1、本科畢業設計(論文)中文題目： 基于uc3843控制的充電器電路設計 英文題目：the charger circuit design based on uc3843 control 畢業設計（論文）原創性聲明和使用授權說明原創性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名：

2、 日期： 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定，即：按照學校要求提交畢業設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學校可以采用影印、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學校可以公布論文的部分或全部內容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完

3、全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日指導教師評閱書指導教師評價：一、撰寫（設計）過程1、學生在論文（設計）過程中的治學態度、工作精神 優 良 中 及格 不及格2、學生掌握專業知識、技能的扎實程度 優 良

4、 中 及格 不及格3、學生綜合運用所學知識和專業技能分析和解決問題的能力 優 良 中 及格 不及格4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 優 良 中 及格 不及格5、完成畢業論文（設計）期間的出勤情況 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書

5、）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格建議成績： 優 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格建議成績： 優 良

6、 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程1、畢業論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 優 良 中 及格 不及格2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 優 良 中 及格 不及格3、學生答辯過程中的精神狀態 優 良 中 及格 不及格二、論文（設計）質量1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規范？ 優 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ 優 良 中 及格 不及格三、論文（設計）水平1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 優 良

7、 中 及格 不及格2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創意？ 優 良 中 及格 不及格3、論文（設計說明書）所體現的整體水平 優 良 中 及格 不及格評定成績： 優 良 中 及格 不及格（在所選等級前的內畫“”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日摘 要最近幾年，隨著電子產品的大量推入市場，可充電電池的性能在某些方面有所提高。只有正確的維護好電池的特性，才能充分發揮充電電池的優勢。而且能為充電電池充電的電源有許多種。本課題是設計基于uc3843構成的80w充電器 ，主要由開關電源電路、emi抑制電路、反激式直流轉換電路、輸出整流濾波與隔離電

8、路和電池電壓狀態顯示電路等組成，能達到的技術性能如下：輸入電壓為90264v，輸出電壓為44v/1.82a，具有恒壓恒流特性，同時具有體積小、轉換效率高等優點。關鍵詞: 充電器 單片機 開關電源abstract in recent years, along with the large electronic products into the market, the rechargeable battery performance in some areas of improvement.only the correct maintenance of the characteristics o

9、f the battery, in order to give full play to the advantages of charging battery.but also for charging a rechargeable battery power source has many kinds.this topic is based on uc3843 80w charger, mainly by switch power supply circuit,the emi suppression circuit, flyback dc conversion circuit, an out

10、put rectifier filter and isolation circuit and battery voltage state display circuit, can meet the technical performance are as follows: the input voltage 90264v, output voltage 44v/1.82a, with constant voltage and current characteristics, at the same time has small volume, high conversion efficienc

11、y.keywords: charger single-chip switch power supply 目 錄1 緒論51.1 課題背景及意義51.1.1 充電器概念和國內發展現狀51.1.2 充電器的特點51.1.3 充電器模式選擇61.2 充電器的發展趨勢61.3 課題研究的目的和意義71.3.1 課題研究的目的71.3.2課題研究的意義82 充電器的概述92.1 充電電池的特性92.2 開關電源103 充電器的總體設計123.1 充電器實現的功能及技術指標123.2 充電器控制電路設計123.3 硬件電路的設計133.3.1 電源電路133.3.2 輸出電壓電流檢測控制電路223.3.3

12、 輸出整流濾波與隔離電路的設計283.3.4 電池電壓狀態顯示電路323.3.5 總體電路的設計及工作原理334 總結355 技術經濟分析報告36致謝38參考文獻391 緒論1.1 課題背景及意義1.1.1 充電器概念和國內發展現狀充電器通常指的是一種將交流電轉換為低壓直流電的設備。充電器在各個領域用途廣泛，特別是生活領域被廣泛用于手機，相機等常見電器。充電器是采用電力電子半導體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場合，充電器具有廣泛的應用前景。 充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測試與監測、鎘鎳電池充電器、

13、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護電路多功能充電器、電動車蓄電池充電器等。充電器的用途十分廣泛，許多數碼產品如手機、數碼相機等都配有充電器，除了數碼產品以外，在我國普遍使用的一些交通工具也配有充電器。最近幾年，伴隨著電子產品在我國市場的熱銷，我國充電器行業得到了迅速的發展。根據調查研究，在我國的充電器市場上手機、數碼相機、筆記本電腦、電動自行車這四種產品的充電器已經占據了整個充電器市場份額的90%以上。1.1.2 充電器的特點如今，隨著越來越多的手持式電器的出現，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續進步也要求要實現快

