基于UC3842開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、總體設(shè)計方案論證

　　開關(guān)電源由隔離變壓器、整流濾波和DC—DC變換網(wǎng)絡(luò)組成。設(shè)計的關(guān)鍵是DC～DC變換器，它包含了開關(guān)電源中的開關(guān)器件、儲能器件、脈沖變壓器、濾波器、輸出整流器等所有功率器件和控制模塊，而控制模塊的設(shè)計又是DC～DC的核心，一般DC—DC變換的控制模塊使用PWM調(diào)制的專用芯片，如TL494，UC3842等。芯片內(nèi)部集成了振蕩器(由外接電阻電容來決定頻率)，誤差比較器，PWM調(diào)制器等，有的甚至有保護電路和驅(qū)動電路。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構(gòu)成開關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。過流保護可以使用電流取樣電阻串接在負(fù)載上。當(dāng)取樣的電流超過指定的范圍，立即切斷負(fù)載，或者降低輸出電壓，然后過一段時間再自動啟動，接上負(fù)載，由繼電器來控制負(fù)載的連通性。同時用A／D采樣，經(jīng)過單片機處理后顯示當(dāng)前輸出電流和電壓。還擴展了鍵盤來實現(xiàn)電壓步進和預(yù)置，設(shè)置蜂鳴器實現(xiàn)過流時報警。

　　2、單元電路模塊設(shè)計

　　開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　2.1 整流濾波電路設(shè)計

　　整流濾波電路如圖2，在開機瞬間，濾波電容等效為短路，可串接0．1Ω限流電阻保護整流橋。此設(shè)計最大輸出功率72瓦特，電網(wǎng)電壓低到15V輸入時(整流后可達(dá)到18V)，加上最不利效率為70％，則輸入端功率經(jīng)計算為102W，整流濾波后輸出的電流約5.6A，取6A電流。用普通整流二極管不能滿足要求，故用承受電流較大的硅橋。為達(dá)到可以接受的紋波系數(shù)，濾波電容的容值需要較大?？紤]到其它無用功耗，取P=102W，經(jīng)計算C≈30000uF，這時候紋波系數(shù)低至2.5％，但電容體積太大，DC—DC變換級對紋波系數(shù)的要求可以降低，取10000uF，紋波約8％，可以滿足要求。大電容濾波還需并接瓷片電容，來抑制尖峰電壓。

　　2.2 Boost升壓型開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇非隔離型中Boost型升壓斬波電路，如圖3。假設(shè)C和L足夠大，輸入輸出電壓，即為常數(shù)。據(jù)推理電感兩端的電壓值也為常數(shù)，記電感兩端的電壓值是VL，經(jīng)過L的電流記為IL，電流變化正增量記為△i+，電流變化的負(fù)增量記為△i-。當(dāng)開關(guān)閉合時，續(xù)流二極管關(guān)斷，此時電源向電感充電儲存能量，忽略開關(guān)管的壓降。則由電感電流不可以突變、法拉第電磁感應(yīng)公式和基爾霍夫電壓定律推導(dǎo)出：增量電流△i+和時間△t成正比，呈線性上升趨勢，與電感成反比。當(dāng)開關(guān)管T關(guān)斷時，續(xù)流二極管D導(dǎo)通，忽略續(xù)流二極管導(dǎo)通電壓，輸入端電源電壓與電感器L中自感電動勢正向疊加后，通過續(xù)流二極管D對負(fù)載R供電，同時對電容器C充電。同理推導(dǎo)出：負(fù)增量電流與電感值成反比，與關(guān)斷時間成正比。下降是從上個時間充電后的電流點開始線形下降的。當(dāng)動態(tài)平衡后，△i+=-△i-，經(jīng)過占空比計算公式推導(dǎo)后得：在設(shè)計中輸入15V～21V，整流濾波后可得約18V～25V的直流電壓，而設(shè)計要求輸出為30V～36V。那么當(dāng)輸入是18V變換到36V時，升壓比最大，則占空比最大，記為α1，從25V變換到30V時，升壓最小，則占空比最小，記為α2，經(jīng)過推算：α2=1／6，α1=1／2。