1、 PAGE37 / NUMPAGES45 畢 業 論 文題 目：基于UC3844變頻器輔助電源的研究設計誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作與取得的研究成果；2、據查證，除了文中特別加以標注和致的地方外，畢業設計（論文）中不包含其他人已經公開發表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業設計（論文）中的所有容均真實、可信。作者簽名： 日期： 年 月 日工程學院畢業設計（論文）任務書設計（論文）題目：基于UC3844變頻器輔助電源的研究設計系別 電氣信息學院 專業 電氣工程與其自動化 班級學號 指導老師

2、職稱 助教 教研室主任 衛才 本任務與要求：隨著工農業中電機應用的普與，有著良好的調速性能的變頻器應用圍廣、需求量大，這就為研究變頻器的模塊化、系統化提供了很好的前景。變頻器中的輔助電源是首先要解決的問題。研究設計基于UC3844專用PWM發生芯片，采用反激變換器結構的高壓直流（DC 350V-700V）輸入多路（5路：24V/200mA；15V/200mA；5V/1A）隔離輸出電源。設計完成的該系統應符合各項行業規定。設計的主要容：設計完善的硬件電路元器件有關參數計算與選型完成樣機制作并進行調試完成設計報告的撰寫進度安排與完成時間：1月12日-1月18日 查閱資料、撰寫文獻綜述、撰寫開題報告

3、。 2月25日-3月05日 查閱資料、撰寫文獻綜述、撰寫開題報告。 3月06日-3月15日 畢業實習、撰寫實習報告。 3月16日-4月22日 主要完成系統軟硬件構建的初步設計。 4月23日-5月10日 修改系統硬件構建設計。 5月11日-5月20日 完成系統的主電路設計與元器件計算。 5月21日-5月25日 完成工藝設計。 5月26日-6月01日 撰寫畢業設計說明書（論文）。 6月02日-6月06日 修改、裝訂畢業設計說明書、指導教師評閱。 6月07日-6月14日 畢業設計答辯（公開答辯、分組答辯）。目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc421790974摘要I

4、AbstractHYPERLINK l _Toc421790980IIHYPERLINK l _Toc421790985第1章緒論 PAGEREF _Toc421790985 h 1HYPERLINK l _Toc4217909861.1 變頻器的發展 PAGEREF _Toc421790986 h 1HYPERLINK l _Toc4217909871.2 變頻器工作原理 PAGEREF _Toc421790987 h 2HYPERLINK l _Toc4217909881.2.2變頻器輸出電壓調制和PWM技術 PAGEREF _Toc421790988 h 3HYPERLINK l _To

5、c4217909891.3 變頻器的開關電源簡介 PAGEREF _Toc421790989 h 4HYPERLINK l _Toc4217909901.3.1開關電源的發展 PAGEREF _Toc421790990 h 4HYPERLINK l _Toc4217909911.3.2開關電源的工作原理 PAGEREF _Toc421790991 h 5HYPERLINK l _Toc4217909921.3.3開關電源的優點 PAGEREF _Toc421790992 h 6HYPERLINK l _Toc4217909931.3.4開關電源的構成 PAGEREF _Toc421790993

6、 h 6HYPERLINK l _Toc4217909941.3.5開關電源中的輔助電源 PAGEREF _Toc421790994 h 11HYPERLINK l _Toc4217909951.4 UC3844芯片介紹 PAGEREF _Toc421790995 h 13HYPERLINK l _Toc4217909961.5課題來源與要求 PAGEREF _Toc421790996 h 13HYPERLINK l _Toc4217909971.5.1課題來源 PAGEREF _Toc421790997 h 13HYPERLINK l _Toc4217909981.5.2課題要求 PAGER

7、EF _Toc421790998 h 14HYPERLINK l _Toc421790999第2章開關電源的設計 PAGEREF _Toc421790999 h 15HYPERLINK l _Toc4217910002.1主電路拓撲 PAGEREF _Toc421791000 h 15HYPERLINK l _Toc4217910012.2主要器件介紹 PAGEREF _Toc421791001 h 15HYPERLINK l _Toc4217910022.2.1 PC817 PAGEREF _Toc421791002 h 15HYPERLINK l _Toc4217910032.2.2TL4

8、31 PAGEREF _Toc421791003 h 16HYPERLINK l _Toc4217910042.2.3開關功率管的選擇 PAGEREF _Toc421791004 h 18HYPERLINK l _Toc4217910052.3變壓器設計 PAGEREF _Toc421791005 h 18HYPERLINK l _Toc4217910062.3.1計算一次繞組參數 PAGEREF _Toc421791006 h 19HYPERLINK l _Toc4217910072.3.2計算磁芯參數 PAGEREF _Toc421791007 h 20HYPERLINK l _Toc42

9、17910082.3.3計算變壓器有效體積 PAGEREF _Toc421791008 h 21HYPERLINK l _Toc4217910092.3.4確定一次繞組匝數N1 PAGEREF _Toc421791009 h 21HYPERLINK l _Toc4217910102.3.6計算空氣氣隙 PAGEREF _Toc421791010 h 22HYPERLINK l _Toc4217910112.4緩沖電路設計 PAGEREF _Toc421791011 h 24HYPERLINK l _Toc4217910122.5 驅動電路和控制電路設計 PAGEREF _Toc42179101

