1.機電設備中開關電源的工作原理

1.1 原理簡介

在節(jié)電設備的開關電源中，開關元件主要是利用電子技術通過半導體等相關的元器件對開關的打開以及關閉進行控制，從而有效的保證電壓能夠穩(wěn)定的輸出。通過開關電源能夠使得晶體管能夠實現(xiàn)接通與關閉，晶體管導通的情況下，電壓比較低，電流比較大;晶體管關閉時，電壓比較高，電流比較小。半導體元件中電壓與電流的成績就是該元件的損耗量，所以說此類開關電源能夠在損耗比較低的情況下能夠提供多種直流電源。

在PWM工作的時候其首先是將輸入電流的電壓進行斬波，從而將其轉換為與輸入電壓幅值相同的脈沖電壓。對于機電設備開關電源的調節(jié)主要是通過脈沖的占空比進行控制的，通過PWM將其斬波為交流方波之后，就可以通過變壓器等設備對幅值進行控制。想增加電壓的組數(shù)，只需對變壓器的繞組數(shù)目的增加就可以實現(xiàn)。通過整流濾波的作用，就能夠獲得我們所需要的直流電壓。

在對機電設備開關電源的設計中，輸入能夠從母線出獲取，這是對于變頻器的特點進行分析得出的結論。在開關電源的設計中主要包括以下幾個方面：輸入電路、功率因數(shù)的校正以及轉換、輸出電路和頻率振蕩器等部分。

若想實現(xiàn)電能的轉換主要是靠高頻的電子開關實現(xiàn)的，根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知若接通占空比的高地決定著負載電壓的高地。

1.2 UC3842的反激式原理簡介

對開關電源的分類通常有反激式變換器以及正激式變換器兩種，在本文中筆者將對反激式變壓器進行著重討論。反激式變換器主要指的是變壓器的初級性與次級性時不同的，而正激式變換器則與之相反。

對于反激式變換器的工作原理介紹：在打開的時候，Q1為導通的狀態(tài)，在LP的兩側對其加以電壓U0,此時的電流就會呈線性增加的方式進行升高，反激式變換器則進行儲能作用;反激式變換器的此時的電壓為N0/N2與Vm以及D的乘積，在這個時候位于L5兩側的電壓上方的為負電壓，下方的為正電壓，但是D0由于反偏的作用就會停止。在其關閉的時候，Q1處于關閉狀態(tài)，此時其中的電流為0,但是在原邊中的電壓的極性則呈反向，相應的副邊電壓也會發(fā)生調換，這時候之前所儲存在變壓器中的磁能就會轉變?yōu)殡娔苓M行釋放。

對于單端的反激式變換器來說，在其開關導通的時候能夠進行電能的儲存，在將開關關閉的時候能夠將之前所儲存的電能進行釋放，所以說高頻變壓器不僅具有變壓、隔離的作用，同時還是一種能夠進行能力儲存的元件。

2.關于開關電源的設計細節(jié)

2.1 所選用的器件介紹

通過UC3842能夠產(chǎn)生PWM波形，能夠對電流方式進行很好的控制。在這種電路中不但具有振蕩器，而且具有能夠為溫度補償提供參考等作用，若想有效的驅動MOSFET,就必須選用大電流圖騰柱輸出。

在UC3842中，首先要在其引腳的電路的1腳要求與定時電阻和電容之間進行連接，其作用是控制震蕩頻率;2腳與阻容元件之間進行連接，其主要作用就是對誤差放大器的頻率進行補償;其3腳要與反饋電壓的輸入端之間進行連接，這樣才能夠實現(xiàn)其電壓轉向反響輸入端的功能;與4腳進行連接的則是電流的檢測輸入端;;7腳的作用為基準的電壓輸出。

在TL431電路中的電壓基準與齊納管的運行為同種原理，利用外部電阻能夠實現(xiàn)對其電壓編程為40V,通常將其坎作為能夠維持電壓穩(wěn)定的二極管，在其兩端的輸出電壓主要是由它外部所連接的電阻所決定的。當TL431的輸出電壓提高的時候，就會使得其中的晶體管VT能夠導通，其輸出電壓相應的就會降低。

由于在開關電源的輸入端的電源大多都是從直流的母線中所取得的，在反激變換功率關斷的時候就會使得電壓出現(xiàn)頂峰，為了對電路進行保護就必須對其采取相應的措施以抑制。通過RCD能夠有效的緩解存在于元器件兩側的過電壓。通過RCD電路的設計，根據(jù)楞次定律的相關知識可以知道，當關斷MOS的時候，能夠在變壓器的原邊中形成一個非常高的瞬時電壓，由此可見在設計選擇MOS的時候要保證其能夠承受的電壓在實際電路輸入電壓的1.5倍以上。

2.2 關于電路

在機電設備的開關電源的設計主要是為了實現(xiàn)對于功率開關管的控制以及IC的控制，其電源的供給主要是通過直流母線，之后再設計各種電壓的開關電源。在本文中筆者將對10V的開關電源的設計過程進行闡述，向大家講解機械設備的開關電源設計中的關鍵。