14、速安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監控，以縮短充電時間，達到最大的電池容量，并且防止電池損耗。同時，對充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池和密封鉛酸電池四種類型。然而電池是一種化學電源，是通過能量轉換而獲得電能的器件。而可以反復使用的電池，它又稱為可充電電池或蓄電池。當對充電電池充電時，電能轉變為化學能，實現向負荷供電，伴隨吸熱過程。所以針對這些電池的特點，以單片機為控制芯片，結合國內外現行的各種充電技術和充電器設計方案，設計一款基于單片機控制的智能充電器，以達到最佳的充電效果，使智能充電器具有良好的性能指標，電路簡單

15、可靠。1.1.3 充電器模式選擇恒流充電電流：要考慮電池的實際容量、內阻、以及對充電時間的要求等多項因素，電流的大小決定著充電時間的長短，使用小電流充電的好處是：有利于電池在使用較長時間后，保證充電質量，以及夏天充電時，使單位時間內產生的熱量降低，減少熱失控，有利于降低輸出功率，減少充電器的制造成本。但是過小的電流又會影響到充電的時間。 恒壓充電電壓：它是比恒流充電電流重要得多的參數，因為它不能像恒流充電電流那樣，在較寬范圍內調整，確定這個參數首先需要兼顧被充電池的以下情況：電池在充電時，正極上的析氧速率與施加的充電電壓成正比，當氧的析出大于還原時，產生水化；當用戶使用中不能及時充電，會導致電

16、池硫酸鹽化。提高充電電壓是解決硫酸鹽化的常用方法，但較大提高充電電壓又會產生失水。因此，在設計恒壓充電電壓時，同時要考慮抑制失水和抑制硫酸鹽化兩個問題。 涓流充電電流（恒功率充電電流）：以恒壓充電階段中，電流的變化為參數，當電流小到某一設定值以下時，充電器切換到涓流充電階段，充電電流會隨著充電過程逐漸減小，當小到一定程度，電流將會恒定，不再下降，此電流是與環境溫度高低及電池新舊程度有關的動態值。因此從涓流充電開始定時，延時一定時間后停止涓流充電，以在保證電池充滿的前提下，從根本上杜絕電池熱失控的發生。本課題是在以上三種充電方式的基礎上加以改進，結合這三種充電方式的特點，是在充電過程中不同階段采

17、取不同充電方式的充電模式。1.2 充電器的發展趨勢 充電器的發展經歷了三個階段: （1）限流限壓式充電器最原始的就是限壓式充電，然后過渡到限流限壓式充電，它使用的方式就是淺充淺放，壽命較短。 （2）恒流/限壓式充電器 這是充電器發展的第二階段，這種模式的充電器占據了充電器市場近半個世紀。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恒電壓。這種充電器充電電流總是低于電池的可接受能力，造成充電效率低，大大降低了電池的壽命。 （3）自適應智能充電器 隨著大規模集成ic的出現，充電設備進入了一個全新的自適應、智能階段，即稱為第三代充電器。自適

18、應充電器遵循各類電池的充、放電規律進行充、放電。并且具有溫度補償功能。充電系統由單片機控制，不斷檢測系統參數，按模糊推理算法不斷調整充電參數，同一充電器可適應不同種類電池的充電，充電器自適應調整自己的輸出電流，無需人工選擇，避免操作失誤。采用單片機技術的智能充電器在我國的研究發展比較晚，因其體積小、動態響應速度快、輸出紋波小、效率高等特點，近年來得到國內外的廣泛研究與關注，特別在通信、電力等領域中，己經得到了普遍的研究與使用。 而國外市場大部分充電器均采用wa、wawo、u&u等充電曲線方式，充電方式更科學、合理，從而大大提高了蓄電池的使用壽命，大大降低了使用和維護成本，簡化了充電過程

19、，解放了操作人員的勞動強度，市場前景非常廣闊。近年來，國內外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動態跟蹤電池可接受充電電流曲線的技術關鍵，使充電電流始終與可接受充電電流保持良好的匹配關系，使充電過程始終在最佳狀態下進行，比常規充電模式可節約電能30%-50%左右，提高了充電質量和效率。1.3 課題研究的目的和意義1.3.1 課題研究的目的如今，隨著越來越多的手持式電器的出現，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續進步也要求要實現快速安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監控，以縮短充電時間，達到最大的電池容量，并且防止電池損耗。同時，對