10、2 h 25HYPERLINK l _Toc4217910132.6電流反饋電路設計 PAGEREF _Toc421791013 h 27HYPERLINK l _Toc4217910142.7電壓反饋電路設計 PAGEREF _Toc421791014 h 27HYPERLINK l _Toc421791015第3章 斜坡補償 PAGEREF _Toc421791015 h 29HYPERLINK l _Toc4217910163.1斜率補償的類型與補償方程 PAGEREF _Toc421791016 h 29HYPERLINK l _Toc4217910173.2 正斜率補償與其補償電路

11、PAGEREF _Toc421791017 h 31HYPERLINK l _Toc4217910183.3 正斜率補償的電路優化 PAGEREF _Toc421791018 h 31HYPERLINK l _Toc421791019結束語 PAGEREF _Toc421791019 h 33HYPERLINK l _Toc421791020參考文獻 PAGEREF _Toc421791020 h 34HYPERLINK l _Toc421791021致 PAGEREF _Toc421791021 h 36基于UC3844變頻器的輔助電源的研究設計摘 要：隨著電子技術高速發展，電子系統的應用領

12、域越來越廣泛，電子設備種類也越來越多，它們與人們工作、生活的關系日益密切，而電子設備都離不開可靠的電源，因此，對電源的要求更加靈活多樣。開關電源是利用現代 HYPERLINK :/baike.baidu /view/19220.htm t _blank 電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由 HYPERLINK :/baike.baidu /view/631384.htm t _blank 脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發展和創新，使得開關電源技術也在不斷地創新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣

13、泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產業飛速發展不可缺少的一種電源方式。UC3844是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調的振蕩器、能進行精確的占空比控制、溫度補償的參考、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅動功率MOSFET的理想器件。本課題是設計一個變頻器的多路輸出的反激式開關電源，電源取高壓直流（DC 350V-700V）。要求基于UC3844專用PWM發生芯片，采用反激變換器結構的高壓直流（DC 350V-700V）輸入多路（5路：24V/200mA

14、；15V/200mA；5V/1A）隔離輸出電源。設計完成的該系統應符合各項行業規定。關鍵詞： UC3844、開關電源、反激變換器Design of auxiliary powersupply based on UC3844 inverterAbstract：With high-speed development of electronic technology is finding wider and wider application fields of electronic system, electronic equipment is also more and more, their

15、relations with the people work and life is increasingly close, and electronic equipment is inseparable from the reliable power supply, therefore, the requirement to the power supply is more flexible.Switching power supply is the modern power electronic technology, to control the turn-on and turn off

16、 time ratio, to maintain a stable output voltage of power supply, switching power supply from the general pulse width modulation (PWM) control IC and MOSFET. With the development and innovation of power electronic technology, the technology of switching power supply is also constantly innovated.At p

17、resent, the switching power supply is characterized by small, light weight and high efficiency. It is widely used in almost all electronic devices, and it is a power supply mode which is indispensable in the development of electronic information industry.UC3844 is a high performance fixed frequency

18、current mode controller designed for off line and DC to DC converter applications and design, with minimal external components can get cost effective solutions to provide for the design staff. These integrated circuits have a fine tuned oscillator, accurate duty cycle control, temperature compensate

19、d reference, and high gain error amplifier. The current sampling comparator and a high current totem pole output, is an ideal device for driving power MOSFET.This topic is to design a multiple output flyback converter type switching power supply, power supply for high voltage direct current (DC 350V

20、-700V). Requirements based on UC3844 dedicated PWM chip, using the structure of the flyback high voltage direct current (DC 350V-700V) input multiplexer (5 line:24V/200mA；15V/200mA；5V/1A) to isolate the output power. Design of the system should comply with the regulations of the industry.Keywords: U

21、C3844，Switching Power Supply，The flyback converter第1章 緒論1.1 變頻器的發展變頻器經過逐年的飛速發展，如今已應用于多種設備和多種行業,并且逐漸作為當今電能節省、改善工藝流程、改良傳統型工業、提高生產自動化水平、提高工業產品的質量和改善環境的主要技術之一。變頻器技術作為一種全新的綠色環保技術,是日常生活和工業生產中急需的高級技術,同時也是國際上電子技術更新最快的領域之一。隨著電力電子技術、微機技術和自動控制原理的不斷發展，變頻器作為一種智能調速電源，其功能和結構也在不斷地發展更新。自第一代變頻器以來，變頻器已經經歷好幾個發展階段：即模擬式、

