用UC3842進行開關電源的設計

1、用UC3842進行開關電源的設計一、 設計目的用UC3842新型集成開關電源芯片進行開關電源設計，市電輸入采用無工頻變壓器設計，開關管的觸發(fā)調(diào)整信號采用高頻40KHZ的PWM（脈寬調(diào)制信號），達到額定輸出為5V,7A的高精度穩(wěn)壓輸出，電源輕便，簡潔明快。1、 UC3842的性能特點：（1） 它屬于電流型單端PWM調(diào)制器，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。能通過高頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于構(gòu)成無工頻變壓器的2050W小功率開關電源。（2） 最高開關頻率為500kHZ,頻率穩(wěn)定度達0.2%。電源效率高，輸出電流大，能直接驅(qū)動雙極型功率晶體管或VMOS管、DMOS管

2、、TMOS管。（3） 內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準電壓源，典型值為5.0V，允許有0.1V的偏差。溫度系數(shù)為0.2mV/。（4） 穩(wěn)壓性能好。其電壓調(diào)整率可達0.01%/V,能同第二代線性集成穩(wěn)壓器（例如LM317）相媲美。啟動電流小于1mA,正常工作電流為15mA。（5） 除具有輸入端過壓保護與輸出端過流保護之外，還設有欠壓鎖定電路，使工作穩(wěn)定、可靠。（6） 最高輸入電壓=30V，輸出最大峰值電流=1A,平均電流為0.2A,本身最大功耗=1W,最大輸出功率=50W。2、 UC3842的引腳排列及內(nèi)部框圖UC3842采用DIP-8封裝如上圖1，管腳、GND端分別接輸入電壓、輸出電壓、地。為內(nèi)部5.0V

3、基準電壓引出端。/是外接定時電阻、定時電容的公共端。UC3842內(nèi)部框圖如圖2,其主要包括5.0V基準電源，振蕩器、誤差放大器，過流檢測電壓比較器、PWM鎖存器、輸入欠壓鎖定電路、門電路、輸出級、34V穩(wěn)壓管。二、 總體電路框圖及單元功能分析1、 輸入單元(1)電源噪聲濾波器電源噪聲濾波器電路如圖4該濾波器有兩個輸入端，兩個輸出端和一個接地端，制作使用時外殼使用金屬屏蔽并接地，電路包括共模電感L、濾波電容器C1C4。L對串模干擾不起作用，但當出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過偶合后總電感量迅速增大，因此共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過。C3、C4跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地

4、，能有效的抑制共模干擾。(2)整流濾波器從電源噪省濾波器經(jīng)過噪聲濾波輸出后的電壓從整流濾波器（圖5）輸入，經(jīng)過D1D4進行橋式全波整流送往R1和C5組成的r型濾波電路進行濾波，得到+300V的非穩(wěn)壓的直流輸出。采用橋式全波整流可省去笨重的輸入變壓器，使設計重量可大大減輕，輸出也得到近似平滑的良好直流電壓，轉(zhuǎn)換效率相對較高。2、調(diào)整控制單元(1)振蕩電路由R2、C7與UC3842內(nèi)部振蕩器，+5.0V基準電源一起完成振蕩，產(chǎn)生高頻信號。+5.0V基準電壓經(jīng)過定時電阻R2給C7充電，然后C7再經(jīng)過芯片內(nèi)部電路進行放電，從第4腳得到鋸齒波電壓。由于輸出采用脈寬調(diào)制控制方式，考慮到、上的噪聲電壓也會影

