開關電源原理與應用分析

楊江坤　麻銀金

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

關鍵詞：開關電源；濾波電路；UC3842

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A

在當下電子產品普遍大眾化，電力電子技術的迅速發展，開關電源在各個領域得到很好的應用，如在通信，電子，電工儀器，工業自動化。不同的電子產品對電源的各項參數的要求不同，如電壓，電流，功率，效率等[ 1 ]。本文對日常電子產品中應用較多的一種開關電源進行原理分析。在對這類開關電源工作原理分析的基礎上從各個工作模塊上進行研究。

1 開關電源原理及類型

1.1 開關電源

開關電源是運用現代電力電子技術，選用功率半導體元器件作為開關，控制其開關作用的晶體管的占空比（導通和關斷），達到輸出電壓的調整，以維持輸出穩定的一種電源。

1.2 基本工作原理

圖1a所示是串聯式開關電源的基本的工作原理，圖中Ui是開關電源的工作電壓（直流輸入電壓），R是負載，k是開關，控制k接通的時候，開關電源就向負載輸出一個脈沖（寬度為Ton，幅度為Ui的脈沖電壓）；當k斷開的時候，相當于電源向負載R輸出一個脈沖，這樣開關k就不停地接通和斷開，在R負載兩端就可以得到由脈沖串調制的輸出電壓。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：為開關閉合時間；

T：脈沖周期；

D：占空比。

1.3 開關電源的組成

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

2 基于UC3842組成的開關電源

2.1 UC3842開關電源芯片概述

UC3842是美國Unitrode公司設計生產的一種芯片，單端輸出式電流控制型脈寬調制器。這款芯片的特點是可以直接驅動MOSFEF和雙極型晶體管，具有引腳數量少等，在100W以內的開關電源中廣泛應用。

2.2 UC3842開關電源實例

開關電源實質是DC-DC變化的過程。開關電源由輸入整流濾波電路，PWM調制功率調整電路，輸出濾波電路組成。

圖3是一個完整的以UC3842組成的開關電源電路，經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，再者經過R3和R4分壓后加載UC3842的反相輸入腳②，腳②連接內部誤差放大器，為UC3842提供反電壓反饋，腳②的電壓越高驅動脈沖的占空比就小，以這樣來控制輸出電壓的穩定。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腳輸出方波信號經過R7和R8分壓然后驅動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調制功率調整電路

這里的PWM調制功率調整電路主要由芯片UC3842和功率開關管，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制器。電流控制型是把自饋線圈輸出電壓反饋給內部誤差放大器，用基準電壓與之進行比較過后，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，達到調整輸出脈沖的占空比，控制功率開關管達到功率調整的目的。

2.2.3輸出濾波電路

輸出穩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，根據楞次定理當電流經過電感時不會發生較大的波動，所以有濾波的作用。

3 結語

本關電源以UC3842作為核心，運用了UC3842的控制功能，對輸出電壓實現了控制，應用其自身的負反饋調節，結構簡單實用便于擴展，穩定性好。參考上面的開關電源簡介，我們可以對開關電源有較簡單的認識與了解，在維修選購電源時作為簡單參考能起到引導作用。

參考文獻：

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

[2] 周志敏，紀愛華.零起點學開關電源設計[M].北京：電子工業出版社，2014.

[3] 韓廣興.電視機原理與維修[M].北京：電子工業出版社，2015.

作者簡介：

楊江坤（1993-），男，土家族，貴州江口人，銅仁學院本科生。

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。