开关电源原理与应用分析

杨江坤　麻银金

摘 要：本文介绍了开关电源的基本工作原理，开关电源的分类。并深入的介绍一款由UC3842组成的开关电源原理，整个电源由输入电路部分，整流，反馈，过压保护，过流保护，自恢复，输出电路等组成。开关电源的效率比线性电源高。

关键词：开关电源；滤波电路；UC3842

中图分类号：TN710 文献标识码：A

在当下电子产品普遍大众化，电力电子技术的迅速发展，开关电源在各个领域得到很好的应用，如在通信，电子，电工仪器，工业自动化。不同的电子产品对电源的各项参数的要求不同，如电压，电流，功率，效率等[ 1 ]。本文对日常电子产品中应用较多的一种开关电源进行原理分析。在对这类开关电源工作原理分析的基础上从各个工作模块上进行研究。

1 开关电源原理及类型

1.1 开关电源

开关电源是运用现代电力电子技术，选用功率半导体元器件作为开关，控制其开关作用的晶体管的占空比（导通和关断），达到输出电压的调整，以维持输出稳定的一种电源。

1.2 基本工作原理

图1a所示是串联式开关电源的基本的工作原理，图中Ui是开关电源的工作电压（直流输入电压），R是负载，k是开关，控制k接通的时候，开关电源就向负载输出一个脉冲（宽度为Ton，幅度为Ui的脉冲电压）；当k断开的时候，相当于电源向负载R输出一个脉冲，这样开关k就不停地接通和断开，在R负载两端就可以得到由脉冲串调制的输出电压。输出电压Uo满足公式（1）[ 2 ]。

其中：

Uo：为输出电压；

Ui：为输入电压；

Ton：为开关闭合时间；

T：脉冲周期；

D：占空比。

1.3 开关电源的组成

开关电源的基本组成，如图2是它的結构框图。由非常重要的DC-DC转换器，驱动器，信号源，比较放大器，负载等组成。DC-DC转换器用来进行功率调整，是开关电源最重要的一部分，驱动器是将信号进行放大的部分，把来自信号源的信号进行处理（放大整形）来达到开关管的要求；信号源就是产生控制信号的部分，信号可以是PWM信号，PFM信号，自激或者他激等方式产生；比较放大器的作用是对给定信号与输出反馈信号进行运算比较，如没有超出特定范围则保持现状，否则就对信号进行调整（波形，幅值，频率等），通过信号使驱动器控制开关管的占空比，从而达到输出稳定电压的目的[ 3 ]。

2 基于UC3842组成的开关电源

2.1 UC3842开关电源芯片概述

UC3842是美国Unitrode公司设计生产的一种芯片，单端输出式电流控制型脉宽调制器。这款芯片的特点是可以直接驱动MOSFEF和双极型晶体管，具有引脚数量少等，在100W以内的开关电源中广泛应用。

2.2 UC3842开关电源实例

开关电源实质是DC-DC变化的过程。开关电源由输入整流滤波电路，PWM调制功率调整电路，输出滤波电路组成。

图3是一个完整的以UC3842组成的开关电源电路，经过整流滤波电路后再由滤波电容C2滤波，电阻R1和Rp1电位器进行降压后提供给IC芯片的⑦脚供电，提供给UC3842必要的电压，电路工作过后变压器次级线圈③④的整流电压为UC3842提供正常电压，再者经过R3和R4分压后加载UC3842的反相输入脚②，脚②连接内部误差放大器，为UC3842提供反电压反馈，脚②的电压越高驱动脉冲的占空比就小，以这样来控制输出电压的稳定。脚④和⑧外接的电阻R6和R8用來决定震荡频率，震荡最高频率可以达到500KHz。C6和R5的作用是改善频率特性和增益。⑥脚输出方波信号经过R7和R8分压然后驱动MSFEF功率管，变压器的①②线圈的电能通过电磁变化传递到各次级线圈上，经过整流电路后提供不同的直流电压供给不同的用电器使用。R10电阻是用来电流检测的，经过R9和C9滤波过后连接到UC3842的③脚上组成电流反馈。

2.2.1输入整流滤波电路

对于开关电源来说整流滤波电路是很重要的，它由整流桥加电容组成，整流桥由4颗二极管组成，4颗二极管的导通压降都比较小，这样在整流桥上的消耗小，电容的容值一般取一大一小。大电容可以消除工频，小电容可以消除高频。

2.2.2 PWM调制功率调整电路

这里的PWM调制功率调整电路主要由芯片UC3842和功率开关管，变压器和部分外围元器件组成。UC3842是属于电流型控制脉宽调制器。电流控制型是把自馈线圈输出电压反馈给内部误差放大器，用基准电压与之进行比较过后，得到误差电压V1，初级线圈中的电流在取样电阻R10上形成的电压加到UC3842的③脚（电流检测输入端）与V1做比较，达到调整输出脉冲的占空比，控制功率开关管达到功率调整的目的。

2.2.3输出滤波电路

输出稳压电滤波电路直接影响后面的电器工作，在变压器的次级线圈（输出端）首先要滤波，通常的方法是电容加电感滤波，电容有缓冲脉冲电压的作用，根据楞次定理当电流经过电感时不会发生较大的波动，所以有滤波的作用。

3 结语

本关电源以UC3842作为核心，运用了UC3842的控制功能，对输出电压实现了控制，应用其自身的负反馈调节，结构简单实用便于扩展，稳定性好。参考上面的开关电源简介，我们可以对开关电源有较简单的认识与了解，在维修选购电源时作为简单参考能起到引导作用。

参考文献：

[1] 张培忠，李雄杰.实用电源分析设计与制作[M].北京：电子工业出版社，2015.

[2] 周志敏，纪爱华.零起点学开关电源设计[M].北京：电子工业出版社，2014.

[3] 韩广兴.电视机原理与维修[M].北京：电子工业出版社，2015.

作者简介：

杨江坤（1993-），男，土家族，贵州江口人，铜仁学院本科生。

通信作者：

麻银金（1974-），男，苗族，湖南凤凰人，校聘讲师，硕士，研究方向：仪器仪表，电路与系统。