12V120W开关电源毕业论文.docx

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1、毕业设计 专 业： 班级学号：学生姓名： 指导教师： 12V 120W开关电源设计12V 120W Switching power supply design摘要本文介绍了一种电流控制型脉宽调制（PWM）控制器UC3843的特点和工作原理，并分析了其构成开关电源的整体电路结构和工作原理，最后提出了一种基于UC3843的反激式开关电源的设计方法。电路主要由整流滤波电路和反馈电路两部分组成，用到的两个主要芯片为UC3843、TL431，以UC3843作为控制核心器件，运用脉宽调制的基本原理，反馈电路以TL431和光电耦合器为核心。采用场效应管作为开关器件，其导通和截止速度很快，并且导通损耗小，这就

2、为开关电源的高效性提供了保障。高频变压器的设计是电源设计中的核心工作。高频变压器的参数和制作工艺直接影响开关电源的性能，根据电源功率和开关电源工作频率，选用EC42型铁氧体磁芯，功率容量充分满足设计需要。同时，电路中辅以过压过流保护电路，为系统的安全工作提供保障。通过以上设计完成了12V 120W开关电源设计。关键词：电流控制型；PWM；反激式变换器；TL431；高频变压器；ABSTRACTIn this article,the features and principle of a current controlling mode pulse width modulation control

3、ler UC3843 and introduced. Then it analyzes the basic circuit and operating principle of switching power supply. At last, a kind of designing method of fly-back switching power supply based on UC3843 is presented. It is mainly composed of rectification filter circuit and feedback circuit, two main c

4、hip for the UC3843,TL431, with UC3843 as control core devices, by using the basic principle of pulse width modulation, feedback circuit TL431 and photoelectric coupler as the core. Using field effect tube as switching devices, the conduction and deadline fast, conduction loss is small, it can provid

5、e guarantee for the efficiency of switch power supply.The design of high-frequency transformer parameters and production process a direct impact on the performance of switching power supply, According to the working frequency of power supply power and switch power supply,chooseEC42 ferrite core, pow

6、er capacity to fully meet the power capacity to fully meet the design need .At the same time, supplemented by over-voltage and over-current protection circuit in the circuit, while guarantees system of work safety. Through the above design completed the 12v,120w switching power supply design.Key Wor

7、ds：Current controlling mode； PWM；Flyback converter;TL431；High frequency transformer；目录1引言I2方案论证22.1 DCDC转换器的选择22.2PWM驱动电路开关器件的方案论证43原理概述54系统组成64.1整流滤波电路64.1.1EMI滤波器64.1.2桥式整流电路74.2反馈电路105硬件电路设计115.1光电耦合器115.2 NTC热敏电阻器115.3基准电压125.4UC3843135.4.1 UC3843简介135.4.2UC3843原理145.5高频变压器设计156测试方案与测试结果17结论18参考

8、文献19附录一：系统电路原理图20附录二：开关电源PCB图21致谢22毕业设计1引言随着开关电源在计算机、通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用, 人们对其需求量日益增长, 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。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。用半导体功率器件作开关，将一种电源形态转换成另一种形态的电路，叫做开关变换电路。开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，两者的成本都随着输出功率的增加而增长，但两者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于

9、开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使开关电源技术也不断的创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，从而为开关电源提供了广阔的发展空间。开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源更进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，因此国外各在开关电源制造商都致力同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁

10、氧体材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。要加快我国开关电源产业的发展速度就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合发展之路，为我国国民经济的高速发展做出贡献。222方案论证2.1 DCDC转换器的选择根据高频变换器的工作方式，可分为正激式和反激式等多种。高频变换器工作时是利用一功率开关器件的高速通断，从而使变换器进行能量传输。当功率开关器件导通时，变换器进行能量传输，称为正激式；反之，即电子开关截止时，变换器进行能量传输，称为反激式。方案一：采用正激式变换器开关电源正激式变换器开关电源输出电压的瞬态控制特性和输出电压

