基于uc3524的開關電源設計_畢業設計論文-資料下載頁

【導讀】面提出了更高的要求。開關電源的工作頻率提高到相當高的水平，使其具有高穩定性和高性價比等特性。開關電源技術的主要用途之一是為信息產業服務。信息技術的發展對電源技術又。家用電器等電子電路中得到廣泛應用。的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。片UC3524的開關電源系統設計。

　　

【正文】 放大器能穩定工作，一般在 ⑨ 腳對地之間接入 RC 網絡， RC 網絡的電阻和電容的值可分別取 50kΩ 和 1000pF，以補償系統的相移和頻響特性。 SG3524無專門的死區時間控制端子，而是靠基準電壓分壓至誤差放大器的 ⑨ 腳，通過限制 ⑨ 腳的高電平數值來控制死區，為了不影響片內性能，可在 ⑨ 腳與分壓端之間串聯二極管，使 ⑨ 腳電位低于分壓端電壓時分壓電路不起作用。 （ 4）控制關閉端。 由于 誤差放大器的輸出端受 UC3524芯 片內 關閉電路晶體管的控制， 所以 利用外部電路控制晶體管的導通與截止 ，就 可 以 控制輸出脈沖的工作與關閉。 ⑩ 腳為控制晶體管基極的輸入端 口 。利用UC3524的控制關閉功能可實現電源的過電壓保護 和 軟啟動等。 （ 5）電流限制電路。電流限制電路 通常 采用單管放大 的 工作方式， 預先在 其基極加一定偏置電壓，當檢測 到 輸入正端（ ④ 腳）和負端（ ⑤ 腳）之間電位差大于 200mV 時，放大器使 ⑨ 腳電位下降 ，從而 迫使輸出脈沖寬度變窄， 以達到 限制電流的增加 的目的 。 由于 該電路的共模輸入電壓范圍比較小僅 為 177。1V，因而可以從地線回路中取得過電流信號。因電流限 制電路 的 增益 也 較低，控制脈寬時 就會 存在 著 較大的過渡區，實際工作值 與 電流開始限制值相比應有一定的裕量，利用該電路可限制主變換器的輸入電流（輸入與輸出電氣不隔離時），同時將 ⑤ 腳接地， ④ 腳可作為附加關閉輸入端子。 （ 6）觸發器。經觸發脈沖觸發，觸發器兩輸出端分別交替輸出高低電平，以控制輸出級 “或非 ”門的輸入端。兩個 “或非 ”門各自的三個輸人端分別受觸發器、振蕩器和比較器（脈寬調制器）的輸出脈沖控制。 （ 7）比較器。鋸齒波的電壓與誤差放大器的輸出電壓經比較器比較，當鋸齒波電壓高于誤差放大器輸出電壓時，比較器輸出高電平 ， “或非 ”門洛陽理工學院畢業設計（論文） 26 輸出低電平，使輸出晶體管截止；反之，鋸齒波電壓低于誤差放大器輸出電壓時，比較器輸出低電平，使輸出晶體管導通。 （ 8）輸出晶體管。它是由兩個中功率 NPN 型晶體管構成，每管的集電極和發射極都單獨引出，其中還包含抗飽和電路和過電流保護電路，每管可輸出 100mA 電流。 [3] UC3524的工作原理 UC3524 的工作過程是這樣的： 直流電源 Vs 從腳 15 接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩壓器的輸入端，產生穩定的＋ 5V 基準電壓。＋ 5V 再送到內部（或外部）電路的其他元器件作為電源 。 振蕩器腳 7 須外接電容 CT，腳 6 須外接電阻 RT。振蕩器頻率 f由外接電阻 RT 和電容 CT 決定， f=。本設計將 Boost 電路的開關頻率定為 10kHz，取 CT=， RT=5kΩ；逆變橋開關頻率定為 5kHz，取 CT=， RT=10kΩ。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩態觸發器及兩個或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相端，比較器的反向端接誤差放大器的輸出。 誤差放大器實際上是個差分放大器，腳 1 為其反向輸入端；腳 2為其同相輸入端。通常，一個輸入端連到 腳 16 的基準電壓的分壓電阻上（應取得 的電壓），另一個輸入端接控制反饋信號電壓。本系統電路圖中，在 DC/DC 變換部分， 芯片的腳 1 接控制反饋信號電壓，腳 2 接在基準電壓的分壓電阻上。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進行比較，從而在比較器的輸出端出現一個隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個輸入端。