UC3842開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、裝訂線 本科生學(xué)年論文（課程設(shè)計） 題目：基于uc3842穩(wěn)壓電源的設(shè)計學(xué) 院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué)科門類 理學(xué) 專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號 2009434110 姓 名 李騰飛 指導(dǎo)教師 孫業(yè)岐 2012年10月30日河北大學(xué)2013屆本科生學(xué)年論文（課程設(shè)計）基于uc3842穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要開關(guān)電源是一種效率很高的電源變換電路,通過對Boost型開關(guān)電源作詳細的數(shù)學(xué)推導(dǎo)后得到準確數(shù)據(jù).該系統(tǒng)包括整流濾波模塊、DC-DC變換模塊、過流保護及人機接口模塊,以DC-DC變換器作系統(tǒng)的核心.采用UC3842作開關(guān)電源控制芯片,開關(guān)管采用耐高壓,導(dǎo)通電阻很小的MOSFET管IRF640.輸出

2、濾波電路中用LC構(gòu)成的型網(wǎng)絡(luò),同時輸出采用單片機采樣系統(tǒng),可顯示當前的電流和電壓,且通過采樣電流實現(xiàn)過流保護功能。.關(guān)健詞：Boost型開關(guān)電源；DC-DC變換模塊；整流濾波模塊；過流保護模塊  Uc3842 power supply designABSTRACT The switching power supply is a high efficiency power conversion circuit, by Boost type switching power supply for a detailed mathematical derivation to obta

3、in accurate data the system comprising a rectifier filter modules, DC-DC conversion module, overcurrent protection, and human-machine interface moduleUC3842 for switching power supply control chip, switch to a small high pressure-resistance of the MOSFET of IRF640. networks, while the output using t

4、he output filter circuit with LC constitute the core of the operating system to the DC-DC converter.microcontroller sampling system can display the current and voltage, and overcurrent protection achieved by sampling the currentKey words Boost-type switching power supply;DC-DC converter module; the

5、rectifier filter module; overcurrent protection module目 錄1總體設(shè)計方案論證12單元電路模塊設(shè)計12.1整流濾波電路設(shè)計22.2Boost升壓型開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)33電路設(shè)計及參數(shù)選擇43.1開關(guān)管的選擇53.2反饋回路53.3過流保護以及電壓電流顯示54測試結(jié)果和實現(xiàn)功能65電路工作原理76結(jié)束語87參考文獻91總體設(shè)計方案論證開關(guān)電源由隔離變壓器、整流濾波和DCDC變換網(wǎng)絡(luò)組成。設(shè)計的關(guān)鍵是DCDC變換器，它包含了開關(guān)電源中的開關(guān)器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器等所有功率器件和控制模塊，而控制模塊的設(shè)計又是DCDC的核心，

6、一般DCDC變換的控制模塊使用PWM調(diào)制的專用芯片，如TL494，UC3842等。芯片內(nèi)部集成了振蕩器(由外接電阻電容來決定頻率)，誤差比較器，PWM調(diào)制器等，有的甚至有保護電路和驅(qū)動電路。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。過流保護可以使用電流取樣電阻串接在負載上。當取樣的電流超過指定的范圍，立即切斷負載，或者降低輸出電壓，然后過一段時間再自動啟動，接上負載，由繼電器來控制負載的連通性。同時用AD采樣，經(jīng)過單片機處理后顯示當前輸出電流和電壓。還擴展了鍵盤來實現(xiàn)電壓步進和預(yù)置，設(shè)置蜂鳴器實現(xiàn)過流時報警。2單元電路模塊設(shè)

7、計    開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖如圖一所示2.1整流濾波電路設(shè)計整流濾波電路如圖二，在開機瞬間，濾波電容等效為短路，可串接01限流電阻保護整流橋。此設(shè)計最大輸出功率72瓦特，電網(wǎng)電壓低到15V輸入時(整流后可達到18V)，加上最不利效率為70，則輸入端功率經(jīng)計算為102W，整流濾波后輸出的電流約56A，取6A電流。用普通整流二極管不能滿足要求，故用承受電流較大的硅橋。為達到可以接受的紋波系數(shù)，濾波電容的容值需要較大。考慮到其它無用功耗，取P=102W，經(jīng)計算C30000uF，這時候紋波系數(shù)低至25，但電容體積太大，DCDC變換級對紋波系數(shù)的要求可以降低，取10000