11、负载特性，相对来说比较好，因此，工作比较稳定，输出电压不容易产生抖动，在一些对输出电压参数要求比较高的场合，经常使用。图2-1正激式变换器工作原理图正激式变换器开关电源工作原理：所谓正激式变换器开关电源，是指当变压器的初级线圈正在被直流电压激励时，变压器的次级线圈正好有功率输出。图2-1是正激式变换器开关电源的简单工作原理图，图2-1中Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，D3是削反峰二极管，R是负载电阻。需要特别注意的是高频变压器初、次级线圈的同名端。如果把高频变压器初线圈或次级线圈的同名端弄反，图2-2就不再是正激式变

12、换器开关电源了。正激式变换器开关电源有一个最大的缺点，就是在控制开关K关断的瞬间开关高频变压器的初、次线圈绕组都会产生很高的反电动势，这个反电动势是由流过变压器初线圈绕组的励磁电流存储的磁能量产生的。因此，在图2-1中，为了防止在控制开关K关断瞬间产生反电动势击穿开关器件，在开关电源变换器中增加一个反电动势能量吸收反馈线圈N3绕组，以及增加了一个削反峰二极管D3。并且，正激式开关电源的体积比较大，应用于较高电压输入，较大功率输出的场合。方案二：采用反激式变换器开关电源反激式变换器开关电源工作原理比较简单，输出电压控制范围比较大，体积比较小，输出电压受占空比的调制幅度，相对于正激式开关电源来要高

13、很多。并且在反激式开关电源中，在开关管关断的时候，反激式变换器的变压器储能向负载释放，磁芯自然复位，不需要加磁复位措施。因此，在一般电器设备中应用广泛。其核心部件包括开关、变压器、二极管和电容。开关由脉冲宽度调制（PWM）控制，通过闭合与导通在变压器两端产生高频方波信号。变压器将产生的方波信号以磁场感应的方式传递到次级线圈。通过二极管和电容的滤波整流作用，在输出端得到稳定的直流输出。所谓反激式变换器开关电源，是指当变换器的初级线圈被直流电压激励时，变换器的次级线圈没有向负载提供功率输出，而仅在变换器初级线圈的激励电压被关断后，才向负载提供功率输出，这种变换器开关电源称为反激式开关电源。反激式转

14、换器的工作分为两个阶段，开关闭合和开关断开阶段。在开关闭合阶段，变压器的初级线圈直接连接在输入电压上。初级线圈中的电流和变压器磁芯中的磁场增加，在磁性中储存能量。在次级线圈中产生的电压是反向的，使得二极管处于反偏状态而不能导通。此时，由电容向负载提供电压和电流。在开关断开阶段，初级线圈中的电流为0。同时磁芯中的磁场开始下降，在次级线圈上感应出正向电压。此时二极管处于正偏状态，导通的电流流入电容和负载。磁芯中存储的能量转移至电容和负载中。图2-2反激式变换器工作原理图Ui是开关电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，C是储能滤波电容，R是负载电阻。图2-2（b）是反激式变换器开关电源的电压

15、输出波形。综上，本设计选择反激式开关电源。2.2PWM驱动电路开关器件的方案论证开关电源中的功率开关晶体管是影响电源可靠性的关键器件。开关电源所出现的故障中约60%是功率开关晶体管损坏引起的。用作开关的功率管有双极型晶体管BJT和MOSFET两种。方案一：功率开关器件使用双极型晶体管(BJT)。但是由于BJT是电流控制器件，需要直流电流驱动，驱动电路复杂。开关损耗大，对温度变化十分敏感。而且工作时较之MOSFET开关管的噪声更大。方案二：功率开关器件使用场效应管（MOSFET）。用作功率开关管的MOSFET几乎全部都是N沟道增强型器件。这是因为MOSFET是一种依靠多数载流子工作的单极型半导体器件，不存在二次击穿和少数载流子的储存时间问题，所以具有较大的安全工作区，良好的散热稳定性。MOSFET的栅极驱动电路直接控制其沟道而使其导通，它是电压驱动，纯电容输入阻抗，低速驱动时不需要直流电流驱动，驱动电路简单。没有电荷存储效应，对温度不敏感，开关损耗小。而且开关速度快，具有驱动功率小，导通内阻小，器件功率容量大等优点，是目前广泛应用的开关器件。PWM驱动电路工作频率为1KHz，电流峰