基于UC3842的直流降压斩波电路设计.docx
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基于UC3842的直流降压斩波电路设计
毕业论文（设计）
论文题目：
基于UC3842的直流降压斩波电路设计
学生姓名：
范俊
学号：
0908020269
所在院系：
电气工程学院
专业名称：
自动化
届次：
2013届
指导教师：
刘团结
基于UC3842的直流降压斩波电路
学生：
范俊（指导老师：
刘团结）
（淮南师范学院电气信息工程学院）
摘要:
为了研究基于UC3842的直流降压斩波电路，选择了以UC3842为脉宽控制核心的它激式反激型直流变换器方案，以研究24V到8V的降压变换为实例，详细了说明说明UC3842的用法，外围电路设计，以及反激直流变换器的直接降压斩波工作原理。
能实现24V到8V的降压变换，输出功率也能达到10W以上，效率在80%以上。
该方案里的UC3842可以直接驱动开关管，控制电路中的反激变压器。
通过控制变压器器的工作方式，向负载提供电能。
为了整体电路的稳定，又在输出端添加反馈电路。
由PC817构成的反馈电路对输出电压采样，把输出电压反馈给UC3842，通过内部比较器，自动的调节脉宽，调节输出电压，以达到稳定。
关键词:
它激式、直流变换器、UC3842
DcbuckchoppercircuitbasedonUC3842
Student:
FanJun（FacultyAdviser：
LiuTuanJie）
（DepartmentofElectricalandEngineering,HuainanNormalUniversit）
Abstract：
TostudydcbuckchoppercircuitbasedonUC3842,chosetheUC3842asthepulsewidthcontrolisthecoreofitsshocktypeflybacktypedcconverterscheme,astoresearchin24vto8vstep-downtransformationasanexample,detaileddescriptiontheusageofUC3842,peripheralcircuitdesign,anddirectdecompressionoftheflybackdcconverterworkingprincipleofthechopper.Canachievestep-downtransformationofthe8vto24v,outputcanreachmorethan10w,efficiencyisabove80%.TheschemeofUC3842switchtube,canbedirectlydrivencontrolcircuitoftheflybacktransformer.Bycontrollingthelargetransformerworks,providepowertoload.Inordertotheoverallstabilityofthecircuit,andaddfeedbackcircuitontheoutputside.ComposedofPC817feedbacktheoutputvoltagesamplingcircuit,theoutputvoltagefeedbacktoUC3842,throughtheinternalcomparator,automaticallyadjustthepulsewidthofoutputvoltageregulation,inordertoachievestability.
Keywords：
Itshocktype；DCconverter；UC3842；PC817
前言
晶体管问世后,由于晶体管具有功耗低、体积小、价格相对便宜、连接方式灵活等特点,使很多真空管不能实现的功能在电子线路中得以实现,特别是脉冲电路、数字电路.使晶体管微型计算机的运算速度、可靠性、功耗等远优于真空管微型计算机.随着晶体管的应用领域越来越多,晶体管电路对电源的要求也越来越高,出现了独立存在的晶体管稳压电源.同时在很多晶体管电路中也设置了稳压电源.这些稳压电源通常是线性稳压电源.时至今日在很多地方,线形稳压电源还在应用。
在需要正负对称电源和需要的电源电压不同时,线性稳压电源就显得无能为力.为了解决多电源供电的需求与单电源的矛盾,就需要DC/DC变换器,也许这就是DC/DC变换器问世的起因。
自激式变换器另是受到“间歇式振荡器”的启发而产生的振铃式自激变换器,通过电源工程师的不断改进,使之具有了稳压、过电流保护功能,这似乎使得振铃式自激变换器可以一劳永逸的作为开关电源的一种标准设计模式.但是,在实际上这些保护功能还不是十分可靠的,还是会出现因为过电流而损坏开关电源的,也经常出现由于电路中的元件性能的退化而出现不能稳定输出电压的现象.振铃式自激变换器最大的弱点是调试非常麻烦和效率低下,这使得振铃式自激变换器在10W以上的应用领域已经基本上被淘汰,其原因是,在10W以上的应用时振铃式自激变换器的成本已经不比以UC3842为代表的PWM控制芯片构成的他激式变换器以及以TOPSwitch为代表的单片开关电源芯片构成的他激式开关电源便宜,而且其可靠性和效率不如后者.由于这种电路在低功率时的成本相对便宜,时至今日在小功率变换器（如手机电池充电器）中还在应用。
1方案选择与论证
方案一：
正激式变换器开关电源方案
正激式开关变换器的电源输出电压瞬态的控制特性和输出电压负载的特性，相对比较好，所以工作比较稳定，输出的电压也不容易发生抖动，在对输出电压参数要求高的场合经常使用。
原理图如下图1。
正激式变换开关电源原理：
就是指当变压器的初级线圈被直流电压激励的时候，变压器的次级正好处于功率的输出。
