15V开关电源设计毕业论文.docx

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1、15V开关电源设计 摘 要 开关电源在计算机技术、通信技术、自动化仪表以及普通家电等方面应用广泛。随着当代人们生活水平的提高，人们对开关电源的要求越来越高。开关电源因其具有效率高、体积小、重量轻、使用方便等显著优点，已经逐步取代了传统的效率低、体积大、笨重的线性电源。目前，随着电源技术的蓬勃发展，开关电源正朝着高频化、集成化等方向迈进。本论文利用反激式变换器的特点，设计了一种基于UC3842芯片的开关电源系统。论文首先介绍了开关电源设计的理论知识，主要包括开关电源基本的工作原理，几种常用的开关电源拓扑结构介绍，完成了开关电源拓扑结构的选取。接着详细阐述了开关电源系统的整体设计方案，主要包括主电

2、路的设计和控制电路的设计。主电路的设计，包括EMI滤波电路、输入输出整流滤波电路、功率开关电路、高频变压器等。控制电路的设计，完成了UC3842型电流模式PWM控制电路及其外围电路的设计。最后绘制了完整的电路原理图，并通过MATLAB的Simulink模块对所设计的开关电源电路进行了实验仿真，结果验证了本文所设计开关电源电路的正确性和可行性。关键词 开关电源，15V，UC3842，PWMABSTRACTIn computer, communications, automation instrument and switch power supply widely used household

3、appliances, etc. As people living standard rise, people of switch power supply put forward higher requirements. Switching power supply because of its high efficiency, small volume, light weight, easy to use and other significant advantages, has gradually replaced the previous low efficiency, big vol

4、ume, heavy linear power supply. Over the years, with the vigorous development of power electronic technology, especially the great development of semiconductor technology, will be the performance of the switch power supply referred to a higher level. The core of switching power supply unit, control

5、circuit to realize integration is one of the development direction of switching power supply, in the process, smaller volume, less electromagnetic pollution, has reliable overvoltage and overcurrent protection circuit of the technology is in rapid development.This thesis is based on the UC3842 chip

6、15 v low power high frequency switch power supply system design, the paper first completed the selection of switch power supply topology structure, expounds its working principle in detail, then completed the UC3842 type current mode PWM control circuit, auxiliary circuit design, as well as the high

7、 frequency transformer design work, finally draw a complete circuit schematic diagram, through MATLAB Simulink module for the design of switch power supply circuit simulation, results show the correctness and effectiveness of the design in this paper.Key Words Switch Power Supply，15V，UC3842，PWM1 绪论1

8、.1 课题的研究背景当今社会，经济蓬勃发展，科技不断进步，能源消耗与日俱增，大力倡导能源的节约已成为时代的潮流。电源作为一种使用最广泛的情节能源，是节能的重要环节之一，电源经过当今成熟的电源技术与电力电子技术处理后，其节能效果显著提高12。当今时代，是电子的时代，电子系统在各行各业中广泛应用，琳琅满目的电子产品，如电脑、平板、手机、电视、电冰箱、电热装置等应运而生。当今社会，人手至少一部手机，人人都要进行网上冲浪。无论是学生，还是其它的社会工作者，电子产品极大地丰富了我们的生活，人们对其依赖程度越来越大。生活在现代，如果没有电能，我们的生活将会陷入困难，生活枯燥乏味，社会停止进步。但是，一个不

9、争的事实是，任何电子设备的可靠的正常的运行都需要电源的供电。而且，如果电子设备越高端，它对电源的要求也就越高。过去，传统的线性稳压电源具有多重优点而被广泛使用，但其体积大而笨重，功耗较，效率低，渐渐地，它很难满足日益增长的需求。20世纪中期，开关电源在世界范围内初次得到应用，到了世纪之末，各种高新技术（集成电路技术、通讯技术、半导体技术等等）飞速发展，电源技术进入一个潜力无限的时代。显然，传统的体积大而笨重的线性电源已经过时，取而代之的是体积小、重量轻、效率高的开关电源。开关电源是一种高效的直流稳压电源，其通过PWM技术来调整输出电压使其稳定，满足用电设备需求。因其突出的优点，在世界各国广泛应

10、用，是当今社会发展不可或缺的一种电源形式。近年来，开关电源顺应时代的发展口号与不断变化的潮流浪涌，集成化、小型化、数字化、高频化、绿色化正成为其发展的伟大目标。开关电源必将为全球能源节约和促进全球经济的可持续发展做着具有深远战略意义的伟大贡献。1.2 国内外研究状况国外研究现状：20世纪50年代，美国最先研制了最初的晶体管直流变换器，但此时的开关电源仅限低电压、低功率应用。接着，随着各种技术的高速发展，更加优秀的大功率开关管出现，开关管的性能明显优于普通的晶体管，于是线性电源被替代，开关电源成为主流。20世纪后期，更加优秀的高频率、高电压电流的功率管被研发，开关电源不断发展，被广泛应用各个领域

