芯片內部集成了振蕩器(由外接電阻電容來(lái)決定頻率)，誤差比較器，PWM調制器等，有的甚至有保護電路和驅動(dòng)電路。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構成開(kāi)關(guān)電源，穩定性能較好，控制簡(jiǎn)單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。過(guò)流保護可以使用電流取樣電阻串接在負載上。當取樣的電流超過(guò)指定的范圍，立即切斷負載，或者降低輸出電壓，然后過(guò)一段時(shí)間再自動(dòng)啟動(dòng)，接上負載，由繼電器來(lái)控制負載的連通性。同時(shí)用A/D采樣，經(jīng)過(guò)單片機處理后顯示當前輸出電流和電壓。還擴展了鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現電壓步進(jìn)和預置，設置蜂鳴器實(shí)現過(guò)流時(shí)報警。

開(kāi)關(guān)穩壓電源電路的設計

開(kāi)關(guān)穩壓電源系統框圖如圖1所示。
整流濾波電路的設計

整流濾波電路如圖2，在開(kāi)機瞬間，濾波電容等效為短路，可串接0.1Ω限流電阻保護整流橋。此設計最大輸出功率72瓦特，電網(wǎng)電壓低到15V輸入時(shí)(整流后可達到18V)，加上最不利效率為70%，則輸入端功率經(jīng)計算為102W，整流濾波后輸出的電流約5.6A，取6A電流。用普通整流二極管不能滿(mǎn)足要求，故用承受電流較大的硅橋。為達到可以接受的紋波系數，濾波電容的容值需要較大?？紤]到其它無(wú)用功耗，取P=102W，經(jīng)計算C≈30000uF，這時(shí)候紋波系數低至2.5%，但電容體積太大，DC—DC變換級對紋波系數的要求可以降低，取10000uF，紋波約8%，可以滿(mǎn)足要求。大電容濾波還需并接瓷片電容，來(lái)抑制尖峰電壓。

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Boost升壓型電路的設計

主回路拓撲結構選擇非隔離型中Boost型升壓斬波電路，如圖3。假設C和L足夠大，輸入輸出電壓，即為常數。據推理電感兩端的電壓值也為常數，記電感兩端的電壓值是VL，經(jīng)過(guò)L的電流記為IL，電流變化正增量記為△i+，電流變化的負增量記為△i-。當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，續流二極管關(guān)斷，此時(shí)電源向電感充電儲存能量，忽略開(kāi)關(guān)管的壓降。則由電感電流不可以突變、法拉第電磁感應公式和基爾霍夫電壓定律推導出：增量電流△i+和時(shí)間△t成正比，呈線(xiàn)性上升趨勢，與電感成反比。當開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，續流二極管D導通，忽略續流二極管導通電壓，輸入端電源電壓與電感器L中自感電動(dòng)勢正向疊加后，通過(guò)續流二極管D對負載R供電，同時(shí)對電容器C充電。同理推導出：負增量電流與電感值成反比，與關(guān)斷時(shí)間成正比。下降是從上個(gè)時(shí)間充電后的電流點(diǎn)開(kāi)始線(xiàn)形下降的。當動(dòng)態(tài)平衡后，△i+=-△i-，經(jīng)過(guò)占空比計算公式推導后得：在設計中輸入15V～21V，整流濾波后可得約18V～25V的直流電壓，而設計要求輸出為30V～36V。那么當輸入是18V變換到36V時(shí)，升壓比最大，則占空比最大，記為α1，從25V變換到30V時(shí)，升壓最小，則占空比最小，記為α2，經(jīng)過(guò)推算：α2=1/6，α1=1/2。

電路設計及參數選擇

此設計采用UC3842作為PWM控制芯片。它只需要很少的外部元件就可獲得低成本高效益的解決方案。其內部框圖如圖4，UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有8個(gè)引腳，各腳功能如下：①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻率特性；②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；③腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過(guò)1V時(shí)停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)；④腳為定時(shí)端，內部振蕩器工作頻率由外接的阻容時(shí)間常數決定，f=1.8/(RT×CT)；⑤腳為公共地端；⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時(shí)間僅為50ns驅動(dòng)能力為±1A；⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過(guò)壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；⑧腳為5V基準電壓輸出端，有50mA的負載能力。輸入端接Rl再輸入到芯片電源端，由于UC3842啟動(dòng)電壓需要16V，輸入經(jīng)整流濾波后至少有18V左右，可保證正常啟動(dòng)。串聯(lián)電阻Rl取100Ω或不用R1，直接接至18V電源也可正常工作。UC3842振蕩器可以工作高達500kHz，經(jīng)過(guò)計算選擇較折中的頻率40kHz取Rt=10k，Ct=4.7nF，Rt接在振蕩端和參考電壓8腳處，4腳退耦電容C3取0.1uF。

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過(guò)流保護電路

用單片機和ADC0832來(lái)采樣。采樣電阻Rss=0.1Ω，用溫度系數很小的繞線(xiàn)電阻，但不能直接采樣Rss兩端的電壓，因為運放不能輸入比電源電壓大的信號，所以要設計恒降壓電路，將Rss兩端的電壓同時(shí)減去一個(gè)常數，再進(jìn)行差分放大，如圖5。

恒壓源用TL431準確穩定在一個(gè)固定的電壓，設置兩個(gè)恒壓源壓降一致。由于運放采用12V單電源供電，所以將電壓降到6V以下才能工作；又因為輸出最大電壓為36V，設計的恒壓源壓降為19V，那么下面兩個(gè)電阻可用同樣阻值的精密可調來(lái)實(shí)現抽頭在中間位置，則U=36—19=8V進(jìn)行1/2分壓得4V。當電流為2A時(shí)Rss上壓降為0.2V，則到差放上的電壓差為0.1V，放大15倍后再經(jīng)恒壓源壓降，保證變化范圍在0～5V后送給0832采樣，同時(shí)通過(guò)0832的另外一個(gè)通道采樣得輸出電壓值。經(jīng)過(guò)單片機計算電流電壓后判斷是否超過(guò)2.5A的電流，如果是，再利用繼電器斷開(kāi)負載并用蜂鳴器報警，然后等待恢復。延時(shí)數秒后再次嘗試接通負載，這就實(shí)現了過(guò)流保護和恢復后自動(dòng)啟動(dòng)的功能。同時(shí)把采樣到的電流、電壓顯示在數碼管上。系統還設計了鍵盤(pán)設置電壓增減的功能，該芯片采用ZLG7290鍵盤(pán)顯示芯片可以簡(jiǎn)化設計復雜度。

總結

開(kāi)關(guān)電源是公認的高效電源變換電路，開(kāi)關(guān)電源電路系統結合軟硬件，線(xiàn)路簡(jiǎn)單，設計精巧。經(jīng)研究設計證明，制作出的樣品經(jīng)測試后，有較好的穩壓效果，能夠達到設計指標。

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