基于uc3843控制的充電器電路設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，而交流輸入分為低頻段差模騷擾和高頻段共模騷擾。所以在交流輸入端采用適當(dāng)?shù)臑V波器，可以很有效的抑制干擾。本設(shè)計(jì)由CCYCYRR2和L1組成輸入回路EMI抑制電路(圖34111)。差模電容用來(lái)短路差模噪聲電流，而接地的電容是用來(lái)短路共模噪聲電流。R1，R2是泄放電阻。圖 32 EMI抑制電路圖 單相整流電路(1) 單相橋式整流電路1) 工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，如圖33（a）所示。在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴８鶕?jù)圖33（a）的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管DD3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管DD4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖33（b）。2) 參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖33（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖33 單相橋式整流電路圖及波形圖流過(guò)負(fù)載的平均電流為: 式（31）流過(guò)二極管的平均電流為: 式（32）二極管所承受的最大反向電壓: 式（33）流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析，此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。 式（34） 式（35）3) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系該曲線如圖34所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。圖34 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線圖(2) 單相半波整流電路單相整流電路除橋式整流電路外還有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖35(a)所示，波形圖如圖35(b)所示。根據(jù)圖35可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為: 式（36）流過(guò)負(fù)載和二極管的平均電流為: 式（37）(a)電路圖 (b)波形圖圖35 單相半波整流電路圖二極管所承受的最大反向電壓 (3) 單相全波整流電路單相全波整流電路如圖36(a)所示，波形圖如圖36(b)所示。(a)電路圖 (b)波形圖圖36 單相全波整流電路圖根據(jù)圖36（b）可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為: 式（38）流過(guò)負(fù)載的平均電流為: 式（39）二極管所承受的最大反向電壓： 式（310）單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。 式（311）通過(guò)對(duì)比可知，單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過(guò)，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過(guò)。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。因此，設(shè)計(jì)中采用單向橋式整流電路對(duì)交流電壓進(jìn)行整流，從而得到脈動(dòng)直流。 濾波電路濾波電路中整流電路輸出的直流電壓脈動(dòng)大，僅適用于對(duì)直流電壓要求不高的場(chǎng)合，如電鍍、電解等設(shè)備。而在有些設(shè)備中，如電子儀、自動(dòng)控制裝備等，則要求直流電壓非常穩(wěn)定。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路，濾除脈動(dòng)直流電流中的交流部分，濾波電路常由電容和電感組成。(1) 容濾波電路1) 電路的組成現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖37所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖37 電容濾波電路圖2) 電容濾波電路工作原理 若v2處于正半周，二極管DD3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。 當(dāng)v2到達(dá)wt=p/2時(shí)，開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)wt=p/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過(guò)wt=p/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò)wt=p/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖38。圖38 電容濾波電路波形圖需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖39濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見(jiàn)濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。圖39 電容濾波的效果圖3) 電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算濾波電容C的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù)，RLC愈大，輸出電壓脈動(dòng)就愈小，通常取RLC為脈動(dòng)電壓中最低次諧波周期的35倍，即 式（312）式中T為交流電源電壓的周期。電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即： 式（313）另一種是在RLC=（3~5）的條件下，近似認(rèn)為VO=。 式（314）4) 電容濾波電路的外特性圖310 電容濾波外特性曲線圖 整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖310所示。此外，對(duì)濾波電容器的選擇除電容量外，還有耐壓值。一般耐壓值取（）V2.。(2) 濾波電路利用儲(chǔ)能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把電感Ｌ與整流電路的負(fù)載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。橋式整流電感濾波電路如圖311所示。電感濾波的波形圖如圖312所示。當(dāng)v2正半周時(shí)，DD3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將更換經(jīng)由DD4提供。因橋式電路的對(duì)稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管DD3；DD4的導(dǎo)電角都是180176。圖311 電感濾波電路圖圖312電感濾波電路波形圖通過(guò)對(duì)比可知，電容濾波的特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓高、脈動(dòng)小。在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生強(qiáng)大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”；同時(shí)，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，會(huì)使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。而本次設(shè)計(jì)恰是將整流橋送出的脈動(dòng)直流經(jīng)電容濾波轉(zhuǎn)換成近似直流電壓，故選用電容濾波電路。所以在電源電路中采用了單相橋式整流電路及濾波電路如圖312。圖313 單相橋式整流電路及濾波電路圖 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路輸出電壓電流檢測(cè)控制電路是以UC3843為核心的電路（圖314）。當(dāng)電源首次接到高壓時(shí)，電阻RR4給電容C5充電，當(dāng)C5電容的充電電壓Ucc達(dá)到某個(gè)值時(shí)，ICl(UC3843)將啟功工作。傳統(tǒng)Ucc電路的啟動(dòng)電阻連接在直流母線上，而本設(shè)計(jì)將啟動(dòng)電阻RR4直接連接到交流輸入端。因?yàn)楫?dāng)輸入高電壓時(shí)，在啟動(dòng)電阻上存在著較大的功耗，因此將其改接到交流端則功耗至少減少了1／極少的幾個(gè)開(kāi)關(guān)周期后，芯片將由輔助繞組供電。在輸出短路時(shí)，輔助繞組電壓將會(huì)跌落，UC3843將會(huì)周期性進(jìn)入啟動(dòng)模式。圖314 輸出電壓電流檢測(cè)控制電路圖 以上電路主要用到光耦和UC3843，所以我們將對(duì)主要元器件進(jìn)行選型。(1) 光電耦合器把發(fā)光器件和光敏器件按適當(dāng)方式組合，就可以實(shí)現(xiàn)以光信號(hào)為媒介的電信號(hào)變換。采用這種組合方式制成的器件稱為光電耦合器。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結(jié)構(gòu)，由于發(fā)光器件和光敏器被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路，故可實(shí)現(xiàn)兩路間的電氣隔離。光電耦合器既可用來(lái)傳遞模擬信號(hào)，也可作為開(kāi)關(guān)器件使用，也就是它具有變壓器和繼電器的功能。但光電耦合器的體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、開(kāi)關(guān)速度比繼電器快，且無(wú)觸點(diǎn)、耗能少。與變壓器相比，工作頻率范圍寬，耦合電容小，輸入輸出之間絕緣電阻高，并能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的單方向傳遞。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開(kāi)關(guān)信號(hào)的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 常用的4N系列光耦屬于非線性光耦；線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號(hào)時(shí)性能較好，能以線性特性進(jìn)行隔離控制。 常用的線性光耦是PC817A—C系列。開(kāi)關(guān)電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號(hào)調(diào)制。由于光耦種類繁多，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，優(yōu)點(diǎn)突出，因而其應(yīng)用十分廣泛，主要應(yīng)用以下場(chǎng)合：1) 光電耦合器可以構(gòu)成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構(gòu)成的邏輯電路更可靠；2）在開(kāi)關(guān)電路中，往往要求控制電路和開(kāi)關(guān)之間要有很好的電隔離，對(duì)于一般的電子開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實(shí)現(xiàn)；3) 將光電耦合器用于雙穩(wěn)態(tài)輸出電路，由于可以把發(fā)光二極管分別串入兩管發(fā)射極回路，可有效地解決輸出與負(fù)載隔離地問(wèn)題；4) 光電耦合器應(yīng)用于數(shù)字電路，可以將脈沖信號(hào)進(jìn)行放大；5) 線性光電耦合器應(yīng)用于線性電路中，具有較高地線性度以及優(yōu)良地電隔離性能；6)光電耦合器還可應(yīng)用于高壓控制，取代變壓器，代替