图1是正激变换器开关电源的简单工作原理图，图中的Ui是电源的输入电压，T是高频变压器，K是控制开关，L是储能滤波电感，C是储能滤波电容，D2是续流二极管，R是负载[3]。
图1正激式变换器原理图
需要特别注意的是高频变压器的同名端，如果把高频变压器或次级线圈的同名端弄反，上图就不是反激式变换器开关电源。
缺点，在控制开关K关掉的瞬间，高频变压器的绕组会生产很高的反电动势，它是有流过变压器的初级绕组的励磁电流储存的能量产生的。
一次为了防止在控制开关K关断产生的反电动势击穿开关器件，在变换器中添加吸收反馈线圈绕组N3，和一个二极管D3。
方案二：
反激式变换器开关电源
反激式变换器开关电源的工作原理相对来说比较简单，反激变压器既充当变压器，又充当电感。
因此不像正激结构里面那样需要储能滤波电感，和续流二极管，也不需要加磁复位绕组。
所以反激拓扑电路的体积比起正激的体积来说会小一些，而且成本也要低。
反激拓扑结构电路要求调控占空比的误差信号幅度比较低，输出的电压范围控制也比较大，所以，在电器设备中应用比较广泛。
所说的反激变换器，就是指当变压器的初级线圈被直流电压激励的时候，变换的次级线圈没有对负载提供输出，只在变压器初级线圈的激励电压被关断，才向负载提供输出，这种变换电源就是反激式开关电源。
图2反激式变换器原理图
Ui是电源的输出电压，T是高频变压器，K是控制开关管，C是储能滤波电容，R是负载。
反激结构的电源缺点也非常明显。
电压和电流输出的特性要比正激的差（输出电流纹波较大）。
由于反激拓扑变压器的铁芯一般需要留一定的气隙，反激拓扑变压器初级和次级线圈的漏感都比较大，开关电源变压器的工作效率低。
只适合小功率开关电源（5-150W）。
综上所述，我们采用简单实用的反激方案二，实现起来比较简单而且能达到设计要求。
2系统设计
2.1系统设计要求
表1系统要求
输入电压
输出电压
工作效率
功率
24V
8V
80%以上
10W以上
2.2系统设计框图
本设计采用的是由美国Unitrode公司生产的一种高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片UC3843.该脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制大功率开关管的通断状态来调节输出电压的大小，达到稳压目的，锯齿波发生器提供恒定的时钟频率信号，利用误差放大器的电流测定比较器形成电压闭环，利用电流测定、电流测定比器构成电流闭环，在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感电流的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节驱动信号的占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。
假如电源电压变化或负载发生变化使输出电压升高时，则脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度，即减小输出PWM波形的占空比，使大功率晶体管导通的时间变短，斩波后的电压平均值下降，从而达到稳压目的[2]。
通过上面的解释，在输入模块上输入直流电压24V，在输送到变压器上之前，进行了简单的滤波、电路保护电路。
结构中的变压器受到UC3842的控制，当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。
当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
在输出电路模块中，为了稳定输出，我们又加入了反馈电路。
通过PC817把输出电路的电压反馈到UC3842上，再控制脉宽的调控，实现电压的稳定，达到一个闭环的稳定系统。
系统框架图如图3所示，该方案主要有五个模块构成，他们分别为输入滤波模块、反激变压器模块、输出滤波模块、反馈电路、UC3842主控器模块。
图3系统总体框图
3硬件电路设计
3.1输入模块设计
输入模块是24V输入的地方，这个模块主要由保险丝、二极管、共模电感、滤波电容等组成。
原理图如下图4：
图4输入模块原理图
正极的输入端，为了保护电路，添加了保险丝和二极管。
保险丝为了防止电路电流过大，烧坏电路。
防反二极管MBR1045接入电路，可以防止反向接入电路对电路的损害。
CBB电容主要以金属化聚丙烯膜串联结构型式，能抗高电压、大电流冲击，具有损耗小，电性能优良，可靠性高和自愈性能。
共模电感是匝数相同的线圈对称地绕制在同一个铁氧体环形磁芯上，形成一个四端器件，在平衡线路中能有效地抑制共模干扰信号，而对线路正常传输的差模信号无影响。
还有后面的滤波电容，他们三个一起使用，极大地降低了外界的干扰。
实物图如下图5。
图5输入模块实物图
所以综上所述，输出模块就是为电路提供输入通道的同时，最大化的提高电路安全，最小化的降低外界干扰，以免影响后面电路。
3.2反激式变压器设计
反激式变压器是反激开关电源的核心，它决定了反激变换器一系列的重要参数，如占空比D，最大峰值电流，设计反激式变压器，就是要让反激式开关电源工作在一个合理的工作点上。
这样可以让其的发热尽量小，对器件的磨损也尽量小。
同样的芯片，同样的磁芯，若是变压器设计不合理，则整个开关电源的性能会有很大下降，如损耗会加大，最大输出功率也会有下降。
原理图如下。
图6变压器原理图
下面我系统的介绍变压器的设计方法[4]。
设计的一些要求：
表2设计的要求
输入Vin
输出Vout
输出功率Pout
效率
mos管耐压
开关频率
裕量
24V
8V
10W
80%
100V
60KHz
80%
反激式变压器计算如下：
1）确定（最大占空比）和（次级反射到初级的电压）
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