基于uc3842的单端反激式开关电源的设

基于uc3842的单端反激式开关电源的设内容摘要：

放大器同向端，构成常规的电压反馈，即电压外环：由电阻 R。 上检测得到的电流反馈信号 U。 和误差放大器的输出 us分别加至 P州比较器同向端和反向端，构成了电流内环。 PWM比较器输出加至触发器的 R端，时钟振荡器从 S端向锁存器输出一系列恒定频率的时钟信号。 当功率管导通时，随着电流的增大电流检测信号 us也同时增大，直到同 U。 电压相等时 PWM比较器输出高电平，使锁存器输出转为低电平，功率管关断。 时钟振荡器输出的稳定时钟信号通过锁存器控制着三极管的通断。 由此可以看出，由于引入了电流反馈，对输出电压有前馈调节作用，提高了系统的动态响应。 由于电感电流直接跟随误差电压的变化，输出电压就可以很容易的得到控制。 电流内环还使开关电源变换器易于实现并联运行，有利于实现变换器的模块设计。 电流控制 PwM技术有很多山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 13 优点，如电压调整率好：回路稳定性好，负载响应快：功耗小：有较好的并联能力等等。 开关电源的分类 人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方 向发展。 开关电源可分为 AC/DC和 DC/DC两大类，也有 AC/AC DC/AC 如逆变器 DC/DC变换器现已实现模块化 ， 且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但 AC/DC 的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。 以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。 DC/DC变换 [7] Dc/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。 斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式 Ts不变，改变 ton(通用 )，二是频 率调制方式， ton不变，改变 Ts(易产生干扰 )。 其具体电路分以下几类： (1)Buck 电路 —— 降压斩波器，其输出平均电压 Uo 小于输入电压 Ui，极性相同。 (2)Boost 电路 —— 升压斩波器，其输出平均电压 Uo大于输入电压 Ui，极性相同。 (3)Buck— Boost 电路 —— 降压或升压斩波器，其输出平均电压 Uo大于或小于输入电压 Ui，极性相反，电感传输。 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 14 (4)Cuk 电路 —— 降压或升压斩波器，其输出平均电压 Uo大于或小于输入电压 uI， 极性相反，电容传输。 上述为非隔离型电路 （指输入和删除共地）。 隔离式开关电 源的变换器具有多种形式。 主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。 在设计电源时，设计者采取哪种变换器电路形式，主要根据成本、要达到的性能指标等因素来决定。 各种形式的电源电路的基本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。 隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。 现简介 隔离型电路（都是用变压器实现电气隔离）中的 正激电路、 反激 电路。 （ 1） 正激电路 图 正激电路的原理图 正激 DC/DC 变换器具有电路拓补结构简单，输入输出电气隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被广泛应用于中小功率电源变换场合，尤其在供电电源要求低电压大电流的通讯和计算机系统中，正激电路更能显示其优势。 电路的简单工作过程为：开关管 S 开通后，变压器原边电压上正下负，根据同名端，负边电压也为上正下负，因此二极管 D1 导通， D2 截止，电感山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 15 电流逐渐增长。 S 关断后，二极管 D2导通， D1 截止，电感电流通过 D2续流。 变压器的 励磁电流通过磁复位电路降为零，防止磁芯饱和。 由于这种电路在开关管 S 导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出 50－ 200Ｗ的功率。 电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。 （ 2） 反激电路 [8] 图 单端反激式开关电源 所谓的反激， 是指当开关管 VT1 导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管 VD1 处于截止状态，在初级绕组中储存能量。 当开关管 VT1 截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及 VD1 整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。 单端反激式开关电源是一种成本最低的电源电路，输出功率为 20－ 100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。 唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。 单端反激式开关电源使用的开关管 VT1 承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在 20－ 200kHz 之间。 当今软开关技术使得 DC／ DC 发生了质的飞跃，美国 VICOR 公司设计制山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 16 造的多种 ECI 软开关 DC／ DC 变换器，其最大输出功率有 300W、 600W、 800W等，相应的功率密度为 ( 17)W／ cm3，效率为 (80～ 90)％。 日本NemicLambda 公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块 RM系列，其开关频率为 (200— 300)kHz，功率密度已达到 27W／ cm，采用同步整流器 (MOS— FET 代替肖特基二极管 )，使整个电路效率提高到 90％。 AC／ DC 变换 [9] AC／ DC 变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。 AC／ DC 变换器输入为 50／ 60Hz 的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准 (如 uL、CCEE 等 )及 EMC 指令（电池兼容性 —— 其包括 产品的 电磁干扰 性 （ EMI），另一方面是产品的电磁干扰免疫性（ EMS））的限制 (如 IEC、 FCC、 CSA)，交流输入侧必须加 EMC 滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制 AC／ DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决 EMC 电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了 Ac／ DC 变换器模块化的进程，因此必 须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。 