高效率恒流源电路的设计

1、泉州师范学院毕业论文（设计题 目 高效率恒流源电路的设计物信 学院 电子信息科学与技术 专业_07级_1_班学生姓名黄开华学号 070303023指导教师袁放成职称 教授完成日期2011年4月教务处 制高效率恒流源电路的设计物信学院07级电子信息科学与技术070303023 黄开华指导教师 袁放成 教授【摘 要】本文设计并制作了由DC-DC变换器为核心的开关稳流电源。该稳流电源可对手机锂离子进行充电，采 用电流型脉宽调制器UC3843作为核心器件，实现输出电流可调的开关稳流电源电路，同时采用单片机C8051F410进行 程控，使开关稳流电源具备更加完善的功能。【关键词】 UC3843 ；DC-DC 变换器 ；PWM； 单片机 C8051F410引言 41. 系统设计 41.1系统设计任务 41.2系统设计的基本要求 41.3系统设计方案 41.3.1 DC/DC 变换器电路拓扑结构论证 41.3.2微控制器电路方案论证 51.3.3 系统设计框图 52. 硬件电路设计及工作原理 52.1主器件的介绍 52.1.1电流型脉宽调制器UC3843简介52.1.2 DC-DC变换电路设计72.

2、2元件参数选择 72.2.1 储能电感 72.2.2 续流二极管 72.2.3 功率开关管 73. 数据测量及数据分析 73.1测试仪器 73.2测试方法 73.3数据测试 83.4数据分析 134. 设计总结 13致谢 13参考文献 13附录： 15引言随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备为人们生活带来了极大的便利，而电子设备都离不开 可靠的电源，而稳流电源在工作时产生的误差直接影响着电池的使用寿命，导致影响整个系统的稳定性。 本设计以采用电流型脉宽调制器UC3843作为核心器件的开关稳流电源，具有功耗小，体积小，重量轻, 稳流范围宽，电路形式灵活多样等优点。1. 系统设计1.1系统设计任务设计并制作一个开关稳流电源，其结构框图如图1-1所示。图1-11.2系统设计的基本要求直流稳压电源提供电能给开关稳流电源，输入直流电压范围在820V之间，该开关稳流电源提供 200600毫安之间的恒定电流充入电池，可显示输出电压、电流，有过流、过压保护功能，并有键控开 关功能。1.3系统设计方案1.31 DC/DC变换器电路拓扑结构论证串联式拓扑结构因为给04V的可充电池充电，所以选择降压型开

3、关稳流电源，串联式拓扑结构是降压电路最基本 的拓扑结构串联一一在主回路中开关三极管与输入端、输出端、电感器L1、负载R1四者成串联连接的关系。如图1-2所示，由于没有使用变压器，因此，输入输出部分的直流是共用的，这种电路用于输入输 出不需要隔离的场合，由于电路不使用变压器，因此也不会有变压器漏感引起的故障，避免了高频变压 器可能带来的多种问题，所以这种方案可以构成小型的开关稳流电源11十OriL1DI =心丄|Ri 口 U-O图1-21.3.2微控制器电路方案论证单片机和开关稳流电源专用PWM控制芯片相结合,通过单片机不断的检测输出电压并与设定值之间 进行比较，调整AD、DA转换器的输出，控制PWM芯片进而控制电源的输出电压共同来完成对充电电流 的控制，实现恒定电流的稳定输出。1.3.3系统设计框图控制是设计的关键部分，由单片机和电流型脉宽调制（PWM）控制器共同来完成，实现可调的恒定 电流输出，达到系统设计的指标。单片机选用自带12位D/A转换器和A/D转换器的单片机C8051F410。脉宽调制控制器选用具有误差放大器、PWM比较器、振荡器、欠压锁定等功能的UC3843芯片。整体电路

4、框图如图1-3所示，采用双闭环控制电路来实现稳定的输出电流，通过单片机不断的进行 电压采样与单片机内部设定的电压值进行比较，自动调整D/A反馈到UC3843的第2引脚（反馈电压输 入端）。与基准电压（2.5V）进行比较，从而改变PWM波形的占空比来调节DC-DC变换电路，最终实现恒 定的电流输出。补偿口 空脚111.压.反锻空脚 电流取样空脚FVCt1413ii139e图2-1(a)uc3843(8)引脚图图 2-1(b)uc3843(14)引脚图图1-3整体电路框图2. 硬件电路设计及工作原理2.1主器件的介绍2.1.1电流型脉宽调制器UC3843简介UC3843是美国Unitrode公司（该公司现已被TI公司收购）生产的一种高性能单端输出式电流控 制型脉宽调制芯片，可直接驱动双极型晶体管、MOSFEF和IGBT等功率型半导体器件，具有管脚数量 少、外围电路简单、安装调试方便、性能优良等诸多优点，广泛应用于计算机、显示器等系统电路中作 开关电源驱动器件。UC3843引脚图如图2-1所示。VrelI空脚Vcc 输出地电源地UC3843内部结构框图如图2-2所示。yGC-n 7(12)x