20、充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。然而電池是一種化學電源，是通過能量轉換而獲得電能的器件。而可以反復使用的電池，它又稱為可充電電池或蓄電池。當對充電電池充電時，電能轉變為化學能，實現向負荷供電，伴隨吸熱過程。 所以針對這些電池的特點，以單片機為控制芯片，結合國內外現行的各種充電技術和充電器設計方案，設計一款基于單片機控制的充電器，以達到最佳的充電效果，使充電器具有良好的性能指標，電路簡單可靠。1.3.2課題研究的意義隨著電子技術的發展,芯片體積小型化及其價格的降低，智能充電器大規模的批量生產已經成為可能。而智能充電器具有操作簡單、可靠性高和通用性強等優點，是充電器家族中一個重要的組成

21、部分，也是未來充電器發展的主要方向。因此，對充電器智能化的研究與應用具有深遠的現實意義。2 充電器的概述 2.1 充電電池的特性最近的十年、可充電式電池的性能在某些方面有所提高。只有正確地維護好電池的特性，才能充分發揮充電電池的優勢。能為充電電池充電的電源有許多種。通常可充電式電池有三種常用的方法：恒壓源；恒流源；恒功率源. 恒壓源的主要缺點在于當電池電壓處于耗盡時開始充電時瞬間會產生一個大的沖擊電流，充電電流只流過內部的阻抗。輸出特性關系如圖2-1(a)所示。當電池電壓處于耗盡時開始充電，采用電流源能解決這個問題，但當不接負載時產生的電流為無窮大，因此不能依靠新的輸出電壓來給電池充電。輸出特

22、性關系如圖2-1(b)所示： 恒功率源往往沒有類似的缺點，它即可看作恒壓源的電流，又可看作恒流源的電壓。輸出特性關系如圖2-1(c)所示。 a b c 圖2-1 充電電池的典型輸出特性曲線圖（a） 恒壓源；（b）恒流源；（c）恒功率源充電電池最好的輸出特性似乎是結合了恒壓源和恒流源的特性。在另一方面，許多適當的充電特性更趨于具有恒流源有電壓限制或恒壓源有電壓限制的特性。理想的電池充電特件最好具有矩形特性，如圖2-2所示。給電池充電最好的方式是使用高效率的開關電源架構，開關電源具有體積小，動態響應快，轉換效率高等優點。圖2-2 理想的矩形充電電池特性2.2 開關電源開關電源被譽為高效節能電源，它

23、代表著穩壓電源的發展方向，現已以為穩壓電源的主流產品。近20多年來，集成開關電源沿著下述兩個方向不斷發展。第一個方向是對開關電源的核心單元控制電路實現集成化；第二個方向則是對中、小功率開關電源實現單片集成化。開關電源具有體積小、效率高等一系列優點，在各類電子產品中得到廣泛應用。開關電源采用功率半導體器件作為開關器件，通過周期性間斷工作，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓。開關電源的基本構成如圖2-3所示，其中dc/dc變換器進行功率轉換，它是開關電源的核心部分，此外還有啟動、過流與過壓保護、噪聲濾波等電路。輸出采樣電路（r1、r2）檢測輸出電壓變化，與基準電壓ur比較，誤差電壓放大及脈寬調制（

24、pwm），再經過驅動電路控制功率器件的占空比，從而達到調整輸出電壓大小的目的。開關電源的核心部分dc/dc變換器有多種電路形式，常用的工作波形為方波的pwm變換器以及工作波形為準正弦波的諧振型變換器。對于串聯性穩壓源，輸出對輸入的瞬態響應特性主要由調整管的頻率特性決定。但對于開關電源，輸入的瞬態變化比較多地表現在輸出端。調高開關頻率的同時，由于反饋放大器的頻率特性得到改善，開關電源的瞬態響應問題也能得到改善。負載變化瞬態響應主要由輸出端lc濾波器特性決定，所以可以利用調高開關頻率、降低輸出濾波器lc體積的方法來改善瞬態響應特性。圖2-3 開關電源的基本構成方框圖3 充電器的總體設計 3.1 充

