用uc3842制作5V1A的开关电源.doc

一、引言 开关电源被誉为高效节能电源，它是运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，智能化限度高等优良特性反激式开关电源作为开关电源的一种，具有构造简朴，成本较低等长处，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.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、外围电路简朴、安装调试简便、性能优良、价格低廉等长处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，容许有±0.1V的偏差温度系数为0.2mV/℃4）稳压性能好其电压调节率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压（例如LM317）相媲美。

启动电流不不小于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、可靠 （6）最高输入电压=30V，输出最大峰值电流=1A,平均电流为0.2A,自身最大功耗=1W,最大输出功率P=50W2、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是外接定期电阻、定期电容的公共端UC3842内部框图如图2,其重要涉及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; 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lV时停止脉冲输出使电源处在间歇工作状态； 脚为定期电容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／(RT×CT); 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±lA； 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，芯片功耗为15mW。

 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)电源噪声滤波器 电源噪声滤波器电路如图4该滤波器有两个输入端，两个输出端和一种接地端，制作使用时外壳使用金属屏蔽并接地，电路涉及共模电感L、滤波电容器C1~C4L对串模干扰不起作用，但当浮现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相似，通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，能有效的克制共模干扰2)整流滤波器从电源通过噪声滤波输出后的电压从整流滤波器（图5）输入，通过D1~D4进行桥式全波整流送往R1和C5构成的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、调节控制单元 (1)振荡电路由R2、C7与UC3842内部振荡器，+5.0V基准电源一起完毕振荡，产生高频信号5.0V基准电压通过定期电阻R2给C7充电，然后C7再通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 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直流高压通过R6降压后加至UC3842的输入端Vi，运用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，一但输入端浮现高压，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营由于噪声干扰的影响，开关功率管有也许超负荷工作而损坏，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种脉宽调制信号，能消除在过流检测比较器翻转时间产生的噪声干扰R4、C8用以调节误差放大器的增益和频率响应自馈线圈N2的输出电压IV通过R5、R3分压后作为比较电压、与内部5.0V基准电压通过误差放大器进行比较调节，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如下。

3、输出单元 由于采用的是高频调制信号的措施，故输出级电源变压器很小，调节管采用频率响应快的N沟道场效应管，输出级受UC3842VoPWM波调节，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，通过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8N2输出用作电压负反馈五、总电路原理图图中220V交流电压通过3A/600V桥式整流和电阻R、电容C5滤波，得到大概+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，再通过D7、C13整流滤波，就得到直流输出电压它采用固定频率、变化脉冲宽度的调压原理，其工作过程是一方面对输出电压（N2反馈的电压）进行采样，然后依次通过误差放大器、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（）和关断时间（），以决定高频变压器的通断状态，最后达到稳压输出的目的稳压流程：1、市电变化引起：市电↑→+300V↑→↑→比较→PWM变窄→↓ 实现稳压；反之：市电↓→+300V↓→↓→比较→PWM变宽→↑ 实现稳压；2：负载变化引起：负载↑→↓→比较→PWM变宽→↑ 实现稳压；负载↓→↑→比较→PWM变窄→↓ 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；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始终受误差电压的控制，这就是电流控制型的原理，其长处是调节速度快，一旦+300V输入电压发生变化，就立即引起的变化，迅速调节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节率及电流调节率稳流过程：1、电压变化引起：+300V↑→↑→↓→过流比较→PWM变窄→↓ 实现稳流；+300V↓→↓→↑→过流比较→PWM变宽→↑ 实现稳流；2、负载变化引起：负载↑→↑→过流比较→PWM变窄→↓→↓ 实现了稳流；负载↓→↓→过流比较→PWM变宽→↑→↑ 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的相应关系额定电流I（A）136101215电感量范畴（mH）8~122~40.4~0.80.2~0.30.1~0.150.07~0.08L典型值（mH）82.50.780.2250.110.073C1、C2采用薄膜电容器，容量范畴大至是0.01~0.47Uf,重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，能有效的克制共模干扰C3、C4宜选用陶瓷电容器,容量范畴是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/（R2*C6）  （1.1） 将R2=10KΩ，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-172.89（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 (单位2cm)之间存在下述关系: =0.15 (1.2) 实际输出功率为Po=Io*Vo=5*1=5W设效率为hh=70%，Pi=5/0.7=7.2W,留设计余量,取Pm=12W,代入公式(1.2)得=0.52c㎡,查上表E-7=0.49c㎡,与之最接近E-7的饱和磁通密度为=350T，使用时为避免浮现磁饱和现象损坏开关功率管，可取B=250T2） 计算脉冲最大占空比      公式：=*100%       (1.3) 取市电输入范畴176-264V经全波整流和滤波后的直流输入电压≈360V，≈240V。

单端反激式开关电源中所产生的反向电动势e≈170V,线圈漏感导致的尖峰电压=100V代入公式（1.3）=41.5%3)初级线圈的电感量   公式：L1==       (1.4) 将h=70%,VImin=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：= (1.5)Is=1.3* (1.6) 因此=0.143A Is=0.186A在次级线圈上的储能为W=0.5*L1*Is²=0.3mJ（5）求初级线圈N1匝数 公式：N1.=N1=130（6）N2，N3计算公式：N=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D1~D4采用3A/1000V的FR305型迅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、仿真电路图及成果本次课程设计完毕了基本规定，详尽的论述了设计根据、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：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。

后来可以积极的查阅资料，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进一步的研究发现这个题目是非常故意义的，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，进一步研究课题所波及的内容，但愿此设计可以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尚有诸多的局限性之处但通过这段时间以来的实践，掌握了诸多的经验和教训在这里要感谢教师可以很耐心地解答我们的疑问，同窗之间可以提出较好的建议通过这次课程设计，懂得了学习的重要性，理解到理论知识与实践。