UC3842开关稳压电源设计.doc

UC3842开关稳压电源设计 作者： 日期：6 个人收集整理 勿做商业用途装订线 本科生学年论文（课程设计） 题目：基于uc3842稳压电源的设计学 院 物理科学与技术学院学科门类 理学 专 业 电子信息科学与技术学 号 2009434110 姓 名 李腾飞 指导教师 孙业岐 2012年10月30日基于uc3842稳压电源的设计摘要开关电源是一种效率很高的电源变换电路，通过对Boost型开关电源作详细的数学推导后得到准确数据.该系统包括整流滤波模块、DCDC变换模块、过流保护及人机接口模块,以DCDC变换器作系统的核心.采用UC3842作开关电源控制芯片,开关管采用耐高压，导通电阻很小的MOSFET管IRF640。输出滤波电路中用LC构成的型网络,同时输出采用单片机采样系统，可显示当前的电流和电压，且通过采样电流实现过流保护功能。.关健词：Boost型开关电源；DC-DC变换模块；整流滤波模块；过流保护模块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 obtain accurate data the system comprising a rectifier filter modules， DC-DC conversion module， overcurrent protection， and humanmachine interface moduleUC3842 for switching power supply control chip, switch to a small high pressureresistance of the MOSFET of IRF640. networks, while the output using the 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 current个人收集整理，勿做商业用途个人收集整理，勿做商业用途Key words Boosttype switching power supply；DC-DC converter module； the rectifier filter module; overcurrent protection module目 录1总体设计方案论证12单元电路模块设计12。1整流滤波电路设计22。2Boost升压型开关电源拓扑结构33电路设计及参数选择43.1开关管的选择53.2反馈回路53.3过流保护以及电压电流显示54测试结果和实现功能65电路工作原理76结束语87参考文献91总体设计方案论证开关电源由隔离变压器、整流滤波和DCDC变换网络组成。设计的关键是DCDC变换器,它包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器等所有功率器件和控制模块，而控制模块的设计又是DCDC的核心，一般DCDC变换的控制模块使用PWM调制的专用芯片，如TL494，UC3842等。芯片内部集成了振荡器（由外接电阻电容来决定频率)，误差比较器,PWM调制器等，有的甚至有保护电路和驱动电路。在此情况下用集成芯片外加少量的电路即可构成开关电源,稳定性能较好，控制简单，芯片功耗几乎可以忽略不计，且成本低。过流保护可以使用电流取样电阻串接在负载上。当取样的电流超过指定的范围，立即切断负载，或者降低输出电压，然后过一段时间再自动启动,接上负载，由继电器来控制负载的连通性。同时用AD采样，经过单片机处理后显示当前输出电流和电压.还扩展了键盘来实现电压步进和预置，设置蜂鸣器实现过流时报警。个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络2单元电路模块设计 开关稳压电源系统框图如图一所示2。1整流滤波电路设计整流滤波电路如图二，在开机瞬间，滤波电容等效为短路，可串接01限流电阻保护整流桥。此设计最大输出功率72瓦特，电网电压低到15V输入时（整流后可达到18V)，加上最不利效率为70%,则输入端功率经计算为102W，整流滤波后输出的电流约56A，取6A电流.用普通整流二极管不能满足要求，故用承受电流较大的硅桥。为达到可以接受的纹波系数,滤波电容的容值需要较大。考虑到其它无用功耗，取P=102W,经计算C30000uF，这时候纹波系数低至25,但电容体积太大，DCDC变换级对纹波系数的要求可以降低，取10000uF，纹波约8,可以满足要求。大电容滤波还需并接瓷片电容，来抑制尖峰电压。2。2Boost升压型开关电源拓扑结构主回路拓扑结构选择非隔离型中Boost型升压斩波电路，如图三。假设C和L足够大,输入输出电压，即为常数。据推理电感两端的电压值也为常数,记电感两端的电压值是VL，经过L的电流记为IL，电流变化正增量记为i+，电流变化的负增量记为i一。当开关闭合时,续流二极管关断，此时电源向电感充电储存能量，忽略开关管的压降。则由电感电流不可以突变、法拉第电磁感应公式和基尔霍夫电压定律推导出：增量电流i+和时间t成正比，呈线性上升趋势，与电感成反比。当开关管T关断时,续流二极管D导通,忽略续流二极管导通电压，输入端电源电压与电感器L中自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电,同时对电容器C充电。同理推导出：负增量电流与电感值成反比,与关断时间成正比。下降是从上个时间充电后的电流点开始线形下降的。当动态平衡后,i+=一i一,经过占空比计算公式推导后得：在设计中输入15V21V，整流滤波后可得约18V25V的直流电压，而设计要求输出为30V36V.那么当输入是18V变换到36V时,升压比最大,则占空比最大,记为1，从25V变换到30V时，升压最小,则占空比最小，记为2，经过推算：2=16，1=12。