25、電器實現的功能及技術指標(1) 充電保護：在充電過程中，能夠自行調節輸出電流及電壓，保證充電電壓在44v左右；(2) 充電顯示：通過led燈的閃爍，能夠顯示當前的充電狀態；(3) 技術指標：輸入電壓是90-264v （ac）；輸出電壓是44v/1.82a；效率是86%；輸出特性是恒壓、恒流輸出，近似于矩形輸出特性。3.2 充電器控制電路設計根據要求和技術指標，本設計研究的充電器主要是為了實現對充電過程的保護，充電狀態顯示，本充電器的設計包含五部分，即電源電路、輸出整流濾波與隔離電路、檢測控制電路及充電狀態指示電路。充電器控制原理方框圖如圖3-1所示檢測控制電路 電源電路充電狀態指示電路輸出整流

26、濾波與隔離電路 電池 圖3-1 充電器控制原理方框圖 3.3 硬件電路的設計3.3.1 電源電路 電源電路是由emi抑制電路、橋式整流及濾波電路組成（圖3-1）。整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。在小功率整流電路中，常見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流電路等。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器c，或與負載串聯電感器l，以及由電感、電容組合而成的各種復式濾波電路。該電路是將市電220v由輸入端輸入，經d1-d4橋式整流變成脈動直流，再經c2濾波將脈動直流轉換成直

27、流電壓。圖3-1 電源電路圖3.3.1.1 emi抑制電路 我們知道之所以會產生emi干擾，是因為在開關電源中，電壓和電流的突變。即高dv/dt和di/dt、是其emi產生的主要原因。實現開關電源的emc設計技術措施主要基于兩點： (1)盡量減小電源本身所產生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產生干擾較小的元器件和電路，并進行合理布局。 (2)通過接地、濾波、屏蔽等技術抑制電源的emi以及提高電源的ems。 開關電源的emi干擾源集少體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。 (1)功率開關管。功率開關管工作在on-off快速循環轉換

28、的狀態，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。 (2)高頻變壓器。高頻變壓器的emi來源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。 (3)整流二極管。整流二極管的emi來源集個體現在反向恢復特性上。反向恢復電流的斷續點會在電感(引線電感、雜散電感等)產生高dv/dt從而導致強電磁干擾。 (4)pcb布線。準確的說，pcb是上述干擾源的耦合通道，pcb布線的優劣直接對應著對上述emi源抑制的好壞。從eml產生的機理來分析，僅僅是簡單地將電容從電路個移除或減小其數值一般情況不太可行，因為這樣做

29、會顯著增加emi。而在電路中增加共模扼流圈或其他濾波元件又會增加成本。因此，我們必須將注意力集中到如何降低emi電流上。 目前已有一些減小共模emi電流的方法。盡管在變壓器繞線層之間使用帶狀物增加線層間距離可以減小層間電容，但單獨使用這一方法只能很有限地減小emi電流。長期以來也在工頻變壓器中一直應用屏蔽繞組來降低噪聲與耦合，在開關變壓器中這一方法同樣有效。在開關變壓器中使用屏蔽繞組是降低共模emi電流最合效的方法，而且對電源總體成本的影響最小。在這里我們采用交流輸入，而交流輸入分為低頻段差模騷擾和高頻段共模騷擾。所以在交流輸入端采用適當的濾波器，可以很有效的抑制干擾。本設計由c1、cy1、c

30、y2、r1、r2和l1組成輸入回路emi抑制電路(圖3-4-1-1-1)。差模電容用來短路差模噪聲電流，而接地的電容是用來短路共模噪聲電流。r1，r2是泄放電阻。圖 3-2 emi抑制電路圖3.3.1.2 單相整流電路(1) 單相橋式整流電路1) 工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，如圖3-3（a）所示。在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據圖3-3（a）的電路圖可知：當正半周時，二極管d1、d3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。  當負半周時，二極管d2、d4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負

31、半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖3-3（b）。2) 參數計算根據圖3-3（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。（a）橋式整流電路             （b）波形圖圖3-3 單相橋式整流電路圖及波形圖 流過負載的平均電流為: 式（3-1）流過二極管的平均電流為: 式（3-2）二極管所承受的最大反向電壓:     式（3-3）流過負載的脈動電壓中包含有直

32、流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。脈動系數s定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。  式（3-4）  式（3-5）3) 單相橋式整流電路的負載特性曲線單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系該曲線如圖3-4所示，曲線的斜率代表了整流電路的內阻。圖3-4 單相橋式整流電路的負載特性曲線圖(2) 單相半波整流電路單相整流電路除橋式整流電路外還有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖3-5(a)所示，波形圖如圖3-5(b)所示。根據圖3-5可知，輸出電壓在一個工頻周期內，只是正半周導電，在負載上得到的是半個