或非門的另兩個輸入端分別為雙穩態觸發器和振蕩器鋸齒波。雙穩態觸發器的兩個輸出端互補，交替輸出高低電平，其作用是將 PWM 脈沖交替送至兩個三極管 V1 及 V2 的 基極，鋸齒波的作用是加入了死區時間，保證 V1 及 V2 兩個三極管不可能同時導通。最后，晶體管 V1 及 V2 分別輸出脈沖寬度調制波，洛陽理工學院畢業設計（論文） 27 兩者相位相差 180176。當 V1 及 V2 并聯應用時，其輸出脈沖的占空比為 0％～ 90％；當 V1 及 V2 分開使用時，輸出脈沖的占空比為 0％～45％，脈沖頻率為振蕩器頻率的 1/2，兩塊 UC3524 都為并聯使用。當腳 10 加高電平時，可實現對輸出脈沖的封鎖，進行過流保護。 [3] 洛陽理工學院畢業設計（論文） 28 第 4 章 基于 UC3524 的電源設計 基于 UC3524 的高壓電源結構 基于 UC3524 的高壓 DC/DC 電源設計主電路如圖 41 所示。輸入為DC 310 V 高壓，輸出為 DC 24 V。此圖中主要有三部分組成，分別是 UC3524的外接電路、推挽電路、逆變電路和整流電路。 圖 41 高壓 DC/DC 電源簡化電路 UC3524 輸出的驅動電流通過推挽電路來放大，再通過耦合變壓器來驅動開關管。在逆變電路中，是半橋逆變，將輸入高壓直流轉換成交流且輸出的交流電壓為輸入直流電壓的一半。通過變壓器將逆變電路輸出的電壓傳到整流電路中，整流電路為單項全波整流電路，在整流電路中將交 流轉變為直流在通過電感的平流作用和電容的穩壓作用輸出想得到的直流電壓。 直流 310V 電源是通過整流電路將 220V 電源轉換而成。該整流電路是由整流橋以及一些起隔離干擾作用的電阻、電感和電容組成。如圖 42 所示。 [1] 洛陽理工學院畢業設計（論文） 29 圖 42 橋式整流電路 綜上所述，基于 UC3524 的的高壓電源設計的過程是整流，逆變，整流。 各電源結構的分析 電網中 220V 交流電經過 C40 L401 組成的工模濾波器對開關電源和輸入供電網路進行雙向隔離，以避免開關脈沖通過電網輻射干擾電腦主 機和其他電器。 L401 為同一磁芯上分段繞制的兩組電感，其干擾脈沖磁場方向相反，使對稱雙線干擾相互抵消。 有多種方法可以用整流二極管將交流電轉換為直流電，包括半波整流、全波整流以及橋式整流等。整流橋，就是將橋式整流的四個 二極管 封裝在一起，只引出四個引腳。四個引腳中，兩個直流輸出端標有＋或－，兩個交流輸入端有～標記 。 通過整流橋輸出的直流電依舊有一定的 波動，在通過電感 L402 的平流作用和電容 C406 的穩壓作用使直流電的波動大大減小，就達到主電路中所需要的 310V 直流電源。 的的外接電路 UC3524 原有的兩路驅動輸出電流僅 100 mA，不足以驅動開關管。為了達到增大輸出功率的目的，在 UC3524 的 1 14 腳輸出端加入推挽驅動放大器 VT 10 VT 103， 組成達林頓接法，發達后的驅動電流 通過耦合變壓洛陽理工學院畢業設計（論文） 30 器 T102 驅動開關管。 T102 的初、次級相位關系既保持了開關管驅動脈沖的極性，即仍為兩組時序不同的正脈沖，同時還將 UC3524 與開關管相隔離，使 電網輸入與控制系統、開關電源輸出部分不共地。 UC3524 的 1 腳通過分壓電阻 R30 R310 從 24 V 輸出端取樣， 2 腳則通過電阻 R31 R314 將 16 腳輸出的 5 V 基準電壓分壓取樣，兩電壓在差分放大器中檢測出差值，控制輸出脈寬，以穩定輸出電壓。 1 腳還具有軟啟動功能， C310 為軟啟動電容。開機瞬間 C310 充電， UC 為 0 V。 24 V 輸出端電壓經 R309 分壓加在 1 腳，使輸出脈寬隨 UC 上升逐步增大到額定值，以避免開機瞬間大電流沖擊損壞開關電源。 UC3524 的 10腳為打印頭故障保護和 +5 V 輸出過壓保護 端，通過 R21R21晶閘管 VS 接入副電源的 15 V 電壓。當開關電源 5 V 輸出和打印頭正常時， VS 是關斷的， 10 腳呈現低電平， UC3524 正常工作。當二者之一出現故障時，檢測電路輸出高電平， VS 導通， 10 腳輸出高電平，開關電源停止工作。 5 腳為負載過電流限制端。開關電源次級全波整流器輸出的負極端串聯接入小阻值電阻 R0，負載電流在 R0 上產生左負右正的檢測電壓，其負端接入 5 腳，正端通過隔離的參考地送入 4 腳。