《電力電子技術(shù)》課程設(shè)計報告題 目： 小功率開關(guān)電源的設(shè)計 華中科技大學(xué)目 錄第1章 課程設(shè)計目的 ……………………………………………………………………4第2章 課程設(shè)計題目描述與要求 ……………………………………………………4 1 題目描述 ……………………………………………………………………42 設(shè)計要求 ………………………………………………………………………5第3章 開關(guān)電源的基本工作原理與電路結(jié)構(gòu) …………………………………………5 1 開關(guān)電源的概述 ……………………………………………………………………5 1.1開關(guān)電源的工作原理以及組成 ………………………………………………5 1.2開關(guān)電源的特點 ……………………………………………………………7 2 開關(guān)器件 …………………………………………………………………………8 2.1 開關(guān)器件的特征 ………………………………………………………………8 2.2 MOSFET …………………………………………………………………………8 2.3 電力二極管 …………………………………………………………………9 3 PWM開關(guān)電源的基本原理 ………………………………………………………9第4章 具體設(shè)計 …………………………………………………………………………101 主電路設(shè)計 ………………………………………………………………………10 1.1輸入電路 ……………………………………………………………………10 1.2 整流濾波電路 ………………………………………………………………112 控制電路設(shè)計 ……………………………………………………………………12 2.1 UC3842的特點 ………………………………………………………………12 2.2 UC3842的引腳排列及內(nèi)部框圖 …………………………………………13 2.3 基于UC3842的控制電路 …………………………………………………14 3 總體電路設(shè)計 ……………………………………………………………………14 3.1 總體電路框圖 ………………………………………………………………14 3.2 整體電路設(shè)計說明 …………………………………………………………15 3.3 總體電路設(shè)計圖 ………………………………………………………………16第5章 印質(zhì)電路板的焊接及調(diào)試 ………………………………………………17第6章 課程設(shè)計總結(jié) …………………………………………………………………18參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………19第1章 課程設(shè)計目的 電源和驅(qū)動是電力電子技術(shù)的兩大主要應(yīng)用領(lǐng)域。

課程設(shè)計的主要任務(wù)是設(shè)計和實現(xiàn)一個直流電動機(jī)的脈寬調(diào)速（直流PWM）驅(qū)動電源及控制用小功率開關(guān)電源其目的是通過對實際電力電子裝置的設(shè)計、制作和調(diào)試，深化和拓展課程所學(xué)知識，提高工程實踐能力本次課程設(shè)計的安排旨在提升學(xué)生的動手能力，加強大家對專業(yè)理論知識的理解和實際運用，通過團(tuán)隊成員之間的密切配合，加強團(tuán)員的合作協(xié)調(diào)能力通過本次課程的歷練，加強大家的自學(xué)能力，為大家做畢業(yè)設(shè)計做很好的鋪墊第2章 課程設(shè)計題目描述與要求1題目描述開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源 2 設(shè)計要求 根據(jù)電壓等級要求，設(shè)計主電路及控制電路，實現(xiàn)電路及設(shè)備的保護(hù)，選定所需的電氣元件，并對系統(tǒng)進(jìn)行制作、焊接并調(diào)試最后提交設(shè)計說明書和一份完整的開關(guān)電源原理圖針對這個需求，本設(shè)計要求利用PWM控制芯片UC3842，設(shè)計一個小功率開關(guān)電源，具體指標(biāo)如下：輸入交流電壓變動范圍：AC 65～265V；輸入頻率：50/60Hz；輸出電壓：穩(wěn)定的DC 36V；輸出電流：≤2A；控制電路形式為它激式，采用UC3842為PWM控制電路電源開關(guān)頻率的選擇決定了變換器的特性。

