开关电源课程设计

哈尔滨远东理工学院

开关电源课程设计

题 目：惠普笔记本电脑电源适配器

姓 名：谢树升

分 院：机电工程学院

专 业： 电气工程及其自化

学 号：14160228

二〇一七年 九月 八 日

摘要

本文介绍了惠普笔记本电脑电源适配器的一系列工作原理、程序流程、元器件的选择等。随着开关电源在计算机、仪器通信、航空航天、仪器仪表及家用电器等方面的广泛应用，人们对其需求日益增长，并且对电源的效率、体积、重量及可靠性等方面提出了更高的要求。开关电源以其效率高、体积小、重量轻等优势在很多方面逐渐取代了效率低、又笨重的线性电源。电力电子技术的发展，特别是大功率器件IGBT和MOSFET的迅速发展，将开关电源的工作频率提高到相当高的水平，使其具有高稳定性和高性价比等特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务。信息技术的发展对电源技术又提出了更高的要求，从而促进了开关电源技术的发展。开关电源的高频变换电路形式很多，常用的变换电路有推挽、全桥、半桥、单端正激和单端反激等形式。本论文是基于芯片UC3842的小功率高频开关电源系统的设计

关键词：开关电源半桥全桥推挽高频变压器

Abstract

This paper describes a series of working principles of HP notebook power adapter, Program flow, component selection, etc. With the switching power supply in computers, instruments, communications, aerospace,Wide range of equipment, such as instrumentation and household appliances .Demand for people is growing. And the power efficiency, volume, weight and reliability of the higher requirements. Switching power supply has the advantages of high efficiency, small size, light weight ,In many ways, the inefficient and cumbersome linear power source is being replaced gradually. Development of power electronic technology. Especially the rapid development of high-power devices IGBT and MOSFET, Increase the operating frequency of the switching power supply to a fairly high level, It has the characteristics of high stability and high performance price ratio. One of the main uses of switching power supply technology is to serve the information industry. The development of information technology has put forward higher requirements for power supply tec. Thus promoting the development of switching power supply technology. There are many high frequency conversion circuits in switching power supply, The common conversion circuits include push-pull, full bridge, half bridge, single ended forward and single ended flyback. This thesis is based on chip UC3842 design of small power high-frequency switching power supply system.

Key words: witching power supply half bridge full bridge push-pull

high frequency transformer

摘要 (2)

Abstract (3)

目录 (4)

前言 (5)

第一部分设计要求 (6)

一、设计目的 (6)

二、系统要求 (6)

三、功能描述 (7)

第二部分系统设计方案 (9)

第三部分开关电源主电路的设计及参数计算 (12)

一、主电路的选型 (12)

二、变压器设计计算 (12)

三、开关器件的选择 (15)

第四部分开关电源控制电路的设计 (19)

一、控制电路的组成 (19)

二、PWM集成控制器的选择 (19)

四、控制电路的整体设计 (21)

总结 (22)

参考文献 (23)

附录A 电路图 (24)

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IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

开关电源的发展方向是高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化。由于开关电源轻、小、薄的关键技术是高频化，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ZVS、ZCS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。

第一部分设计要求

一、设计目的

适配器是将220V交流电压转变为19V的直流电压，输出电流为3A。220V交流电压经D2整流，C1滤波得到300V直流电压。该电压一路经开关变压器T1的1、2脚绕组加到场效应开关管Q1（K2543）的D极，另一路经R4降压后得到约17V启动电压给ICI(KA3842)

⑦脚供电，并从ICl内部基准电压发生器产生5V基准电压从第⑧脚输出。此时其内部振

荡器起振，从第⑥脚输出调宽脉冲(PWM)，驱动开关管Q1，使其工作在开关状态。Q1的D 极输出电流在开关变压器Tl初级绕组上产生感应电压，经磁芯耦合到T1次级，在次级⑤、