如果只有檢測電壓加于 5 腳，肯定電源不能加負載。因為 5 腳關斷電壓閾值僅 210 mV， 即使 R0 小到 Ω，開機負載電流也足以使 5 腳產生 200 mV 以上的檢測電壓。為了提高 5 腳動作閾值電壓，通過 R306 引入副電源 +15 V 電壓，與 R30 R0 分壓，在 5 腳得到的正電壓用以抵消 R0 上的部分電壓降，以免正常狀態 5 腳電流限制動作。當過流時 R0 負壓降增大，加到 5 腳使 UC3524 關斷輸出脈沖。次級的濾波電路采用電感輸入式濾波，開機后濾波電容 C202 通過電感 L201 充電。因為電感的自感電勢抵制突變的充電電流，以此避免濾波電容初始充電的大電流使 R0 上壓降增大，引起 5 腳內限制脈寬控制系 統產生誤動作。這種濾波方式不僅紋波輸出小，同時輸出電壓的負載調整率也好。 9 腳為誤差放大輸出端，用以接入 C30 R303組成的相位校正電路，以穩定誤差放大器的工作狀態，防止高頻自激。 為了使開關電源的輸入與輸出隔離，采用了獨立的副電源和輸入變壓器。啟動后由開關電源脈沖變壓器專設繞組提供 UC3524 的工作電壓。同樣洛陽理工學院畢業設計（論文） 31 UC3524 本身具有兩組時序不同的驅動輸出，不需考慮輸入電壓與輸出電壓的隔離問題， VT10 VT 104 可以以射極輸出器形式直接驅動推挽式輸出級。 由于 UC3524 的兩路驅動輸出電流 僅為 100MA，不足以驅動后面逆變電路中的開關管，所以需要將驅動電流加以放大以達到增大輸出功率的目的，于是在逆變電路前用推挽放大電路將輸出功率放大。 推挽結構一般是指兩個三極管分別受兩互補信號的控制，總是在一個三極管導通的時候另一個截止 。 在本設計中使用的是 用兩個電氣參數相同，但種類 （ NPN 或 PNP） 不同的兩個晶體管搭成一個放大電路，每個管子的導通角度都是 90 度，在一個周期中，兩個管子分別導通半個周期，最后在兩個晶體管的連接處（一般是發射極或者源級）合成一個完整的周期信號。 這種電路結構簡單，開關變壓器磁芯利 用率高，推挽電路工作時，兩只對稱的功率開關管每次只有一個導通，所以導通損耗小 推挽電路可以做到很大的功率，效率高，失真小，整體性能比較均衡，是功率放大電路中經常使用的電路樣式。 推挽電路適用于低電壓大電流的場合，廣泛應用于功放電路和開關電源中。 半橋逆變電路有兩個橋臂，每個橋臂有一個可控器件和一個反并聯二極管組成，在直流側接有兩個相互串聯的足夠大的電容，兩個電容的連接點便成為直流電源的中點負載連接在直流電源中點和兩個橋臂連接點之間。如圖 43 所示。 洛陽理工學院畢業設計（論文） 32 圖 43 半橋式逆變電路 開關器件 V1 和 V2 的柵極信號在一個周期內 互補， 各有半個正偏，半個反偏。負載為感性負載，輸出電壓幅值為輸入電壓的一半 ,且為 矩形波。 當 V1 或 V2 為通態時，電壓 和 負載電流同方向，直流側 吧能量提供給負載 。當 VD1 或 VD2 為通態時，電壓 和 負載電流相反，負載電感 吧 儲存的能量 反饋給 直流側。 直流側的電容暫時儲存 反饋回的能量，電容 器的作用就是 緩沖 這 種無功能量。因為二極管起著使負載電流連續的作用，因此 被稱為續流二極管。又因為二極管是負載向直 流側反饋能量的通道，所以 也被 稱為反饋二極管。在本設計中變壓器 充當 負載。 半橋逆變電路的優點是簡單，使用器件少。其缺點是輸出交流電壓的幅值為輸入直流電壓幅值的一半，且直流側有兩個電容串聯，工作時還要控制兩個電容器的均衡。因此半橋電路常用于幾千瓦以下的小功率逆變電源。 [5] 通過變壓器將逆變所得的交流電傳輸到整流電路中，在經過整流電路以得到我所需要的直流電源。整流電路如圖 44 所示。單相全波電 流 有利于在低電壓輸出的場合應用。 洛陽理工學院畢業設計（論文） 33 圖 44 單相全波整流電路 從圖中可以看出， 單相全波整流電路可以看作是由兩個單相半波整流電路組合成的。 在 變壓器次級 線圈 中間引出一個抽頭，把次級線圈分成兩個對稱的繞組，從而引出極性相反 但 大小相等但兩個電壓 u2，構成 u VDR 與 u VD R 兩個通電回路。 全波整流電路的工作原理，在 0～ π 時間內， u2 對 VD1 為正向電壓，VD1 導通， R 上 的電壓是 上正下負 。由于 VD2 受到 反向電壓， 所以 VD2不導通。在 π～ 2π 時間內， u2 對 VD2 為正向電壓， VD2 導通， R 上 的電壓仍 然是上正下負； 此時