用UC3842進(jìn)行開關(guān)電源的設(shè)計(jì)

1、.用 UC3842進(jìn)行開關(guān)電源的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的用 UC3842新型集成開關(guān)電源芯片進(jìn)行開關(guān)電源設(shè)計(jì)，市電輸入采用無工頻變壓器設(shè)計(jì)，開關(guān)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(dá)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(diǎn)：（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(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。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(guān)電源。（2）最高開關(guān)頻率為 500kHZ,頻率穩(wěn)定度達(dá) 0.2%。電源效率高，輸出電流大，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率晶體管或 VMOS

2、 管、 DMOS管、 TMOS管。（3）部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)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(dá) 0.01%/V, 能同第二代線性集成穩(wěn)壓器（例如 LM317）相媲美。啟動(dòng)電流小于 1mA, 正常工作電流為 15mA。（5）除具有輸入端過壓保護(hù)與輸出端過流保護(hù)之外，還設(shè)有欠壓鎖定電路，使工作穩(wěn)定、可靠。（6）最高輸入電壓 VIM =30V，輸出最大峰值電流 I PM =1A, 平均電流為 0.2A, 本身最大功耗 PDM =1W,最大輸出功率.POM =50W。2、UC3842的引腳排列及部框圖UC3842采用

3、DIP-8 封裝如上圖 1，管腳 VI 、VO 、GND端分別接輸入電壓、輸出電壓、地。 VREF 為部 5.0V 基準(zhǔn)電壓引出端。 RT / CT 是外接定時(shí)電阻、定時(shí)電容的公共端。 UC3842部框圖如圖 2, 其主要包括 5.0V 基準(zhǔn)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(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，制作使用時(shí)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(dāng)出現(xiàn)共模

4、干擾時(shí)，由于兩個(gè)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，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(jìn)行橋式全波整流送往R1和 C5組成的 r 型濾波電路進(jìn)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(shè)計(jì)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部振蕩器， +5.0V 基準(zhǔn)電源一起完成振蕩，產(chǎn)生

5、高頻信號。 +5.0V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)過定時(shí)電阻 R2 給 C7 充電，然后 C7 再經(jīng)過芯片部電路進(jìn)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 VI 、VREF 上的噪聲電壓也會(huì)影響輸出脈沖寬度，振蕩電路加了消噪電容C6。（2）啟動(dòng)、反饋補(bǔ)償電路.剛啟動(dòng)開關(guān)電源時(shí)， 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 VI ，利用 C9的充電過程使 VI 逐漸升至 +16V以上，也就實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)。一旦開關(guān)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

6、濾波后，就作為芯片的工作電壓。至此啟動(dòng)過程結(jié)束。 啟動(dòng)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 VI 鉗位于 34V，保證芯片不至損壞。輸入電壓鎖定的目的是當(dāng)輸入欠壓時(shí)，開關(guān)功率管自動(dòng)關(guān)斷，不至于欠壓大電流運(yùn)行。由于噪聲干擾的影響，開關(guān)功率管有可能超負(fù)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(gè)時(shí)鐘周期只輸出一個(gè)脈寬調(diào)制信號，能消除在過流檢測比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)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(yīng)。自饋線圈N2的輸出電壓 VI 經(jīng)過 R5、R3 分壓后作為比較電壓、 與部 5.0V 基準(zhǔn)電壓經(jīng)過誤差放大器進(jìn)行比較調(diào)整，使 Vo 為 5.

7、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(jìn)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(yīng)快的N 溝道場效應(yīng)管，輸出級受UC3842Vo PWM波調(diào)整，通過 VT進(jìn)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(fù)反饋。三、

8、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(jìn)行采樣，然后依次經(jīng)過誤差放大器、過流檢測比較器、PWM鎖存器、門電路和輸出級，去控制開關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)間（ton ）和關(guān)斷時(shí)間（ toFF ），以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，最終達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。( 穩(wěn)壓流程： 1、市tV電變化引起：市電 +300V VI 比

9、較 PWMon 變窄OUT 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；反之：市電 +300VVton變寬I 比較 PWMVtOUT 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；2：負(fù)載變化引起：負(fù)載 VI 比較 PWMon變寬 V 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；負(fù)載V 比較t變窄OUTIPWMonVOUT 實(shí)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VI 反饋給誤差放大器，在與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，得到誤差電壓 Vr ；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Vr 作比較，進(jìn)行控制脈沖的占空比， 使流過開關(guān)功率管的最大峰值電流I PM 始終受誤差電壓 Vr 的控制，這就是電流控制型的