5、響輸出脈沖寬度，振蕩電路加了消噪電容C6。（2）啟動、反饋補償電路剛啟動開關電源時，UC3842所需要的+16V工作電壓暫由R6、C9電路提供。+300V直流高壓經(jīng)過R6降壓后加至UC3842的輸入端，利用C9的充電過程使逐漸升至+16V以上，也就實現(xiàn)了軟啟動。一旦開關管轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，自饋線圈N2上所建立的高頻電壓經(jīng)D5、C9、C10濾波后，就作為芯片的工作電壓。至此啟動過程結(jié)束。啟動電路中有一34V穩(wěn)壓管，一但輸入端出現(xiàn)高壓，此穩(wěn)壓管就被擊穿，將鉗位于34V，保證芯片不至損壞。輸入電壓鎖定的目的是當輸入欠壓時，開關功率管自動關斷，不至于欠壓大電流運行。由于噪聲干擾的影響，開關功率管有可能

6、超負荷工作而損壞，為此給芯片加了PWM鎖存器。其作用是保證在每個時鐘周期內(nèi)只輸出一個脈寬調(diào)制信號，能消除在過流檢測比較器翻轉(zhuǎn)時間產(chǎn)生的噪聲干擾。R4、C8用以調(diào)整誤差放大器的增益和頻率響應。自饋線圈N2的輸出電壓經(jīng)過R5、R3分壓后作為比較電壓、與內(nèi)部5.0V基準電壓經(jīng)過誤差放大器進行比較調(diào)整，使為5.0V的穩(wěn)定電壓輸出。R8上的電流反饋信號，通過R7衰減從3腳過流檢測入，送入電流檢測比較器進行比較，使輸出得到電流鉗位目的，輸出電流被限制在7A以下。2、 輸出單元 由于采用的是高頻調(diào)制信號的方法，故輸出級電源變壓器很小，調(diào)整管采用頻率響應快的N溝道場效應管，輸出級受UC3842PWM波調(diào)整，通

7、過VT進行功率轉(zhuǎn)換，+300V直流電壓從T原邊N1流經(jīng)VT輸出變壓器原邊產(chǎn)生大電流的PWM電壓波，經(jīng)過T變比偶合，使輸出端產(chǎn)生大電流的電壓，輸出通過D7整流，C12濾波，使輸出為平滑穩(wěn)定的5.0V穩(wěn)壓輸出。輸出電路見圖8。N2輸出用作電壓負反饋。三、 總電路原理圖 圖中220V交流電壓經(jīng)過3A/600V橋式整流和電阻R、電容C5濾波，得到大約+300V自流電壓。此直流高壓被高頻變壓器T斬波和降壓，變成頻率為40KHZ的矩形波電壓，再經(jīng)過D7、C13整流濾波，就得到直流輸出電壓。它采用固定頻率、改變脈沖寬度的調(diào)壓原理，其工作過程是首先對輸出電壓（N2反饋的電壓）進行采樣，然后依次經(jīng)過誤差放大器、

8、過流檢測比較器、PWM鎖存器、門電路和輸出級，去控制開關功率管的導通時間（）和關斷時間（），以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，最終達到穩(wěn)壓輸出的目的。(穩(wěn)壓流程：1、市電變化引起：市電+300V比較PWM變窄 實現(xiàn)穩(wěn)壓；反之：市電+300V比較PWM變寬 實現(xiàn)穩(wěn)壓；2：負載變化引起：負載比較PWM變寬 實現(xiàn)穩(wěn)壓；負載比較PWM變窄 實現(xiàn)穩(wěn)壓)。 UC3842屬于電流型脈寬控制器。所謂電流控制型是指，一方面把自饋線圈的輸出電壓反饋給誤差放大器，在與基準電壓進行比較后，得到誤差電壓；另一方面初級線圈中的電流在取樣電阻R8上建立的電壓，直接加到過流比較器的同相輸入端，與作比較，進行控制脈沖的占空比，使流過