22、數字式、智能式、多功能型和現在的新型通用變頻器。新型變頻器為了實現靜音化，在方式上采用高頻載波方式的正弦波SPWM調制，還在其輸入側附加交流電抗器，而在逆變電路中則采取PWM控制技術，以改善輸入電流的波形和降低電網的諧波。新型變頻器不僅發展單機的數字化、智能化外，還向其他方向飛速發展。例如集成化和系統化。現在有一種集通訊、設計和數據管理于一體的“全集成自動化”平臺概念，它可以使自動化和驅動系統以與通訊和數據管理系統，以與伺服裝置、控制器、變頻器與通訊裝置等配置，都可以像驅動裝置嵌入全集成自動化的系統那樣進行，可以為廣大用戶提供最好的系統功能。富士、三菱、西門子、日立、VACON等品牌的變頻器，

23、均可通過不同的選件支持不同類型的現場總線。因為新型變頻器可與現場的總線：CAN Open、Profibus-DP、Ethernet、Device Net 、Interbus-S 、CC-Link、LONWORKS、ModbusPlus、T-LINK等通訊。可以提供多種不同而且兼容的通信接口，支持多種要求的通信協議，而且可由個人計算機向變頻器輸入命令和設定功能等等用途。新型變頻器其中可以設置多種應用類軟件，甚至有的品牌可提供多達100余種的應用軟件，隨時滿足各種現場需要。比如速度級鏈、電流平衡、速度跟隨、變頻器功能設置軟件、PID控制軟件、通訊軟件等。變頻器功能設置軟件可以在WINDOWS95或

24、者98的系統下設置變頻器的功能和數據通訊。并且，用戶只要設定數據組編碼，而不必逐項設置，變頻器會將運行參數自動調整到最佳狀態。1.2 變頻器工作原理變頻器的工作原理是通過控制電路來控制主電路，主電路中的整流器將交流電轉變為直流電，直流中間電路將直流電進行平滑濾波(電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。)，逆變器最后將直流電再轉換為所需頻率和電壓的交流電，部分變頻器還會在電路加入CPU等部件，來進行必要的轉矩運算。（1）整流器最近大量使用的是二極管的變流器，它把工頻電源變換為直流電源。也可用兩組晶體管變流器

25、構成可逆變流器，由于其功率方向可逆，可以進行再生運轉。 （2）平波回路在整流器整流后的直流電壓中，含有電源6倍頻率的脈動電壓，此外逆變器產生的脈動電流也使直流電壓變動。為了抑制電壓波動，采用電感和電容吸收脈動電壓（電流）。裝置容量小時，如果電源和主電路構成器件有余量，可以省去電感采用簡單的平波回路。（3）逆變器同整流器相反，逆變器是將直流功率變換為所要求頻率的交流功率，以所確定的時間使6個開關器件導通、關斷就可以得到3相交流輸出。以電壓型pwm逆變器為例示出開關時間和電壓波形。 控制電路是給異步電動機供電（電壓、頻率可調）的主電路提供控制信號的回路，它有頻率、電壓的“運算電路”，主電路的“電壓

26、、電流檢測電路”，電動機的“速度檢測電路”，將運算電路的控制信號進行放大的“驅動電路”，以與逆變器和電動機的“保護電路”組成。 （1）運算電路：將外部的速度、轉矩等指令同檢測電路的電流、電壓信號進行比較運算，決定逆變器的輸出電壓、頻率。 （2）電壓、電流檢測電路：與主回路電位隔離檢測電壓、電流等。 （3）驅動電路：驅動主電路器件的電路。它與控制電路隔離使主電路器件導通、關斷。 （4）速度檢測電路:以裝在異步電動機軸機上的速度檢測器(tg、plg等)的信號為速度信號，送入運算回路，根據指令和運算可使電動機按指令速度運轉。 （5）保護電路：檢測主電路的電壓、電流等，當發生過載或過電壓等異常時，為了

27、防止逆變器和異步電動機損壞，使逆變器停止工作或抑制電壓、電流值。1.2.2 變頻器輸出電壓調制和PWM技術整流是變頻器的重要組成部分，它可以通過整流器把工頻交流電轉換成直流電。目前變頻器主要是依靠二極管橋式電路的整流技術進行整流。二極管整流的主要缺點是：產生諧波和不可控制性。諧波會嚴重“污染”電網，不可控制性會使電路無法調節所得直流電的大小。治理這種電網“污染”最根本的措施就是將PWM技術引入整流器的控制，實現網側電流正弦化，且運行于單位功率因數。變頻器的逆變電路根據逆變電路輸出電壓調制方法分類有脈幅調制PAM 、脈寬調制PWM 、正弦脈寬調制SPWM等3種類型。脈寬調制PWM即要求逆變電路輸

28、入直流電壓的有效值是不能控制的，也就是整流電路應為二極管控橋路，而逆變電路通過控制全控元件的開關頻率和開關時間的長短，用來改變其輸出電壓變頻和輸出脈沖占空比，因此實現頻率和電壓值配合改變目的。整流器分為電壓型和電流型兩大類。電壓型PWM整流器（Voltage Source Rectifier,簡稱VSR）最顯著的拓撲結構特征就是直流側采用電容進行直流儲能，從而使直流側呈低阻抗的電壓源特性。它以其較低的損耗、簡單的結構、方便的控制和較快的響應速度等一系列優點，一直成為PWM整流器研究的重點。下圖是三相電壓型PWM整流器。圖1.1一種三相電壓型PWM整流器電流型PWM控制系統的流程框圖如圖所示。圖