10、原理，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整速度快，一旦 +300V輸入電壓發(fā)生變化，就立即引起I PM 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(guān)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tV起： +300V I PM Vr 過流比較 PWMon 變窄OUT實(shí)tV現(xiàn)穩(wěn)流；+300V I PM Vr 過流比較 PWMon 變寬OUT實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流； 2、負(fù)載變化引起：負(fù)載Iton變PM 過流比較 PWM.窄 VOUT I PM 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)流；負(fù)載I PM 過流比較PWM 變寬VOUTIPM 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流）。ton四、選擇器件與參數(shù)計(jì)算1、噪聲濾波器器件選擇與參數(shù)計(jì)算L 的電感

11、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(yīng)關(guān)系。表 1電感量與額定電流的關(guān)系額定電流 I136101215（A）電感量圍812240.40.80.20.30.10.150.070.08(mH)L 典型值 (mH)82.50.780.2250.110.073C1、C2采用薄膜電容器， 容量圍大至是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 宜選用瓷電容器 , 容量圍是 22004700Pf,耐壓值為 630V。為提高防潮、抗震動(dòng)與沖擊性能，元件裝入金屬殼后用環(huán)氧樹脂封

12、固。2、震蕩頻率計(jì)算震蕩頻率的計(jì)算公式為：f= 1.8（1.1 ）R2C 7將 R2=10K，C6=4700p代入公式（ 1.1 ），f=38.3kHz, 可近視 40kHz。3 、輸出高頻變壓器的計(jì)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pM 與磁芯截面積 SJ ( 單位 cm 2 ) 之間存在下述關(guān)系 :SJ =0.15PM(1.2)實(shí) 際 輸 出 功 率 為 po = I OVO=5*7=35 。 設(shè) 效 率 為=70%，pI =0.7*35=50W, 留設(shè) 計(jì)余量 , 取 pM =80W,代入 公式 (1.2) 得 SJ =

13、1.34 cm 2 , 查上表 E-12 SJ =1.44 cm2 , 與之最接近。 E-12 的飽和磁通密度為 BS =400T，使用時(shí)為防止出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象損壞開關(guān)功率管，可取 B=250T。（2）計(jì)算脈沖最大占空比公式： Dmax =e.100%(1.3)eVIm in取市電輸入圍176-264V。經(jīng)全波整流和濾波后的直流輸入電壓 VIm ax 360V， VIm in 240V。單端反激式開關(guān)電源中所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢 e170V,線圈漏感造成的尖峰電壓 VL =100V。代入公式（1.3 ）Dmax =41.5%。(3) 初級線圈的電感量公式: L1= (VIm in Dmax ) 2(

14、1.4)2PO f將=70%, VIm ax =240V, Dmax =41.5%, pO =35W,f=40kHz 代入 (1.4).得 L1 =2.48mH。（ 3）求峰值電流和過載保護(hù)電流公式： IP =2PO（1.5 ）VIm in D maxIS=1.3 IP(1.6)求出IP=2* 35=1.0A70% * 240 * 41.5%I S =1.3A在次級線圈上的儲能為12=2.1mJW=L1I S2(4) 求初級線圈 N1匝數(shù)公式 :N1. I S = 2* 107W(1.7)B* SJ將 W=2.1mJ,B=250mT, SJ =1.44 cm 2 代入（1.7 ）, 得 N1.

15、 I S =116.7 安匝。固 N1=89.7 匝, 取 90 匝。（ 4） N2，N3計(jì)算公式： N=N 1 (VO VF )(1 D max )（1.8 ）VIm in D max式中VO 線圈兩端的電壓； VF 整流二極管的正向壓降。N2= 90(20 1)(1 41.5%) =11.1 匝取 11匝240* 41.5%N3= 90(50.4)(1 41.5%) =2.85 匝240* 41.5%鑒于當(dāng)輸出電流I O 達(dá) 7A 時(shí), 線圈的銅阻和輸出引線電阻上均會(huì)產(chǎn)生較大的壓降 , 會(huì)造成輸出電壓的失落, 應(yīng)當(dāng)提升 VO , 增加 N3 的匝數(shù) ,可取 4 匝。用 4 股1.0 高強(qiáng)度漆包線繞制。（ 5）計(jì)算空氣隙= 0.04 N1 I S = 0.04 * 3.14 * 90 * 1.3 =0.6mmB250.4 、周邊器件采用 IRFPG407型（4.3A、1000V、150W）N溝道功率場效應(yīng)管作開關(guān)功率管。 D1D4采用 3A/1000V 的 FR305型快速恢復(fù)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(shè)計(jì)的開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)壓精度高，對電壓波動(dòng)反映迅速，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，負(fù)載短路能迅速限流保護(hù)，不至燒壞元件