張 燁，李瑞明

(太原工業(yè)學院，山西 太原 030008)

基于UC3842的單端正激開關電源

張 燁，李瑞明

(太原工業(yè)學院，山西 太原 030008)

先對開關電源的工作原理進行了介紹，并對其控制芯片進行詳細說明，然后對主電路和硬件進行了合理的設計以及相關參數(shù)的計算，最后對設計的開關電源進行了測試。實驗結果表明，本設計的開關電源具有良好的穩(wěn)壓作用，精度可以達到83.3%。

UC3842；開關電源；測試

1 開關電源的工作原理

開關電源的基本結構如圖1所示，由EMI濾波器、整流濾波、開關管、高頻變壓器、輸出整流、濾波組成[1]。其中EMI濾波器可以抑制浪涌電壓，對電源起保護作用；其中，輸出電壓經(jīng)過比較器反饋給控制芯片控制PWM波占空比，控制其驅(qū)動開關管關斷，達到調(diào)節(jié)輸出等一系列步驟進行工作[2]。

圖1 開關電源原理圖

2 UC3842的控制功能

UC3842是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。器件的結構簡單，電路功能齊全而受到了廣泛使用，并且驅(qū)動能力強，能直接驅(qū)動雙極型的功率管或場效應管。其控制功能如圖2所示。

UC3842共有8個引腳，各腳功能如下：

腳①是誤差放大器的輸出端，即補償，接入電容電阻調(diào)節(jié)可以改善放大器增益，尤其是相頻特性可以得到大大的改善。

腳②是放大器反向輸入端，也是本次設計的電壓反饋信號輸入端，與同向輸入端比較，高于同向和低于同向輸入端時，分別輸出高低電平，控制芯片通斷，從而達到控制反饋。

圖2 UC3842內(nèi)部結構圖管腳圖

腳③為電流檢測輸入端，因為二級比較器的同向輸入端接入了一級比較器的輸出，并用穩(wěn)壓管穩(wěn)定在1 V，因此當檢測電壓超過1 V時，不論電壓反饋信號輸入如何，整個芯片處于停止工作狀態(tài)，3腳為鋸齒波輸入，與1腳2腳電壓環(huán)的反饋信號同時作用于PWM波調(diào)制。

腳④為定時器端，震蕩頻率f=1.72/(RT×CT)；有8腳Vref提供5 V電壓使其穩(wěn)定工作。

腳⑤GND。

腳⑥為信號輸出端，圖騰柱推挽輸出模式，驅(qū)動能力為±1 A。

腳⑦是電源供電，輸入16 V電壓開始工作，內(nèi)部34 V穩(wěn)壓，經(jīng)過比較器反向端接入15 V電壓，達到欠壓自鎖功能。芯片功耗為15 mW。

腳⑧為5 V基準電壓輸出端，有50 mA的負載能力。為外接時鐘提供驅(qū)動，也可作為3腳電流環(huán)的斜坡補償。

3 主電路設計

本次設計的主電路共分為輸入濾波、輸出濾波、DC變換和控制反饋四大部分[3]。

1) 輸入濾波電容的大小決定輸入電壓的紋波大小，一般要求輸入級電壓紋波不大于50 V則有：

Q=0.9×10×10-3=9 mC.

(1)

(2)

2) 輸出濾波要確定儲能電感的大小，為了在MOS管關斷時為負載提供持續(xù)電流，并且按照設計要求，輸出紋波要小于1.5%因此則有：

確定所需最小電感的公式為：

(3)

計算輸出端的濾波電容：

(4)

3) DC變換的核心是確定變壓器的匝比和匝數(shù)，一旦其確定，就基本確定了整個電源的輸出能力，功耗等等，雖然計算相對簡單，但是繞制過程和調(diào)試卻要求相對的精確性[4]。計算公式如下：

則最大導通時間：

(5)

變壓器次級輸出電壓：

(6)

變壓器的初級最低電壓為100 Vac，則有：

(7)

(8)

