1、用UC3842進(jìn)行開關(guān)電源的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)目的用UC3842新型集成開關(guān)電源芯片進(jìn)行開關(guān)電源設(shè)計(jì)，市電輸入采用無(wú)工頻變壓器設(shè)計(jì)，開關(guān)管的觸發(fā)調(diào)整信號(hào)采用高頻40KHZ的PWM（脈寬調(diào)制信號(hào)），達(dá)到額定輸出為5V,7A的高精度穩(wěn)壓輸出，電源輕便，簡(jiǎn)潔明快。1、 UC3842的性能特點(diǎn)：（1） 它屬于電流型單端PWM調(diào)制器，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。能通過(guò)高頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于構(gòu)成無(wú)工頻變壓器的2050W小功率開關(guān)電源。（2） 最高開關(guān)頻率為500kHZ,頻率穩(wěn)定度達(dá)0.2%。電源效率高，輸出電流大，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率晶體管或VMOS管、DMOS管

2、、TMOS管。（3） 內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電壓源，典型值為5.0V，允許有0.1V的偏差。溫度系數(shù)為0.2mV/。（4） 穩(wěn)壓性能好。其電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%/V,能同第二代線性集成穩(wěn)壓器（例如LM317）相媲美。啟動(dòng)電流小于1mA,正常工作電流為15mA。（5） 除具有輸入端過(guò)壓保護(hù)與輸出端過(guò)流保護(hù)之外，還設(shè)有欠壓鎖定電路，使工作穩(wěn)定、可靠。（6） 最高輸入電壓=30V，輸出最大峰值電流=1A,平均電流為0.2A,本身最大功耗=1W,最大輸出功率=50W。2、 UC3842的引腳排列及內(nèi)部框圖UC3842采用DIP-8封裝如上圖1，管腳、GND端分別接輸入電壓、輸出電壓、地。為內(nèi)部5.0V

3、基準(zhǔn)電壓引出端。/是外接定時(shí)電阻、定時(shí)電容的公共端。UC3842內(nèi)部框圖如圖2,其主要包括5.0V基準(zhǔn)電源，振蕩器、誤差放大器，過(guò)流檢測(cè)電壓比較器、PWM鎖存器、輸入欠壓鎖定電路、門電路、輸出級(jí)、34V穩(wěn)壓管。二、 總體電路框圖及單元功能分析1、 輸入單元(1)電源噪聲濾波器電源噪聲濾波器電路如圖4該濾波器有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，制作使用時(shí)外殼使用金屬屏蔽并接地，電路包括共模電感L、濾波電容器C1C4。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)偶合后總電感量迅速增大，因此共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)。C3、C4跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地

4、，能有效的抑制共模干擾。(2)整流濾波器從電源噪省濾波器經(jīng)過(guò)噪聲濾波輸出后的電壓從整流濾波器（圖5）輸入，經(jīng)過(guò)D1D4進(jìn)行橋式全波整流送往R1和C5組成的r型濾波電路進(jìn)行濾波，得到+300V的非穩(wěn)壓的直流輸出。采用橋式全波整流可省去笨重的輸入變壓器，使設(shè)計(jì)重量可大大減輕，輸出也得到近似平滑的良好直流電壓，轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高。2、調(diào)整控制單元(1)振蕩電路由R2、C7與UC3842內(nèi)部振蕩器，+5.0V基準(zhǔn)電源一起完成振蕩，產(chǎn)生高頻信號(hào)。+5.0V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)定時(shí)電阻R2給C7充電，然后C7再經(jīng)過(guò)芯片內(nèi)部電路進(jìn)行放電，從第4腳得到鋸齒波電壓。由于輸出采用脈寬調(diào)制控制方式，考慮到、上的噪聲電壓也會(huì)影

5、響輸出脈沖寬度，振蕩電路加了消噪電容C6。（2）啟動(dòng)、反饋補(bǔ)償電路剛啟動(dòng)開關(guān)電源時(shí)，UC3842所需要的+16V工作電壓暫由R6、C9電路提供。+300V直流高壓經(jīng)過(guò)R6降壓后加至UC3842的輸入端，利用C9的充電過(guò)程使逐漸升至+16V以上，也就實(shí)現(xiàn)了軟啟動(dòng)。一旦開關(guān)管轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)，自饋線圈N2上所建立的高頻電壓經(jīng)D5、C9、C10濾波后，就作為芯片的工作電壓。至此啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。啟動(dòng)電路中有一34V穩(wěn)壓管，一但輸入端出現(xiàn)高壓，此穩(wěn)壓管就被擊穿，將鉗位于34V，保證芯片不至損壞。輸入電壓鎖定的目的是當(dāng)輸入欠壓時(shí)，開關(guān)功率管自動(dòng)關(guān)斷，不至于欠壓大電流運(yùn)行。由于噪聲干擾的影響，開關(guān)功率管有可能