⑥脚绕组上产生的感应电压经肖特基二极管Q2、电容C4整流滤波后得到19V直流电压输

出。

为保证输出电压稳定，输出端由R13、R14对19V输出电压进行误差取样，取样电压由三端可调分流基准IC3(TL431)进行比较和误差放大，再驱动光电耦合器IC2(PC817)，将误差电压耦合放大后送到IC1(KA3842)第①脚内部，通过内部PWM电路改变第⑥脚输出脉冲的宽度，使Q1的开关时间发生改变，从而达到调整输出电压的目的。经过这样一个反馈控制过程后，最终使输出电压稳定在19V上。该电路中还设有几路过压过流保护：开关变压器初级绕组第③、④脚的感应电压经D4、C2整流滤波后得到约17V电压送至IC1第⑦脚，用以维持ICI正常工作(300V电压经R4降压供给⑦脚的电压因电流较小只作为启动电压)。当某种原因引起输出电压升高时，该路电压也将升高，当该电压升高至22V以上时，稳压二极管Dl将反向击穿，导致IC1第③脚过流保护端的电压升高至lV以上，此时IC内部将关断第⑥脚的脉冲输出，使电路停止工作，达到过压保护的目的。当某种原因使开关管Q1电流过大时，Q1的S极所接过流取样电阻R8两端电压将升高，当该电压升高至使ICl第(3)脚电压高于1V时，也将切断ICl第⑥脚输出．起到过流保护作用。开关管Q1的D极所接的R10、C8、D6组成尖峰吸收回路，对Ql截止期间T1的①、②脚绕组上产生的尖峰感应脉冲进行吸收，防止Q1被击穿。

二、系统要求

设计内容：

（1）开关电源主电路的设计及参数计算。（主电路的选型、变压器设计计算、开关器件及整流二极管、滤波电容的计算等）

（2）开关电源控制电路的设计。（控制电路组成、控制模式的选择、PWM集成控制器的选择、控制电路的整体设计）

（3）画出完整的主电路原理图和控制电路原理图

设计要求：

（1）在整个设计中要注意培养灵活运用所学的电力电子技术知识和创造性的思维方式以及创造能力，要求具体电路方案的选择必须有论证说明，要说明其有哪些特点。主电路具体电路元器件的选择应有计算和说明。课程设计从确定方案到整个系统的设计，必须在检索、阅读及分析研究大量的相关文献的基础上，经过剖析、提炼，设计出所要求的电路（或装置）。课程设计中要不断提出问题，并给出这些问题的解决方法和自己的研究体会。设计报告最后给出设计中所查阅的参考文献最少不能少于5篇）。

（2）在整个设计中要注意培养独立分析和独立解决问题的能力，要求学生在教师的指导下，独力完成所设计的系统主电路、控制电路等详细的设计（包括计算和器件选型）。严禁抄袭，严禁两篇设计报告基本相同，甚至完全一样。

（3）课程设计封面为学校统一要求。要求图表规范，文字通顺，逻辑性强。

三、功能描述

1：压敏电阻，其功能是当外界电压过高时，压敏电阻阻值迅速变得很小，与压敏电阻串联的保险丝被熔断，从而保护其它电路不被烧坏。

2：保险丝，规格为2.5A/250V，当电路中的电流过大时，保险丝会熔断以保护其它元件。3：电感线圈（又称扼流圈），主要功能是降低电磁干扰。4：整流桥，规格为D3SB，作用是把220V交流电变为直流电。

5：滤波电容，规格为180uF/400V，作用是滤除直流电中的交流纹波，使电路工作更可靠。6：运放IC（集成电路），保护电路、电压调节的重要组成部分。

7：温度探头，用于探测电源适配器的内部温度，当温度高于某一设定值时（不同品牌的电源适配器，其设定的温度阀值略有不同），保护电路会切断适配器的电压输出，从而保护适配器不受损坏。

8：大功率开关管，是开关电源中的核心元件之一，开关电源能“一开一关”地工作，开关管功不可没。

9：开关变压器，开关电源中的核心元件之一。