開關(guān)頻率越高，變壓器、電感器的體積越小，電路的動態(tài)響應(yīng)也越好但隨著頻率的提高，諸如開關(guān)損耗、門極驅(qū)動損耗、輸出整流管的損耗會越來越突出，而且頻率越高，對磁性材料的選擇和參數(shù)設(shè)計的要求會越苛刻另外高頻下線路的寄生參數(shù)對線路的影響程度難以預(yù)料，整個電路的穩(wěn)定性、運行特性以及系統(tǒng)的調(diào)試會比較困難在本電源中，選定工作頻率為43kHz[9]第3章 開關(guān)電源的基本工作原理與電路結(jié)構(gòu)1 開關(guān)電源的概述1.1開關(guān)電源的工作原理以及組成開關(guān)電源主要是進(jìn)行交流/直流、直流/直流、直流/交流功率轉(zhuǎn)換的裝置，通過對主變換回路以及控制回路的控制完成一系列的變換主變換回路將輸入的交流電轉(zhuǎn)換后傳遞給了負(fù)載，所以它決定了開關(guān)電源電路的結(jié)構(gòu)形式、轉(zhuǎn)換要求以及負(fù)載能力等一系列的技術(shù)指標(biāo)；而控制回路是按照輸入，輸出技術(shù)指標(biāo)的要求來進(jìn)行檢測，控制主變換回路的工作狀態(tài)本設(shè)計開關(guān)電源控制集成電路主要包括電源電路、濾波整流電路、升壓斬波電路以及UC3842控制芯片構(gòu)成的控制電路由于此為小功率開關(guān)電源，故電路設(shè)計不包括各種反饋電路以及各種保護(hù)功能電路在開關(guān)點的變換過程中，用高頻變壓器隔離稱為離線式開關(guān)變換器，常用AC/DC變換器就是離線式開關(guān)變換器。

開關(guān)電源的工作原理框圖如圖2.1所示圖2.1 開關(guān)電源電路框圖開關(guān)電源就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過周期性通斷開關(guān)，控制開關(guān)元件的占空比調(diào)整輸出電壓，開關(guān)電源的工作原理可以用圖2.2進(jìn)行說明圖中輸入的直流不穩(wěn)定電壓Ui經(jīng)開關(guān)S加至輸出端，S為受控開關(guān)，是一個受開關(guān)脈沖控制的開關(guān)調(diào)整管，若使開關(guān)S按要求改變導(dǎo)通或斷開時間，就能把輸入的直流電壓Ui變成矩形脈沖電壓這個脈沖電壓經(jīng)濾波電路進(jìn)行平滑濾波后就可得到穩(wěn)定的直流輸出電壓Uo圖2.2 開關(guān)電源的工作原理上圖中，a圖為電路圖，b圖為波形圖為方便分析開關(guān)電源電路，定義脈沖占空比如下： 公式(2.1)上式中，T表示開關(guān)S的開關(guān)重復(fù)周期；Ton表示開關(guān)S在一個開關(guān)周期中的導(dǎo)通時間開關(guān)電源直流輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之間有如下關(guān)系： Uo = Ui 公式（2.2）由式(2.1)和式(2.2)可以看出，若開關(guān)周期T一定，改變開關(guān)S的導(dǎo)通時間Ton，即可改變脈沖占空比D，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。

T不變，只改變Ton來實現(xiàn)占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式叫做脈沖寬度調(diào)制(PWM)由于PWM式的開關(guān)頻率固定，輸出濾波電路比較容易設(shè)計，易實現(xiàn)最優(yōu)化，因此PWM式開關(guān)電源用得較多若保持Ton不變，利用改變開關(guān)頻率f=1/T實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)輸出直流電壓Uo穩(wěn)壓的方法，稱做脈沖頻率調(diào)制(PFM)由于該方式的開關(guān)頻率不固定，因此輸出濾波電路的設(shè)計不易實現(xiàn)最優(yōu)化既改變Ton，又改變T，實現(xiàn)脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式稱做脈沖調(diào)頻調(diào)寬方式在各種開關(guān)電源中，以上三種脈沖占空比調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓方式均有應(yīng)用 1.2 開關(guān)電源的特點開關(guān)電源具有如下特點：(1) 開關(guān)器件節(jié)能（效率一般可達(dá)85%以上）開關(guān)電源的功率開關(guān)調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，所以調(diào)整管的功耗比較小，但是效率較高，一般在80%～90%，高的甚至可達(dá)90%以上；(2) 體積小、重量輕由于開關(guān)電源省掉了笨重的電源變壓器，節(jié)省了大量的漆包線和硅鋼片，從而使其重量大大減輕，只有同容量線性電源的1/5，體積也在很大程度上縮小了；(3) 穩(wěn)壓范圍寬開關(guān)電源的交流輸入電壓在90~270 V內(nèi)變化時，輸出電壓的變化在±2%以下合理設(shè)計開關(guān)電源電路，還可使穩(wěn)壓范圍更寬并保證開關(guān)電源的高效率；（4）安全可靠，具有各種保護(hù)功能。

