PWMPWM 小功率多路输出开关电源的设计小功率多路输出开关电源的设计 信息学院 电子科学与技术 学 院： 专 业： 姓 名： 指导老师： 学 号： 职 称： 中国珠海 二一二年五月 PWMPWM 小功率多路输出开关电源的设计小功率多路输出开关电源的设计 摘摘 要要 开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装 置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用， 推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约资源及保 护环境方面都具有深远的意义。 为此本论文以反激式高频开关电源为设计方向而展开，对高频变压器的认知及所 注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。高频单端反激式变 压器是本文的中心内容，其核心参数设计许多，具体内容正文中有详细介绍。其次是 控制电路的设计，首先我们要对 PWM 集成控制器原理的有所了解，在此基础上保护两 种控制模式分别是电压模式和电路模式。同时采用 UC3842 开关电源集成控制器，它是 一种高性能的固定频率电流型集成控制器，能很好地应用在隔离式单端开关电源的设 计，其最大优点是外接元件少，外电路装配简单等。开关电源的质量指标应该是以安 全性、可靠性为第一原则，所以，在同一开关电源电路中，设计多种保护电路的相互 关联和应注意的问题也要引起足够的重视。 通过相关文献及实现数据的带入进行验证，最终确定出此设计方案是可行的，设计达 到最初的效果。 关键词关键词：单端反激式变压器；PWM 集成控制器；UC3842 集成控制器；多路输出。 PWM small power multi-output switching power supply Abstract Switch power source high frequency power supply technology development of innovative technologies, the benefits is to make high frequency switching power supply device with an unprecedented miniaturization, and causes the switching power supply to enter the more widely, especially in the high-tech fields of application, promote the high-tech products of miniaturization, light. In addition the power switch in the development and application in saving resource and protect environment has profound significance. In this paper, the flyback switch power supply for the design direction and spread out, the high frequency transformer of cognitive and attention problems, including the core loss and winding loss, temperature rise, and core requirements. High frequency single end flyback transformer is the central content of the article, the core of many specific parameter design, detailed in the content of the text. Followed by the design of the control circuit, first of all we have to understand the principle of PWM integrated controller, based on the protection of two kinds of control modes are the voltage mode and circuit model. While the use of UC3842 switching power supply integrated controller, it is a kind of high performance fixed frequency current-mode integrated controller, can be well applied in isolation type single end switching power supply design, its biggest advantage is less external components, simple external circuit assembly. Switching power supply quality indicators should be based on safety, reliability as the first principle, so, in the same switch power supply circuit, protection circuit design a variety of interrelated and should pay attention to the problem should cause enough attention. Through the literature and data to verify, eventually determine the design scheme is feasible, the effect of initial design to achieve. Key words: single end flyback transformer; PWM controller; UC3842controller; Multiple output。 目目 录录 1 前言.1 1.1 开关电源的定义与分类.1 1.2 开关电源的基本工作原理与应用1 1.2.1 开关电源的基本工作原理 .1 1.2.2 开关电源的应用.2 1.2.3 开关电源常见的变换器. .3 1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势.5 1.3.1 开关电源待解决的问题5 1.3.2 开关电源的发展趋势5 2 设计方案比较与选择.7 2.1 本课题选题意义7 2.2 方案的设计要求7 2.3 选取的设计方案 .8 3 多路输出开关电源系统的设计.9 3.1 多路输出开关电源系统参数及主电路原理图.9 3.2 单端反激式变压器的设计.10 3.2.1 变压器设计考虑的问题.10 3.2.2 单端反激式变压器设计11 3.3 开关电源控制电路的设计.15 3.3.1 PWM 集成控制器的工作原理与比较15 3.3.2 UC3842 工作原理 17 3.3.3 UC3842 的使用特点 24 3.4 反馈电路及保护电路的设计25 3.4.1 过压、欠压保护电路及反馈25 3.4.2 过流保护电路及反馈25 3.5 变压器设计中注意事项 26 4 总结27 参考文献28 谢 辞29 附录 .30 1 前言前言 1.11.1 开关电源的定义与分类开关电源的定义与分类 电是工业的动力，是人类生活的源泉。电源是产生电的装置，表示电源特性的参 数有功率、电压、电流、频率；在同一参数要求下，又有重量、体积、效率和可靠性 等指标。我们用的电，一般都需经过转换才能合适使用的需要，例如交流转换成直流， 高电压变成低电压，大功率变换小功率等。 按照电子理论，所谓 AC/DC 就是交流转换为直流；AC/AC 称为交流变交流，即为改 变频率；DC/AC 称为逆变；DC/DC 为直流变交流后再变为直流。为了达到转换的目的， 电流变换的方法是多样的。自 20 世纪 60 年代，人们研发出了二极管、三极管半导体 器件后，就用 半导体器件进行转换。所以，凡是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，叫开关变换电路。在转换时，以自动控制稳定输出 并有各种保护环节的电路，称为开关电源（Switching Power Supply） 人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两 者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、 高可靠、抗干扰的方向发展。开关电源可分为 AC/DC 和 DC/DC 两大类，也有 AC/AC DC/AC 如逆变器 DC/DC 变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已 成熟和标准化，并已得到用户的认可，但 AC/DC 的模块化，因其自身的特性使得在模 块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结 构和特性作以阐述。 1.21.2 开关电源的基本工作原理与应用开关电源的基本工作原理与应用 1.2.11.2.1 开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理 开关电源的工作过程相当容易理解，在线性电源中，让功率晶体管工作在线性模 式，与线性电源不同的是，PWM 开关电源是让功率晶体管工作在导通和关断的状态，在 这两种状态中，加在功率晶体管上的伏-安乘积是很小的（在导通时，电压低，电流大； 关断时，电压高，电流小）/功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损 耗。 与线性电源相比，PWM 开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即把输入的 直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源 的控制器来调节。一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或 降低。通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压组数。最后这些交流波形 经过整流滤波后就得到直流输出电压。如图 1.1 所示。 图 1.1 开关电源的基本组成图 控制器的主要目的是保持输出电压稳定，其工作过程与线性形式的控制器很类似。 也就是说控制器的功能块、电压参考和误差放大器，可以设计成与线性调节器相同。 他们的不同之处在于，误差放大器的输出（误差电压）在驱动功率管之前要经过一个 电压/脉冲宽度转换单元。 开关电源有两种主要的工作方式：正激式变换和升压式变换。尽管它们各部分的 布置差别很小，但是工作过程相差很大，在特定的应用场合下各有优点。 1.2.21.2.2 开关电源的应用开关电源的应用 随着电力电子技术的发展, 特别是大功率 MOS 管技术的迅速发展, 将开关电源的 工作频率提高到 150200 kHz, 这使得功率损耗更小, 电源的效率可达 90%95%。用 高频变压器取代工频变压器可大大减小体积, 降低重量; 同时输出电压纹波降低到 0.05%以内, 稳定度可达 0.5%1%, 抗干扰能力强而且智能化程度高, 因为这些优良的 特性, 高功率开关电源主要应用于工业和军事上。如粒子加速器、电磁发射、电磁推 进、微波武器等脉冲功率技术应用领域中, 电源设备的平均功率通常在几百千瓦甚至 几兆瓦以上, 体积和重量只有线性电源的几十分之一。而小功率开关电源主要应用于 家电、IT 等领域, 如计算机、彩色电视机、程控交换机、摄像机、机顶盒、VCD、电 子游戏机等电子设备上。 通信电源通信电源 通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展。高频小型化的开关电源及其技 术已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中,通常将整流器称为一次电源,而将 直流- 直流(DC