用uc3842制作5V1A地开关电源.docx
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用uc3842制作5V1A地开关电源
一、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，本钱较低等优点，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进展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〕：
5V
2、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〕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/℃。
〔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、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,本身最大功耗=1W,最大输出功率P=50W。
2、UC3842的引脚排列与部框图
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，过流检测电压比拟器、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基准电压进展比拟，产生误差电压，而控制脉冲宽度；
脚为PWM比拟器的另一输入端，当检测电压超过lV时停止脉冲输
出使电源处于间歇工作状态；
脚为定时电容CT端，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 ，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。
脚为部5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。
四、总体电路框图与单元功能分析
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一样，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D1~D4进展桥式全波整流送往R1和C5组成的r型滤波电路进展滤波，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
（1）振荡电路
由R2、C7与UC3842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再经过芯片部电路进展放电，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、反应补偿电路
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。
至此启动过程完毕。
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只输出一个脉宽调制信号，能消除在过流检测比拟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分压后作为比拟电压、与部5.0V基准电压经过误差放大器进展比拟调整，使Vout为5.0V的稳定电压输出。
R8上的电流反应信号，通过R7衰减从3脚过流检测入，送入电流检测比拟器进展比拟，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进展功率转换，+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输出用作电压负反应。
五、总电路原理图
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反应的电压〕进展采样，然后依次经过误差放大器、过流检测比拟器、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，最终达到稳压输出的目的。
（稳压流程：
1、市电变化引起：
市电↑→+300V↑→↑→比拟→PWM变窄→↓实现稳压；反之：
市电↓→+300V↓→↓→比拟→PWM变宽→↑实现稳压；2：
负载变化引起：
负载↑→↓→比拟→PWM变宽→↑实现稳压；负载↓→↑→比拟→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应给误差放大器，在与基准电压进展比拟后，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，直接加到过流比拟器的同相输入端，与作比拟，进展控制脉冲的占空比，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，其优点是调整速度快，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与电流调整率。
〔稳流过程：
1、电压变化引起：
+300V↑→↑→↓→过流比拟→PWM变窄→↓实现稳流；+300V↓→↓→↑→过流比拟→PWM变宽→↑实现稳流；2、负载变化引起：
负载↑→↑→过流比拟→PWM变窄→↓→↓实现了稳流；负载↓→↓→过流比拟→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的对应关系
额定电流I〔A〕
1
3
6
10
12
15
电感量围〔mH〕
8~12
2~4
L典型值〔mH〕
8
0.
C1、C2采用薄膜电容器，容量围大至是0.01~0.47Uf,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宜选用陶瓷电容器,容量围是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/〔R2*C6〕 〔1.1〕 将R2=10KΩ，C6=4700p代入公式〔1.1〕，f=38.3kHz,可近视40kHz
3、输出高频变压器的计算
型号
磁芯面积
E-7
E-12
E-17
〔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:
（1.2）
实际输出功率为Po=Io*Vo=5*1=5W。
设效率为η=70%，Pi=5/0.7=7.2W,留设计余量,取Pm=12W,代入公式（1.2）得c㎡,查上表E-7c㎡,与之最接近。
E-7的饱和磁通密度为=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：
=*100% （1.3）
取市电输入围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,线圈漏感造成的尖峰电压=100V。
代入公式〔1.3〕=41.5%。
3）初级线圈的电感量
公式：
L1== （1.4）
将η=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
〔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=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。
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
七、仿真电路图与结果
本次课程设计完成了根本要求，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：
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
进展本次课程设计时，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展了深入的研究。
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，深入研究课题所涉与的容，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。
但通过这段时间以来的实践，掌握了很多的经验和教训。
在这里要感谢教师能够很耐心地解答我们的疑问，同学之间能够提出很好的建议。
通过这次课程设计，懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了合作，坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作铺展了道路。
另外，课堂上也有局部知识不太清楚，于是又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是本次课程设计的一大收获。
也学到很多待人处事的道理，想这在我以后的工作和学习中将是我的宝贵财富。
九、参考文献
《电子技术根底设计》中央广播电视大学任为民主编
《通用集成电路速查手册》科学技术王新贤主编
网络资料
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