33、正弦波。負載上輸出平均電壓為:  式（3-6）流過負載和二極管的平均電流為:  式（3-7）(a)電路圖                       (b)波形圖圖3-5 單相半波整流電路圖二極管所承受的最大反向電壓  (3) 單相全波整流電路單相全波整流電路如圖3-6(a)所示，波形圖如圖3-6(b)所示。(a)電路圖   &

34、#160;                   (b)波形圖圖3-6 單相全波整流電路圖 根據圖3-6（b）可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為:   式（3-8）流過負載的平均電流為:    式（3-9）二極管所承受的最大反向電壓：     式（3-10）單相全波整流電路的脈

35、動系數s與單相橋式整流電路相同。      式（3-11）  通過對比可知，單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優于單相半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源之中。因此，設計中采用單向橋式整流電路對交流電壓進行整流，從而得到脈動直流。3.3.1.3 濾波電路濾波電路中整流電路輸出的直流電壓脈動大，僅適用于對直流電壓要求不高的場合，如電鍍、電解等設備。而在有些設備中，如電子儀、

36、自動控制裝備等，則要求直流電壓非常穩定。為了獲得平滑的直流電壓，可采用濾波電路，濾除脈動直流電流中的交流部分，濾波電路常由電容和電感組成。(1) 容濾波電路1) 電路的組成現以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖3-7所示，在負載電阻上并聯了一個濾波電容c。圖3-7 電容濾波電路圖2) 電容濾波電路工作原理    若v2處于正半周，二極管d1、d3導通，變壓器次端電壓v2給電容器c充電。此時c相當于并聯在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。    當v2到達wt=p/2時，開始下降。先假設二極管關斷，電容c就要以指

37、數規律向負載l放電。指數放電起始點的放電速率很大。在剛過wt=p/2時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過wt=p/2時二極管仍然導通。在超過wt=p/2后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數曲線起始放電速率時，二極管關斷。所以在t2到t3時刻，二極管導電，充電，vi=vo按正弦規律變化；t1到t2時刻二極管關斷，vi=vo按指數曲線下降，放電時間常數為rlc。電容濾波過程見圖3-8。圖3-8 電容濾波電路波形圖需要指出的是，當放電時間常數rlc增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小；反之，rlc減少時，導通角增加。顯然。當l很小，即il很大時，電容濾波

38、的效果不好，見圖3-9濾波曲線中的2。反之，當l很大，即il很小時，盡管c較小, rlc仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。圖3-9 電容濾波的效果圖3) 電容濾波電路參數的計算濾波電容c的大小取決于放電回路的時間常數，rlc愈大，輸出電壓脈動就愈小，通常取rlc為脈動電壓中最低次諧波周期的3-5倍，即 式（3-12）式中t為交流電源電壓的周期。 電容濾波電路的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即： 式（3-13）另一種是在rlc=（35）的條件下，近

39、似認為vo=1.2v2。  式（3-14）4) 電容濾波電路的外特性圖3-10 電容濾波外特性曲線圖 整流濾波電路中，輸出直流電壓vo隨負載電流io的變化關系曲線如圖3-10所示。此外，對濾波電容器的選擇除電容量外，還有耐壓值。一般耐壓值取（1.5-2）v2.。 (2) 濾波電路利用儲能元件電感器的電流不能突變的性質，把電感與整流電路的負載l相串聯，也可以起到濾波的作用。橋式整流電感濾波電路如圖3-11所示。電感濾波的波形圖如圖3-12所示。當v2正半周時，d1、d3導電，電感中的電流將滯后v2。當負半周時，電感中的電流將更換經由d2、d4提供。因橋式電路的對稱性和電感中電

40、流的連續性，四個二極管d1、d3；d2、d4的導電角都是180°。圖3-11 電感濾波電路圖圖3-12電感濾波電路波形圖 通過對比可知，電容濾波的特點為結構簡單、輸出電壓高、脈動小。在接通電源的瞬間，將產生強大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”；同時，因負載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負載電壓變得不夠平穩，所以電容濾波電路適用于負載電流較小的場合。而本次設計恰是將整流橋送出的脈動直流經電容濾波轉換成近似直流電壓，故選用電容濾波電路。所以在電源電路中采用了單相橋式整流電路及濾波電路如圖3-12。圖3-13 單相橋式整流電路及濾波電路圖3.3.2 輸出電壓電流檢測控制

