基於UC3843製作的小功率開關電源

2021-09-09 09:01:25 字數 2661 閱讀 4418

開關電源具有工頻變壓器所不具備的優點,新型、高效、節能的開關電源代表著穩壓電源的發展方向,因為開關電源內部工作於高頻率狀態,本身的功耗很低,電源效率就可做得較高,一般均可做到80%,甚至接近90%。這樣高的效率不是普通工頻變壓器穩壓電源所能比擬的。開關電源常用的單端或雙端輸出脈寬調變(pwm),省去了笨重的工頻變壓器,可製成幾瓦至幾千瓦的電源。

用於脈寬調變的積體電路很多,我們現在介紹的是uc3843積體電路的一般特性及由它組成小功率開關電源的方法。

[1].uc3843的主要特性

圖1是uc3842-uc3845的外形圖。uc3843是近年來問世的新型脈寬調變積體電路,它具有功能全,工作頻率高,引腳少外圍元件簡單等特點,它的電壓調整率可達0.01%v,非常接近線性穩壓電源的調整率。

工作頻率可達500khz,啟動電流僅需1ma,所以它的啟動電路非常簡單。下面是它的主要特性:

最優化的離線dc-dc變換器

低靜態電流(1ma)

快速自動補償電路

單步脈衝控制電路

增強負載回饋特性

斷電停滯特性

雙脈衝抑制

大電流標識輸出

內建能隙參考電壓

500khz的工作頻率

低ro過零放大器

[2].uc3843的工作原理

uc3843有4種封裝形式,一種是14pin雙列直插和sop-14,另一種是8pin雙列直插和sop-8。我們以最簡的8pin封裝簡述其工作原理。

pin(1)是補償端,外接電阻電容元件以補償誤差放大器的頻率特性。第(2)腳是反饋端,將取樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端,再與同相輸入端的基準電壓進行比較,輸出誤差控制電壓。第(3)腳接過流檢測電阻,組成過流保護電路。

r t/r c為鋸齒波振盪器的定時電阻和電容的公共端,內部基準電壓為vref=5v。輸入電壓vi≤30v,輸出端電壓vo取決於高頻變壓器的變壓比。

uc3843是這個開關的電源的核心元件,它產生脈寬可調而頻率固定的脈衝輸出,推動開關功率管的導通和截止,通過高頻變壓器換能將電壓輸出到次級繞組上,再經整流和濾波向負載提供直流電源,電源兼反饋繞組取得的控制電壓同時輸入uc3843的誤差放大器,與基準電壓比較產生控制電壓,控制輸出脈寬的占空比,從而達到穩壓目的。

[3].uc3843的工作電路分析

具體的應用電路參考圖4,工作原理是,220v交流輸入電壓經過emi濾波電路進入整流電路。emi電路的作用有二,一是防止電源本身的電磁干擾脈衝通過傳導或輻射方式干擾公共線路上的其他電器裝置。二是防止公共線路上的電磁脈衝干擾電源本身的工作。

這部分電路在開關電源中是必需的,如果忽略這部分電路,將不能通過電磁相容性認證(如中國的「3c」和歐

洲的ce認證)。整流後的脈動直流電由濾波電容濾波後獲得約300v左右的直流電壓,通過r4向uc3843提供約16v的啟動電壓,其中fuse是過流或短路保險絲。

uc3843得到啟動電壓後即開始工作,輸出一定寬度的脈衝控制驅動功率管的導通和截止。由繞組n2獲得的高頻電壓經整流濾波後作為uc3843的工作電源,同時取樣電壓也取自這個繞組的電壓。從而省去了光電耦合的負反饋控制電路,使電路更加簡潔。

r2、c3用於改善誤差放大器的頻率響應,r1是斜波補償電容,r10和c5是uc3843的定時電阻和電容,如果r10=10kω,c5=4700p,開關頻率約為40khz。r11是過流檢測電阻,r6是功率管柵極的限流電阻。

[4].元器件的選擇和製作

高頻變壓器是開關電源的關鍵元件,其設計和繞制工藝很大程度上決定開關電源的特性甚至製作的成敗,對於15w左右的開關電源,可選區ee-20的磁芯,材料可選mxo-2000導磁率為u=2000h/m,飽和磁通密度bs=400mt,最高工作頻率可達500khz,繞組引數參考電路圖中的標註。漆包線的線經及並繞股數一般應視輸出電流而定,通常電流密度取j=2a/m2,但最大不超過2a/m2。防止出現磁飽和而燒毀開關管,磁芯間隙應有0.

2-0.8mm,可採取墊上數層絕緣材料解決。

開關功率管可採用高頻特性好,低內阻的場效應電晶體,因為開關管工作於300v的電壓,考慮到高頻變壓器的反向電動勢約有200多伏,線圈漏感引起的尖峰電壓約有200v,所以功率管的反向擊穿電壓應選用大於800v的高反壓場效電晶體,功率管的最大漏極電流應考慮整個電源的輸出功率,在這個電源中,輸出功率較小,可選用價廉的2sk2067。同時功率管上應安裝合適的散熱器。

因為開關電源的工作頻率較高,二極體應選用高頻特性好的肖特基快恢復二極體,如uf4007、fr107等元件。濾波電容的容量根據電源的輸出功率而定。這裡選22uf/400v電容即可,但必須選用***的元件。

業餘製作開關電源,工作頻率不要選用太高,因為自製的高頻變壓器工藝難以保證,高頻特性欠佳,頻率太高可能會導致電源無法工作。一般可選40khz左右為宜。

除錯時,可用示波器(但需考慮電源和裝置間的共「地」問題,以免發生短路現象)觀察uc3843的第(40)腳的波形,正常時應有1.5vp-p的矩形脈衝,占空比隨輸入電壓和帶負載情況而定。第(6)為占空比可變的矩形波,幅度約為16v。

通過觀察這些引腳的電壓及波形,從而了解開關電源的工作情況。

開關電源具有工頻變壓器所不具備的優點,新型、高效、節能的開關電源代表著穩壓電源的發展方向,因為開關電源內部工作於高頻率狀態,本身的功耗很低,電源效率就可做得較高,一般均可做到80%,甚至接近90%。這樣高的效率不是普通工頻變壓器穩壓電源所能比擬的。開關電源常用的單端或雙端輸出脈寬調變(pwm),省去了笨重的工頻變壓器,可製成幾瓦至幾千瓦的電源。

用於脈寬調變的積體電路很多,我們現在介紹的是uc3843積體電路的一般特性及由它組成小功率開關電源的方法。

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