摘 要

随着电力电子技术技术的发展，开关电源逐渐被人们广泛应用于各个领域。本设计采用了反激式的拓扑结构，参数为DC10～20输入，DC15V输出，输出电流1A，要求1%的设计精度。本次设计UC3845作为反馈控制电路的芯片，因为该芯片集过负载保护、过电压保护、过温保护等功能于一体，极大地降低了电路的设计难度。除此之外该电路还采用脉冲宽度调制（PWM）来控制设计电路，这样做可以使得电路变得更简单，同时其精度也更高，还能针对各种电子设备的使用要求来调制输出不同的输出电压。设计的电路由输入端，输出端，反馈电路，高频变压器，控制电路这五部分搭建而成，电路的工作原理是直流电压输入,DC-DC变压，然后整流输出，后面电路通过采样电阻讲误差反馈到线性光耦合器PC817,最后反馈到到UC3845，然后芯片根据反馈信号与内部基准信号的比较从而输出相应的PWM控制信号来控制功率MOSFET管的开关以调节占空比，从而达到稳定调节输出电压的目的。经过精准的计算与不断的调试，最终完成的电路完全符合设计要求。除此之外，本次设计还对系统进行了小信号建模，通过对模型的分析，更快更好地完成了对电路的参数设置和仿真，使设计效率更高。

关键词：开关电源；反激式；PWM；UC3845；小信号模型

Abstrac

With the development of power electronics technology, switching power supplies are gradually being used in various fields. This design uses a flyback topology, the parameters are DC10 ~ 20 input, DC15V output, 1A output current, requires design accuracy of 1%. The UC3845 is designed as a chip for the feedback control circuit because it incorporates functions such as overload protection, overvoltage protection and overheat protection, which greatly reduces the design difficulty of the circuit. In addition, the circuit also uses pulse width modulation (PWM) to control the design circuit. This can simplify the circuit and its accuracy is higher. It can also modulate the output according to the requirements of various electronic devices. Output voltage. The designed circuit consists of five parts: input end, output end, feedback circuit, high frequency transformer and control circuit. The operating principle of the circuit is the DC voltage input, the DC-DC transformation and the rectified output. The following circuit passes the sampling resistance. Speaking of the error return for the linear optocouple PC817 and, finally, for the UC3845, the chip emits the corresponding PWM control signal as a function of the return signal and the signal. internal reference to control the switching of the power MOSFET tube to adjust the duty cycle, in order to obtain stability The purpose of adjusting the output voltage. After an accurate calculation and continuous debugging, the final circuit fully meets the design requirements. In addition, the design also performed modeling of small system signals. Thanks to the analysis of the model, the configuration of the parameters and the simulation of the circuit were carried out faster and better, which made the project more efficient.

Key words: switching power supply; flyback; PWM; UC3845; small signal model

目录

第1章 绪论 7

1.1研究背景 7

1.1.1开关电源产生的时代背景 7

1.1.2开关电源的产生 7

1.2开关电源的发展 8

1.2.1开关电源发展历程 8

1.2.2开关电源的现状 9

1.2.3开关电源未来发展的整体趋势 9

1.3研究目的及意义 10

1.4论文组织结构 11

第2章 反激变换器电路分析 12

2.1 反激变换器工作原理 12

2.2反激变换器的吸收电路 13

2.3 控制系统分析 15

2.3.1 TL431 16

2.3.2 PC817 17

2.4反激变换器的结构框图 17

第3章 反激变换器主电路设计 19

3.1设计目标 19

3.2变压器设计 19

3.2.1最大占空比 19

3.2.2根据要求选择合适的磁芯 19

3.2.3计算初级以及次级绕组圈数 20

3.2.4 计算初级 平均电流，初、次级 峰值电流和电 流的有效值 20

3.2.5计算初、次级电感 21

3.2.6变压器磁芯气隙 21

3.2.7计算功率容量验证设计 22

3.2.8计算辅助绕组 22

3.2.9确定导线规格 22

3.3负载设计 23

3.4电容设计 23

3.5RCD电路参数设计 23

3.6电力电子器件的选取 24

3.6.1开关管的选取 24

3.6.2副边整流二极管的选择 24

3.6.3输出滤波电容的选取 24

3.6.4钳位电路设计 25

第4章 反激变换器控制系统小信号模型 26

4.1 反激变换器交流等效模型分析 26

4.2双闭环控制系统小信号模型 30

第5章 反馈控制回路设计 33

5.1 计算反馈回路的参数 33

5.2判断反馈回路稳定性的依据 33

5.3仿真调试确定补偿回路参数 34

第6章 仿真 35

6.1开环系统电路仿真 35

6.2闭环系统电路仿真 37

6.3 比较两个存在明显差值的输入电压下开闭系统的响应 39

6.3.1 10V直流输入电压下的开闭环系统响应的比较 40

6.3.2 20V直流输入电压下的开闭环系统响应的比较 42

6.4本章小结 43

第7章 总结与展望 44

参考文献 45

致谢 47

第1章 绪论

1.1研究背景

1.1.1开关电源产生的时代背景

在产生之前，压电源是可连续控制的这项技术相对成熟。当时有大量的集成电源模块，它具有良好的稳定性和更小的纹波，且使用可靠[1]。然而，串联晶体管调节提供稳压电源的它们通常需要笨重的功率频率波器。这将使传统的稳压占用大量空间，并且质量会相对较高。性放大状态，其集电极和发射器必须承受较因此调节管具有较大的功率从而使电导致能源浪费。而另一方面，由于在调节管中消耗大量能量，因此调节管的温度将升得很高。因此，当需要大功率调节管时，必须在调节管中安装大散热器[2]。目前，电子设备越来越小型化，传统的电源已不能满足现代电子设备的要求。

1.1.2开关电源的产生

计算机和技术的高速发展使现代主流使用的设备越来越小，成本越来越低，这就促使用来驱动设备的电源必须朝着轻、薄、小和高效率的方向发展[3]。

20世纪50年代宇航局满足搭载火箭的要求需要设计出这是开关电源问世。而在由此开始的接下来几十年的人们因为开关重量轻、效率高、性能稳定等优点逐渐放弃使用传统的并广泛地在电子整机与设备中使用[4]。

开关电源发展初期其工作频率但随着电力器件的更新材料性能的不断优异，的开关频率。到了20世纪，出现了垂直导电的、大电流的双极型电力(又叫巨型、BJT、GTR)，这一元器件的成熟运用使高频率出现了。但是当的开关频率发展到10KHZ附近时，变压器、电感等在工作使会发出很大的噪声，在上给人们带来了很大[5]。在20世纪70年代，由于新型电力器件的产生使得在技术上有了巨大的发展，从而解决了噪声问题同时使的体积进一步减小。而开关频率终于突破了20KHZ，这是的极限。