用uc3842制作5V1A的开关电源

1、用uc3842制作5V1A的开关电源一、引言开关电源被誉为高效节能电源，它是利用现代电力电子技术，通过控制开 关通断时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小，重量小，效率 高，功率小，纹波小，噪音低，己扩容，智能化程度高等优良特性。反激式开 关电源作为开关电源的一种，具有结构简单，成本较低等优点，其拓扑在输出 功率为5WM150W的电源中应用非常广泛，本文采用UC3842进行反激式开关电源 的设计，输出为5V/1A.二、设计目的1、输出直流电压(Vout)： 5V2、输出直流电流(I) :1A三、芯片概况1、UC3842的性能特点(1)它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少、外围

2、电路简单、安 装调试简便、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。(2)最高开关频率为500kHZ,频率稳定度达0.2%.电源效率高，输出电流 大，能直接驱动双极型功率晶体管或VM0S管、DM0S管.TM0S管。(3)内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5. 0V,允许有土0. IV的偏 差。温度系数为0. 2mV/-C.(4)稳压性能好。其电压调整率可达0. 01VV,能同第二代线性集成稳压(例 如LM317)相媲美。启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。(5)除具有输入端过压保护与输出端过流保护之外，还设有欠压锁定电路,使

3、工作稳定、可靠。(6)最高输入电压V/M =30V,输出最大峰值电流=1A,平均电流为0. 2A,本身最大功耗Pdm =1W,最大输出功率P=50Wo2、UC3842的引脚排列及内部框图UC3842采用DIP-8封装如上图1,管脚IV、OV、GND端分别接输入电压、 输出电压、地。REFV为内部5.0V基准电压引出端。TR/TC是外接定时电阻、定 时电容的公共端。UC3842内部框图如图2,其主要包括5.0V基准电源，振荡器、 误差放大器，过流检测电压比较器、PWM锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、 输出级、34V稳压管。©脚为内部误差放大器输出端，外接阻容元件可改善误差放大器的增益

4、 和频率特性；©脚为误差放大器的取样电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比较，产生误差电压，而控制脉冲宽度；脚为PWM比较器的另一输入端，当检测电压超过IV时停止脉冲输出使电源处于间歇工作状态；脚为定时电容CT端，内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=l. 8 / (RTXCT):脚为接地端。脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为土 1A；脚为启动/工作电压输入端脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能,脚为内部5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。；UI OI 220V 50HZ(PNF)O输出I图三1、输入单元(

5、1)电源噪声滤波器电源噪声滤波器电路如图4输入0输入O C2图4C1丄0. 1UT0. luE输出T2200P上笃按地rC4 丄一£输出2200P该滤波器有两个输入端，两个输出端和一个接地端，制作使用时外壳使用 金属屏蔽并接地，电路包括共模电感L、滤波电容器C广C4。L对串模干扰不起 作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过偶合后总电 感量迅速增大，因此共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过。C3、C4跨接在 输出端，经电容分压后接地，能有效的抑制共模干扰。(2)整流滤波器从电源经过噪声滤波输出后的电压从整流滤波器(5)输入，经过D1D4进行桥式全波整流送往R1和C5

6、组成的r型滤波电路进行滤波，得到+300V的非 稳压的直流输出。采用桥式全波整流可省去笨重的输入变压器，使设计重:可 大大减轻，输出也得到近似平滑的良好直流电压，转换效率相对较高。2、调整控制单元图6由 R2、C7 与 UC3842 内(1)振荡电路部振荡器，+5. 0V基准电源一起完成振荡，产生高频信号。+5. 0V基准电压经过 定时电阻R2给C7充电，然后C7再经过芯片内部电路进行放电，从第4脚得到 锯齿波电压。由于输出采用脉宽调制控制方式，考虑到Vi、Vref±的噪声电压 也会影响输出脉冲宽度，振荡电路加了消噪电容C6。(2)启动、反馈补偿电路10u O.Olu：9 rcior

