開關(guān)電源原理與應(yīng)用分析

楊江坤　麻銀金

摘 要：本文介紹了開關(guān)電源的基本工作原理，開關(guān)電源的分類。并深入的介紹一款由UC3842組成的開關(guān)電源原理，整個電源由輸入電路部分，整流，反饋，過壓保護(hù)，過流保護(hù)，自恢復(fù)，輸出電路等組成。開關(guān)電源的效率比線性電源高。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；濾波電路；UC3842

中圖分類號：TN710 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

在當(dāng)下電子產(chǎn)品普遍大眾化，電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，開關(guān)電源在各個領(lǐng)域得到很好的應(yīng)用，如在通信，電子，電工儀器，工業(yè)自動化。不同的電子產(chǎn)品對電源的各項參數(shù)的要求不同，如電壓，電流，功率，效率等[ 1 ]。本文對日常電子產(chǎn)品中應(yīng)用較多的一種開關(guān)電源進(jìn)行原理分析。在對這類開關(guān)電源工作原理分析的基礎(chǔ)上從各個工作模塊上進(jìn)行研究。

1 開關(guān)電源原理及類型

1.1 開關(guān)電源

開關(guān)電源是運用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，選用功率半導(dǎo)體元器件作為開關(guān)，控制其開關(guān)作用的晶體管的占空比（導(dǎo)通和關(guān)斷），達(dá)到輸出電壓的調(diào)整，以維持輸出穩(wěn)定的一種電源。

1.2 基本工作原理

圖1a所示是串聯(lián)式開關(guān)電源的基本的工作原理，圖中Ui是開關(guān)電源的工作電壓（直流輸入電壓），R是負(fù)載，k是開關(guān)，控制k接通的時候，開關(guān)電源就向負(fù)載輸出一個脈沖（寬度為Ton，幅度為Ui的脈沖電壓）；當(dāng)k斷開的時候，相當(dāng)于電源向負(fù)載R輸出一個脈沖，這樣開關(guān)k就不停地接通和斷開，在R負(fù)載兩端就可以得到由脈沖串調(diào)制的輸出電壓。輸出電壓Uo滿足公式（1）[ 2 ]。

其中：

Uo：為輸出電壓；

Ui：為輸入電壓；

Ton：為開關(guān)閉合時間；

T：脈沖周期；

D：占空比。

1.3 開關(guān)電源的組成

開關(guān)電源的基本組成，如圖2是它的結(jié)構(gòu)框圖。由非常重要的DC-DC轉(zhuǎn)換器，驅(qū)動器，信號源，比較放大器，負(fù)載等組成。DC-DC轉(zhuǎn)換器用來進(jìn)行功率調(diào)整，是開關(guān)電源最重要的一部分，驅(qū)動器是將信號進(jìn)行放大的部分，把來自信號源的信號進(jìn)行處理（放大整形）來達(dá)到開關(guān)管的要求；信號源就是產(chǎn)生控制信號的部分，信號可以是PWM信號，PFM信號，自激或者他激等方式產(chǎn)生；比較放大器的作用是對給定信號與輸出反饋信號進(jìn)行運算比較，如沒有超出特定范圍則保持現(xiàn)狀，否則就對信號進(jìn)行調(diào)整（波形，幅值，頻率等），通過信號使驅(qū)動器控制開關(guān)管的占空比，從而達(dá)到輸出穩(wěn)定電壓的目的[ 3 ]。

2 基于UC3842組成的開關(guān)電源

2.1 UC3842開關(guān)電源芯片概述

UC3842是美國Unitrode公司設(shè)計生產(chǎn)的一種芯片，單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器。這款芯片的特點是可以直接驅(qū)動MOSFEF和雙極型晶體管，具有引腳數(shù)量少等，在100W以內(nèi)的開關(guān)電源中廣泛應(yīng)用。

