3.3V10A通信开关电源的设计毕业论文(6)(3)

火箭开发首个开关电源以来，在半个多世纪的发展中，开关电源逐步取代了传统技术制造的相控稳压电源，并广泛应用于电子整机设备中。随着集成电路的发展，开关电源逐渐向集成化方向发展，趋于小型化和模块化。近20年来，集成开关电源沿两个方向发展。第一个方向是对开关电源的控制电路实现集成化。1977年国外首先研制成脉宽调制(PWM)控制器集成电路，美国Motorola公司、Silicon General公司、Unitrode公司等相继推出一系列PWM芯片。近些年来，国外研制出开关频率达1MHz的高速PWM、PFM芯片。第二个方向是实现中、小功率开关电源单片集成化。1994年，美国电源集成公司(Power Integrations)在世界上率先研制成功三端隔离式PWM型单片开关电源，其属于AC/DC电源变换器。之后相继推出TOPSwitch、TOPSwitch-II、TOPSwitch-Fx、TOPSwitch-GX、PeakSwitch、LinkSwitch等系列产品。意-法半导体公司最近也开发出VIPer100、VIPer100A、VIPer100B等中、小功率单片电源系列产品，并得到广泛应用。目前，单片开关电源已形成了几十个系列、数百种产品。从上世纪90年代以来，随着电源技术的发展，低电压、大电流的开关电源因其技术含量高，应用广，越来越受到人们的重视。在开关电源模块中，正激式有着电路拓扑简单，输入输出电气隔离的优点，广泛应用于中小功率电源和低电压、大电流的变换场合。[3]

与国外开关电源技术相比，国内从1977年才开始进入初步发展期，起步较晚、技术相对落后。目前国内DC/DC模块电源市场主要被国外品牌所占据，它们覆盖了大功率模块电源的大部分以及中小功率模块电源一半的市场。但是，随着国内技术的进步和生产规模的扩大，进口中小功率模块电源正在快速被国产DC/DC产品所代替。 开关电源的使用为国家节省了大量铜材、钢材和占地面积。由于变换效率提高，能耗减少，降低了电源周围环境的室温，改善了工作人员的环境。在电源模块中，正激式开关电源变压器的铜损较

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低，同时，正激式电路副边纹波电压电流衰减交反激明显慢很多，在低压、大电流场合中一般都用正激式变换器。

1.4 设计的主要内容

本论文是通过查阅大量的资料以及结合实际情况设计了单管正激式开关电源10A，DC3.3V的直流稳压输出，设计的输入加了一个输入滤波器，以减少输入对电路的干扰，通过隔离变压器的降压，再经过输出整流和滤波电路得到输出纹波小、电压稳定的电压。控制电路采用的是UC3844芯片控制，闭环光电隔离反馈。 1. 研究了正激式开关电源的国内外发展情况 2. 设计了正激式开关电源的主电路

3. 设计了正激式开关电源的隔离变压器以及参数的计算。 4. 输出滤波器的设计和参数计算 5. 控制电路的设计

6. 闭环反馈电路的设计和计算 7. UC3844的工作原理 8. 辅助电路的设计

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第2章 正激式开关电源的总体设计

本设计的原理框图如图2-1所示，由输入滤波器、DC／DC变换器、输出滤波器、控制电路、辅助电源等几部分组成。其基本原理是：直流输入电压经EMI滤波得到一直流电压，通过DC／DC变换器，最后经过输出滤波器，得到需要的直流电压。

输入输出EMI滤波磁复位DC/DC 变换器输出整流输出滤波辅助电路驱动电路保护电路PWM控制电路图2-1 系统原理图

反馈电路

（1） 输入滤波器：消除来自输入对正激式电源的各种干扰，如电器开关的合闸与关断，雷击等产生的尖峰干扰。同时也防止正激式开关电源产生的高频噪声向输入扩散而污染电网。

（2） 磁复位：正激变换器中为了防止高频变压器的磁饱和，用磁复位电路把剩余磁能送到输入电网中。

（3） DC／DC变换器：它是单管正激式开关电源的关键部分。它把输入的直流电压进行升压或降压成所需要的直流电压。

（4） 输出整流滤波：将经高频变压器变换过来的电流进行整流、滤波。以得到含交流成分较少的直流电流。

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（5） 控制电路：检测输出直流电压，与基准电压比较，进行隔离放大，调制振荡器输出的脉冲宽度，从而控制变换器以保持输出电压的稳定。一般控制电路还包括启动及禁止电路。

（6） 保护电路：在正激式开关电源发生过电压、过电流或短路时，保护电路使开关电源停止工作以保护负载和开关电源本身。有的还有发出报警信号的功能。

（7） 辅助电源：为单管正激式开关电源控制电路和保护电路提供满足一定技术要求的直流电源，以保证它们工作稳定可靠。辅助电源可以是独立的，也可以由开关电源本身产。[4]

2.1 开关电源变换电路的选择

开关电源的电路组成主要是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

DC-DC变换有隔离和非隔离两种。输入输出隔离的方式由于隔离变压器的漏磁和损耗等会造成效率的降低，但是却很安全，而本论文没有要求输入输出隔离还是非隔离，为了提高开关电源的安全性，所以此设计选择隔离方式，我们知道隔离型开关电源有五种可能形式：单管反激式、单管正激式、半桥式、全桥式、推挽式，各种形势的开关电源对功率的要求是不一样的，根据功率的要求可知：

单管反激式功率范围：1—100W； 单管正激式功率范围：1—200W； 推挽式功率范围：200—500W； 半桥式功率范围：200—500W； 全桥式功率范围：500—2000W；

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根据论文要求，为小功率高频开关电源的设计，而单管反激式和单管正激式功率范围可以达到要求，由于反激式开关电源中的高频变压器起到储能电感的作用，因此反激式高频变压器类似于电感的设计，但需注意防止磁饱和的问题。而正激式开关电源变换器在中小功率隔离降压型DC／DC开关电源中有着广泛的应用。其主变压器只是作为传递能量和电压变换的作用，启动电流、输出纹波和所需要的滤波电容均较小。在开关转换过程中不存储能量，少量的剩余能量，可以通过简单的复位电路设计，就可以保证其在大动态重负载下不会磁饱和，电路工作稳定。由于其磁芯不需要开气隙，因而漏感较小，具有小的电压尖峰。另外，其峰值电流也较小，传输能量大，相同的传输功率所需要的磁芯较小，易于集成，电路也相对的简单。这样不仅在经济方面节省了投资，电路工作也很稳定。

鉴于上面分析，主电路选择单管正激式电路。

2.2 控制电路的方案选择

2.2.1 单片机控制电路分析

采用单片机或DSP控制产生PWM波,控制开关的导通与截止。根据A/D后的反馈电压程控改变占空比，使输出电压稳定在设定值。负载电流在铜丝上的取样经A/D后输入单片机，当该电压达到一定值时关闭开关管，形成过流保护。该方案主要由软件实现，控制算法比较复杂，速度慢，输出电压稳定性不好，若想实现自动恢复，实现起来比较复杂。[5] 2.2.2 芯片控制电路分析

采用电流模式脉宽调制控制器UC3844，这个芯片是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为

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