7、eWVx衰减器4. 7Ks ov 團t电图7+ 300VOZ120K 1W_境$R4 15CK 2 误差放大親锁存器Jr VD 二 i -T筍入电庄做丸电路卩刚启动开关电源时，UC3842所需要的+16V工作电压暂由R6、C9电路提供.+300V直流高压经过R6降压后加至UC3842的输入端Vi,利用C9的充电过程使Vi逐渐升至+16V以上，也就实现了软启动。一旦开关管转入正常工作状态，自馈线圈N2上所建立的高频电压经D5、C9、C10滤波后，就作为芯片的工作电压。至此启动过程结束。启动电路中有一 34V稳压管，一但输入端出现高压，此稳压管就被击穿，将Vi钳位于34V,保证芯片不至损坏。输入电

8、压锁定的目的是当输入欠压时，开关功率管自动关断，不至于欠压 大电流运行。由于噪声干扰的影响，开关功率管有可能超负荷工作而损坏，为 此给芯片加了 PWM锁存器。其作用是保证在每个时钟周期内只输出一个脉宽调 制信号，能消除在过流检测比较器翻转时间产生的噪声干扰。R4、C8用以调整 误差放大器的增益和频率响应。自馈线圈N2的输出电压IV经过R5、R3分压后 作为比较电压、与内部5. 0V基准电压经过误差放大器进行比较调整，使Vout为5. 0V的稳定电压输出。R8上的电流反馈信号，通过R7衰减从3脚过流检测入，送入电流检测比较器进行比较，使输出得到电流钳位目的，输出电流被限 制在1A以下。3、输出单

9、元由于采用的是高频调制信号的方法，故输出级电源变压器很小，调整管采 用频率响应快的N沟道场效应管，输出级受UC3842VoPWM波调整，通过VT进行 功率转换，+300V直流电压从T原边N1流经VT输出变压器原边产生大电流的 PWM电压波，经过T变比偶合，使输出端产生大电流的电压，输出通过D7整流,C12滤波，使输出为平滑稳定的5.0V稳压输出。输出电路见图8。N2输出用作电压负反馈。D7五、总电路原理图图中220V交流电压经过3A/600V桥式整流和电阻R、电容C5滤波，得到大 约+300V自流电压。此直流高压被高频变压器T斩波和降压，变成频率为40KHZ 的矩形波电压，再经过D7、C13整

10、流滤波，就得到直流输出电压。它采用固定频 率、改变脉冲宽度的调压原理，其工作过程是首先对输出电压（N2反馈的电压） 进行采样，然后依次经过误差放大器、过流检测比较器、PWM锁存器.门电路和 输出级，去控制开关功率管的导通时间（G）和关断时间UoFFX以决定高 频变压器的通断状态，最终达到稳压输出的目的。（稳压流程：1、市电变化引起: 市电t -+300Vt -比较一PWmG变窄-Vout I 实现稳压；反之：市 电I -+300V I - i 比较fPWM变宽匕” t实现稳压；2：负载变化 引起：负载叫比较-*PWM hn变宽fJuT f实现稳压；负载 I匕_ t比较PWM'm变窄-V

11、out I实现稳压）oUC3842属于电流型脉宽控制器。所谓电流控制型是指，一方面把自馈线圈的输出电压 叫反馈给误差放大器，在与基准电压进行比较后，得到误差电压匕；另一方面初级线圈 中的电流在取样电阻R8上建立的电压，直接加到过流比较器的同相输入端，与匕作比较, 进行控制脉冲的占空比，使流过开关功率管的最大峰值电流/几“始终受误差电压匕的控 制，这就是电流控制型的原理，其优点是调整速度快，一旦+300V输入电压发生变化，就 立即引起/的变化，迅速调整输出脉冲的宽度。因此采用电流控制型脉宽控制器，可以 大大改善开关电源的电压调整率及电流调整率。（稳流过程：1、电压变化引起:+300Vf /阳 匸