8、uF，紋波約8，可以滿足要求。大電容濾波還需并接瓷片電容，來抑制尖峰電壓。2.2Boost升壓型開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu) 主回路拓撲結(jié)構(gòu)選擇非隔離型中Boost型升壓斬波電路，如圖三。假設(shè)C和L足夠大，輸入輸出電壓，即為常數(shù)。據(jù)推理電感兩端的電壓值也為常數(shù)，記電感兩端的電壓值是VL，經(jīng)過L的電流記為IL，電流變化正增量記為i+，電流變化的負增量記為i一。當開關(guān)閉合時，續(xù)流二極管關(guān)斷，此時電源向電感充電儲存能量，忽略開關(guān)管的壓降。則由電感電流不可以突變、法拉第電磁感應(yīng)公式和基爾霍夫電壓定律推導(dǎo)出：增量電流i+和時間t成正比，呈線性上升趨勢，與電感成反比。當開關(guān)管T關(guān)斷時，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，忽略

9、續(xù)流二極管導(dǎo)通電壓，輸入端電源電壓與電感器L中自感電動勢正向疊加后，通過續(xù)流二極管D對負載R供電，同時對電容器C充電。同理推導(dǎo)出：負增量電流與電感值成反比，與關(guān)斷時間成正比。下降是從上個時間充電后的電流點開始線形下降的。當動態(tài)平衡后，i+=一i一，經(jīng)過占空比計算公式推導(dǎo)后得：在設(shè)計中輸入15V21V，整流濾波后可得約18V25V的直流電壓，而設(shè)計要求輸出為30V36V。那么當輸入是18V變換到36V時，升壓比最大，則占空比最大，記為1，從25V變換到30V時，升壓最小，則占空比最小，記為2，經(jīng)過推算：2=16，1=12。3電路設(shè)計及參數(shù)選擇 此設(shè)計采用UC3842作為PWM控制芯片。

10、它只需要很少的外部元件就可獲得低成本高效益的解決方案。其內(nèi)部框圖如圖四，UC3842采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，共有8個引腳，各腳功能如下：腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件可改善誤差放大器的增益和頻率特性；腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的25V基準電壓進行比較，產(chǎn)生誤差電壓，而控制脈沖寬度；腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過1V時停止脈沖輸出使電源處于間歇工作狀態(tài)；腳為定時端，內(nèi)部振蕩器工作頻率由外接的阻容時間常數(shù)決定，f=18(RT×CT)；腳為公共地端；腳為推挽輸出端，內(nèi)部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns驅(qū)動能力為±1A；腳是直流電源

11、供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；腳為5V基準電壓輸出端，有50mA的負載能力。輸入端接Rl再輸入到芯片電源端，由于UC3842啟動電壓需要16V，輸入經(jīng)整流濾波后至少有18V左右，可保證正常啟動。串聯(lián)電阻Rl取100或不用R1，直接接至18V電源也可正常工作。UC3842振蕩器可以工作高達500kHz，經(jīng)過計算選擇較折中的頻率40kHz取Rt=10k，Ct=47nF，Rt接在振蕩端和參考電壓8腳處，4腳退耦電容C3取O1uF。3.1開關(guān)管的選擇開關(guān)管選擇導(dǎo)通電阻很小，能通過高達16A電流的MOSFET管TRF6403，且輸入電阻為1nF，如果由UC3842驅(qū)動（最大可攤拉1A

