用uc3842制作5V1A的开关电源

1、、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，已扩容，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 5W至150W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.1、输出直流电压（ Vout ）：5V2、输出直流电流（ I）:1A、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、外围电路简单、安装调试简便、性能优良、

2、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 VMOS 管、 DMOS 管、 TMOS 管。（3）内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0V，允许有± 0.1V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0.01%/V,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，使工作稳定、

3、可靠。6）最高输入电压 VIM =30V ，输出最大峰值电流 IPM =1A, 平均电流为0.2A,本身最大功耗PDm =1W,最大输出功率P=50W 。2、UC3842 的引脚排列及内部框图UC3842采用压、输出电压、地。DIP-8封装如上图1，管脚IV、OV、GND端分别接输入电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 增益和频率特性;

4、5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;5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;5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=1.8 /(RTXCT);5脚为接地端。5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 ±IA;磔卩为启动/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, 芯片功耗为15mW 0(8脚为内部5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。四、总体电路框图及单元功能分析1、输入单元(1

5、)电源噪声滤波器电源噪声滤波器电路如图4图4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C1C4 0 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 (图5)输入，经过D1D4进行桥式全波整流送往R1和C5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

6、重量可 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? 5. 07振荡器卜Rt/Ct应,1110K 1(1)振荡电路C6 ± u0.01UCT 4470(feHIL图6由 R2、C7 与 UC3842内部振荡器，+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上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0. OluFM 150K tEE3 n甘卜僭;乩 TH

7、 yloopr”IIIIt 心IIIIIIIIIIII晌A屯圧«走T；：I1 IJ t Ri!0.怨 ciM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。输入电压锁定的目的是当输入欠压时，开关功

8、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、输出单元由于采用的是高频调制信号的方法，故输出

9、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。Vi一 R+3尺门b4.71Cll【N1IRFPCO?丄 T4.2k lOOOV IbOW五、总电路原理图FU空2207 50EZR1 2门 4-3O0VRLlR6_J4财 2:rC8_OOP_SC6PSCTth UluI 1=rr：13?M +

10、5.0V机。He %UC3342过滿检测Rt/Ctfsnr-I OR、电容C5滤波，得图中220V交流电压经过3A/600V 桥式整流和电阻到大约+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整流滤波，就得到直流输出电压。它PWM锁采用固定频率、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、存器、门电路和输出级，去控制开关功率管的导通时间（ton ）和关断时间（toFF），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

11、T f300V TV| T-比较tPWM ton变窄-VOUT ；实现稳压;反之：市电+300VVI比较tPWM ton变宽VOUT T实现稳压；2 :负载变化引起：负载T fVi Jf比较tPWM ton变宽f Vout T实现稳压；负载Jf Vi Tf比较tPWM ton变窄f VOUT J实现稳压）。UC3842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Vi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Vr ； 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Vr作比较，进行控制脉冲的占空比，使流过开关功率管的最大

12、峰值电流I PM始终受误差电压Vr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1 PM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：+300V fflpM ffVr J f过流比较f PWM ton变窄f VOUT J实现稳流；+300V JPM jfUr ff过流比较f PWM ton变宽f VOUT f实现稳流；2、负载变化引起：负载ff I PM T过流比较f PWM ton变窄f VOUTPM J实现了稳流；负载1 PM过流 比较f PWM t

13、on变宽f VOUT ff1 PM T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1(A)136101215电感量范围(mH )812240.40.80.20.30.10.150.070.08L 典型值(mH )82.50.780.220.110.0735C1、C2采用薄膜电容器，容量范围大至是0.010.47Uf,主要用来消除串模C3、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。C4宜选用陶瓷电容器，容量范围是22004700Pf,耐压值为630

14、V 。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、震荡频率计算 震荡频率的计算公式为:f=1.8/(R2*C6 )(1.1 ) 将 R2=10K Q,C6=4700p 代入公式(1.1 ),f=38.3kHz,可近视 40kHz型号磁芯面积E-70.49E-121.44E-172.893、输出高频变压器的计算(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Sj (单位2cm)之间存在下述关系：Sj =0.15 (1.2)实际输出功率为 Po=lo*Vo=5*1=5W 。设效率为=70% ,Pi=5/0.7=7.2W,留设计余量，取Pm=12W，代入公式(1.2)

15、得SJ =0.52 c rf ,查上表E-7 Sj =0.49c rf，与之最接近。E-7的饱和磁通密度为BS =350T，使用时为防止出现磁饱和现象损坏开关功率管，可取B=250T 。(2)计算脉冲最大占空比公式：Dmax=r*100%(1.3)取市电输入范围176-264V。经全波整流和滤波后的直流输入电压 V|max360V , VImin 也0V。单端反激式开关电源中所产生的反向电动势e 170V,线圈漏感造成的尖峰电压Vl=100V 。代入公式(1.3) Dmax =41.5%。3)初级线圈的电感量公式：L1= L1 =2(VIm in Dmax)2巴f_(1.4)将=70%,Vlm

16、i n=240V,Dmax=41.5%, Po=5W,f=40kHz代入(1.4)得 L1=17.4mH(4)求峰值电流和过载保护电流公式：lp=VIm in Dmax(1.5)Is=1.3* IP(1.6)因此 I P =0.143Als=0.186A在次级线圈上的储能为W=0.5*L1*Is 2=0.3mJ(5)求初级线圈N1匝数2*107W公式：N1.Is= B*SjN1=130(6)N2，N3 计算公式：N=VF)(1 Dmax)VIm in DmaxN2=16;N3=8 4、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。D1D4采用3A/1

17、000V 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:I* -, IJ iMWi®iMJt7Fn I _t> _* AtlJ *二-亍匸TCITW TJi'±yMr.D»:1cc丄巴_切亠*丄口K. Qi一*哼g . _ m 齐Ml , =IH' .11 叮 o 0-ui f Ii-，rdff;Diww器.图1仿真图图2直流电压输出图3直流电流输出八、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。后来能够积极的查阅资料，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