一種實用開關電源的設計
一種實用開關電源的設計
一、工二、制版設計
首先繪制原理圖，這里使用的是protel d x p2004軟件。在SCH界面中輸入元器件參數(shù)，然后建立原理電路網(wǎng)絡表，在PCB界面中載入原理電路網(wǎng)絡表，再建立設計參數(shù)，最后進行元件手工布局和手工布線。
1. PCB板大小設定
PCB尺寸過大時，印制線路長，阻抗增加，抗噪能力下降，成本也增加，過小則散熱不好，且臨近線條細，易受干擾。在此采用外形為矩形，長寬比例為3:2，長寬為0.150.10m的板材。
2. 元器件布局
以每個功能的核心元件為中心，圍繞它進行布局。在這里電源輸入級、功率變換、電源輸出級、PWM控制單元來布線，元件均勻、整齊、緊湊排列，按照電路流程安排各個功能電路單元位置，使得布局便于信號流通，并使信號盡量保持一致方向。另外電路中元器件盡量達到平行排列，方便后面焊接工作。
3. 元器件位置考慮
從電源的整體可靠性的角度考慮，電解電容是電源電路中重要的元件，該元件受溫度的影響大，要遠離發(fā)熱的功率開關管器件。
PWM控制器芯片UC3842的位置遠離了開關變壓器的次級和AC電網(wǎng)輸入端，因為功率開關變換器既是電源中的發(fā)熱源，又是高頻輻射源。PCB圖如圖2所示。
作原理
我們先熟悉一款開關電源的工作原理，該電源可輸出5V電壓，如圖1所示。
圖1 開關電源的工作原理圖
1. 抗干擾電路
在電網(wǎng)輸入端首先設置一個NTC5D-9負溫度系數(shù)熱敏電阻，作用是保護后面的整流橋，剛開機時熱敏電阻處于冷態(tài)，阻值比較大，可以限制輸入電流，正常工作時，電阻比較小。這樣對開機時的浪涌電流起到有效的緩沖作用。
電容CY1、CY2、CY3、CY4用以濾除從工頻電網(wǎng)上進入開關穩(wěn)壓電源和從開關穩(wěn)壓電源進入工頻電網(wǎng)的不對稱雜散信號，電容CX1、CX2用以濾除從工頻電網(wǎng)上進入開關穩(wěn)壓電源和從開關穩(wěn)壓電源進入工頻電網(wǎng)的對稱雜散信號，用電感L1抑制從工頻電網(wǎng)上進入開關穩(wěn)壓電源和從開關穩(wěn)壓電源進入工頻電網(wǎng)的頻率相同、相位相反的雜散干擾電流信號。
采用高頻特性好的瓷片電容和鐵芯電感，實現(xiàn)開關穩(wěn)壓電源電路中的高頻輻射不污染工頻電網(wǎng)和工頻電網(wǎng)上的雜散電磁波不會竄入開關穩(wěn)壓電源電路中而干擾和影響其工作，對高頻分量或工頻的諧波分量具有急劇阻止通過功能，而對于幾百赫茲以下的低頻分量近似一條短路線。
2. 整流濾波電路
在電路中D1、D2、D3、D4組成全橋整流電路，把輸入的交流電壓進行全波整流，然后用C1進行濾波，最后變成直流輸出供電電壓，為后級的功率變換器供電，整流濾波后的電壓約為300V。
3. UC3842供電與振蕩
300V的脈動直流電壓，此電壓經(jīng)R12降壓后給C4充電，供電UC3842的7腳，當C4的電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由6腳輸出推動開關管工作。一旦開關管工作，反饋繞組的能量經(jīng)過D6整流，C4濾波，又供電到UC3842的7腳，這時可以不需要 R12的啟動了。
C9、R11接UC3842的定時端，和內(nèi)部電路構(gòu)成振蕩電路，振蕩的工作頻率計算為：
代入數(shù)據(jù)可計算工作頻率：
4. 穩(wěn)壓電路
該電路主要由精密穩(wěn)壓源T L 4 3 1 和線性光耦P C 8 1 7 組成， 假設輸出電壓↑ → 經(jīng)過R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取樣電壓↑→TL431的1腳電壓↑，當該腳電壓大于TL431的基準電壓2.5V時，TL431的2、3腳導通，→通過光電耦合到UC3842的2腳，于是UC3842的6腳驅(qū)動脈沖的占空比↓→開關變壓器T1繞組上的能量↓→輸出電壓↓，達到穩(wěn)壓作用；反之，假設輸出電壓下降，則穩(wěn)壓過程與上相反。
R9取得反饋電壓輸入UC3842，R8，R10，C6是改變UC3842內(nèi)部增益和頻率特性。
5. 過流、過壓、欠壓保護電路
由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護功能。
�。�1）過流保護。如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流→開關變壓器繞組能量將快速泄放，為了補充這些能量，開關管必須延長導通時間→開關管的漏極電流將大幅度上升，R5兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當該腳的電壓超過正常值0.3V達到1V時，UC3842內(nèi)部的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復位，關閉輸出。UC3842的腳6無輸出，開關管截止，實現(xiàn)過流保護。
（2）過壓保護。如果供電電壓發(fā)生過壓（在260V以上），變壓器的初級繞組電壓大大提高，取樣繞組上的電壓經(jīng)過整流濾波后使UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關閉6腳輸出，開關管停振，實現(xiàn)過壓保護。
�。�3）欠壓保護。如果電網(wǎng)的電壓低于90V，UC3842的腳1電壓下降，當下降lV以下時，UC3842內(nèi)部的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復位，關閉6腳輸出。實現(xiàn)欠壓保護。
6. 輸出整流濾波電路
D9、D10、C13、C14、C15是輸出端的整流濾波電路，這部分電路屬于高頻濾波部分。
D9、D10為肖特基二極管，具有高頻快恢復開關二極管的特性，而且具有正向管壓降低，開關速度快、截止時反向漏電流小，有利于提高電源的效率，其反向恢復時間短，有利于減少高頻噪聲。
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