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基于UC3842開關穩壓電源的設計

2011年09月21日 11:04 本站整理 作者:網絡 用戶評論(0

1、總體設計方案論證

  開關電源由隔離變壓器、整流濾波和DC—DC變換網絡組成。設計的關鍵是DC~DC變換器,它包含了開關電源中的開關器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器等所有功率器件和控制模塊,而控制模塊的設計又是DC~DC的核心,一般DC—DC變換的控制模塊使用PWM調制的專用芯片,如TL494,UC3842等。芯片內部集成了振蕩器(由外接電阻電容來決定頻率),誤差比較器,PWM調制器等,有的甚至有保護電路和驅動電路。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構成開關電源,穩定性能較好,控制簡單,芯片功耗幾乎可以忽略不計,且成本低。過流保護可以使用電流取樣電阻串接在負載上。當取樣的電流超過指定的范圍,立即切斷負載,或者降低輸出電壓,然后過一段時間再自動啟動,接上負載,由繼電器來控制負載的連通性。同時用A/D采樣,經過單片機處理后顯示當前輸出電流和電壓。還擴展了鍵盤來實現電壓步進和預置,設置蜂鳴器實現過流時報警。

  2、單元電路模塊設計

  開關穩壓電源系統框圖如圖1所示。

 

 

 

  

  2.1 整流濾波電路設計

  整流濾波電路如圖2,在開機瞬間,濾波電容等效為短路,可串接0.1Ω限流電阻保護整流橋。此設計最大輸出功率72瓦特,電網電壓低到15V輸入時(整流后可達到18V),加上最不利效率為70%,則輸入端功率經計算為102W,整流濾波后輸出的電流約5.6A,取6A電流。用普通整流二極管不能滿足要求,故用承受電流較大的硅橋。為達到可以接受的紋波系數,濾波電容的容值需要較大。考慮到其它無用功耗,取P=102W,經計算C≈30000uF,這時候紋波系數低至2.5%,但電容體積太大,DC—DC變換級對紋波系數的要求可以降低,取10000uF,紋波約8%,可以滿足要求。大電容濾波還需并接瓷片電容,來抑制尖峰電壓。

 

 

 

 

  2.2 Boost升壓型開關電源拓撲結構

  主回路拓撲結構選擇非隔離型中Boost型升壓斬波電路,如圖3。假設C和L足夠大,輸入輸出電壓,即為常數。據推理電感兩端的電壓值也為常數,記電感兩端的電壓值是VL,經過L的電流記為IL,電流變化正增量記為△i+,電流變化的負增量記為△i-。當開關閉合時,續流二極管關斷,此時電源向電感充電儲存能量,忽略開關管的壓降。則由電感電流不可以突變、法拉第電磁感應公式和基爾霍夫電壓定律推導出:增量電流△i+和時間△t成正比,呈線性上升趨勢,與電感成反比。當開關管T關斷時,續流二極管D導通,忽略續流二極管導通電壓,輸入端電源電壓與電感器L中自感電動勢正向疊加后,通過續流二極管D對負載R供電,同時對電容器C充電。同理推導出:負增量電流與電感值成反比,與關斷時間成正比。下降是從上個時間充電后的電流點開始線形下降的。當動態平衡后,△i+=-△i-,經過占空比計算公式推導后得:在設計中輸入15V~21V,整流濾波后可得約18V~25V的直流電壓,而設計要求輸出為30V~36V。那么當輸入是18V變換到36V時,升壓比最大,則占空比最大,記為α1,從25V變換到30V時,升壓最小,則占空比最小,記為α2,經過推算:α2=1/6,α1=1/2。

 

 

 

 

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