用UC3842进行开关电源的设计

用UC3842进行开关电源的设计一、 设计目的用UC3842新型集成开关电源芯片进行开关电源设计，市电输入采用无工频变压器设计，开关管的触发调整信号采用高频40KHZ 的PWM （脉宽调制信号），达到额定输出为5V,7A 的高精度稳压输出，电源轻便，简洁明快。

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%。

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） 内部有高稳定度的基准电压源，典型值为，允许有±的偏差。

温度系数为℃。

（4） 稳压性能好。

其电压调整率可达%/V,能同第二代线性集成稳压器（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IM V =30V ，输出最大峰值电流PM I =1A,平均电流为,本身最大功耗DM P =1W,最大输出功率OM P =50W 。

2、 UC3842的引脚排列及内部框图UC3842采用DIP-8封装如上图1，管脚I V 、O V 、GND 端分别接输入电压、输出电压、地。

REF V 为内部基准电压引出端。

T R /T C 是外接定时电阻、定时电容的公共端。

UC3842内部框图如图2,其主要包括基准电源，振荡器、误差放大器，过流检测电压比较器、PWM 锁存器、输入欠压锁定电路、门电路、输出级、34V 稳压管。

二、 总体电路框图及单元功能分析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相同，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)整流滤波器从电源噪省滤波器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进行桥式全波整流送往R1和C5组成的r型滤波电路进行滤波，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内部振荡器，+基准电源一起完成振荡，产生高频信号。

+基准电压经过定时电阻R2给C7充电，然后C7再经过芯片内部电路进行放电，从第4脚得到锯齿波电压。

由于V上的噪声电压也会输出采用脉宽调制控制方式，考虑到I V、REF影响输出脉冲宽度，振荡电路加了消噪电容C6。

（2）启动、反馈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I V，利用C9的充电过程使I V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。

至此启动过程结束。

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I V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内只输出一个脉宽调制信号，能消除在过流检测比较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I V经过R5、R3分压后作为比较电压、与内部基准电压经过误差放大器进行比较调整，V为的稳定电压输出。

R8上的电流反馈信号，通过R7衰减从使o3脚过流检测入，送入电流检测比较器进行比较，使输出得到电流钳位目的，输出电流被限制在7A以下。

2、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V PWM波调整，通过VT进行功率转换，+300V直流电压从T UC3842o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稳压输出。

输出电路见图8。

N2输出用作电压负反馈。

三、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反馈的电压）进行采样，然后依次经过误差放大器、过流检测比较器、PWM 锁存器、门电路和输出级，去控制开关功率管的导通时间（on t ）和关断时间（oFF t ），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 ↑→I V ↑→比较→PWM on t 变窄→OUT V ↓ 实现稳压；反之：市电↓→+300V ↓→I V ↓→比较→PWM on t 变宽→OUT V ↑ 实现稳压；2：负载变化引起：负载↑→I V ↓→比较→PWM on t 变宽→OUT V ↑ 实现稳压；负载↓→I V ↑→比较→PWM on t 变窄→OUT V ↓ 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I V 反馈给误差放大器，在与基准电压进行比较后，得到误差电压r V ；另一方面初级线圈中的电流在取样电阻R8上建立的电压，直接加到过流比较器的同相输入端，与r V 作比较，进行控制脉冲的占空比，使流过开关功率管的最大峰值电流PM I 始终受误差电压r V 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PM I 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及电流调整率。

（稳流过程：1、电压变化引起：+300V ↑→PM I ↑→r V ↓→过流比较→PWM on t 变窄→OUT V ↓ 实现稳流；+300V ↓→PM I ↓→r V ↑→过流比较→PWM on t 变宽→OUT V ↑ 实现稳流；2、负载变化引起：负载↑→PM I ↑→过流比较→PWM on t 变窄→OUT V ↓→PM I ↓ 实现了稳流；负载↓→PM I ↓→过流比较→PWM on t 变宽→OUT V ↑→PM I ↑ 实现稳流）。

四、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。

表1 电感量与额定电流的关系C1、C2采用薄膜电容器，容量范围大至是~,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,容量范围是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=728.1C R （） 将R2=10K Ω，C6=4700p 代入公式（），f=,可近视40kHz 。

3、输出高频变压器的计算（1） 磁芯的选择高频变压器的最大承受功率M p 与磁芯截面积J S (单位2cm )之间存在下述关系:J S =M P实际输出功率为o p =O I O V =5*7=35。

设效率为η=70%，I p =*35=50W,留设计余量,取M p =80W,代入公式得J S =2cm ,查上表E-12J S =2cm ,与之最接近。

E-12的饱和磁通密度为S B =400T ，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：max D =inV e e Im +.100% 取市电输入范围176-264V 。

经全波整流和滤波后的直流输入电压ax V Im ≈360V ，in V Im ≈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L V =100V 。

代入公式（）max D =%。

(3)初级线圈的电感量公式: 1L =f P D V O in 2)(2max Im η将η=70%,ax V Im =240V, max D =%,O p =35W,f=40kHz 代入得1L =。

（3） 求峰值电流和过载保护电流公式：P I =maxIm 2D V P in O η （） S I =P I求出P I =%5.41*240*%7035*2= S I =在次级线圈上的储能为W=2121S I L =(4)求初级线圈N1匝数公式:N1.S I =J S B W *10*27将W=,B=250mT, J S =2cm 代入（）,得N1.S I =安匝。

固N1=匝,取90匝。

（4） N 2，N3计算公式：N=maxIm max 1)1)((D V D V V N in F O -+ （） 式中 O V —线圈两端的电压；F V —整流二极管的正向压降。

N2=%5.41*240%)5.411)(120(90-+=匝 取11匝 N3=%5.41*240%)5.411)(4.05(90-+=匝 鉴于当输出电流O I 达7A 时,线圈的铜阻和输出引线电阻上均会产生较大的压降,会造成输出电压的失落,应当提升O V ,增加N3的匝数,可取4匝。

用4股Φ高强度漆包线绕制。

（5） 计算空气隙δ=B I N S 104.0π=2503.1*90*14.3*04.0= 4、周边器件采用IRFPG407型（、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。

五、 结论通过本例采用UC3842设计的开关电源输出电压稳压精度高，对电压波动反映迅速，负载适应性强，负载短路能迅速限流保护，不至烧坏元件。

小巧轻便，简洁明快。

缺点：1、电源噪声滤波器由于是基本电路，滤波效果只能满足普通应用无特殊干扰的场合，如需要在特殊强干扰场合使用，可设计成3级滤波形式电路。