在開關(guān)電源中，由于可以方便地設(shè)置各種形式的保護(hù)電路，因此當(dāng)電源負(fù)載出現(xiàn)故障時，能自動切斷電源，保障其功能可靠； (5) 功耗小由于開關(guān)電源的工作頻率高，一般在20KHz以上，因此濾波元件的數(shù)值可以大大減小，從而減小功耗；特別是由于功率開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)下，因此損耗小，不需要采用大面積散熱器，電源溫升低，周圍元件不致因長期工作在高溫環(huán)境而損壞因此采用開關(guān)電源可以提高整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性2 開關(guān)器件2.1 開關(guān)器件的特征同處理信息的電子器件相比，開關(guān)電源的電子器件具有以下特征：(1) 能處理電功率的大小，即承受電壓和電流的能力是開關(guān)器件最重要的參數(shù)，其處理電功率的能力小至毫瓦級，大至兆瓦級，大多遠(yuǎn)大于處理信息的電子器件2) 開關(guān)器件一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(通態(tài))阻抗很小，接近于短路，管壓降接近于零，電流由外電路決定；阻斷時阻抗很大，接近于斷路，電流幾乎為零，管子兩端電壓由外電路決定　(3) 開關(guān)器件的動態(tài)特性也是很重要的方面，有些時候甚至上升為第一位的重要問題作電路分析時，為簡單起見往往用理想開關(guān)來代替實際開關(guān)　　(4) 電路中的開關(guān)器件往往需要由信息電子電路來控制在主電路和控制電路之間，需要一定的中間電路對控制電路的信號進(jìn)行放大，這就是開關(guān)器件的驅(qū)動電路。

5) 為保證不致于因損耗散發(fā)的熱量導(dǎo)致開關(guān)器件溫度過高而損壞，不僅在開關(guān)器件封裝上講究散熱設(shè)計，在其工作時一般都要安裝散熱器導(dǎo)通時，器件上有一定的通態(tài)壓降；形成通態(tài)損耗阻斷時，開關(guān)器件上有微小的斷態(tài)漏電流流過；形成斷態(tài)損耗時，在開關(guān)器件開通或關(guān)斷的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生開通損耗和關(guān)斷損耗，總稱開關(guān)損耗對某些器件來講，驅(qū)動電路向其注入的功率也是造成開關(guān)器件發(fā)熱的原因之一2.2 MOSFET 開關(guān)電源中的功率開關(guān)器件是影響電源可靠性的關(guān)鍵器件在開關(guān)電源中，用作開大的安全工作區(qū)、良好的散熱穩(wěn)定性和非?？斓拈_關(guān)速度MOSFET在大功率開關(guān)電源中用作開關(guān)，比雙極性功率晶體管具有明顯的優(yōu)勢所有類型的有源功率因數(shù)矯正器都是為驅(qū)動功率MOSFET而設(shè)計的MOSFET功率管的特點 1）MOSFET是電壓控制型器件因此在驅(qū)動大電流時無需推動級，電路較簡單 2）輸入阻抗高，可達(dá)108Ω以上； 3）工作頻率范圍寬，開關(guān)速度快（開關(guān)時間為幾十納秒到幾百秒）、開關(guān)損耗??；4）有較優(yōu)良的線性區(qū)，并且MOSFET 的輸入電容比雙極型的輸入電容小得多，所以它的交流輸入阻抗極高；噪聲也小，5）功率MOSFET 可以多個并聯(lián)使用，增加輸出電流而無需均流電阻。

2.3 電力二極管 可分為普通二極管，快恢復(fù)二極管，肖特基二極管三種1) 普通二極管(General Purpose Diode)普通二極管又稱為整流二極管(Rectifier Diode)，多用于開關(guān)頻率不高(1kHz以下)的整流電路中其反向恢復(fù)時間較長，一般在5s以上，這在開關(guān)頻率不高時并不重要其正向電流定額值和反向電壓定額值可以達(dá)到很高，分別可達(dá)數(shù)千安和數(shù)千伏以上2) 快恢復(fù)二極管(FRD)快恢復(fù)二極管是恢復(fù)過程很短，特別是反向恢復(fù)過程很短的二極管，簡稱為快速二極管快速二極管在。