用UC3842进行开关电源的设计

用 UC3842 进行开关电源的设计一、 设计目的用 UC3842 新型集成开关电源芯片进行开关电源设计，市 电输入采用无工频变压器设计，开关管的触发调整信号采用高 频40KHZ的PWM (脉宽调制信号)，达到额定输出为5V,7A的高 精度稳压输出，电源轻便，简洁明快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、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 20~50W 小功率开关电源2) 最高开关频率为500kHZ，频率稳定度达%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， 允许有土的偏差温度系数为4) 稳压性能好其电压调整率可达%/V,能同第 二代线性集成稳压器(例如LM317)相媲美启动电流 小于1mA,正常工作电流为15mA5) 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、可靠6) 最高输入电压VIM =30V，输出最大峰值电流】pM =1A,平均电流为,本身最大功耗PDM =1W,最大输出 功率 POM =50W。

2、 UC3842的引脚排列及内部框图补■说a 圧萝a1补偿屮J八1H 1辰读1「 TRx 1it渝检拗.1 s 彳F In JtjitR-t /'Ct i | 'L 「i C-MD 11KL /(J I y4一良减器-寸涼竝测LI殺器匸、「nv基性电烷输入电压横定电蹈 6 飞尬 i寸论检测|•=3NJ&■- 叫_＞沖 'UC3842采用DIP-8封装如上图1,管脚V广V O、GND端分别接 输入电压、输出电压、地为内部基准电压引出端Rt / C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稳压管二、总体电路框图及单元功能分析9.9.CIV50HZ输入单元被扌空输出单元— P出— — 输n电流员反j贵UC3S42屯庄负反溃补偿电路1、 输入单元⑴电源噪声滤波器电源噪声滤波器电路如图4输入输入十C2U输岀0. lu-I- C4 -J 心输岀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C1~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)整流滤波器从电源噪省滤波器经过噪声滤波输出后的电压从整流滤波器(图5)输入，经过D1~D4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⑴振荡电路C60. Olu4700pL由R2、C7与UC3842内部振荡器，+基准电源一起完成振荡, 产生高频信号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 输出釆用脉宽调制控制方式，考虑到VI、"ref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C62）启动、反馈补偿电路4. 7KR4 150K__'| ?■^=1 T—?-100p I俣差取大器+ 3D(W —nurrv过滤检测比较器衰減器-lCu 门-Ml I “丄丄―KI— 吩 tCIO D5

300V直流高压经过R6降压后加至UC3842的输入 端端V，利用C9的充电过程使使V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、CIO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N2的输出电压VI经过R5、R3分压后作为比较电压、与内部基准电压经过误差放大器进行比较调整，使Vo为的稳定电压输出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7A以下2、 输出单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UC3842 VPWM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稳压输出。

输出电路见图8N2输出用作电 压负反馈CllVz锁存器电输级门路出6 'Vo 的VT4-300V__RL1h4. 7K口昭道肛JSFET IT IRFPG40T 丁RIOI：4.3A 1000V 150WI输入电压锁定电路NSD7〒C126800uR7过流检测;IK REI0.養G1W三、总电路原理图FU 2AO-&- 220V 50HZR1 2^ +30 训（PNF）400VUR6120K 呷Rll 4.TK C11 0. Olu「C9 1血丰耳~ O.Olu9R922^VT11-补偿 ％UC3842 学REF辻潇检测Rr/CrR10hHiooxjisT470pR71K工N1OVN2«)0.31 11TR80. 33^1WN3①1. 0*44T图9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（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+300V VI 比较〜PWMton变窄〜VOUT |实现稳压；反之：市电+300V |f V |f 比较f PWMton变宽f VOUT f实现稳压；2：负载变化引起：负载ff VI |f 比较f PWMton 变宽f VOUT f实现稳压；负载（f VI ff比较f PWM ton变窄f VOUT I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峰值电流IPM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lpM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 ff lpM ff Vr If过流比较fPWM ton变窄f VOUT I 实现稳流;+300V |f IpM If Vr ff过流比较fPWM ton变宽f VOUT f实现 稳流；2、负载变化引起：负载ffIpM ff过流比较fPWM ton变窄f VOUT I f lPM I实现了稳流；负载If lPM If过流比较fPWM ton变宽f VOUT ff lPM f实现稳流）。

四、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的对应关系表1 电感量与额定电流的关系额定电流I (A)136101215电感量范围(mH)8~122~42222L典型值(mH)8C1、C2采用薄膜电容器，容量范围大至是~，主要用来消除串模干扰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宜选用瓷电容器，容量范围是2200~4700Pf,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、震荡频率计算震荡频率的计算公式为：f= 1.8 ()R 2C 7将 R2=10KQ, C6=4700p 代入公式()，f二，可近视 40kHz3、输出高频变压器的计算高频变压器的最大承受功率PM与磁芯截面积S j (单位cm 2) 之间存在下述关系:J = Pm实际输出功率为po = IO VO =5*7=35设效率为耳=70%, P[ =*35=50W,留设计余量，取pM =80W,代入公式得S = cm2,查上 表E-12 S = cm2,与之最接近E-12的饱和磁通密度为BS =400T,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 e + VIm in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VImax ~360V, VImin ~240V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() Dmax =%max(3)初级线圈的电感量公式:L =耳(V D )2Im in max —1 2 P fO将耳=70%, Vimax =240V，Dmax =%, pO =35W,f=40kHz 代入得 L1 =3)求峰值电流和过载保护电流公式：2P o 耳V DIm in maxSP求出 IP = 70%*24爲.5% =S在次级线圈上的储能为^ 2 li2=1S(4)求初级线N1匝数公式:N1.I =2*107 WSB*S将W二,B=250mT, SJ =刑2代入（），得Nl・IS二安匝固N1二匝,取90匝4） N2, N3 计算公式：N=N (V + V )(1 - D ) 1 O A max—V DIm in max式中 VO —线圈两端的电压（）V F —整流二极管的正向压降N2= 9°(2° +1)(1 - 41・5%)二匝 取 11 匝240*41.5%N3= 90(5 + 0.4)(1 - 41.5%)二匝240*41.5%鉴于当输出电流IO达7A时,线的铜阻和输出引线电阻上均会产生较大的压降，会造成输出电压的失落，应当提升VO,增加N3的匝数，可取4匝。

用4股①高强度漆包线绕制5）计算空气隙8 = “匕=O.4*3」4*90*1.3 =B 2504、周边器件采用IRFPG407型（、1000V、150W） N沟道功率场效应管作开关 功率管D1~D4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型肖特基二极管五、 结论通过本例采用UC3842设计的开关电源输出电压稳压精度高，对 电压波动反映迅速，负载适应性强，负载短路能迅速限流保护，不至 烧坏元件小巧轻便，简洁明快缺点：1、电源噪声滤波器由于是基本电路，滤波效果只能满足 普通应用无特殊干扰的场合，如需要在特殊强干扰场合使用，可设计 成3级滤波形式电路 2、变压器设计复杂，绕制工作量大，设计电路时尽可能设计与市面成品变压器相近参数，以便成品直接选用六、本设计所参考书籍电子技术基础设计》中央广播电视大学出版社任为民 主编智能化 UPS 供电系统原理与检修》电子工业出版社安李成章 主编新型特种集成电源及应用》人民邮电出版社沙占友 等编著电子技术实验指导》中央广播电视大学出版社郭淑珍 编通用集成电路速查手册》山东科学技术出版社王新贤 主编。