正激式开关电源设计

姓名：谭小松

摘  要

开关电源类型繁多，而正激式开关电源是其中受到广泛运用于众多领域，因为其电路简单，易于集成，且不容易饱和与适合多路输出等突出特点。所以在本论文中使用的主电路是单端正激式变换器，其是由变压器、开关管组成，用来对电能进行处理。本论文也对由芯片UC3842组成的结构电路进行分析说明，并且其还要控制MOS管的导通截止，由稳压器供给启动电压，反馈电路中TL431与PC817为主要部分，电容首要会进行整流滤波对干扰等有清除作用，易于系统的稳定，从而完成本设计。

关键词：开关电源；正激式；TL431；UC3842

一、绪论

在能源的应用领域中，会伴随着人类的发展衍生出愈来愈多的相关的分支，这自然是因为电源的技术不断发展，这就导致了半导体技术、软件技术、控制技术等都会实验运用与开关电源，这会使得人类的电源技术提升到一个不可思议的阶段，在这个阶段里高效率、频率等性能都会提上一大截。在众多数量的领域之中，军事、工业、运输、网络、建筑业等等都已经在大范围地应用这些新奇的电源技术，而这些技术也大大的促进的这些领域的发展。电源技术承担关键的角色与大多数领域之中。正如电网供电的系统等，是需要其可靠、安全、经济。正激式变换器历史不算悠长，但自从其出现之始，迅速地占有了市场的过半数。虽然其历史并不长，但是有关拓扑等已被研发者们重新地进行改进抑或是尝试新发展无数次了。

正激式变换器与其他变换器相比长处很多，比如简单的电路拓扑、低损耗的同时又具备高效率，对于输出大电流输出功率不会受到变压器等因素干扰，这也是正激式变换器能够占据市场的优势。

二、主电路的设计与元器件的选择

输入交流电压经过不控整流桥（D1、D2、D3、D4）和稳压电路（C1、C2）产生直流电压。在工作频率的正半周中，二极管D1、D4被接通，二极管D2、D3被关断，这时，二极管D2、D3受到与输出工作频率的电压相同的输入工作频率，而二极管D2、D3在输出工作频率的负半循环中被接通，并且二极管D1、D4被关断，这时，二极管D1、D4所受到的是输入工作频率的压力，并且所述电容器C1、C2也接受所述的输入工作频率电压。因此可以得知：二极管（D1、D2、D3、D4）和电容（C1、C2）所承受的电压应力为输入工频电压。

由于正激式转换器的输出是12 V的电压和4 A的负荷，因此它的输出是48 W，假定该电路的效率是0.8，那么它的输入功率是60 W左右，它的输入电压是220 V，从而它的有效地输入电流是0.27 A。这样，二极管D1,D2,D3,D4所经受的最大的电流是这样的。

选择二极管(D1,D2,D3,D4):

从某些余量来看，最大可接受311伏，最大值为0.96 A。因此二极管的类型：SD560B，此类型的逆向电压为600伏，而前向平均电压为5 A，正向电压下降为1.2 V。

选择电容(C1,C2):

电容器起到过滤稳定电压的功能，一般具有470 uF和10 uF的容量。由于它能经受的电压，并且在1.5的范围内，选定了450 V/470 uF和450 V/10 uF。

通过无控制整流桥及滤波电路的输入工作频率，其输出的电压为310伏直流。

三、控制电路的设计与器件的选择

本设计方案主电路采用正激变换器，输入输出具有隔离，所以其输出电压的采样也需要经过隔离送入控制芯片UC3842，控制电路设计思路如下：

将输出电压经TL431，把输出电压值与其内部参考电压相比较，根据比较值的高低来决定TL431的通断，即输出电压高于目标值时，TL431导通；输出电压低于输出目标值时，TL431断开。将电压与电阻、光耦隔离电路PC817的1/2引脚和TL431的 A/K相连接，把电压信号转换成光耦的电压。光耦的1/2引脚有电流通过，将电路信号转化为光信号；光信号可以控制光耦的3/4引脚有电流流过，从而实现了信号从电→光→电的转变，实现了输出采样的隔离；

所述光学耦合的3/管上连接有一个电阻器，所述电阻器的压力下降通过UC3842的一个与UC3842中的基准电压不同的反馈压针，同时经过电压误差补偿环节产生调制信号；调制信号与UC3842采样到的电流信号进行比较，从而得到所需要的开关管占空比，为了实现输出电压的闭环控制，可以由主电路开关管通断控制。

下面对TL431、PC817和UC3842的外围电路分别进行分析与设计。

TL431是一种三段可调节的参考电源，其工作性能稳定。可以将两个电阻器设定为 Vref （2.5 V）至36 V的任意数值。它的动力电阻是0.2欧姆，它可以在许多方面替代诸如数字电压计、运放电路、可调压供电和切换供电的齐纳二极管。

其内部参考电压为2.5V，如果维持输出电压为12V，电阻R1和R2的选择需要满足下式：

 

所以在本设计中，，。

电阻R1、R4电容C1构成比例积分运算电路，其传递函数推导如下：

将R1、R2中间点电压看成不变，输出电压Vo的变化会引起电压Vc的变化，根据基尔霍夫电流定律，其传递函数为：

 

四、结论

能源是人类现阶段赖以生存的必需品，特别是当人类学会利用能源之后，会发现在后来的生活与发展能源会越来越重要。无法想象当人类失去电源等能源之后，会回到与原始人无差别的生活状态，因此人们对于足以改变社会的电源等的需求会愈发不可收拾。特别是伴随有关于电子的应用愈发普遍，也需求供应电源的稳定，用来满足人类的需求。

参考文献

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