41、電路輸出電壓電流檢測控制電路是以uc3843為核心的電路（圖3-14）。當電源首次接到高壓時，電阻r3、r4給電容c5充電，當c5電容的充電電壓ucc達到某個值時，icl(uc3843)將啟功工作。傳統ucc電路的啟動電阻連接在直流母線上，而本設計將啟動電阻r3、r4直接連接到交流輸入端。因為當輸入高電壓時，在啟動電阻上存在著較大的功耗，因此將其改接到交流端則功耗至少減少了12、極少的幾個開關周期后，芯片將由輔助繞組供電。在輸出短路時，輔助繞組電壓將會跌落，uc3843將會周期性進入啟動模式。圖3-14 輸出電壓電流檢測控制電路圖 以上電路主要用到光耦和uc3843，所以我們將對主要元器件進行

42、選型。(1) 光電耦合器把發光器件和光敏器件按適當方式組合，就可以實現以光信號為媒介的電信號變換。采用這種組合方式制成的器件稱為光電耦合器。光電耦合器一般制成管式或雙列直插式結構，由于發光器件和光敏器被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路，故可實現兩路間的電氣隔離。光電耦合器既可用來傳遞模擬信號，也可作為開關器件使用，也就是它具有變壓器和繼電器的功能。但光電耦合器的體積小、重量輕、壽命長、開關速度比繼電器快，且無觸點、耗能少。與變壓器相比，工作頻率范圍寬，耦合電容小，輸入輸出之間絕緣電阻高，并能實現信號的單方向傳遞。光電耦合器分為兩種：一種為非線性光耦，另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線

43、是非線性的，這類光耦適合于開關信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 常用的4n系列光耦屬于非線性光耦；線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線，并且小信號時性能較好，能以線性特性進行隔離控制。 常用的線性光耦是pc817ac系列。開關電源中常用的光耦是線性光耦。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴重時出現寄生振蕩，使數千赫的振蕩頻率被數十到數百赫的低頻振蕩依次為號調制。由于光耦種類繁多，結構獨特，優點突出，因而其應用十分廣泛，主要應用以下場合：1) 光電耦合器可以構成各種邏輯電路，由于光電耦合器的抗干擾性能和隔離性能比晶體管好，因此，由它構成的邏輯電路更可靠；2）在開關電路中，往往要求控制電路和

44、開關之間要有很好的電隔離，對于一般的電子開關來說是很難做到的，但用光電耦合器卻很容易實現；3) 將光電耦合器用于雙穩態輸出電路，由于可以把發光二極管分別串入兩管發射極回路，可有效地解決輸出與負載隔離地問題；4) 光電耦合器應用于數字電路，可以將脈沖信號進行放大；5) 線性光電耦合器應用于線性電路中，具有較高地線性度以及優良地電隔離性能；6)光電耦合器還可應用于高壓控制，取代變壓器，代替觸點繼電器以及用于a/d電路等多種場合。本次設計選用的光耦即為pc817ac系列。由于它具有隔離控制作用，故能夠有效的保護場效應管，控制充電過程中電壓的變化。（2）uc3843uc3843是高性能固定頻率電流模式

45、控制器專為離線和直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需要最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調的振蕩器、能進行精確的占空比控制、溫度補償的參考、高增益誤差放大器。電流取樣比較器，是驅動功率mosfet的理想器件。其它的保護特性包括輸入和參考欠壓鎖定，各有滯后、可編程輸出靜區時間和單個脈沖測量鎖存。uc3843方框圖和管腳連接圖如圖3-15和圖3-16所示。圖3-15 uc3843方框圖圖3-16 管腳連接圖這些器件可提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝（s0-14）。s0-14封裝的圖騰式輸出級有單獨的電源和接地管腳。其管教功能說明如表3-1所示表 3-1

46、uc3843管腳功能說明通過以上的理解，本設計采用8腳的uc3843。因為uc3843的3腳過流保護動作電壓是1v，因此電流檢測電阻r9可按下式計算：r9=1v/ippk=1.0v/2.928a=0.34 式（3-15）考慮到電路在冷啟動時可能存在的沖擊電流，因此選用0.34/2w 標準電阻。在電路工作時，r13這個電阻也有非常重要的功能。如果不接，出于負載的增加引起輸出電壓的跌落，這個跌落的值(幅度)將會超出期望值。理由如下：當電源滿載(額定負載.最低輸入電壓)，二極管的電流為零(光耦的晶體管部分也為零）。電壓調整器tl1（tl431）的陰極需要頤一個電流（最小為1ma）來維持自身內部的電壓

