基于UC3842的单端反激式开关稳压电源的设计毕业设计

发布时间:2020-04-05 02:23:58   来源:文档文库   
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基于UC3842的单端反激式开关稳压电源的设计毕业设计

1、绪论

1.1 开关电源的背景、现状和发展趋势

电源是现代通信、航空航天、生物技术、计算机等高科技领域内电子设备的动力支撑,它被誉为电子设备的心脏,没有安全良好的动力,质量和可靠性就无从谈起。电源产业正成为电子制造业得交点,它应用新技术,立足高起点迅猛向前发展。

开关电源(全称是开关稳压电源)和线性电源(全称为晶体管线性稳压电源)现代电子电源发展的两个主要方面,开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界。为顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求,在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时,还应有更好的可靠性和经济型。电源的发展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的发展历程。

开关稳压电源取代晶体管线性稳压电源已有30多年历史,最早出现的是串联型开关电源,其主电路拓扑与线性电源相仿,但功率晶体管工作于开关状态。后来脉宽调制(PWM)控制技术uyoule发展。用以控制开关变换器,得到PWM开关电源,它的特点是用20KHz脉冲频率或脉冲宽度调制。PWM开关电源效率可达65—70%。而线性电源的效率只有30—40%。在发生世界性能源危机的年代,引起了人们的广泛关注。线性电源工作于工频,因此用工作频率为20KHzPWM开关电源替代,可大幅度节约能源,在电源技术发展史上誉为20KHz革命。

随着VLST(Very lagrge scale integration)新品尺寸的不断减小,电源的尺寸与微处理器相比要大得多。航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备(如手提计算机、移动电话等)更需要小型化、轻量化的电源。因此对开关电源的提出了小型轻量要求,它包括磁性元件和电容的体积重量要小。此为要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。

40多年来,开关电源经历了三个重要发展阶段[]

第一个阶段是功率半导体器件从双极性器件(BPTSCRGTO)发展为MOS型器件(功率MOSFETIGBTIGCT等),使电力电子系统有可能实现高频化,并大幅度降低导通损耗,电路也更为简单。

第二个阶段自20世纪80年代开始,高频化和软开关技术的研究开发,使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。

第三个阶段从20世纪90年代中期开始,集成电力系统和集成电力电子模块(IPEM)技术开始发展,它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。

开关电源相关技术的研究正处于迅速发展阶段。以下几个方面将是开关电源的发展方向。

小型化、轻量化和高频化

开关电源的体积、重量主要由储能元件(磁性元件和电容)决定,因此,开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内,开关频率的提高,不仅能有效地减小电容、电感以及变压器的尺寸,而且还可抑制干扰、改善电源系统的动态性能。故高频化是开关电源的主要发展方向,因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件,特别是改善二次整流器件的损耗,并在功率铁氧体(Mn—Zn)材料上加大科技创新,以提高在高频率和较大磁通密度(Bs)下获得高的磁性能,而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展,在电路板两面布置元器件,以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新,实现ZVSZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术,并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标,美国的开关电源生产商通过降低运行电流,降低结温等措施以减少器件的应力,使得产品的可靠性大大提高。

高效率和高可靠性

开关电源使用的元件大大少于连续工作电源,因此提高了可靠性。电容、光电耦合器以及功率MOS等元器件的寿命决定开关电源的寿命。因此,要尽可能采用较少的元器件,提高集成度。另外,开关电源的工作效率高,会使自身发热减少、散热容易,从而达到高功率密度、高可靠性。

模块化

模块化是开关电源发展的总体趋势,可以采用模块化电源组成分布式电源系统,可以设计成N1冗余电源系统,并实现并联方式的容量扩展。

低噪声和良好的动态响应

开关电源的缺点之一是噪声大。针对开关电源运行噪声大这一缺点,若单独追求高频化其噪声也必将随着增大,而采用部分谐振转换电路技术,在理论上即可实现高频化又可降低噪声,但部分谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题,故仍需在这一领域开展大量的工作,以使得该项技术得以实用化。

开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。采用了控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高,并可实现远程控制等功能,是世界电源的发展趋势。

随着电力电子技术的不断创新,使开关电源产业有着广阔的发展前景。要加快我国开关电源产业的发展速度,就必须走技术创新之路,走出有中国特色的产学研联合发展之路,为我国国民经济的高速发展做出贡献

1.2线性电源与开关电源

1.2.1直流电源

1、 线性电源(Linear power supply)是先将交流电经过变压器降低电压幅值,再经过整流电路整流后,得到脉冲直流电,后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要达到高精度的直流电压,必须经过稳压电路进行稳压。

2、 开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制PWM)控制ICMOSFET构成。

1.2.2两者对比[]

线性电源的电压反馈电路是工作在现行状态,开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截止区即开关状态的。

线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比较放大器,此电压放大器的输出作为电压调整管的输入,用以控制调整管使其结电压随着输入电压的变化而变化,从而调整其输出电压,但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的。

从其主要特点上看:线性电源功率器件工作在线性状态,也就是说他一用起来功率器件就是一直在工作,所以也就导致他的工作效率低,一般在50%~60%,而且他必须先将输入高压变低压,一般都是用变压器,也有别的像KX电源,在京整流输出直流电压,从而导致其体积很大,笨重,发热量也很大,但其电源技术很成熟,制作成本较低,可以达到很高的稳定度,波纹也很小,而且没有开关电源具有的干扰与噪音,而开关电源与之相反。

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/a9a6a409777f5acfa1c7aa00b52acfc789eb9fa9.html

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