29、1.2 電流型PWM控制系統框圖該系統采用電流電壓雙閉環串級控制結構,環是電流環,外環是電壓環。控制原理是:給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進行比較,得到的電壓誤差經電壓調節器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue。該信號與經電阻采樣反映電流變化的信號Us進行比較,輸出一個占空比可調節的PWM脈沖信號,從而使得輸出的電壓信號V0保持恒定。電流型PWM控制的優點如下:a)負載調整率好。由于電壓誤差放大器可專門用于控制占空比,可以很快適應負載變化造成的輸出電壓的變化,因此可以顯著改善負載調整率。b)電壓調整率好。輸入電壓的變化會帶動電感電流的變化,電感電流的變化立即被電流控制回路感應而被抑制,不需

30、要類似電壓控制調節的復雜過程，所以響應快。如果輸入電壓的變化是持續的,電壓反饋環也起作用,可以達到較高的調整率。c)系統穩定性好。電壓控制單閉環系統是一個無條件的二階穩定系統。而電流控制雙閉環系統是一個無條件的一階穩定系統,因此系統穩定性好。1.3 變頻器的開關電源簡介1.3.1 開關電源的發展開關電源的發展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關電源輕、小、薄的關鍵技術是高頻化，因此國外各大開關電源制造商都致力于同步開發新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體材料上加大科技創新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs)下獲得高的磁性能，而電容器的小型化

31、也是一項關鍵技術。SMT技術的應用使得開關電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關電源的輕、小、薄。開關電源的高頻化就必然對傳統的PWM開關技術進行創新，實現ZVS、ZCS的軟開關技術已成為開關電源的主流技術，并大幅提高了開關電源的工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關電源生產商通過降低運行電流，降低結溫等措施以減少器件的應力，使得產品的可靠性大大提高。開關電源中應用的電力電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET、變壓器。SCR在開關電源輸入整流電路與軟啟動電路中有少量應用，GTR驅動困難，開關頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。開關電源高頻化和小型化，使開關電源進入

32、更廣泛的應用領域，特別是在高新技術領域的應用，推動了開關電源的發展前進，每年以超過兩位數字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發展。開關電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現已實現模塊化，且設計技術與生產工藝在國外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復雜的技術和工藝制造問題。另外，開關電源的發展與應用在節約能源、節約資源與保護環境方面都具有重要的意義。模塊化是開關電源發展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統，可以設計成N+1冗余電源系統，并實現并聯方式的容量擴展。針對開關電源運行

33、噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉換電路技術，在理論上即可實現高頻化又可降低噪聲，但部分諧振轉換技術的實際應用仍存在著技術問題，故仍需在這一領域開展大量的工作，以使得該項技術得以實用化。電力電子技術的不斷創新，使開關電源產業有著廣闊的發展前景。要加快我國開關電源產業的發展速度，就必須走技術創新之路，走出有中國特色的產學研聯合發展之路，為我國國民經濟的高速發展做出貢獻。1.3.2開關電源的工作原理：開關電源的工作過程相當容易理解，在線性電源中，讓功率晶體管工作在線性模式，與線性電源不同的是，PWM開關電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷的狀態，在這兩種狀態中，加

34、在功率晶體管上的伏-安乘積是很小的（在導通時，電壓低，電流大；關斷時，電壓高，電流小）/功率器件上的伏安乘積就是功率半導體器件上所產生的損耗。與線性電源相比，PWM開關電源更為有效的工作過程是通過“斬波”，即把輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來實現的。脈沖的占空比由開關電源的控制器來調節。一旦輸入電壓被斬成交流方波，其幅值就可以通過變壓器來升高或降低。通過增加變壓器的二次繞組數就可以增加輸出的電壓值。最后這些交流波形經過整流濾波后就得到直流輸出電壓。控制器的主要目的是保持輸出電壓穩定，其工作過程與線性形式的控制器很類似。也就是說控制器的功能塊、電壓參考和誤差放大器，可以設計成與

35、線性調節器一樣。他們的不同之處在于，誤差放大器的輸出（誤差電壓）在驅動功率管之前要經過一個電壓/脈沖寬度轉換單元。開關電源有兩種主要的工作方式：正激式變換和升壓式變換。盡管它們各部分的布置差別很小，但是工作過程相差很大，在特定的應用場合下各有優點。1.3.3開關電源的優點：開關電源的電路結構與線性電源相比有如下幾個優點：(1)功耗小，效率高。激勵信號激勵功率晶體管，晶體管交替工作在飽和導通與截止的快速開關狀態，頻率一般在幾十到幾百kHz。這就使得功率晶體管的損耗較小，電源的效率可以達到80%以上。(2)濾波的效率高，大大減小了濾波電容的容量和體積。開關穩壓電源的工作頻率是線性穩壓電源的頻率的1

