【導(dǎo)讀】本文為大家?guī)淼氖且豢畛瑢?shí)用開關(guān)電源設(shè)計(jì)思路，同時(shí)給了大家該設(shè)計(jì)的原理圖及PCB設(shè)計(jì)，有興趣的電子發(fā)燒友可以自己動(dòng)手跟著原理圖自己選擇元器件DIY，同時(shí)也可以分享下大家DIY開關(guān)電源的詳細(xì)過程。
一、工作原理
我們先熟悉一款開關(guān)電源的工作原理，該電源可輸出5V電壓，如圖1所示。
1. 抗干擾電路
在電網(wǎng)輸入端首先設(shè)置一個(gè)NTC5D-9負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，作用是保護(hù)后面的整流橋，剛開機(jī)時(shí)熱敏電阻處于冷態(tài)，阻值比較大，可以限制輸入電流，正常工作時(shí)，電阻比較小。這樣對(duì)開機(jī)時(shí)的浪涌電流起到有效的緩沖作用。
電容CY1、CY2、CY3、CY4用以濾除從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開關(guān)穩(wěn)壓電源和從開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的不對(duì)稱雜散信號(hào)，電容CX1、CX2用以濾除從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開關(guān)穩(wěn)壓電源和從開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的對(duì)稱雜散信號(hào)，用電感L1抑制從工頻電網(wǎng)上進(jìn)入開關(guān)穩(wěn)壓電源和從開關(guān)穩(wěn)壓電源進(jìn)入工頻電網(wǎng)的頻率相同、相位相反的雜散干擾電流信號(hào)。
采用高頻特性好的瓷片電容和鐵芯電感，實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中的高頻輻射不污染工頻電網(wǎng)和工頻電網(wǎng)上的雜散電磁波不會(huì)竄入開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中而干擾和影響其工作，對(duì)高頻分量或工頻的諧波分量具有急劇阻止通過功能，而對(duì)于幾百赫茲以下的低頻分量近似一條短路線。
圖1 開關(guān)電源的工作原理圖
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2. 整流濾波電路
在電路中D1、D2、D3、D4組成全橋整流電路，把輸入的交流電壓進(jìn)行全波整流，然后用C1進(jìn)行濾波，最后變成直流輸出供電電壓，為后級(jí)的功率變換器供電，整流濾波后的電壓約為300V。
3. UC3842供電與振蕩
300V的脈動(dòng)直流電壓，此電壓經(jīng)R12降壓后給C4充電，供電UC3842的7腳，當(dāng)C4的電壓達(dá)到UC3842的啟動(dòng)電壓門檻值時(shí)，UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖，由6腳輸出推動(dòng)開關(guān)管工作。一旦開關(guān)管工作，反饋繞組的能量經(jīng)過D6整流，C4濾波，又供電到UC3842的7腳，這時(shí)可以不需要 R12的啟動(dòng)了。
C9、R11接UC3842的定時(shí)端，和內(nèi)部電路構(gòu)成振蕩電路，振蕩的工作頻率計(jì)算為：
f=1.8/（Rt*Ct）
代入數(shù)據(jù)可計(jì)算工作頻率：
f=68.18K
4. 穩(wěn)壓電路
該電路主要由精密穩(wěn)壓源T L 4 3 1 和線性光耦P C 8 1 7 組成， 假設(shè)輸出電壓↑ → 經(jīng)過R 1 6 、R 1 9 、R20、RES3的取樣電壓↑→TL431的1腳電壓↑，當(dāng)該腳電壓大于TL431的基準(zhǔn)電壓2.5V時(shí)，TL431的2、3腳導(dǎo)通，→通過光電耦合到UC3842的2腳，于是UC3842的6腳驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比↓→開關(guān)變壓器T1繞組上的能量↓→輸出電壓↓，達(dá)到穩(wěn)壓作用；反之，假設(shè)輸出電壓下降，則穩(wěn)壓過程與上相反。
R9取得反饋電壓輸入U(xiǎn)C3842，R8，R10，C6是改變UC3842內(nèi)部增益和頻率特性。
5. 過流、過壓、欠壓保護(hù)電路
由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。
(1)過流保護(hù)。如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流→開關(guān)變壓器繞組能量將快速泄放，為了補(bǔ)充這些能量，開關(guān)管必須延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間→開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R5兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.3V達(dá)到1V時(shí)，UC3842內(nèi)部的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。UC3842的腳6無輸出，開關(guān)管截止，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。
(2)過壓保護(hù)。如果供電電壓發(fā)生過壓(在260V以上)，變壓器的初級(jí)繞組電壓大大提高，取樣繞組上的電壓經(jīng)過整流濾波后使UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉6腳輸出，開關(guān)管停振，實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)。
(3)欠壓保護(hù)。如果電網(wǎng)的電壓低于90V，UC3842的腳1電壓下降，當(dāng)下降lV以下時(shí)，UC3842內(nèi)部的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉6腳輸出。實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)。
6. 輸出整流濾波電路
D9、D10、C13、C14、C15是輸出端的整流濾波電路，這部分電路屬于高頻濾波部分。
D9、D10為肖特基二極管，具有高頻快恢復(fù)開關(guān)二極管的特性，而且具有正向管壓降低，開關(guān)速度快、截止時(shí)反向漏電流小，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時(shí)間短，有利于減少高頻噪聲。
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二、制版設(shè)計(jì)
首先繪制原理圖，這里使用的是protel d x p2004軟件。在SCH界面中輸入元器件參數(shù)，然后建立原理電路網(wǎng)絡(luò)表，在PCB界面中載入原理電路網(wǎng)絡(luò)表，再建立設(shè)計(jì)參數(shù)，最后進(jìn)行元件手工布局和手工布線。
1. PCB板大小設(shè)定
PCB尺寸過大時(shí)，印制線路長(zhǎng)，阻抗增加，抗噪能力下降，成本也增加，過小則散熱不好，且臨近線條細(xì)，易受干擾。在此采用外形為矩形，長(zhǎng)寬比例為3：2，長(zhǎng)寬為0.150.10m的板材。
2. 元器件布局
以每個(gè)功能的核心元件為中心，圍繞它進(jìn)行布局。在這里電源輸入級(jí)、功率變換、電源輸出級(jí)、PWM控制單元來布線，元件均勻、整齊、緊湊排列，按照電路流程安排各個(gè)功能電路單元位置，使得布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡量保持一致方向。另外電路中元器件盡量達(dá)到平行排列，方便后面焊接工作。
3. 元器件位置考慮
從電源的整體可靠性的角度考慮，電解電容是電源電路中重要的元件，該元件受溫度的影響大，要遠(yuǎn)離發(fā)熱的功率開關(guān)管器件。
PWM控制器芯片UC3842的位置遠(yuǎn)離了開關(guān)變壓器的次級(jí)和AC電網(wǎng)輸入端，因?yàn)楣β书_關(guān)變換器既是電源中的發(fā)熱源，又是高頻輻射源。PCB圖如圖2所示。