6、超負(fù)荷工作而損壞，為此給芯片加了PWM鎖存器。其作用是保證在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)只輸出一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)，能消除在過(guò)流檢測(cè)比較器翻轉(zhuǎn)時(shí)間產(chǎn)生的噪聲干擾。R4、C8用以調(diào)整誤差放大器的增益和頻率響應(yīng)。自饋線圈N2的輸出電壓經(jīng)過(guò)R5、R3分壓后作為比較電壓、與內(nèi)部5.0V基準(zhǔn)電壓經(jīng)過(guò)誤差放大器進(jìn)行比較調(diào)整，使為5.0V的穩(wěn)定電壓輸出。R8上的電流反饋信號(hào)，通過(guò)R7衰減從3腳過(guò)流檢測(cè)入，送入電流檢測(cè)比較器進(jìn)行比較，使輸出得到電流鉗位目的，輸出電流被限制在7A以下。2、 輸出單元 由于采用的是高頻調(diào)制信號(hào)的方法，故輸出級(jí)電源變壓器很小，調(diào)整管采用頻率響應(yīng)快的N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，輸出級(jí)受UC3842PWM波調(diào)整，通

7、過(guò)VT進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，+300V直流電壓從T原邊N1流經(jīng)VT輸出變壓器原邊產(chǎn)生大電流的PWM電壓波，經(jīng)過(guò)T變比偶合，使輸出端產(chǎn)生大電流的電壓，輸出通過(guò)D7整流，C12濾波，使輸出為平滑穩(wěn)定的5.0V穩(wěn)壓輸出。輸出電路見(jiàn)圖8。N2輸出用作電壓負(fù)反饋。三、 總電路原理圖 圖中220V交流電壓經(jīng)過(guò)3A/600V橋式整流和電阻R、電容C5濾波，得到大約+300V自流電壓。此直流高壓被高頻變壓器T斬波和降壓，變成頻率為40KHZ的矩形波電壓，再經(jīng)過(guò)D7、C13整流濾波，就得到直流輸出電壓。它采用固定頻率、改變脈沖寬度的調(diào)壓原理，其工作過(guò)程是首先對(duì)輸出電壓（N2反饋的電壓）進(jìn)行采樣，然后依次經(jīng)過(guò)誤差放大器、

8、過(guò)流檢測(cè)比較器、PWM鎖存器、門電路和輸出級(jí)，去控制開關(guān)功率管的導(dǎo)通時(shí)間（）和關(guān)斷時(shí)間（），以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài)，最終達(dá)到穩(wěn)壓輸出的目的。(穩(wěn)壓流程：1、市電變化引起：市電+300V比較PWM變窄 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；反之：市電+300V比較PWM變寬 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；2：負(fù)載變化引起：負(fù)載比較PWM變寬 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓；負(fù)載比較PWM變窄 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓)。 UC3842屬于電流型脈寬控制器。所謂電流控制型是指，一方面把自饋線圈的輸出電壓反饋給誤差放大器，在與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，得到誤差電壓；另一方面初級(jí)線圈中的電流在取樣電阻R8上建立的電壓，直接加到過(guò)流比較器的同相輸入端，與作比較，進(jìn)行控制脈沖的占空比，使流過(guò)

9、開關(guān)功率管的最大峰值電流始終受誤差電壓的控制，這就是電流控制型的原理，其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整速度快，一旦+300V輸入電壓發(fā)生變化，就立即引起的變化，迅速調(diào)整輸出脈沖的寬度。因此采用電流控制型脈寬控制器，可以大大改善開關(guān)電源的電壓調(diào)整率及電流調(diào)整率。（穩(wěn)流過(guò)程：1、電壓變化引起：+300V過(guò)流比較PWM變窄 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流；+300V過(guò)流比較PWM變寬 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流；2、負(fù)載變化引起：負(fù)載過(guò)流比較PWM變窄 實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)流；負(fù)載過(guò)流比較PWM變寬 實(shí)現(xiàn)穩(wěn)流）。 四、選擇器件與參數(shù)計(jì)算1、噪聲濾波器器件選擇與參數(shù)計(jì)算 L的電感量一般取幾毫亨至幾十毫亨，視電源噪聲濾波器的額定電流I而定。表1列出L與I的對(duì)應(yīng)關(guān)系。表1 電

