开关电源设计

论文编号:JD208     字数:24541,页数:54         

1  绪  论
Adapter 即电源适配器。电源适配器是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机随身听、笔记本计算机、蜂窝电话等设备中。多数笔记本电脑的电源适配器可以自动检测100～240V交流电(50/60Hz)。基本上所有的笔记本电脑都把电源外置，用一条线和主机连接，这样可以缩小主机的体积和重量，只有极少数的机型把电源内置在主机内。在电源适配器上都有一个铭牌，上面标示着功率，输入输出电压和电流量等指标，特别要注意输入电压的范围，这就是所谓的“旅行电源适配器”，如果到市电电压只有100V的国家时，这个特性就很有用了，有些水货笔记本电脑是只在原产地销售的，没有这种设计。    电源适配器的标称电压通常指的是开路输出电压，也就是不接任何负载，没有电流输出的电压值。因此也可以认为这是该电源的输出电压上限。对于电源内部使用了主动稳压单元或者电压基准元件的情况，一般来说使用高内阻的直流电压表可以直接测得标称电压(更准确的应该用电动势电桥的方法)，即使市电电压发生一定的波动，其输出也是稳稳的恒定值;但是对于市面上廉价的小变压器，比如给随身听之类使用的那种，基本上是传统磁芯变压器加上四个整流二极管桥式整流再加上一个大的滤波电容就完事了，这样的话如果使用普通直流电压表测得的数值将大于标称电压，原因是桥式整流的输出为脉动直流，简单的说是一个一个正弦电压信号的正半周连接成的时间链，经过大电容滤波之后会变得平坦一些，但是纹波系数仍然很大(纹波系数就是电压信号波动的幅度同电压平均值之比，越小说明电压越接近直流)，所谓标称电压指的是这种电压对时间积分再除以积分时间，简单理解就是对时间的平均值，如果用普通直流电压表测量，测量值十分接近该电压信号的最大值，所以测不准。同时，如果市电发生波动，该类电源的输出也会随之变化。一般来讲普通电源适配器的真正空载电压也不一定和标称电压完全一致，因为电子元件的特性不可能完全一致，所以允许有一定的误差，民用情况根据用途的需要控制在0.1%到5%左右。误差越小，对电子元件的一致性要求越高，工业生产中的成本也就越高，价格当然也就越贵。其次是电源的标称电流值。无论任何电源都有一定的内阻，因此当电源输出电流的时候，会在内部产生压降，等于输出电流乘以电源内阻。导致两件事情，一个是产生热量，等于输出电流的平方乘以内阻，所以电源会热，另一个是输出电压变为标称电压减去内部压降，导致输出电压降低。通常的设计在考虑完毕散热问题之后，一般限制一个电流值，当输出电流达到这个值得时候，输出电压降低为标称电压的95%，或者其他比例，各厂家根据负载产品的不同需要可以设定更高或者更低的比例，这个电流值就是标称电流。比如72W的ibm16V电源适配器的标称电流是4.5A。如果负载电阻过低，导致输出电流超过标称电流，一般会发生两件事情，一个是个别元件由于发热超过了散热容量导致烧毁引起电源损坏，另一个是散热设计留有余量，仅仅体现为输出电压进一步降低，如果降低太多可能导致负载无法正常工作。至只有100V的单一输入电压，在我国的220V市电电压下插上就会烧毁。
本设计所做的开关型稳压电源是脉冲宽度调制型（PWM），采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。当开关管饱和导通时，集电极和发射极两端的压降接近零，在开关管截止时，其集电极电流为零，所以其功耗小，效率可高达80%~95%。而功耗小，散热器也随之减小，同时开关型稳压电源直接对电网电压进行整流滤波调整，然后由开关调整管进行稳压，不需要电源变压器；此外，开关工作频率在几十千赫，滤波电容器、电感器数值较小。因此开关电源具有重量轻，体积小等特点。另外，由于功耗小，机内温升低，从而提高了整机的稳定性和可靠性。而且其对电网的适应能力也有较大的提高，一般串联稳压电源允许电网波动范围为220V+10%，而开关型稳压电源在电网电压从90V~264V范围内变化时，都可获得稳定的输出电压。
 
  目 录
1  绪  论 1
2  开关电源工作原理及设计方案介绍 3
2.1 Adapter的工作原理 4
2.2输入交流滤波 5
2.3 桥式整流及滤波 6
2.4软启动电路 6
2.5脉宽调制控制器UC3842 6
2.6高压保护回路 7
2.7开关功率管及限流电路 8
2.8直流变换回路（变压器T901） 8
2.9输出整流滤波回路 9
2.10电压取样和反馈回路 10
3  单元电路的设计 12
3.1 UC3842芯片的介绍 12
3.1.1主要特点 12
3.2 各部分电路分析 17
3.2.2线路滤波原理分析和原件的选择 17
3.2.3整流滤波部分 19
3.3UC3842的外围电路 21
3.3.1软启动电路 21
3.3.2UC3842脉宽调制及控制电路 22
3.3.3开关管的设计（Q901） 23
3.4变压器T901的设计 25
3.4.1变压器的一些特性介绍 25
3.4.2 功率变压器T901的设计 26
3.4.3 高频变压器T901参数 27
3.5T901 的外围电路 30
3.5.1T901的工作过程 30
3.5.2半波整流滤波部分 31
3.5.3光电耦合反馈回路电路分析 33
3.6  UC3842部分电源电路实例分析 34
3.6.1  S790N抗传导干扰分析 34
3.6.2  S790N消磁电路分析 35
3.6.3电源同步电路分析 38
4 设计结果数据分析 40
4.1OPEN/SHORT 测试 40
4.2  电气测试 40
4.2.1重要点位的测量 40
4.2.2整个Adapter的输入电流 42
4.2.3 整个Adapter的输入冲击电流 43
4.2.4节能状态下的功率 43
4.2.5输出电压 43
4.2.6输出的纹波电压 44
4.2.7整机效率 45
4.2.8过压/过流保护测试 45
附录（1） 46
附录（2） 48
附录（3）各元件的参数 49
附图１ 51
致 谢 52
参 考 53