UC3842這種芯片能夠很好的實現(xiàn)對電流控制的功能，這種芯片主要是通過對頻率的調節(jié)從而實現(xiàn)對輸出電壓的有效控制。在其工作的狀態(tài)中在濾波器的作用下，能夠對開關的噪音以及諧波等進行濾除。交流電壓之間形成一個能夠抗串膜的干擾電路，主要就是為了能夠對噪聲實現(xiàn)其抑制的作用。

電路中的交流電源能夠在經(jīng)其處理之后進去到整流器之中，從而獲得我們所需要的電壓。也就是說通過濾波電容的輸入將輸入電壓中所存在的一些干擾因素進行去除，從而得到一個穩(wěn)定的輸出電壓。[!--empirenews.page--]

對于啟動電路中主要包括電阻以及電容，若想保證其在啟動之后能夠正常工作，首先要保證其功率能夠達到2W,在電容中所存儲的能量要保證能夠滿足開關電源啟動時的需求，不能夠低于150uF.

由于此電源開關中有很多電路輸出，不能夠單純的對其中的某一路進行反饋，所以說要在電路中設計一個反饋線圈來進行對電壓的反饋，由此實現(xiàn)對沒路輸出進行很好的控制。通過整流濾波的作用能夠為人們提供一個相對較為穩(wěn)定的電壓反饋。

在通過UC3842對電路進行保護的時候，如果輸入端出現(xiàn)短路的情況，就會導致過流的現(xiàn)象，從而導致漏極電流明顯的提高，其中的電壓也會有明顯的提高。

如果引腳中的電壓超過2V的時候，比較器中就會輸出比高電平，這樣就會使鎖存器復位，輸出也就會隨之而關閉。在這種情況下芯片的引腳中是沒有輸出電壓的，從而達到了保護電路的目的。如果電路中的電壓太高，不能夠很好的實現(xiàn)對占空比的調整，就會導致變壓器中的電壓升高，從而輸出也會關閉。

在電路短路的情況下，電流的突然增大所產(chǎn)生的熱量就會使電阻值增大，實現(xiàn)斷路的作用，經(jīng)過技術解決之后，自恢復開關便能夠恢復其阻抗值。

根據(jù)示波器的顯示我們可以發(fā)現(xiàn)，在直流母線的上電過程中電壓不夠穩(wěn)定，但是在芯片的調解下，能夠有效地保證電壓輸出，由此可見其抗干擾的能力是非常強的，所以在一些比較復雜的環(huán)境中也能夠正常的工作。

在機電設備開關電源的設計中要實現(xiàn)電源通道之間的相互隔離，只需在原基礎之上加入一些新的元器件就能夠達到我們的目的，投資不高，能夠更好的對變頻器進行利用。根據(jù)機電設備中開關電源的使用調查情況可以發(fā)現(xiàn)，此電路系統(tǒng)是非常安全的。

3.變壓器的設計細節(jié)

3.1 變壓器參數(shù)

變壓器的工作頻率為50kHz,變壓器的工作周期為30us,其工作效率η為0.87;變壓器的電壓為220v±50%,所以其范圍為110v-330v,該變壓器的輸出功率為120w.

3.2 變壓器設計過程

在變壓器的設計過程中首先要按照整流管的損耗選擇合理的刺心，變壓器的輸入功率通過計算式計算為率P輸入= P輸出/η=120/0.87=138W.變壓器的磁芯一般都是選用鐵氧體的磁芯，主要原因是由于這種磁芯的電阻率比較高，而且價格比較便宜。

UC3842能夠有效的對電流的峰值進行控制，在其正常運轉的情況下，該芯片的占空比要小于0.6,在變壓器的設計過程中占空比按照0.5進行計算，所以說在變壓器的工作過程中開關管的導通時間為12.5微秒，變壓器的輸入電壓為180v.

變壓器工作過程中的磁通密度也非常重要，在其溫度處于100攝氏度的時候其磁感應強度為400mT,將此時變壓器的振幅折中計算，此時交變電流的磁通密度為0.238T.

對于邊緣線的匝數(shù)的計算時，首先要掌握變壓器中磁芯的有效面積，不同的變壓器的型號可以找出其中的固定數(shù)值等方面進行計算。變壓器的電源輸出端與負載之間連接的時候通常都會使得電壓降低，在變壓器的設計中就要在設計基礎之上對每個輸出電路多設計出一匝，這樣能夠得到一個要高一些的電壓，自后再由穩(wěn)壓器的轉換得到我們所需要的電壓。

4.結語

對于機電設備開關電源的設計具有非常高的要求，在對于開關電源的設計中只有很好的把握好其中的技術關鍵才能夠保證設計成功。

由于機電設備經(jīng)常性的開啟和關閉，所以在設計開關電源的時候要保證能夠在電磁干擾比較低的情況下為其提供穩(wěn)定的電源，通過選取合理的電容值，避免波紋的出現(xiàn)對機電設備的供電產(chǎn)生影響。由于機電設備開關電源在性能方面比較優(yōu)越，在未來的機電設備中的應用會變得越來越廣泛，所以對于此類問題的研究還要不斷的深入。