流，一般會發(fā)生兩件事情，一個(gè)是個(gè)別元件由于發(fā)熱超過了散熱容量導(dǎo)致燒毀引起電源損壞，另一個(gè)是散熱設(shè)計(jì)留有余量，僅僅體現(xiàn)為輸出電壓進(jìn)一步降低，如果降低太多可能導(dǎo)致負(fù)載無法正常工作。至只有100V的單一輸入電壓，在我國的220V市電電壓下插上就會燒毀。
本設(shè)計(jì)所做的開關(guān)型穩(wěn)壓電源是脈沖寬度調(diào)制型（PWM），采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)，通過控制開關(guān)的占空比調(diào)整輸出電壓。當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí)，集電極和發(fā)射極兩端的壓降接近零，在開關(guān)管截止時(shí)，其集電極電流為零，所以其功耗小，效率可高達(dá)80%~95%。而功耗小，散熱器也隨之減小，同時(shí)開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接對電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流濾波調(diào)整，然后由開關(guān)調(diào)整管進(jìn)行穩(wěn)壓，不需要電源變壓器；此外，開關(guān)工作頻率在幾十千赫，濾波電容器、電感器數(shù)值較小。因此開關(guān)電源具有重量輕，體積小等特點(diǎn)。另外，由于功耗小，機(jī)內(nèi)溫升低，從而提高了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。而且其對電網(wǎng)的適應(yīng)能力也有較大的提高，一般串聯(lián)穩(wěn)壓電源允許電網(wǎng)波動范圍為220V+10%，而開關(guān)型穩(wěn)壓電源在電網(wǎng)電壓從90V~264V范圍內(nèi)變化時(shí)，都可獲得穩(wěn)定的輸出電壓。