36、000倍，這使整流后的濾波效率幾乎也提高了1000倍。采用開關穩壓電源時，在一樣的紋波輸出電壓的要求下，濾波電容的容量遠小于線性穩壓電源中濾波電容容量。(3)穩壓圍寬。激勵信號的占空比和激勵信號的頻率是用來調節開關穩壓電源輸出電壓的，并且通過變頻或調寬，可以對輸入電壓的變化進行補償。在電網電壓不穩定的時候，或者負載有較大的變化時，它仍然可以保證穩定的輸出電壓，因此它的穩壓圍較寬、穩壓效果比其他電源好。(4)體積小。開關穩壓電源沒有體積較大工頻變壓器，并且省去了很多散熱片，因為其在功率晶體管上的耗散功率大幅降低。因此開關穩壓電源無論是體積還是重量都有所減小。(5)電路形式較多。例如，有調寬型和調

37、頻型，自激式和他激式，有單端式和雙端式。 設計師可以發揮各種類型電路的特長，設計出能滿足不同應用場合的開關穩壓電源。1.3.4 開關電源的構成變頻器開關電源主要包括整流濾波電路、變換器、控制電路、保護電路組成。圖1.3 開關電源的基本構成1.整流濾波電路變頻器的整流慮波電路和逆變電路，可分為晶閘管三相橋半控式整流和三相逆變電路、二極管單相橋式整流和三相逆變電路、晶閘管三相橋全控式整流和三相逆變電路、二極管三相橋式整流和三相逆變電路等4類。在變頻器整流的過程中，可以產生大量的高次諧波，據綠波杰能的不完全統計，最高的電流畸變率，可以達到70%以上。這些高次諧波，會通過與變頻器輸入端連接的電源線，進

38、入到電網中，進而會影響到使用這一電網的敏感設備的正常工作。變頻器輸入濾波器，就是為了解決變頻器干擾電網的問題，同時，亦能解決變頻器遭受電網中的諧波危害所產生的過壓、過流、欠壓、過載、過熱等誤報警、誤動作、拒動等問題。輸入濾波器的作用：第一，對將要進入變頻器的電網中的諧波進行阻止。第二，對變頻器產生的諧波進行抑制。第三，緩和電網中的尖峰脈沖；第四，抑制電網的換相缺口；輸出整流濾波器的作用是將變換器輸出的高頻交流電壓整流濾波得到需要的直流電壓，同時防止高頻噪聲對負載的干擾。2.變換器開關電源有兩種常用的變換器：PWM變換器脈沖寬度調制簡稱脈寬調制。它的原理是利用微處理器的數字輸出控制模擬電路。是一

39、種非常有效的技術，在通信、功率控制、測量與變換等許多領域都有所應用。通過參數相應載荷的變化來調制晶體管基極或柵極的偏置，以此改變晶體管導通的時間，這種方式能使電源輸出電壓在外部工作條件變化時，一直保持恒定。脈沖寬度調制（PWM）通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數字的，所以不論在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么為0，要么完全存在。圖1.4 PWM變換器原理圖電壓或電流源是以一種通或斷的重復脈沖序列。直流供電加到負載上的時候就是通的時候，供電被斷開的時候就是斷的時候。所以如果帶寬夠的話，所有模擬值都可以使用PWM來編碼。其工作原

40、理如上圖1.4。多數負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調制頻率高于10Hz，通常調制頻率為1kHz到200kHz之間。PWM相對于模擬控制的另外一個優點是對噪聲抵抗能力的增強，所以某些時候我們必須以PWM進行通信。通過將模擬信號轉向PWM，可以很大程度上地延長通信距離。通過適當的LC或RC網絡可以在接收端濾除調制高頻方波，并將信號還原為模擬形式。DC/DC變換器DC/DC變換器在開關電源中，一般來說是要求輸入與輸出間進行電隔離的。在這種情況下需要使用稱為隔離變換器的變壓器進行隔離。隔離變換器可以把直流電壓變換為高頻方波電壓，把直流電流變換為高頻方波電流。通過升壓降壓變換和整流平滑濾波

41、，最后變為直流電壓或電流。DC/DC變換器有5種基本類型：單端正激式、單端反激式、推挽式、半橋式和全橋式轉換器。下面重點分析隔離式單端反激轉換電路，電路結構圖如圖所示。圖1.5 隔離式單端反激轉換電路單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，其變壓器兼有儲能、變壓、隔離三重作用。所謂單端，指變壓器磁芯僅工作在其磁滯回線的一側。當功率開關管S導通時，直流輸入電壓Vin加在初級繞組上，在變壓器初級電感線圈中儲存能量，由于次級繞組感應電壓為上負下正，使二極管D反偏截止，次級繞組中無電流，此時電能轉化為磁能存儲在初級電感中。當S截止時，初級感應電壓極性反向，使次級繞組感應電壓極性反轉，二極管D導通，儲存在

