单端反激式开关电源设计UC3842

1、基于 UC3842 的开关电源设计摘要电源是实现电能变换和功率传递的主要设备。在信息时代，农业、能 源、交通运输、通信等领域迅猛发展，对电影产业提出个更多、更高的要 求，如节能、节材、减重、环保、安全、可靠等。这就迫使电源工作者不 断的探索寻求各种乡关技术，做出最好的电源产品，以满足各行各业的要 求。开关电源是一种新型的电源设备，较之于传统的线性电源，其技术含 量高、耗能低、使用方便，并取得了较好的经济效益。UC3842 是一种性能优良的电流控制型脉宽调制器。 假如由于某种原因 使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，亦即占空 比D,使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。UC3842可以直接驱动MOS管、IGBT等，适合于制作2080W小功率开关电源。由 于器件设计巧妙，由主电源电压直接启动，构成电路所需元件少，非常符 合电路设计中“简洁至上”的原则。设计思路，并附有详细的电路图。关键词：开关电源，uc3842，脉宽调制，功率，IGBT前言第 1 章 开关电源的简介 21.1 开关电源概述 21.1.1 开关电源的工作原理 21.1.2 开关电源的组成

2、31.1.3 开关电源的特点 41.2 开关器件 41.2.1 开关器件的特征 41.2.2 器件 TL431. 51.2.3 电力二极管 51.2.4 光耦 PC817 61.2.5 电力场效应晶体管 MOSFET 7第 2 章 主要开关变换电路 82.1 滤波电路 82.2 反馈电路 82.2.1 电流反馈电路 82.2.2 电压反馈电路 92.3 电压保护电路 9第 3 章 UC3842 错误 !未定义书签3.1 UC3842 简介 103.1.1 UC3842 的引脚及其功能1111133.1.2 UC3842 的内部结构3.1.3 UC3842 的使用特点3.2 UC3842 的典型应用电路 143.2.1 反激式开关电源 143.2.2 UC3842 控制的同步整流电路 153.2.3 升压型开关电源 17第 4 章 利用 UC3842 设计小功率电源 184.1 电源设计指标 184.1.1 元件的选择 194.1.2 电路结构的选择 204.2 启动电路 214.3 PWM 脉冲控制驱动电路 224.4 直流输出与反馈电路 234.5 总体电路图分析 24结 论 24参

3、考文献 错误 !未定义书签致 谢 错误 !未定义书签附 录 1 ：总体电路图 25附 录 2：开关电源常用英文标志与缩写 错误 !未定义书签外文资料译文 错误 !未定义书签。-LX.1前言电源power supply; power source 向电子设备提供功率的装置。把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源。发电机能把机械能转换成电能，干电 池能把化学能转换成电能 .发电机 .电池本身并不带电 ,它的两极分别有正负 电荷,由正负电荷产生电压 （电流是电荷在电压的作用下定向移动而形成的 ）, 电荷导体里本来就有 ,要产生电流只需要加上电压即可 ,当电池两极接上导体 时为了产生电流而把正负电荷释放出去 ,当电荷散尽时 ,也就荷尽流 （压）消了. 干电池等叫做电源。通过变压器和整流器，把交流电变成直流电的装置叫做 整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的 信号加以放大，又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后 面的电路来说，也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。电力电子技术的发展 ,特别是大功率器件 IGBT 和 MOSFET 的迅速发展

4、 ,将 开关电源的工作频率提高到相当高的水平 ,使其具有高稳定性和高性价比等 特性。开关电源技术的主要用途之一是为信息产业服务，信息技术的发展对 电源技术又提出了更高的要求 ,从而促进了开关电源技术的发展。第 1 章 开关电源的简介1.1 开关电源概述1.1.1 开关电源的工作原理开关电源就是采用功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比调整输出电压，开关电源的工作原理可以用图1-1 进行说明。图中输入的直流不稳定电压 Ui 经开关 S 加至输出端， S 为 受控开关，是一个受开关脉冲控制的开关调整管，若使开关 S 按要求改变 导通或断开时间， 就能把输入的直流电压 Ui 变成矩形脉冲电压。 这个脉冲电压经滤波电路进行平滑滤波后就可得到稳定的直流输出电压 Uo。电路图； (b) 波形图(b)图 1-1 开关电源的工作原理为方便分析开关电源电路，定义脉冲占空比如下(1-1)D ON式中， T 表示开关 S 的开关重复周期； TON 表示开关 S 在一个开关周 期中的导通时间。开关电源直流输出电压 Uo 与输入电压 Ui 之间有如下关系：Uo=U iD(1-2)由

5、式(1-1)和式(1-2)可以看出，若开关周期 T 一定，改变开关 S 的导通 时间T，即可改变脉冲占空比D，从而达到调节输出电压的目的。T不变, 0n只改变 T 来实现占空比调节的稳压方式叫做脉冲宽度调制 (PWM) 。由于 0nPWM式的开关频率固定，输出滤波电路比较容易设计，易实现最优化，因此PWM式开关电源用得较多。若保持T不变，利用改变开关频率f=l/T On实现脉冲占空比调节，从而实现输出直流电压Uo稳压的方法，称做脉冲频率调制(PFM)。由于该方式的开关频率不固定，因此输出滤波电路的设 计不易实现最优化。既改变T，又改变T，实现脉冲占空比调节的稳压方On式称做脉冲调频调宽方式。在各种开关电源中，以上三种脉冲占空比调节 的稳压方式均有应用1。1.1.2开关电源的组成开关电源的基本组成如图1-2所示。其中DC/DC变换器用以进行功率 变换，它是开关电源的核心部分；驱动器是开关信号的放大部分，对来自 信号源的开关信号进行放大和整形，以适应开关管的驱动要求；信号源产 生控制信号，该信号由它激或自激电路产生，可以是 PWM信号、PFM信 号或其他信号；比较放大器对给定信号和输出反馈