12、匕丨过流比较PWM 5变窄Vout I实现稳流； +300V -lpM l-*Vr过流比较fPWM。”变宽f匕H/T t实现稳流；2、负载变化引起：负载匸/"/ ff过流比较-PWM f on变窄VOUT丨/加I实现了稳流；负载輪 丨过流比较fPWM变宽VOUTt实现稳流）。六、选择器件与参数计算1、噪声滤波器器件选择与参数计算L的电感量一般取几毫亨至几十毫亨，视电源噪声滤波器的额定电流I而定。表1列出L与I的对应关系额定 电流I（A）136101215电感 量范820. 40. 2o. r0. 07I | A(mH)1240.80.30. 150. 08L典型 值(mH)82.50

13、.780 2250 110.073Cl> C2采用薄膜电容器，容量范围大至是0. oro. 47Uf,主要用来消除串彳干扰。C3、C4跨接在输出端，经电容分压后接地，能有效的抑制共模干扰。C3、C4宜选用陶瓷电容器，容量范围是22004700P£,耐压值为630V。为提高防潮、抗震动与冲击性能，元件装入金属壳后用环氧树脂封固。2、農荡频率计算震荡频率的计算公式为:f=l. 8/ (R2*C6)(1.1) 将 R2=10KO, C6=4700p 代入公式(1.1),f=38. 3kHz,可近视 40kHz3、输出高频变压器的计算型号磁芯面积E-70.49E-121.44E-172

14、. 89(1)磁芯的选择高频变压器的最大承受功率Pm与磁芯截面积S j (单位2cm)之间存在下述关系：Sj =0.15(1.2)实际输出功率为Po=Io*Vo=5*l=5Wo设效率为 萨70%, Pi=5/0. 7=7. 2W,留 设计余量，取Pm=12W,代入公式(1. 2)得Sj =0. 52C Hl：査上表E-7 Sj =0. 49CDf,与之最接近。E-7的饱和磁通密度为=350T,使用时为防止出现磯饱和 现象损坏开关功率管，可取B=250To(2) 计算脉冲最大占空比公式：Dx100%(1.3)取市电输入范围176-264Vo经全波整流和滤波后的直流输入电压% 240V。单端反激式

15、开关电中所产生的反向电动势e«170V,线圈漏感造成的尖峰电压Vl=100Vo代入公式(1.3) 2=41. 5%。3)初级线圈的电感量公式：Ll=厶=(Vlm“Qm:J(1. 4)2P()f将7=70%, VImin=240V, Dmax=41. 5%, Po=5W, f=40kHz 代入(L 4)得 Ll=17. 4mH(4)求峰值电流和过载保护电流公式：Ip二2P。(1.5)Is=l.因此 /p =0.143AIs=0.186A在次级线圈上的储能为W=0. 5*Ll*Is2=0. 3mJ(5)求初级线圈N1匝数公式：N1.人=兰业B*S,Nl=130(6) N2, N3 计算公

16、式：n二We匕川一。心)% %N2=16;N3=84、周边器件采用IRFPG40型(3A、1000V. 150W) N沟道功率场效应管作开关功率管。D广!)4采用3A/1000V的FR305型快速恢复二极管。输出整流滤波D7选择D80-004 型肖特基二极管七、仿真电路图及结果本次课程设计完成了基本要求，详尽的阐述了设计依据、工作原理，并且用Simetrix实现对5V/1A开关电源的仿真设计，效果图如下：匕 250图2直流电压输出八、实验心得进行本次课程设计时,开始觉得题目有一定的难度。后来能够积极的査阅资料，和别人讨论，采纳别人的意见。对电路的工作原理、参数的基数过程, 所用器件的选择都进行了深入的研究。发现这个题目是非常有意义的，让我们 接触到最前沿的电力电子技术。进过两个多星期的学习，深入研究课题所涉及 的内容，希望此设计能够对达到其预期的效果。由于时间和自身水平的限制，我们所做的电路设计还有很多的不足之处。但通过这段时间以来的实践，掌握了很多的经验和教训。在