42、變壓器中的能量傳遞給輸出電容C，同時給負載供電，磁能轉化為電能釋放出來。當開關管重新導通時，負載電流由電容C來提供，同時變壓器初級繞組重新儲能，如此反復。從以上電路分析可以看出，S導通時，次級繞組無電流；S截止時，次級繞組有電流，這就是“反激”的含義。所謂反激式變壓器開關電源，是指當變壓器的初級線圈正好被直流脈沖電壓激勵時，變壓器的次級線圈沒有向負載提供功率輸出，而僅在變壓器初級線圈的激勵電壓被關斷后才向負載提供功率輸出，這種變壓器開關電源稱為反激式開關電源。下圖是反激式變壓器開關電源的簡單工作原理圖：圖1.6 反激式變壓器開關電源原理圖圖中變壓器的初級繞組與次級繞組同名端相反，inU為輸入直

43、流電壓，開關S為功率開關管，C為輸出濾波電容，R為負載，L1i為初級繞組電流，L2i為次級繞組電流；oU和oi為輸出電壓和電流，參考方向如圖1.6所示。反激變換電路由于具有拓撲簡單，輸入輸出電氣隔離，升/降壓圍廣，多路輸出負載自動均衡等優點，廣泛用于多路輸出的機電源中。在反激變換器中， HYPERLINK :/wiki.dzsc /info/16.html t _blank 變壓器起著 HYPERLINK :/wiki.dzsc /info/4889.html t _blank 電感和變壓器的雙重作用，由于變壓器 HYPERLINK :/wiki.dzsc /info/3648.html t

44、_blank 磁芯處于直流偏磁狀態，為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。功率管導通時，電感電流變化率和電流峰值很大，生成功率開關管開通時的電流尖峰；當功率管關斷時，也會產生很高的關斷電壓尖峰，給功率管造成很大負擔，會損壞功率管。因此，要想法設法限制反激變換器功率開關電流尖峰和電壓尖峰。反激變換器具有容易進行多路隔離輸出、輸入輸出電氣全部隔離、簡單有效、高可靠性的優點。因此，反激變換器是對開關電源來說非常重要,電力電子技術研究人員對此進行了大量的研究。反激變換器的參數由反激式變壓器來決定，如最大峰值電流和占空比，反激式變壓器的設計，就是對所有的工作器件做一個合理的安排和規劃，參數計算要尊重事實規律和

45、理論。這樣才能最大化發揮芯片的作用。若是變壓器設計得不合理，參數計算不正確，規格沒有按照要求。整個開關電源的性能會受到很大影響，比如輸出功率降低，損耗加大，使用壽命縮短，容易出現故障等等。反激式變壓器開關電源，相比其他開關電源要節省很多器件。因此，反激式變壓器開關電源的體積比其他類型的開關電源的體積要小很多。此外，其輸出電壓的占空比調幅，還比正激式變壓器開關電源要高。因此，反激式變壓器開關電源要求調控占空比的誤差信號幅度比較低，誤差信號放大器的增益和動態圍也比較小，且成本也要降低。也正是由于這些優點，目前，反激式變壓器開關電源在家電領域中還是被廣泛使用。 3.控制電路開關電源的控制電路有電流控

46、制和電壓控制兩種，電流控制是一個電壓、電流雙閉環控制系統，電感電流不是一個獨立變量，從而使開關變換器成為一個一階無條件的穩定系統，因而很容易得到大的開環增益以與小信號、大信號特性。電壓控制是一個單閉環電壓控制系統，控制過程中，電源電路中的電感電流未直接參與控制，是獨立變量，開關變換器為二階系統的一個有條件的穩定系統。4.保護電路開關電源的輸入電路大都采用電容濾波型整流電路，在進線電源合閘瞬間，由于電容器上的初始電壓為零，電容器充電瞬間會形成很大的浪涌電流，特別是大功率開關電源，采用容量較大的濾波電容器，使浪涌電流急劇上升。在電源接通瞬間通過很大的浪涌電流，重者往往會導致輸入熔斷器燒斷或合閘開關

47、的觸點燒壞，整流橋過流損壞；輕者也會使空氣開關合不上閘。上述現象均會造成開關電源無常工作，為此幾乎所有的開關電源都設置了防止流涌電流的軟啟動電路，以保證電源正常而可靠運行。1.3.5開關電源中的輔助電源開關電源一般由功率主回路、控制回路和輔助電源組成。功率主回路主要用來給用戶負載供電，開關電源中的輔助電源主要用于給控制電路、驅動電路或電源系統的監控電路供電。輔助電源的設計方法不但影響整個電源的效率、體積、穩定性、可靠性和成本，而且還將影響到整個開關電源的工作條件。一個重要的原因就是隔離問題。例如在離線式開關電源中，如果其部的輔助電源和功率主回路輸入共地，那么就需要用光耦或變壓器來對輸出電壓采樣