5、STiQ-4（7）Or丰电压反4馈输碍】输HV补偿2T1 I巧沖15VRR-振蕩器卜L 1.0mA.in一a IR电流检测 比絞器|叱严AH：i怡出| 611DJM源地1I卿丄|电流氏样输入r?-I响UC3843内部结构框图如图2-2所示。各引脚功能如下：1脚：1脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差放 大器的增益和频响。2脚：2脚FEED BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压（一般为 + 2.5 V ）进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。3脚：3脚I S E N S E是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管（如V M O S管）的源极串接一个小 阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电 压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，U C 3 8 4 3就停止输出，有效 地保护了功率开关管。4脚：4脚R T / C T是定时端。锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端。5脚：5脚G N D是接地。6脚：6脚O U T是输出端，此脚为图滕柱式输

6、出，驱动能力是土 1 A。这种图腾柱结构对被驱动的 功率管的关断有利，因为当三极管V T l截止时，V T 2导通，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取 电流回路，加速功率管的关断。7脚：7脚V c c是电源。当供电电压低于+1 6 V时，U C 3 8 4 3不工作，此时耗电在1 m A以下。 输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入电压可在+ 1 0+ 3 0 V之 间波动，低于+ 1 0 V停止工作。工作时耗电约为1 5 m A，此电流可通过反馈电阻提供。8脚：8脚V R E F是基准电压输出，可输出精确的+ 5 V基准电压，电流可达5 0 m A。2 32.1.2 DC-DC变换电路设计DC-DC变换电路设计原理图如图2-3所示。图2-3 DC-DC变换电路2.2元件参数选择2.2.1储能电感本设计中选用储能电感L采用电感值为85.76，磁芯为腰鼓型的电感。2.2.2续流二极管本设计中选用的续流二极管为肖特基二极管IN5819,具有导通压降小、反向恢复时间短、损耗小等 特点，其主要参数为正向平均电流：1A,反向峰值电压：40V,反向漏电流1mA,正向压降：

7、0.6V，正向 不重复峰值电流（浪涌电流）：30A，结（极间）电容:55PF。2.2.3功率开关管本设计中选用的功率开关管为场效应管IRF540，具有耐压值高，导通电阻小，漏电流较小，能承 受较大的尖峰电流，从而确保了电路的稳定性和效率。其基本参数为耐厨00V,最大漏极电流23A,导 通电阻Rds小于等于77毫欧。3. 数据测量及数据分析3.1测试仪器万用表（DT9205N）、直流稳定电源（QJ3003A III）、双通道示波器（SS-7802A）滑线式变阻器3.2测试方法（1）输出电压测试：在空载的条件下，用直流电压表测出空载输出电压uO1；（2）负载调整率测试：输入电压为额定值，调节负载为半载，记录对应的输出电压J。；调节负载为满 载，记录对应的输出电压U ?；将所测的数值带入公式：负载调整率SI二I U - U Io 叫 x 100% UO 0U = max U , U OO1 O 2（3）电压调整率测试：设置可调负载装置，使电流满载或半载输出；调节直流稳压电源，使输入电压 为下限值，记录对应的输出电压UO4；增大输入电压到额定值，记录对应的输出电压U2；调节输入电压为上限值，记

8、录对应的输出电压Uo3；将所测得数值带入公式：电压调整率=S 二 1 U - U2 1 X100%U 二 max U , U VUOO3 O4O23.3 数据测试表格 3-1 负载调整率测试输入电压（V）输出电压（V）输出电流（A）负载调整率85084.430.512.87%84.43195094.960.50.81%94.93196095.460.59.89%95.311050104.980.50.40%104.9611060105.970.50.50%105.9511070106.420.59.25%106.2711150114.990.50.20%114.9711160115.980.50.33%115.9611170116.970.50.43%116.9411180117.50.56.67%117.3511250124.990.50.20%124.9811260125.990.50.17%125.9811270126.990.50.14%126.9711280127.980.50.25%127.9511290128.470.50.63%128.3711370136.990.50.14%136.9811390138.980.50.22%138.94113100139.490.50.54%139.32115801580.50%157.99115

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