求變壓器次級匝數(shù)：

(9)

初級繞組N1匝數(shù)：

(10)

反饋繞組N3：

(11)

4) 在反饋控制電路中，除了需要明確反饋電壓的比較電壓是與2.5 V基準電壓比較和外圍時鐘電路的基本設置外，還需要設計芯片的軟啟動和過流保護電阻的阻值計算，從而使芯片在額定功率范圍內(nèi)得到合理的應用和保護[5,6]。

在實際電路中，UC3842的啟動是有濾波整流后的300 V電壓經(jīng)過降壓電阻后給接在Vcc腳的電容充電，當電壓達到16 V時候，IC啟動，隨后由反饋繞組進行供電，UC3842的工作電流為15 mA左右，啟動1 mA左右，當然根據(jù)外圍電路，本設計要為啟動電流留出余量。

這里選擇按3 mA計算得到電阻值：

(12)

根據(jù)本次設計的電源功率為60 W可以得知，初級電流約為0.9 A左右，為該電流留出1.5倍余量而進行設計，數(shù)據(jù)可得當輸出電流短時間大于8 A開始進行保護。從而得到檢流電阻。

選擇R的阻值：

(13)

且由于阻值過小：

Pr=1.352×0.7=1.27 W.

(14)

選擇限流電阻功率為2 W。

圖3為主電路原理圖。

計算完上述核心參數(shù)，結合電源的基本參數(shù)，整定原理圖完成后，即可開始進行硬件的購置和電路板打樣。

圖3 主電路原理圖

4 硬件制作流程

主電路設計合理后，利用原理圖在Sprint-Layout5.0畫出PCB圖，隨后用硫酸紙打印出負片，利用感光藍油在紫外線中進行感光，顯影后如圖4所示，然后利用刻蝕劑進行刻蝕，鉆孔以及硬件的焊接。焊接時按原件大小從小到大進行直焊，完成后檢查焊盤是否焊接結實，接入導線和負載。硬件制作完成如圖5所示。

圖4 電路板印刷圖

圖5 實物焊接圖

5 結論

經(jīng)過上電測試，如圖6所示，在額定功率內(nèi)改變負載大小，輸出電壓基本穩(wěn)定在12.5 V左右，達到設計要求，在使用過程中，整體工作損耗合理，發(fā)熱較小，并獨立接出反饋線路，可供觀察在有無反饋的情況下輸出負載的電壓大小時如何變化的。本次設計，充分結合理論，設計目標切合實際，實用性強，結構思路簡潔明了，利于學習。

圖6 實物上電測試

[1] 汪陽.智能高頻開關電源的研究[D].武漢：武漢大學，2002.

[2] 趙效敏.開關電源的設計和應用[M].上海：上海科學普及出版社，1995.

[3] 張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計(修訂版)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.

[4] 王翠.數(shù)字式高頻軟開關電鍍電源[D].湖南：湖南大學，2005.

[5] 劉艷麗.一種改進型低功耗開關電源控制器的設計[D].武漢:華中科技大學，2004.

[6] Yuriy V.Serdyuk，Stanislaw M.Gubanski.Effect of Core Magnetization on Frequency Response Analysis (FRA) of Power Transformers[J].IEEE Transactions On Power Delivery，2008,3(3):JULY.

Design of Positive Pulse Width Conversion Circuit Based on UC3842

Zhang Ye, Li Ruiming

(TaiyuanInstituteofTechnology,TaiyuanShanxi030008,China)

In this paper, it first introduces the principle of switching mode power supply. And then the control chip is introduced in detail. The main circuit and hardware is designed and parameters are also calculated. Finally, the performance of the positive pulse width conversion is tested. The tested result shows that the design has good voltage stabilization and its precision can reach 83.3%.

US3842; switch power; test

2017-03-21

張 燁(1986- )，女，河北石家莊人，助教，碩士研究生，研究方向為壓縮感知在電能質(zhì)量中的應用。

1674- 4578(2017)03- 0008- 03

TN86

A