9、開關功率管的最大峰值電流始終受誤差電壓的控制，這就是電流控制型的原理，其優(yōu)點是調(diào)整速度快，一旦+300V輸入電壓發(fā)生變化，就立即引起的變化，迅速調(diào)整輸出脈沖的寬度。因此采用電流控制型脈寬控制器，可以大大改善開關電源的電壓調(diào)整率及電流調(diào)整率。（穩(wěn)流過程：1、電壓變化引起：+300V過流比較PWM變窄 實現(xiàn)穩(wěn)流；+300V過流比較PWM變寬 實現(xiàn)穩(wěn)流；2、負載變化引起：負載過流比較PWM變窄 實現(xiàn)了穩(wěn)流；負載過流比較PWM變寬 實現(xiàn)穩(wěn)流）。 四、選擇器件與參數(shù)計算1、噪聲濾波器器件選擇與參數(shù)計算 L的電感量一般取幾毫亨至幾十毫亨，視電源噪聲濾波器的額定電流I而定。表1列出L與I的對應關系。表1 電

10、感量與額定電流的關系額定電流I（A）136101215電感量范圍(mH)812240.40.80.20.30.10.150.070.08L典型值(mH)82.50.780.2250.110.073C1、C2采用薄膜電容器，容量范圍大至是0.010.47Uf,主要用來消除串模干擾。C3、C4跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地，能有效的抑制共模干擾。C3、C4宜選用陶瓷電容器,容量范圍是22004700Pf,耐壓值為630V。為提高防潮、抗震動與沖擊性能，元件裝入金屬殼后用環(huán)氧樹脂封固。2、震蕩頻率計算 震蕩頻率的計算公式為：f= （1.1）將R2=10K，C6=4700p代入公式（1.1），f=38

11、.3kHz,可近視40kHz。 3、輸出高頻變壓器的計算型號磁芯面積E-70.49E-121.44E-172.89（1） 磁芯的選擇高頻變壓器的最大承受功率與磁芯截面積(單位)之間存在下述關系:=0.15 (1.2)實際輸出功率為=5*7=35。設效率為=70%，=0.7*35=50W,留設計余量,取=80W,代入公式(1.2)得=1.34,查上表E-12=1.44,與之最接近。E-12的飽和磁通密度為=400T，使用時為防止出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象損壞開關功率管，可取B=250T。（2） 計算脈沖最大占空比 公式：=.100% (1.3)取市電輸入范圍176-264V。經(jīng)全波整流和濾波后的直流輸入電壓

12、360V，240V。單端反激式開關電源中所產(chǎn)生的反向電動勢e170V,線圈漏感造成的尖峰電壓=100V。代入公式（1.3）=41.5%。(3)初級線圈的電感量 公式: = (1.4)將=70%,=240V, =41.5%,=35W,f=40kHz代入(1.4)得=2.48mH。（3） 求峰值電流和過載保護電流 公式：= （1.5）=1.3 (1.6)求出=1.0A=1.3A 在次級線圈上的儲能為W=2.1mJ (4)求初級線圈N1匝數(shù) 公式:N1.= (1.7) 將W=2.1mJ,B=250mT, =1.44代入（1.7）,得N1.=116.7安匝。固N1=89.7匝,取90匝。（4） N2，

13、N3計算 公式：N= （1.8） 式中 線圈兩端的電壓；整流二極管的正向壓降。 N2=11.1匝 取11匝 N3=2.85匝 鑒于當輸出電流達7A時,線圈的銅阻和輸出引線電阻上均會產(chǎn)生較大的壓降,會造成輸出電壓的失落,應當提升,增加N3的匝數(shù),可取4匝。用4股1.0高強度漆包線繞制。（5） 計算空氣隙 =0.6mm 4、周邊器件采用IRFPG407型（4.3A、1000V、150W）N溝道功率場效應管作開關功率管。D1D4采用3A/1000V的FR305型快速恢復二極管。輸出整流濾波D7選擇D80-004型肖特基二極管。五、 結(jié)論通過本例采用UC3842設計的開關電源輸出電壓穩(wěn)壓精度高，對電壓波動反映迅速，負載適應性強，負載短路能迅速限流保護，不至燒壞元件。小巧輕便，簡潔明快。缺點：1、電源噪聲濾波器由于是基本電路，濾波效果只能滿足普通應用無特殊干擾的場合，如需要在特殊強干擾