多媒体设备高效开关电源设计

2014-04-07王硕

黑龙江科学 2014年9期

王硕

（东北电力大学媒体技术与传播系，吉林吉林 132012）

开关电源是利用电力电子技术，控制功率管开通和关断的时间，使输出电压稳定的一种电源，开关电源一般是脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET控制电路的开关导通构成。开关电源目前发展的方向是高频率化，高频率使开关电源变得越来越小。开关电源的发展与应用在安防监控，节约能源资源及环境保护方面都有重要的意义。

1 系统理论分析

设计的目的是在输入交流电压Us=18V、输出直流电流Io=2A条件下，使输出直流电压Uo=36V±0.1V，即实现升压功能，所以采用Boost升压电路。主控制器采用UC3854，实现较高功率因数输出。此平均电流控制的单相Boost功率因数校正电路，完全能够达到整流、高输入功率因数、升压，稳压、低纹波的目的。

1.1 功率因数调整方法

本系统使用UC3854功率因数调整器，UC3854内部有电压放大器、电流放大器及乘法器，以进行功率矫正，使功率因数达到0.99。

1.2 稳压控制方法

本系统采用平均电流控制的单相Boost功率因数校正电路，在UC3854外围电路构成双闭环，电压环电流环，实时控制电路，实现稳压输出。

2 硬件系统设计

2.1 系统主电路设计

当工频电网输入220V电压，经过隔离变压器，然后通过整流滤波生成本设计所需要的电压，再经过Boost升压电路将输入电压泵升到本设计输出电压，最后通过输出滤波，达到输出稳定的直流电压。其中MCU主控电路主要由单片机电路组成，包括复位电路，1602液晶显示电路，再辅佐以UC3854功率因数校正电路，构成了完整电路。

2.2 EMI滤波器

从频率的角度看，EMI滤波器属于低通滤波器。它可以毫无衰减地把直流电和工频电传送到开关电源，不仅可以衰减从电网带来的外部的电磁干扰，也可以避免开关电源设备向外部发出干扰信号，避免影响其他电子设备的工作。

2.3 Boost变换器

2.3.1 升压电感设计

电感在电路中起着传递能量、储存能量和滤波的作用，并决定了输入端的高频纹波电流的总量，因此需要按照限制电流脉动最小的原则来确定电感值。在考虑最差的情况下：输入的电压最低，输出功率最大，此时，输入的电流最大，纹波也最大，为了保证此时输入电流纹波仍满足需求，电感器的设计应该在输入电压的最小值时进行。

2.3.2 电容值的计算

选择输出电容时要考虑到的因素有：二次谐波纹波电流、直流输出电压、开关频率纹波电流、维持时间、输出电压纹波、流过输出电容器的总电流是开关频率纹波电流的有效值和线路电流的二次谐波。因此，要选择长寿命、低漏阻、能忍耐较大纹波电流，而且工作范围宽的铝电解电容，并且耐压的选择应留有一定的余量，以避免工作时负荷较大。满足需求，电感器的设计应该在输入电压的最小值时进行。

对电流传感进行检测通常有两种方法：其一，选择两个不同的电流互感器来对所输入电流进行检测。其二，在变换器接地线返回端串联一个取样电阻来对输入电流进行检测。取样电阻对于所需功率较小、输入电流较少的场合较为适用。虽然取样电阻和电流互感器同样适用于输入电流的检测，但就使用成本而言，使用取样电阻来检测输入电流要比电流互感器花费相对低些，故本设计中采用了取样电阻。取样电阻Rs上的压降Vs作为输入电流的取样，通过电流环的调节使输入电流成正弦波。取样电阻Rs上的典型电压值为Vs=1.0V。