48、信號進行隔離。而如果是部輔助電源和功率主電路輸出共地，那么一般不需要對電壓采樣信號隔離，這時只需對驅動信號隔離。由于所需輔助電源的功率一般比較小，輔助電源應該力求簡單、可靠和小型化。根據輔助電源與功率主回路的關系，開關電源中的輔助電源可以分為兩大類：獨立型和非獨立型。(1)獨立型：輔助電源獨立于功率主回路。主要用于大功率或中功率電源系統，比如在通訊電源、ATX電源中，需要電源正常或失敗信號或電源遠程控制的功能時，在功率主回路即使不工作時，輔助電源也要正常供電。下面是幾種常見的獨立型輔助電源設計方法。第一種方法： 需要用穩壓器的傳統的線性電源作為輔助電源。它是用普通的矽鋼片低頻變壓器降壓之后，再

49、經過四只二極管全波整流，經過平滑濾波后輸入到三端穩壓器7815輸入端。這種設計中，低頻變壓器的體積往往選的足夠大，以滿足各種安全規中對絕緣和漏電特性的要求。但由于它的簡單、可靠和方便，以與完全的隔離特性，所以在大功率開關電源系統中，低頻變壓器不會影響到整個電源的尺寸和造價時，它將是一個不錯的選擇。圖1.7 UC3844的反激式開關電源第二種方法：需要用穩壓器7815,的一種不用低頻變壓器降壓的簡易輔助電源。用兩只無極性的高頻電容，先并串聯兩只限流電阻，然后從電網電壓中取得低頻脈動電壓。通過集成穩壓器7815提供所需的電壓。為了防止浪涌電壓損壞7815，IC輸入端需要并聯一只穩壓二極管用來保護。

50、另外，全波整流需要四只二極管。第三種方法：由自激式開關變換器構成非常輕巧的輔助電源，可以方便地產生輔助電源。本設計采用這種方法。(2)非獨立型：由主變換器高頻變壓器輸出的一部分構成輔助電源。因為其有利于減小電源體積，實現小型化和節約成本的原因，在小功率電源系統中廣泛使用。非獨立型的特點是輔助電源與主變換器息息相關。如果主電路不工作，輔助電路將關閉，輔助電源不供電，主變換器也隨之不工作。因此在電源的啟動階段，需要給控制電路提供啟動電能，使其漸漸進入工作狀態。啟動方法：啟動時直接由直流輸入端提供起動電壓，如圖1-11。這是一個由UC3844構成的反激式小型開關電源，它的輔助電源由主變換器變壓器一個

51、繞組提供。在啟動階段，由直流輸入端經過電阻分壓后加到UC3844的供電端(7端)，給電容C2充電，等到UC3844的7腳電壓超過16V時，芯片起振，PWM信號產生，變換器工作，輔助電源電壓開始建立。但由于限流電阻RIN的作用，有可能使得芯片7腳電壓降低至10V而使得芯片停止工作。之后主電路又通過RIN電阻給UC3844芯片供電，芯片工作。如此反復，直至芯片正常工作所需的輔助電源電壓建立后，電源才正常工作。1.4 UC3844芯片介紹UC3844是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，由該集成電路構成的開關穩壓電源與一般的電壓控制型脈寬調制開關穩壓電源相比具有外圍電路簡單、具有過流限制、

52、穩定幅度大、頻響特性好、電壓調整率好、過壓保護和欠壓鎖定等優點。UC3844是一種電流型單端輸出式PWM控制芯片,它主要由高頻振蕩、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調制鎖存、欠壓鎖定、過壓保護等功能電路組成。引腳1為誤差放大器補償端,引腳2接電壓反饋信號,引腳3接電流檢測信號,引腳4外接時間電阻RT與CT用來設置振蕩器的頻率,引腳5為接地端,引腳6為推挽輸出端,可提供大電流圖騰柱輸出,引腳7接芯片工作電壓,引腳8提供5V的基準電壓。 UC3844的最大占空比為50%,啟動電壓16V,具有欠壓鎖定和過壓保護的功能。當工作電壓過大，大于34V的時候,負責穩壓的穩壓管開始穩壓,使部電路在小于34V的電壓

53、下工作;當輸入電壓低于10V的時候,芯片會被暫時鎖定,控制器此時停止工作。UC3844的工作原理是:反饋電壓和2.5V基準電壓之差,經誤差放大器E/A放大后作為門限電壓,與反饋電流經采樣后的電壓,一起送到電流感應比較器。當電流取樣電壓超過門限電壓后,比較器輸出高電平觸發RS觸發器,然后經或非門輸出低電平,關斷功率管,并保持這種狀態直至振蕩器輸出脈沖到觸發器和或非門為止。這段時間的長短由振蕩器輸出脈沖寬度決定。PWM信號的上升沿由振蕩器決定,下降沿由功率開關管電流和輸出電壓共同決定。反轉觸發器限制PWM的占空比調節圍在050%之。UC3844的振蕩工作頻率由引腳4與引腳8之間所接定時電阻RT、腳

54、4與地之間所接定時電容CT設定。計算公式為: (1.1)1.5 課題來源與要求1.5.1課題來源隨著變頻器技術的飛速發展，變頻器已經在眾多領域，各行各業得到廣泛使用,是當今改善工藝流程,節省能源,改革傳統工業,提高產品工作質量,提高生產自動化進程,節省人力資源的主要技術之一。變頻器技術是一種新興的環保型技術,在我國經濟高速發展的背景下，變頻器技術得到前所未有的廣泛應用。而且在世界圍，它也是一種不斷注入新鮮血液的科學技術。在我國，超過60%的發電是通過電動機消耗掉的，所以，調速傳動一直是一個很重要的行業，而且目前己有一定程度的發展規模。異步電動機由于轉子側的電流由電磁感應產生，不需要從外部進入，

