一種實(shí)用開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)

一、工作原理

我們先熟悉一款開(kāi)關(guān)電源的工作原理，該電源可輸出5V電壓，如圖1所示。

圖1開(kāi)關(guān)電源的工作原理圖

1.抗干擾電路

在電網(wǎng)輸入端首先設(shè)置一個(gè)NTC5D-9負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，用途是保護(hù)后面的整流橋，剛開(kāi)機(jī)時(shí)熱敏電阻處于冷態(tài)，阻值比較大，可以限制輸入電流，正常工作時(shí)，電阻比較小。這樣對(duì)開(kāi)機(jī)時(shí)的浪涌電流起到有效的緩沖用途。

電容CY1、CY2、CY3、CY4用以濾除從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的不對(duì)稱雜散信號(hào)，電容CX1、CX2用以濾除從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的對(duì)稱雜散信號(hào)，用電感L1抑制從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和從開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的頻率相同、相位相反的雜散干擾電流信號(hào)。

采用高頻特性好的瓷片電容和鐵芯電感，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的高頻輻射不污染工頻電網(wǎng)和工頻電網(wǎng)上的雜散電磁波不會(huì)竄入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路中而干擾和影響其工作，對(duì)高頻分量或工頻的諧波分量具有急劇阻止通過(guò)功能，而關(guān)于幾百赫茲以下的低頻分量近似一條短路線。

2.整流濾波電路

在電路中D1、D2、D3、D4組成全橋整流電路，把輸入的交流電壓進(jìn)行全波整流，然后用C1進(jìn)行濾波，最后變成直流輸出供電電壓，為后級(jí)的功率變換器供電，整流濾波后的電壓約為300V。

3.UC3842供電與振蕩

300V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)R12降壓后給C4充電，供電UC3842的7腳，當(dāng)C4的電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門(mén)檻值時(shí)，UC3842開(kāi)始工作并供應(yīng)驅(qū)動(dòng)脈沖，由6腳輸出推動(dòng)開(kāi)關(guān)管工作。一旦開(kāi)關(guān)管工作，反饋繞組的能量經(jīng)過(guò)D6整流，C4濾波，又供電到UC3842的7腳，這時(shí)可以不要R12的啟動(dòng)了。

C9、R11接UC3842的按時(shí)端，和內(nèi)部電路構(gòu)成振蕩電路，振蕩的工作頻率計(jì)算為：

代入數(shù)據(jù)可計(jì)算工作頻率：

4.穩(wěn)壓電路

該電路重要由精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦pC817組成，假設(shè)輸出電壓↑→經(jīng)過(guò)R16、R19、R20、RES3的取樣電壓↑→TL431的1腳電壓↑，當(dāng)該腳電壓大于TL431的基準(zhǔn)電壓2.5V時(shí)，TL431的2、3腳導(dǎo)通，→通過(guò)光電耦合到UC3842的2腳，于是UC3842的6腳驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比↓→開(kāi)關(guān)變壓器T1繞組上的能量↓→輸出電壓↓，達(dá)到穩(wěn)壓用途；反之，假設(shè)輸出電壓下降，則穩(wěn)壓過(guò)程與上相反。

R9取得反饋電壓輸入U(xiǎn)C3842，R8，R10，C6是改變UC3842內(nèi)部增益和頻率特性。

5.過(guò)流、過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路

由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過(guò)壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。

（1）過(guò)流保護(hù)。假如由于某種原因，輸出端短路而出現(xiàn)過(guò)流→開(kāi)關(guān)變壓器繞組能量將快速泄放，為了補(bǔ)充這些能量，開(kāi)關(guān)管必須延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間→開(kāi)關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R5兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過(guò)正常值0.3V達(dá)到1V時(shí)，UC3842內(nèi)部的pWM比較器輸出高電平，使pWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。UC3842的腳6無(wú)輸出，開(kāi)關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。

（2）過(guò)壓保護(hù)。假如供電電壓發(fā)生過(guò)壓（在260V以上），變壓器的初級(jí)繞組電壓大大提高，取樣繞組上的電壓經(jīng)過(guò)整流濾波后使UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉6腳輸出，開(kāi)關(guān)管停振，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)。

（3）欠壓保護(hù)。假如電網(wǎng)的電壓低于90V，UC3842的腳1電壓下降，當(dāng)下降lV以下時(shí)，UC3842內(nèi)部的pWM比較器輸出高電平，使pWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉6腳輸出。實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。

6.輸出整流濾波電路

D9、D10、C13、C14、C15是輸出端的整流濾波電路，這部分電路屬于高頻濾波部分。

D9、D10為肖特基二極管，具有高頻快恢復(fù)開(kāi)關(guān)二極管的特性，而且具有正向管壓降低，開(kāi)關(guān)速度快、截止時(shí)反向漏電流小，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。

二、制版設(shè)計(jì)

首先繪制原理圖，這里使用的是proteldxp2004軟件。在SCH界面中輸入元器件參數(shù)，然后建立原理電路網(wǎng)絡(luò)表，在pCB界面中載入原理電路網(wǎng)絡(luò)表，再建立設(shè)計(jì)參數(shù)，最后進(jìn)行元件手工布局和手工布線。

1.pCB板大小設(shè)定

pCB尺寸過(guò)大時(shí)，印制線路長(zhǎng)，阻抗新增，抗噪能力下降，成本也新增，過(guò)小則散熱不好，且臨近線條細(xì)，易受干擾。在此采用外形為矩形，長(zhǎng)寬比例為3:2，長(zhǎng)寬為0.150.10m的板材。

2.元器件布局

以每個(gè)功能的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。在這里電源輸入級(jí)、功率變換、電源輸出級(jí)、pWM控制單元來(lái)布線，元件均勻、整齊、緊湊排列，按照電路流程安排各個(gè)功能電路單元位置，使得布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡量保持一致方向。另外電路中元器件盡量達(dá)到平行排列，方便后面焊接工作。

3.元器件位置考慮

從電源的整體可靠性的角度考慮，電解電容是電源電路中重要的元件，該元件受溫度的影響大，要遠(yuǎn)離發(fā)熱的功率開(kāi)關(guān)管器件。

pWM控制器芯片UC3842的位置遠(yuǎn)離了開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)和AC電網(wǎng)輸入端，因?yàn)楣β书_(kāi)關(guān)變換器既是電源中的發(fā)熱源，又是高頻輻射源。pCB圖如圖2所示。