基于UC3842的单端正激开关电源

张 烨，李瑞明

(太原工业学院，山西 太原 030008)

基于UC3842的单端正激开关电源

张 烨，李瑞明

(太原工业学院，山西 太原 030008)

先对开关电源的工作原理进行了介绍，并对其控制芯片进行详细说明，然后对主电路和硬件进行了合理的设计以及相关参数的计算，最后对设计的开关电源进行了测试。实验结果表明，本设计的开关电源具有良好的稳压作用，精度可以达到83.3%。

UC3842；开关电源；测试

1 开关电源的工作原理

开关电源的基本结构如图1所示，由EMI滤波器、整流滤波、开关管、高频变压器、输出整流、滤波组成[1]。其中EMI滤波器可以抑制浪涌电压，对电源起保护作用；其中，输出电压经过比较器反馈给控制芯片控制PWM波占空比，控制其驱动开关管关断，达到调节输出等一系列步骤进行工作[2]。

图1 开关电源原理图

2 UC3842的控制功能

UC3842是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。器件的结构简单，电路功能齐全而受到了广泛使用，并且驱动能力强，能直接驱动双极型的功率管或场效应管。其控制功能如图2所示。

UC3842共有8个引脚，各脚功能如下：

脚①是误差放大器的输出端，即补偿，接入电容电阻调节可以改善放大器增益，尤其是相频特性可以得到大大的改善。

脚②是放大器反向输入端，也是本次设计的电压反馈信号输入端，与同向输入端比较，高于同向和低于同向输入端时，分别输出高低电平，控制芯片通断，从而达到控制反馈。

图2 UC3842内部结构图管脚图

脚③为电流检测输入端，因为二级比较器的同向输入端接入了一级比较器的输出，并用稳压管稳定在1 V，因此当检测电压超过1 V时，不论电压反馈信号输入如何，整个芯片处于停止工作状态，3脚为锯齿波输入，与1脚2脚电压环的反馈信号同时作用于PWM波调制。

脚④为定时器端，震荡频率f=1.72/(RT×CT)；有8脚Vref提供5 V电压使其稳定工作。

脚⑤GND。

脚⑥为信号输出端，图腾柱推挽输出模式，驱动能力为±1 A。

脚⑦是电源供电，输入16 V电压开始工作，内部34 V稳压，经过比较器反向端接入15 V电压，达到欠压自锁功能。芯片功耗为15 mW。

脚⑧为5 V基准电压输出端，有50 mA的负载能力。为外接时钟提供驱动，也可作为3脚电流环的斜坡补偿。

3 主电路设计

本次设计的主电路共分为输入滤波、输出滤波、DC变换和控制反馈四大部分[3]。

1) 输入滤波电容的大小决定输入电压的纹波大小，一般要求输入级电压纹波不大于50 V则有：

Q=0.9×10×10-3=9 mC.

(1)

(2)

2) 输出滤波要确定储能电感的大小，为了在MOS管关断时为负载提供持续电流，并且按照设计要求，输出纹波要小于1.5%因此则有：

确定所需最小电感的公式为：

(3)

计算输出端的滤波电容：

(4)

3) DC变换的核心是确定变压器的匝比和匝数，一旦其确定，就基本确定了整个电源的输出能力，功耗等等，虽然计算相对简单，但是绕制过程和调试却要求相对的精确性[4]。计算公式如下：

则最大导通时间：

(5)

变压器次级输出电压：

(6)

变压器的初级最低电压为100 Vac，则有：

(7)

(8)

求变压器次级匝数：

(9)

初级绕组N1匝数：

(10)

反馈绕组N3：

(11)

4) 在反馈控制电路中，除了需要明确反馈电压的比较电压是与2.5 V基准电压比较和外围时钟电路的基本设置外，还需要设计芯片的软启动和过流保护电阻的阻值计算，从而使芯片在额定功率范围内得到合理的应用和保护[5,6]。

在实际电路中，UC3842的启动是有滤波整流后的300 V电压经过降压电阻后给接在Vcc脚的电容充电，当电压达到16 V时候，IC启动，随后由反馈绕组进行供电，UC3842的工作电流为15 mA左右，启动1 mA左右，当然根据外围电路，本设计要为启动电流留出余量。

这里选择按3 mA计算得到电阻值：

(12)

根据本次设计的电源功率为60 W可以得知，初级电流约为0.9 A左右，为该电流留出1.5倍余量而进行设计，数据可得当输出电流短时间大于8 A开始进行保护。从而得到检流电阻。

选择R的阻值：

(13)

且由于阻值过小：

Pr=1.352×0.7=1.27 W.

(14)

选择限流电阻功率为2 W。

图3为主电路原理图。

计算完上述核心参数，结合电源的基本参数，整定原理图完成后，即可开始进行硬件的购置和电路板打样。

图3 主电路原理图

4 硬件制作流程

主电路设计合理后，利用原理图在Sprint-Layout5.0画出PCB图，随后用硫酸纸打印出负片，利用感光蓝油在紫外线中进行感光，显影后如图4所示，然后利用刻蚀剂进行刻蚀，钻孔以及硬件的焊接。焊接时按原件大小从小到大进行直焊，完成后检查焊盘是否焊接结实，接入导线和负载。硬件制作完成如图5所示。

图4 电路板印刷图

图5 实物焊接图

5 结论

经过上电测试，如图6所示，在额定功率内改变负载大小，输出电压基本稳定在12.5 V左右，达到设计要求，在使用过程中，整体工作损耗合理，发热较小，并独立接出反馈线路，可供观察在有无反馈的情况下输出负载的电压大小时如何变化的。本次设计，充分结合理论，设计目标切合实际，实用性强，结构思路简洁明了，利于学习。

图6 实物上电测试

[1] 汪阳.智能高频开关电源的研究[D].武汉：武汉大学，2002.

[2] 赵效敏.开关电源的设计和应用[M].上海：上海科学普及出版社，1995.

[3] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计(修订版)[M].北京:电子工业出版社，2004.

[4] 王翠.数字式高频软开关电镀电源[D].湖南：湖南大学，2005.

[5] 刘艳丽.一种改进型低功耗开关电源控制器的设计[D].武汉:华中科技大学，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

张 烨(1986- )，女，河北石家庄人，助教，硕士研究生，研究方向为压缩感知在电能质量中的应用。

1674- 4578(2017)03- 0008- 03

TN86

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