2.2 UC3842開關(guān)電源實例

開關(guān)電源實質(zhì)是DC-DC變化的過程。開關(guān)電源由輸入整流濾波電路，PWM調(diào)制功率調(diào)整電路，輸出濾波電路組成。

圖3是一個完整的以UC3842組成的開關(guān)電源電路，經(jīng)過整流濾波電路后再由濾波電容C2濾波，電阻R1和Rp1電位器進(jìn)行降壓后提供給IC芯片的⑦腳供電，提供給UC3842必要的電壓，電路工作過后變壓器次級線圈③④的整流電壓為UC3842提供正常電壓，再者經(jīng)過R3和R4分壓后加載UC3842的反相輸入腳②，腳②連接內(nèi)部誤差放大器，為UC3842提供反電壓反饋，腳②的電壓越高驅(qū)動脈沖的占空比就小，以這樣來控制輸出電壓的穩(wěn)定。腳④和⑧外接的電阻R6和R8用來決定震蕩頻率，震蕩最高頻率可以達(dá)到500KHz。C6和R5的作用是改善頻率特性和增益。⑥腳輸出方波信號經(jīng)過R7和R8分壓然后驅(qū)動MSFEF功率管，變壓器的①②線圈的電能通過電磁變化傳遞到各次級線圈上，經(jīng)過整流電路后提供不同的直流電壓供給不同的用電器使用。R10電阻是用來電流檢測的，經(jīng)過R9和C9濾波過后連接到UC3842的③腳上組成電流反饋。

2.2.1輸入整流濾波電路

對于開關(guān)電源來說整流濾波電路是很重要的，它由整流橋加電容組成，整流橋由4顆二極管組成，4顆二極管的導(dǎo)通壓降都比較小，這樣在整流橋上的消耗小，電容的容值一般取一大一小。大電容可以消除工頻，小電容可以消除高頻。

2.2.2 PWM調(diào)制功率調(diào)整電路

這里的PWM調(diào)制功率調(diào)整電路主要由芯片UC3842和功率開關(guān)管，變壓器和部分外圍元器件組成。UC3842是屬于電流型控制脈寬調(diào)制器。電流控制型是把自饋線圈輸出電壓反饋給內(nèi)部誤差放大器，用基準(zhǔn)電壓與之進(jìn)行比較過后，得到誤差電壓V1，初級線圈中的電流在取樣電阻R10上形成的電壓加到UC3842的③腳（電流檢測輸入端）與V1做比較，達(dá)到調(diào)整輸出脈沖的占空比，控制功率開關(guān)管達(dá)到功率調(diào)整的目的。

2.2.3輸出濾波電路

輸出穩(wěn)壓電濾波電路直接影響后面的電器工作，在變壓器的次級線圈（輸出端）首先要濾波，通常的方法是電容加電感濾波，電容有緩沖脈沖電壓的作用，根據(jù)楞次定理當(dāng)電流經(jīng)過電感時不會發(fā)生較大的波動，所以有濾波的作用。

3 結(jié)語

本關(guān)電源以UC3842作為核心，運用了UC3842的控制功能，對輸出電壓實現(xiàn)了控制，應(yīng)用其自身的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單實用便于擴(kuò)展，穩(wěn)定性好。參考上面的開關(guān)電源簡介，我們可以對開關(guān)電源有較簡單的認(rèn)識與了解，在維修選購電源時作為簡單參考能起到引導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張培忠，李雄杰.實用電源分析設(shè)計與制作[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

[2] 周志敏，紀(jì)愛華.零起點學(xué)開關(guān)電源設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[3] 韓廣興.電視機(jī)原理與維修[M].北京：電子工業(yè)出版社，2015.

作者簡介：

楊江坤（1993-），男，土家族，貴州江口人，銅仁學(xué)院本科生。

通信作者：

麻銀金（1974-），男，苗族，湖南鳳凰人，校聘講師，碩士，研究方向：儀器儀表，電路與系統(tǒng)。