单端反激式开关电源课程设计

单端反激式开关电源设计

1.引言

开关电源具有工频变压器所不具备的优点，新型、高效、节能的开关电源代表着稳压电源的发展方向。因为开关电源内部工作于高频率状态，本身的功耗很低，电源效率就可做得较高，一般均可做到80%，甚至接近90%。这样高的效率不是普通工频变压器稳压电源所能比拟的。开关电源常用的单端或双端输出脉宽调制（PWM），省去了笨重的工频变压器，可制成几瓦至几千瓦的电源。传统的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术，而近年电流型PWM技术得到了飞速发展。相比电压型PWM，电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得以明显改善，特别是其内在的限流能力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。电流型PWM 集成控制器已经产品化，极大的推动了小功率开关电源的发展和应用。电流型PWM控制小功率电源已经取代电压型PWM控制小功率电源。Unitrode公司推出的UC3843系列控制芯片是电流型PWM控制器的典型代表。本次设计将用UC3843制作一个小功率开关电源。

2.UC3843简介

Unitrode公司的UC3843是一种高性能固定频率电流型控制器，包含误差放大器、PWM比较器器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元，它具有功能全，工作频率高，引脚少外围元件简单等特点，它的电压调整率可达0.01%V，非常接近线性稳压电源的调整率。工作频率可达500kHz，启动电流仅需1mA，所以它的启动电路非常简单。

其结构图和工作原理如下：

1脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络；2脚FEEDBACK是反馈电压输入端；3脚ISENSE是电流传感端；4脚RT/CT是定时端；5脚GND是接地；6脚OUT是输出端；7脚Vcc是电源；8脚VREF是基准电压输出，可输出精确的+5V基准电压，电流可达50mA。

器件参数：

UC3843的电压调整率可达0.01%，工作频率为500kHz，启动电流小于1mA，输入电压为10～30V，基准电压为4.9～5.1V。工作温度为0～70℃，输出电流为1A.

由UC3843构成的开关电源电路如图所示：

4.开关电源参数设计：

一.开关电源基本参数要求：

输入DC 11-15V ;输出DC12V 1A;带隔离;稳定;效率高;短路保护

二.主控芯片选择:

UC3843 它具有输入和参考电压欠压锁定电路;低启动和工作电流(1mA);大电流输出(1A);500kHz工作频率;锁存脉宽调制;微调振荡器放电电流,精确控制占空比. 三.开关频率选择：

86KHZ,Rt=20K Ct=102 f=1.72/RC=1.72*1000/(20*0.001)=86KHZ 四.输入滤波电容选择

滤波电容和输出功率有3倍比例系数,Po=12W,Cin=3*12=36uf,选择Cin=47uf 五.启动电路设计：

直流电压经电阻,稳压管,电容为UC3843提供启动电压,启动电压高于8.4V UC3843才能工作.1N4007防止输入反接,1.0V压降.

六.过流保护电路设计：

Rs为过流检测电阻,阻值较小,以降低电阻上的功耗.检测电压送入UC3843的3脚,高于1V时,过流保护电路工作,使6脚停止输出矩形波,电路停止工作,选择Rs=0.5/1W, Io=1V/Rs*Ns/Np=1/0.5*12/10=2.4A时,过流保护起作用.脚3还要接一个RC滤波器以抑制开关管的尖峰电流,R4=1K,C9=470uf.

七.钳位保护电路：

因为初级感应电压Vor较低,只有10V,故可以采用电容680pf并联MOSFET来滤除尖峰电压。

八.反馈误差放大器设计：

电路中将3843的2脚接地,故放大器输入误差总是固定的,通过三端稳压和线性光耦改变uc3843误差放大器的增益(1脚)来实现稳压,可将光耦的光电三极管视为一可变电阻,它的变化反应了输出电压+12的变化,调节误差放大器的增益而不是调节误差放大器的输入来改变误差放大器的输出,从而改变开关信号占空比,实现电压反馈.

九.功率器件的选择：

变换器的功率器件采用功率

MOSFET. IRFU120N,Vdss=100V,Rds(on)=0.21,Id=9.4A

十.高频变压器设计：

根据Po=12W,选择EFD-20

磁心s=12匝(每匝1V) 最大占空比Dmax选择50%

Dmax=Vor/(Vor+Vimin-Vds(on))*100%=Vor/(Vor+10)=0.5 Vor=10V Np=Vor/(Vo+0.4)*Ns=10/(12+0.4)*12=9.68 取Np=10匝

Iavg=Po/n*Vimin=12/(0.8*10)=1.5A

Ip=Iavg/[(1-0.5Krp)*Dmax]=1.5/[(1-0.5*0.4)*0.5]=3.75A

Lp=1000000Po/[Ip*Ip*Krp(1-Krp/2)*f]*[Z(1-n)+n]/n=34.88uh 选择35uh 十一.输出整流管设计：

为降低功耗,提高电源效率,选用肖特基整流二极管.Id>=3Iom=3*1A=3A

整流管的反向耐压Vrm>=2V(br)s=2*(Vo+Vimax*Ns/Np)=57.6V

选用1N5822(Vrm=40V,Id=3A)

十二.输出滤波电容选择：

12V,1A输出,选用330uf/25V滤波电容

十三.输出LC滤波网络：

L取3.3uh/1A,C取120uf/25V6.

5.性能测试：

下面是实验测量到的数据：

（1）：输入电压：+24V

（2）：输出电压：+9.24V，+29.34V

（3）：+9V端纹波：Vpp=84mV，占输出的比例是0.9%

（4）：+27V端纹波：Vpp=540mV，占输出的比例是1.83%

（5）：占空比的波形：