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基于UC3842芯片的多功能开关电源设计

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电工电气 (20 2 No.6)作者简介:曹发海(1988- ),男,硕士研究生,研究方向为电力电子与智能控制;

吕建平(1953- ),男,副教授,硕士,研究方向为智能控制、嵌入式系统、模式识别等。

基于UC3842芯片的多功能开关电源设计

曹发海,吕建平

(苏州大学 电子信息学院,江苏 苏州 215006)

摘 要:为适应一种稳压源满足多种情况下使用的需要,设计了一种新型多功能开关电源。分析了UC3842芯片工作原理及该电源的工作过程,设计中加入了转换电路,增大了输入电压的范围,采用光耦和三端可编程并联稳压二极管TL431实现了输入输出电气隔离和实时反馈控制占空比,输出各路相互隔离,并对输出电路进行了设置,使得输出电压可调且稳定。实验结果表明,该电源具有电压调整率和负载调整率高、体积小、质量小等优点。

关键词:开关电源;UC3842芯片;PWM 控制器;输出隔离

中图分类号:TM643 文献标识码:A 文章编号:1007-3175(2012)06-0026-03

Abstract: In order to meet the requirement that a kind of stabilized voltage source can be used for many conditions, a new type of multifunctional switching power supply was designed. Analysis was made to the working principle of UC3 2 and the working process of the power supply. There was a wide range of input voltage due to the transform circuit. The optical coupler and three-terminal pro-grammable shunt adjustable regulator TL 3 were used to realize the input/output electrical isolation and to control feedback duty ratio in real time. Adjustable and stable output voltages were separated from each other. The experimental results show that this power supply has the advantages of high regulation rate of voltage and load, small volume and light weight. Key words: switching power supply; UC3 2; pulse width modulation controller; isolated output

CAO Fa-hai, LV Jian-ping

(School of Electronics and Information, Soochow University, Suzhou 2 006, China )

Design of Multifunctional Switching Power Supply Based on UC3842

工业控制系统中,任何电器设备都需要供电,稳定性是评价电源最重要的因素,电源技术的高速发展使得我们必须追求高效率低成本的产品,开关稳压电源与同容量的线性稳压电源相比,具有效率高、体积小、质量小等优点,现已广泛应用于各种电子电器设备、通信、电力检测设备之中[1]

。本文

设计的开关电源可用于电子生产设备供电、电子仪

器供电、电动车的蓄电池供电等。

1 UC3842芯片工作原理

UC3842是Unitrode公司生产的一种高性能固定频率单端输出式电流控制型脉冲宽度调制器,具有精确的占空比控制、输入和参考欠压锁定、逐相电流限制保护等特性[1]

如图1所示为U C3842芯片的内部结构图,各脚的功能介绍如下。

图1 UC3842的内部结构图

基于UC3842芯片的多功能开关电源设计

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电工电气 (20 2 No.6)

1脚(COMP):芯片内部误差放大器的输出端,和2脚之间外接阻容元件用于环路补偿和改善误差放大器的性能。

2脚(VFB):电压反馈脚,误差放大器的反相输入端。

3脚(CURRENT SENSE):电流比较器输入端,当外接取样电阻上的电压大于1V时,U C3842过流保护停止工作,开关管截止。

4脚(R T/C T):同8脚之间外接R T 和C T ,通过充放电产生振荡,从而确定输出P W M的频率,振荡器频率f 可由f =1.8/(R T ×C T )计算。

5脚(GND):变压器输入和电源的公共地。6脚(OUTPUT):PWM波形的输出端。

7脚(V C C):供电端,有16V(通)和10V(断)低压锁定门限,可外接过压保护电路。

8脚(VREF):参考输出端,向外提供5V基准电压,并配合4脚实现内部振荡器工作。

2 开关电源电路设计

2.1 系统框图

开关稳压电源的系统框图如图2所示。整个电路包括滤波整流电路、变压器回路、稳压滤波电

路、P W M控制器电路和电压调节反馈回路。输入交流电经整流滤波后得到的直流电压,加到开关管和变压器线圈上,由P W M控制器U C3842分配开关管的导通和截止时间,以完成对变压器原边绕组的充放电控制,次级输出通过稳压滤波得到满足要求的直流电压,输出电压再反馈到U C3842,调节P W M占空比,确保输出电压稳定。

2.2 开关电源设计原理

图3为系统的总电路设计图。T2为高频变压器,U2是三端可编程并联稳压二极管TL431,O1是光耦TLP521,D13为瞬态抑制二极管P6KE120A,开关管Q 1选用的是功率场效应管IRF830,R T 和

C T 用来确定振荡器的振荡频率,本系统的频率约为60kHz。输入电压范围可在50~250V 变动,输出为5路输出隔离的直流电压,分别为:3路12V/600mA、1路5V/1A、1路5V/300mA。

图2 开关稳压电源框图

PWM 控制器UC 3842

光耦TLP 521

TL 431反馈

输入

整流滤波

开关管变压器

稳压滤波直流输出

基于UC3842芯片的多功能开关电源设计图3 开关电源原理图

V V V V

2

电工电气 (20 2 No.6)启动工作电路[2-3]:启动电路由C 7和R 5构成,

C 7经R 5充电,C 7的电压达到16V 时,UC3842开始工作,有脉冲输出,使MOS 管导通/截止。导通时能量储存在变压器原边绕组中,由于二次侧的各绕组的同名端被二极管反向偏置,故能量不能传到变压器的二次侧。Q 1截止时,原边绕组的