47、基準。陰極電流的減少會導致基準電壓的減少，使輸出電壓也跟著減少使得輸出特征不符合設計指標。陰極電流必須給足1.5ma，通過r13陰值為： 式（3-16）所以r13選1k的電阻。(3) 場效應管場效應晶體管簡稱場效應管.由多數載流子參與導電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導體器件。它具有輸入電阻高（100m1 000m）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬、熱穩定性好等優點。可應用于放大.由于場效應管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。場效應管可以用作電子開關。場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換.常用于多級放大器的

48、輸入級作阻抗變換.場效應管可以用作可變電阻.場效應管可以方便地用作恒流源。 場效應晶體管可分為結型場效應晶體管和mos場效應晶體管，而mos場效應晶體管又分為n溝耗盡型和增強型，p溝耗盡型和增強型四大類。下面將對場效應管的特性進行比較，如表3-2所示。 表3-2 各種場效應管特性比較圖結構種類工作方式符號電壓極性轉移特性id = f (vgs)輸出特性n溝道mosfet耗盡型-+增 強 型+p溝道mosfet耗盡型+-增強型-p溝道jfet耗盡型+-場效應管和三極管的功能、作用一樣，可以用于放大、振蕩、開關電路。本次設計選擇n溝道場耗盡型場效應管。不同于增強型場效應管的是它在制造時，就在二氧化

49、硅絕緣層中加入大量正離子，因正離子的作用，柵源極間電壓vgs=0時，耗盡型mos管中的漏源極間已有導電溝道產生，而增強型mos管要在vgsvt時才出現導電溝道。故只要加上正向電壓vds，就有電流。電路中場效應管通過導通與關斷控制變壓器的振蕩周期，達到一個穩定的狀態。根據輸入條件，我們可以計算：dc輸入電壓：uin(min)=1.414×uin(min)ac=1.414×90=127vdc uin(max)=1.414×uin(max)ac=1.414×264=374vdc 式（3-17）輸入最大平均電流：iin-av(max)=pout/(×u

50、in(min)=80w/(0.86×127v)=0.732a 式（3-18）所以開關管v1用雪崩電壓為600v的mosfet。開關管的開關電壓由輸入電壓和變壓器一次線圈的反激電壓組成。反激電壓上升沿的振鈴是出變壓器的漏感引起的，振鈴可以認為是阻尼振蕩。阻尼振蕩的振幅被認為是存儲在漏感中的能量。振鈴由rcd網路來抑制。即使有抑制，振鈴的第一個半波也是很危險的。這種抑制器的振幅有50v，所以這個電壓會疊加在開關上。另外再提供50v的裕量，以保證開關管的可靠性。根據上面的敘述，我們可以得到一個適當的反激電壓：uflbk=umos-uin(max)-100v=600v-373v-100v=1

51、27v 式（3-19）因為這個值非常接近最小輸入電壓，考慮電路計算的方便，這里令它們相等：uflbk=uin(min)=127v反激電壓值的占空比約為：dmax=uflbk/(uflbk+uin(min)=127v/(127v+127v)=0.5 式（3-20）最大輸入峰值電流： ippk=2×iin-av(max)/dmax=20.732a/0.5=2.928a 式（3-21）所以為 emi 考慮最大工作頻率為70khz。3.3.3 輸出整流濾波與隔離電路的設計 輸出整流濾波與隔離電路有t1、vd8、cl2、c13、c14、l2、r15、r19和vd9組成（圖3-17）。vd8是輸出整流快恢復二極管；cl2、c13、c14、l2是輸出型濾波電路；vd9是輸出隔離二極管，防止當電池充滿電后電壓倒灌回電路。因被充電電池在充滿電后端電壓不可能超過63v，為了減小在隔離二極管上的功耗，可選用低功耗的肖特基二極管。由電池的充電特性可知，在電池充電的初期，提供一個較大的充電電流使電池的極板能被快速的激化，之后用小電流慢充。fu2是正溫度熔絲，在電池充電初期阻值很小，提供大的充電電電流。隨著充