10、感量與額定電流的關(guān)系額定電流I（A）136101215電感量范圍(mH)812240.40.80.20.30.10.150.070.08L典型值(mH)82.50.780.2250.110.073C1、C2采用薄膜電容器，容量范圍大至是0.010.47Uf,主要用來(lái)消除串模干擾。C3、C4跨接在輸出端，經(jīng)電容分壓后接地，能有效的抑制共模干擾。C3、C4宜選用陶瓷電容器,容量范圍是22004700Pf,耐壓值為630V。為提高防潮、抗震動(dòng)與沖擊性能，元件裝入金屬殼后用環(huán)氧樹脂封固。2、震蕩頻率計(jì)算 震蕩頻率的計(jì)算公式為：f= （1.1）將R2=10K，C6=4700p代入公式（1.1），f=38

11、.3kHz,可近視40kHz。 3、輸出高頻變壓器的計(jì)算型號(hào)磁芯面積E-70.49E-121.44E-172.89（1） 磁芯的選擇高頻變壓器的最大承受功率與磁芯截面積(單位)之間存在下述關(guān)系:=0.15 (1.2)實(shí)際輸出功率為=5*7=35。設(shè)效率為=70%，=0.7*35=50W,留設(shè)計(jì)余量,取=80W,代入公式(1.2)得=1.34,查上表E-12=1.44,與之最接近。E-12的飽和磁通密度為=400T，使用時(shí)為防止出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象損壞開關(guān)功率管，可取B=250T。（2） 計(jì)算脈沖最大占空比 公式：=.100% (1.3)取市電輸入范圍176-264V。經(jīng)全波整流和濾波后的直流輸入電壓

12、360V，240V。單端反激式開關(guān)電源中所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)e170V,線圈漏感造成的尖峰電壓=100V。代入公式（1.3）=41.5%。(3)初級(jí)線圈的電感量 公式: = (1.4)將=70%,=240V, =41.5%,=35W,f=40kHz代入(1.4)得=2.48mH。（3） 求峰值電流和過(guò)載保護(hù)電流 公式：= （1.5）=1.3 (1.6)求出=1.0A=1.3A 在次級(jí)線圈上的儲(chǔ)能為W=2.1mJ (4)求初級(jí)線圈N1匝數(shù) 公式:N1.= (1.7) 將W=2.1mJ,B=250mT, =1.44代入（1.7）,得N1.=116.7安匝。固N(yùn)1=89.7匝,取90匝。（4） N2，

13、N3計(jì)算 公式：N= （1.8） 式中 線圈兩端的電壓；整流二極管的正向壓降。 N2=11.1匝 取11匝 N3=2.85匝 鑒于當(dāng)輸出電流達(dá)7A時(shí),線圈的銅阻和輸出引線電阻上均會(huì)產(chǎn)生較大的壓降,會(huì)造成輸出電壓的失落,應(yīng)當(dāng)提升,增加N3的匝數(shù),可取4匝。用4股1.0高強(qiáng)度漆包線繞制。（5） 計(jì)算空氣隙 =0.6mm 4、周邊器件采用IRFPG407型（4.3A、1000V、150W）N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管作開關(guān)功率管。D1D4采用3A/1000V的FR305型快速恢復(fù)二極管。輸出整流濾波D7選擇D80-004型肖特基二極管。五、 結(jié)論通過(guò)本例采用UC3842設(shè)計(jì)的開關(guān)電源輸出電壓穩(wěn)壓精度高，對(duì)電壓波動(dòng)反映迅速，負(fù)載適應(yīng)性強(qiáng)，負(fù)載短路能迅速限流保護(hù)，不至燒壞元件。小巧輕便，簡(jiǎn)潔明快。缺點(diǎn)：1、電源噪聲濾波器由于是基本電路，濾波效果只能滿足普通應(yīng)用無(wú)特殊干擾的場(chǎng)合，如需要在特殊強(qiáng)干擾