D 6和D 13偏置,使得原边绕组的能量都释放到二次侧,有电压输出,D 5导通,给UC3842供电。

漏极钳位保护电路:D 13和D 6构成了该保护电路,主要作用是将由高频变压器漏感产生的尖峰电压钳位到安全值以下,此处D 13的钳位电压是120V。

开关脉冲形成:R 11为电流采样电阻,它将电流变化转换为电压变化,当R 13上的电流慢慢变大时,3脚上的电压也随之增大,大于1V 时,电流比较器翻转,芯片6脚输出低电平,Q 1截止,变压器将Q 1导通时存储的能量释放到次级,Q 1的导通和截止形成了开关脉冲。

反馈电路和占空比调节[2-3]:由光耦TLP521和稳压管TL431组成,利用TL431构成误差放大器,通过线性光耦对输出进行精确的调整。输出电压经过R 13、R 14、R 15分压后得到的取样电压,与TL431中的2.5V 参考电压进行比较,当输出电压出现偏大时,光耦TLP521的原边电流增大,内部发光二极管变亮,光耦另一端输出电流增大,UC3842的2脚反馈端电压值增大,6脚输出脉冲信号占空比降低,开关管的导通时间减少,输出电压降低,从而达到了稳压的目的,反之亦然。同时,整个电源系统的输入、输出被隔离,UC3842受到的干扰减少,输出稳定。

本电路在设计时充分考虑到多种情况下使用的思想,特意在输入端加了一个变压转换,使得输入电压范围本来为100~250V扩大到现在的50~250V,在实验和生产中都能适用,填补了市场上没有此产品的空白。

另一个创新为:在输出端LM2596的电路没有采用经典电路,而是用定值电阻抬高电压的方法代替传统的可调电阻输出可调电路,这样避免了由于可调电阻不稳定引起输出不稳定的情况发生。而且各路输出隔离,可以单独给每个电器供电,避免了共地的短路影响。所以该电源较其他产品输入范围更广,输出更稳定。

3 实验

该设计方案已经做成实物并在使用之中,测试得其电压调整率、负载调整率和纹波如表l 所示。

图4a)给出了UC3842芯片6脚的输出PWM 波形和采样电阻R 11上的电压波形。图4b)是其中一路5V/1A 的输出波形,纹波不大于0.5%,验证了本方案的正确性。

4 结语

经测试及长时间使用证明,该多功能开关电源具有适用范围广、输出稳定可调、成本小、负载调整率和电压调整率高等优点。现已投入实际中使用,工作稳定可靠。

参考文献

[1] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计[M].北

京:电子工业出版社,2004.

[2] 衡耀付,陈富军.一种基于UC3842的新型开关稳压电

源设计[J].电力自动化设备,2009,29(9):133-136.[3] 张厚升,赵艳雷.新型多功能反激式开关电源设计

[J].电力自动化设备,2011,31(1):113-117.

收稿日期:2012-02-22

表1 开关电源性能测试结果

项目12V/0.6A 12V/0.6A 12V/0.6A 5V/0.3A 5V/1A 电压调整率/%0.180.210.200.460.53负载调整率/%0.270.330.280.49 1.56纹波/mV

55

60

55

20

25

基于UC3842芯片的多功能开关电源设计

图4 实验测量波形

b)5V/1

A的输出波形

a)输出PWM波形与采样电阻上的电压波形PWM 电压波形

基于UC3842芯片的多功能开关电源设计

作者:曹发海, 吕建平

作者单位:苏州大学电子信息学院,江苏苏州215006

刊名:

电工电气

英文刊名:Electrotechnics Electric(Jiangsu Electrical Apparatus)

年,卷(期):2012(6)

参考文献(8条)

1.Koch M;Krtiger M Measuring and analyzing the dielectric response of power transformers[期刊论文]-高电压技术 2009(08)

2.Kuang Y C;Chen G;Jarmm P Recovery voltage measurement on oil-paper insulation with simple geometry and controlled environment 2004

3.Saha T K;Purkait P Investigation of polarization and depolarization current measurements for the assessment of oil-paper insulation of aged transformersEJ~ 2004(01)

4.Yew J H;Saha T K;Thomas A J Impact of temperature on the frequency domain dielectric spectroscopy for the diagnosis of power transformer insulation 2006

5.武坤;刘宏亮;杜大全油浸式电力变压器老化状态评估方法[期刊论文]-河北电力技术 2011(01)

6.赵孔双介电谱方法及应用 2008

7.Koch M;Raetzke S;Krueger M Moisture diagnostics of power transformers by a fast and reliable dielectric response methodi 2010

8.Du Y;Zahn M;Lesieutre B C;et a]Moisture equilibrium in transformer paper oil systems 1999(01)

本文链接:https://www.wendangku.net/doc/3616006929.html,/Periodical_dgdq201206009.aspx

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