6、信号进行比较运算，控 制开关信号的幅值、 频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比， 以达到稳定输出电压值的目的。除此之外，开关电源还有辅助电路，包括 启动、过流过压保护、 输入滤波、 输出采样、 功能指示等电路。反馈 回路检测其输出电压，并与基准电压比较，其误差通过误差放大器进行放 大，控制脉宽调制电路，再经过驱动电路控制半导体开关的通断时间，从 而调整输出电压。DC/DC变换器有多种电路形式，其中控制波形为方波的 PWM变换器以及工作波形为准正弦波的谐振变换器应用较为普遍。开关 电源的负载变换瞬态响应主要由输出端LC滤波器的特性决定，所以可以通过提高开关频率、降低输出滤波器LC的方法来改善瞬态响应特性。图1-2 开关电源的基本组成1.1.3 开关电源的特点开关电源具有如下特点：(1) 效率高。开关电源的功率开关调整管工作在开关状态，所以调整管的功耗小，效率高，一般在 80%90%，高的可达90%以上；(2) 重量轻。由于开关电源省掉了笨重的电源变压器，节省了大量的 漆包线和硅钢片，从而使其重量只有同容量线性电源的 1/5 ，体积也大大 缩小了；(3) 稳压范围宽。开关电源的交流

7、输入电压在 90270 V 内变化时，输 出电压的变化在 2%以下。合理设计开关电源电路，还可使稳压范围更宽 并保证开关电源的高效率；(4) 安全可靠。在开关电源中，由于可以方便地设置各种形式的保护 电路，因此当电源负载出现故障时，能自动切断电源，保障其功能可靠；(5) 功耗小。由于开关电源的工作频率高，一般在 20 kHz 以上，因此 滤波元件的数值可以大大减小，从而减小功耗；特别是，由于功率开关管 工作在开关状态，损耗小，不需要采用大面积散热器，电源温升低，周围 元件不致因长期工作在高温环境而损坏，因此采用开关电源可以提高整机 的可靠性和稳定性 2。1.2 开关器件1.2.1 开关器件的特征 同处理信息的电子器件相比，开关电源的电子器件具有以下特征：(1) 能处理电功率的大小，即承受电压和电流的能力是开关器件最重 要的参数，其处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，大多远大于处 理信息的电子器件。(2) 开关器件一般都工作在开关状态， 导通时 (通态)阻抗很小，接近于 短路，管压降接近于零，电流由外电路决定；阻断时阻抗很大，接近于断 路，电流几乎为零，管子两端电压由外电路决定。(3

8、) 开关器件的动态特性也是很重要的方面，有些时候甚至上升为第 一位的重要问题。作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替实际开关。(4) 电路中的开关器件往往需要由信息电子电路来控制。在主电路和 控制电路之间，需要一定的中间电路对控制电路的信号进行放大，这就是 开关器件的驱动电路。122 器件 TL431.TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V )到36V范围内的 任何值。该器件的典型动态阻抗为 0.2Q，在很多应用中可以用它代替齐纳 二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等 。TL431特点：(1 )最大输出电压为36V ；(2)电压参考误差：0.4 %，典型值25 C( TL431B )；(3 )低动态输出阻抗，典型0.22Q ；(4) 负载电流能力1.0mA to 100mA ；(5) 等效全范围温度系数50 ppm/ C典型；(6) 温度补偿操作全额定工作温度范围；(7) 低输出噪声电压。LF SUFFIXPLTIC PACKAGECASE 29 (TO-92)A图13 11

9、431的外观和管脚1.2.3电力二极管电力二极管可分为普通二极管，快恢复二极管，肖特基二极管三种。(1)普通二极管(General Purpose Diode)普通二极管又称为整流二极管(Rectifier Diode)，多用于开关频率不高(1 kHz以下)的整流电路中。其反向恢复时间较长，一般在 5 s以上，这在开 关频率不高时并不重要。其正向电流定额值和反向电压定额值可以达到很 高，分别可达数千安和数千伏以上。(2) 快恢复二极管 (FRD) 快恢复二极管是恢复过程很短，特别是反向恢复过程很短的二极管，简称 为快速二极管。快速二极管在工艺上多采用了掺金措施，有的采用 PN 结 型结构，有的采用改进的 PiN 结构。采用外延型 PiN 结构的快恢复外延二 极管(Fast Recovery Epitaxial Diodes , FRED)，其反向恢复时间更短(可低于 50 ns)，正向压降也很低(0.9 V左右)，但其反向耐压多在400 V以下。快 速二极管从性能上可分为快速恢复和超快速恢复两个等级，前者反向恢复 时间为数百纳秒或更长，后者则在 100 ns 以下，有的甚至达到 2030 ns。(3) 肖特基二极管 以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管称为肖特基势垒二极 管(SBD)，简称为肖特基二极管。肖特基二极管的优点很多，主要是：反 向恢复时间很短 (1040 ns) ，正向恢复过程中不会有明显的电压过冲；在反 向耐压较低的情况下其正向压降也很小，明显低于快恢复二极管

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