文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集,请勿用作商业用途3电路设计及参数选择此设计采用UC3842作为PWM控制芯片。它只需要很少的外部元件就可获得低成本高效益的解决方案。其内部框图如图四，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件可改善误差放大器的增益和频率特性;脚是反馈电压输入端,此脚电压与误差放大器同相端的25V基准电压进行比较，产生误差电压,而控制脉冲宽度;脚为电流检测输入端,当检测电压超过1V时停止脉冲输出使电源处于间歇工作状态;脚为定时端,内部振荡器工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=18（RTCT）；脚为公共地端;脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为1A；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5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。输入端接Rl再输入到芯片电源端，由于UC3842启动电压需要16V，输入经整流滤波后至少有18V左右，可保证正常启动。串联电阻Rl取100或不用R1,直接接至18V电源也可正常工作。UC3842振荡器可以工作高达500kHz,经过计算选择较折中的频率40kHz取Rt=10k，Ct=47nF，Rt接在振荡端和参考电压8脚处，4脚退耦电容C3取O1uF。个人收集整理,勿做商业用途本文为互联网收集,请勿用作商业用途3。1开关管的选择开关管选择导通电阻很小，能通过高达16A电流的MOSFET管TRF6403，且输入电阻为1nF，如果由UC3842驱动（最大可摊拉1A电流），那么MOSFET的GS从0V5V变化需要时间是0.1us，在500kHZ工作频率时,T=2us，上升沿不可忽略,但工作频率为40kHZ时，即使占空比最小为六分之一，导通时间推算为4us,则影响不是很大。开关管的保护电路有D1，R3，C5构成，开关管关断时,整流二极管D2不能立即导通，电感的反响电动势可能把MOSFET管击穿，整流滤波电路由续波二极管D2和电感电容组成低通滤波网络.开关导通时不带负载，避免周期内工作或不工作的问题，在输出端接入约1。5k的假负载,保证空载测试电压时能有正常输出。3。2反馈回路反馈由取样电阻Rf1、Rf、Rf2构成,取样后经过一个积分电路可得平均值，然后反馈给UC3842误差比较器，误差比较器的另外输入端是一个基准2。5V，由于误差放大器增益很大.通过计算得知：改变中心滑动电阻的插头位置实现调压，注意UiUo,利用模拟开关变换不同的电阻分压，实现步进和预置调压，切换到电位器时实现手动无级调压。3。3过流保护以及电压电流显示用单片机和ADC0832来采样.采样电阻Rss=01,用温度系数很小的绕线电阻，但不能直接采样Rss两端的电压，因为运放不能输入比电源电压大的信号,所以要设计恒降压电路，将Rss两端的电压同时减去一个常数，再进行差分放大，如图五。恒压源用TL431准确稳定在一个固定的电压，设置两个恒压源压降一致.由于运放采用12V单电源供电，所以将电压降到6V以下才能工作；又因为输出最大电压为36V，设计的恒压源压降为19V,那么下面两个电阻可用同样阻值的精密可调来实现抽头在中间位置，则U=3619=8V进行l2分压得4V.当电流为2A时Rss上压降为02V，则到差放上的电压差为O1V，放大15倍后再经恒压源压降，保证变化范围在O5V后送给0832采样，同时通过0832的另外一个通道采样得输出电压值。经过单片机计算电流电压后判断是否超过25A的电流，如果是，再利用继电器断开负载并用蜂鸣器报警，然后等待恢复。延时数秒后再次尝试接通负载，这就实现了过流保护和恢复后自动启动的功能。同时把采样到的电流、电压显示在数码管上。系统还设计了键盘设置电压增减的功能，该芯片采用ZLG7290键盘显示芯片可以简化设计复杂度。本文为互联网收集,请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络4测试结果和实现功能5电路工作原理首先，将来自电网的220V，50Hz工频交流电送入开关电源电路。选取适当的滤波电路，将工频交流电中的杂波滤掉,然后经由电力二极管构成的全波整流电路整流，将工频交流电转化为电压约300V的直流电。然后，直流电被控制电路中的开关功率管斩波，得到高频脉冲信号，高频脉冲信号经高频变压器降压，由自馈线圈反馈得到反馈信号,经UC3842用以调整开关功率管频率；次级线圈产生正弦波交流电。最后,由次级线圈上的整流电路对次级线圈上的交流电进行整流，得到所要求的36V，5A,功率180W的直流电。简单来说就是电网工频交流先整流为固定直流，通过功率变换（高频逆变）得到2050KHz的高频交流,再经高频整流与滤波，得到所需的直流.工作其原理框图如下：整流 滤波电网送入直流送入逆变交流送入整流 滤波直流输出脉冲发生电路脉宽调制PWM保护电路脉冲输入控制逆变反馈信号。6结束语开关电源是一种效率很高的电源变换电路，此系统利用软件硬件相结合，力求线路简单，又能满足系统设计要求。通过对各单元电路的设计、制作与测试，收到了很好的稳压效果，完成了设计要求的各项指标，具有一定的实际意义。7考文献1 石玉,栗书贤电力电子技术题例与电路设计指导机械工业出版社，1998. 2 王兆安,黄俊电力电子技术(第4版）机械工业出版社,2000.3浣喜明，姚为正电力电子技术高等教育出版社,2000。4莫正康电力电子技术应用（第3版）机械工业出版社,2000。5郑琼林耿学文电力电子电路精选机械工业出版社,1996。8