55、故而具有體積小、結構簡單、價格低廉、重量輕等優點，剛剛發明就被人們廣泛使用并被不斷改進，在工農業中一直占有龍頭老大的地位。隨著科技的不斷進步，隨著生產技術的不斷進步和發展，人們開始在變頻調速上提高要求，而異步電動機在調速方面是很大缺陷。而交流電機的調速問題，隨著變頻技術的出現解決。隨著微電子技術、電力電子技術以與自動控制原理的不斷發展，各種新型電機控制技術的方案不斷被提出，使交流電機的調速一直簡單方便。本次課題是針對國現有的變頻器部電源的使用需求提出的。隨著工農業中電機應用的普與，有著良好的調速性能的變頻器應用圍廣、需求量大，這就為研究變頻器的模塊化、系統化提供了很好的前景。其中變頻器中的輔助

56、電源是首先要解決的問題。1.5.2課題要求綜上，本論文的開關電源要求：基于UC3844專用PWM發生芯片，采用反激變換器結構的高壓直流（DC 350V-700V）輸入多路（5路：24V/200mA；15V/200mA；5V/1A）隔離輸出電源。設計完成的該系統應符合各項行業規定。第2章 開關電源的設計2.1 主電路拓撲下圖是所設計電源的簡單圖，其主電路采用單端反激式變換電路，220 V交流輸入電壓經橋式整流、電容濾波變為直流后，供給單端反激式變換電路，并通過電阻R1、C2為UC3844提供初始工作電壓。為提高電源的開關頻率，電路中采用功率MOSFET作為功率開關管，在UC3844的PWM控制下

57、，將能量傳遞到輸出端。此外，在高頻變壓器原邊設置了RCD緩沖電路用于抑制電壓尖峰。圖2.1 主電路主要結構圖2.2主要器件介紹2.2.1 PC817PC817是一個比較常用的光電耦合器,部結構如圖2.2所示，其中腳1為陽極，腳2為陰極，腳3為發射極，腳4為集電極。同時它還擁有以下特點:（1）電流傳輸比 CTR:IF=5mA,VCE=5V時最小值為 50%；（2）輸入和輸出之間的隔絕電壓高Viso(rms):5.0 KV。當輸入端加電信號時，發光器發光，受光器接受光線后開始導通，產生光電流從輸出端輸出。PC817改變了以往普通光電耦合器只能傳輸數字信號的弱點。它能夠傳輸連續變化的電流信號或模擬電

58、壓，這樣，隨著輸入信號的強弱變化會產生相應的光信號，改變光敏晶體管的導通程度，輸出的電壓或電流也不同。在開關電源中，當電流流過光二極管時，二極管發光感應三極管，對輸出進行精確的調整，從而控制UC3844的工作。在電路中，PC817光電耦合器不但可以起到反饋作用，而且可以起到隔離作用。圖2.2 PC817部框圖2.2.2 TL431TL431是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準電壓源。它的輸出電壓可以任意地設為從2.5V到36V圍的任何值，只用兩個電阻就可以辦到。該器件的典型動態阻抗為0.2，在很多應用中，我們可以用它代替齊納二極管，例如，可調壓電源、數字電壓表、運放電路、開關電源等等。T

59、L431的功能如圖2.3。由圖可看出，VI是部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放特性可知，只有當REF端的電壓十分接近VI時，三極管中才會有一個穩定的電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管，電流會從1-100mA逐漸變化。 圖2.3 TL431的功能模塊示意圖在開關電源的設計中，經過TL431反饋，使得電流輸出并將誤差放大，TL431的沉流端驅動一個光耦的發光部分，這時反饋電壓由處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到。反饋電壓可以用來調整一個電流模式的PWM控制器的開關時間，得到一個穩定的直流電壓輸出。由于TL431的部含有2.5V基準電壓，在REF端引入輸出反饋時，器件

60、可以由一個很寬圍的分流來控制輸出電壓。當R1和R2的阻值確定時，兩者對Vo分壓，并且引入反饋，Vo 增大導致反饋量增大。TL431的分流增加，導致Vo逐漸下降，如圖2.4的電路：圖2.4 TL431的典型應用選擇不同的R1和R2的值可以調整從2.5V到36V圍的電壓輸出，有一種特殊情況，當R1=R2時，Vo=5V。然后要注意的是，在選擇電阻時一定要保證TL431工作的必要條件，那就是通過陰極的電流大于1mA 。2.2.3 開關功率管的選擇開關功率管可選用MOS功率管或雙極型功率管。雙極型功率管是具有功率輸出能力的雙極、結型晶體管（BJT）。應有兩種載流子（電子與空穴）流過晶體管，故稱之為雙極型