12、電流），那么MOSFET的GS從0V5V變化需要時間是0.1us，在500kHZ工作頻率時，T=2us，上升沿不可忽略，但工作頻率為40kHZ時，即使占空比最小為六分之一，導(dǎo)通時間推算為4us，則影響不是很大。開關(guān)管的保護電路有D1，R3，C5構(gòu)成，開關(guān)管關(guān)斷時，整流二極管D2不能立即導(dǎo)通，電感的反響電動勢可能把MOSFET管擊穿，整流濾波電路由續(xù)波二極管D2和電感電容組成低通濾波網(wǎng)絡(luò)。開關(guān)導(dǎo)通時不帶負載，避免周期內(nèi)工作或不工作的問題，在輸出端接入約1.5k的假負載，保證空載測試電壓時能有正常輸出。3.2反饋回路反饋由取樣電阻Rf1、Rf、Rf2構(gòu)成，取樣后經(jīng)過一個積分電路可得平均值，然后反饋

13、給UC3842誤差比較器，誤差比較器的另外輸入端是一個基準2.5V,由于誤差放大器增益很大。通過計算得知：改變中心滑動電阻的插頭位置實現(xiàn)調(diào)壓，注意Ui>Uo，利用模擬開關(guān)變換不同的電阻分壓，實現(xiàn)步進和預(yù)置調(diào)壓，切換到電位器時實現(xiàn)手動無級調(diào)壓。3.3過流保護以及電壓電流顯示用單片機和ADC0832來采樣。采樣電阻Rss=01，用溫度系數(shù)很小的繞線電阻，但不能直接采樣Rss兩端的電壓，因為運放不能輸入比電源電壓大的信號，所以要設(shè)計恒降壓電路，將Rss兩端的電壓同時減去一個常數(shù)，再進行差分放大，如圖五。恒壓源用TL431準確穩(wěn)定在一個固定的電壓，設(shè)置兩個恒壓源壓降一致。由于運放采用12V單電源

14、供電，所以將電壓降到6V以下才能工作；又因為輸出最大電壓為36V，設(shè)計的恒壓源壓降為19V，那么下面兩個電阻可用同樣阻值的精密可調(diào)來實現(xiàn)抽頭在中間位置，則U=3619=8V進行l(wèi)2分壓得4V。當電流為2A時Rss上壓降為02V，則到差放上的電壓差為O1V，放大15倍后再經(jīng)恒壓源壓降，保證變化范圍在O5V后送給0832采樣，同時通過0832的另外一個通道采樣得輸出電壓值。經(jīng)過單片機計算電流電壓后判斷是否超過25A的電流，如果是，再利用繼電器斷開負載并用蜂鳴器報警，然后等待恢復(fù)。延時數(shù)秒后再次嘗試接通負載，這就實現(xiàn)了過流保護和恢復(fù)后自動啟動的功能。同時把采樣到的電流、電壓顯示在數(shù)碼管上。系統(tǒng)還設(shè)計

15、了鍵盤設(shè)置電壓增減的功能，該芯片采用ZLG7290鍵盤顯示芯片可以簡化設(shè)計復(fù)雜度。4測試結(jié)果和實現(xiàn)功能5電路工作原理首先，將來自電網(wǎng)的220V，50Hz工頻交流電送入開關(guān)電源電路。選取適當?shù)臑V波電路，將工頻交流電中的雜波濾掉，然后經(jīng)由電力二極管構(gòu)成的全波整流電路整流，將工頻交流電轉(zhuǎn)化為電壓約300V的直流電。然后，直流電被控制電路中的開關(guān)功率管斬波，得到高頻脈沖信號，高頻脈沖信號經(jīng)高頻變壓器降壓，由自饋線圈反饋得到反饋信號，經(jīng)UC3842用以調(diào)整開關(guān)功率管頻率；次級線圈產(chǎn)生正弦波交流電。最后，由次級線圈上的整流電路對次級線圈上的交流電進行整流，得到所要求的36V，5A，功率180W的直流電。簡單來說就是電網(wǎng)工頻交流先整流為固定直流，通過功率變換（高頻逆變）得到2050KHz的高頻交流，再經(jīng)高頻整流與濾波，得到所需的直流。工作其原理框圖如下：整流 濾波電網(wǎng)送入直流送入逆變交流送入整流 濾波直流輸出脈沖發(fā)生電路脈寬調(diào)制PWM保護電路脈沖輸入控制逆變反饋信號.6結(jié)束語開關(guān)電源是一種效率很高的電源變換電