AC／ DC 变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。 按 电源相数可分为，单项、三相、多相。 按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 17 开关电源的选用 [10] 输出电流的选择 因开关电源工作效率高，一般可达到 80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为： Ls = K * If 式中： Is—— 开关电源的额定输出电流： If—— 用电设备的最大吸收电流； K 一裕量系数，一般取 1． 5～ 1． 8。 接地 开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按 ICEl000． EN61000． FCC 等 EMC 限制，形状开关电源均采取 EMC 电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有 EMC 电磁兼容滤波器。 如利德华福技术的 HA 系列开关电源，将其 FG 端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。 保护电路 开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块 ，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 18 UC3842[11] 简介 ： 塑料封装外壳： 图 塑料封装外壳 图 俯视图 UC3842（电流型脉宽调制器） 是一种高性能的固定频率电流型单端输出脉宽调制器（ PWM）控制 ,具有管教数量少，外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点，能通过高频变压器与电网隔离 ,适于构成无工频变压器的 2050W 小功率开关电源 .稳压性能好 ,其电压调整率可达 %/V,除具有输入端过压保护与输出端过流保护电路之外 ,还设有欠压锁定电路（ 当电源电压超过 16V 或低于 10V 时 ,集成电路停止工作 .） ,使工作稳定可靠 .是专为脱线式直流变换电路设计的 ,其内部结构如图 1 所示 ,它集成了振荡器、有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱式输出电路、输入和基准欠电压锁定电路及 PWM 锁存器电路。 该芯片主要有以下性能 : (1)可调整振荡器的放电电流以产生精确的占空比。 (2)最高开关频率可达 500kHz。 ( 3 )带锁定的 PWM ( Pulse WidthModulation),可以实现逐个脉冲的电流限制。 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 19 (4)具有内部可调整的参考电源 ,可以进行欠压锁定。 (5)图腾柱输出电路能够提供大电流输出 ,输出电流可达 1A,可直接对MOSFET 进行驱动。 (6)带滞环的欠压锁定电路可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡。 (7)起动电流和工作电流低 ,启动电流小于 1mA,正常工作电流为 15mA。 (8)可直接与 MOTOROLA 的 SENSEFET 产品接口； （ 9） 自动反馈补偿电路，双脉冲抑制，从而使其有较强的负载响应特性。 图 UC3842 的内部框图 电流 型脉宽调制器 UC3842的主要优点：单端输出，可直接驱动双极型功率管或场效应管；管脚数量少，外围电路简单；电压调整率可达 %；工作频率更可高达 500 kHz；启动电流小于 1 mA，正常工作电流为 12 mA；欠压锁定，带滞后；锁存脉宽调制，可逐周限流；并可利用高频变压器实现与电网隔离。 它适用于无工频变压器的低于 250w的小功率开关电源，其工作温度为 0～ +70℃，最高输入电压为 36 V，具有最大电流为 1A的拉、灌输出电流。 其内部参考图： VREF 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 20 图 UC3842内部结构图 结构介 绍 下图出示了其内部电路图和 引脚图 图 UC3842内部电路图及引脚图 （ 1） UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有 8 个引山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 21 脚，各脚功能如下 ： ① 脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性 ② 脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度； ③ 脚为电流检测输入端， 当检测电压超过 1V 时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态； ④ 脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=(RTC T)； ⑤ 脚为公共地端； ⑥ 脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为 50ns 驱动能力为 177。 1A ； ⑦ 脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为 15mW； ⑧ 脚为 5V 基准电压输出端，有 50mA 的负载能力。 表 UC3842引脚功能 引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 功能 补偿 反馈 电流检测 RT/CT 地 输出 VO 输入 VI Vref (2)、其应用电路图如下所示： 山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 22 图 UC3842应用电路图 UC3842 各结构 的 作用及 原理介绍： ① 、由恒频时钟 脉冲置位锁存器 ,输出脉冲 ,以驱动功率管导通 ,使电源回路的电流增大。 当电流在采样电阻 Rs 上的电压降幅值达到 Ue 时 ,电流测定比较器的状态翻转 ,锁存器复位 ,驱动撤除 ,功率管截止。 这样逐个检测和调节电流脉冲就可达到控制电源输出的目的。 ② 、 UC3842 内部具有完备的输入过压保护和欠压锁定功能。 当工作电压 Ucc 大于 34 V 时 ,稳压管稳压 ,使内部电路在小于 34 V 下可靠工作。 欠压时 ,依靠滞环比较器 UVLO 实现锁定。 当 Vcc小于开启电压阀值时 ,整个电路耗电仅1 mA ,高压可直接由输入电阻 Rin 降压后为 芯片供电 ,由输入电容推动建立电压。 由于启动和关闭阀值之间有 6 V 的差值 ,可以有效地防止电路在阀值电压附近工作时的振荡。 一般设置自馈电的感应绕组 ,当开关电源正常工作山东科技大学 2020 级毕业设计（论文） 23 后 , 转由自馈电供给 UC3842 ,电流将升至 15 mA。 若将 1 脚电压降到低于 1. 4 V 或将 3 脚电压升到高。