11、，成为众多类电源之中的王者。回顾我国开关电源的发展历程，从上世纪60年代初期开始，我国对开关电源的研制初见端倪。接下来的十年时间进入了实用性阶段，再十年，我们能够自主研发普通型开关电源。90年代初基本完成了高频开关电源的研制工作。经过我国科学家和科研工作者的不懈努力，尽管我国的开关电技术成果诱人，但是不得不说，放眼欧美的国际市场，我们研制的开关电源性能与人家存在较大的差距。开关电源发展到如今，虽然有了巨大的成绩，但其技术水平并没有达到完全成熟的地步，目前来讲，主要存在下面几个问题：（1）噪声和干扰严重。电网波动不可避免，开关管不断快速的开断，尖峰电压电流干扰无时不在，又不断传播，各种噪声也趁虚

12、而入，严重影响了电源的质量。（2）电路结构复杂，维修困难。开关电源的设计涉及众多的环节，无论哪一个环节出现故障，都会导致电源性能变坏，产生一系列坏的影响。因为电路结构复杂，导致故障诊断难以轻松完成，维修周期和维修成本大大增加，极大地削弱了生产效率。（3）成本高，可靠性低。开关电源因其复杂的电路设计和高效的性能，导致开关电源的价格偏高，电源技术理论体系的不完整以及生活中频繁出现的种种故障，电源的可靠性大打折扣。1.3 研究的目的及意义本毕业论文的目的就是在理解开关电源基础理论的基础上，通过自己查阅电源技术的相关背景和理论知识，掌握开关电源的内部拓扑结构的选取原则及其基本工作原理，根据具体的设计目

13、标，设计出一款基于UC3824的小功率开关电源系统，通过整个设计流程，锻炼自己的开关电源电路设计能力，以及电子电路的设计能力，开阔视野，巩固所学电学知识，为以后的事业积蓄自己的内在能力。本论文的研究具有重要的意义。当今是工业化时代，无论是生产还是生活，很难离开电能的使用，电力设备的可靠运行是世界经济发展的保障。设计稳定可靠的开关电源能够实现社会生产的进步和人们生活水平的提高。我们倡导大力节约自然能源（电能是最重要的一种）、减少能源消耗、提高社会生产力和生产效率，这也是开关电源研制工作者孜孜不倦追求的伟大目标。目前，开关电源在这些方面做出了较大的贡献，设计出更加完美的开关电源必将造福整个世界，为

14、现代生产和现代生活带来无尽的好处。1.4 本课题主要任务及要求设计任务：1.完成开关电源的拓扑结构选取及工作原理；2.掌握PWM控制的原理并完成UC3842型电流模式PWM控制电路的设计；3.完成开关电源辅助电路设计；4.完成高频变压器设计；5.完成整体电路原理图绘制；6.完成所设计开关电源的仿真，验证其正确性。设计要求：1.掌握开关电源电路中的主电路、控制电路、EMI滤波电路、整流电路、反馈电路的原理；2.完成反激式高频变压器的设计；3.在Matlab/Simulink中搭建仿真模型，进行仿真验证；2开关电源理论基础2.1 开关电源的基本工作原理根据不同的划分标准，电源的种类有很多。按照转换

15、方法的不同主要分为线性电源和开关电源。开关电源对电压形式的控制过程是：先将电网传输来的高压交流电整流滤波成直流电，实现AC-DC，再将直流电逆变成低压交流电，实现DC-AC，接着再整流滤波输出成所需要的低压直流电，最终实现AC-DC。其一般主要通过PWM控制反馈电路，使得调整管工作在开关状态（这和线性电源工作在线性状态不同），开关的一开一合，导致管子的损耗较小，同样能达到非常高的调整精度。粗略地讲，开关电源的主要由以下4个基本电路部分组成（不考虑总输入输出）：（1）输入整流滤波电路。接收电网输入的高压交流电。（2）开关变换电路。此是开关电源系统的核心和心脏，细分开来，包括功率开关管和高频变压器

16、。 （3）输出整流滤波电路。输出为最终所需低压直流电。以上三大部分组成了开关电源的主电路。（4）PWM 控制电路。一般通过控制芯片作用，根据反馈机制产生PWM信号控制功率开关管通断时间来稳定输出直流电压。图 1 开关电源的基本组成框图2.2 开关电源的拓扑结构由上述所提到的开关电源的基本组成结构可知，开关变换电路是电源的核心部分，是要放于设计首位的，其性能的好坏会影响到整个电路系统的性能。下面介绍几种常用的拓扑结构。1. Buck变换器。又称降压式变换器，这种结构是最基本的结构。图 2 Buck变换器的基本结构2. Boost 变换器。又称升压式变换器。图 3 Boost变换器的基本结构3. 正激式变换器。图 4正激式变换器的基本结构4. 反激式变换器。图 5反激式变换器5. 其它结构的变换器。此