基于UC3842芯片的单端反激式开关电源设计
UC3842在单端反激式PWM型开关电源中的应用
UC3842在单端反激式PWM型开关电源中的应用作者：国防科技大学机电工程与自动化学院 王 朕 潘孟春 单庆晓摘 要：介绍了UC3842在单端反激式PWM型开关电源中的应用。
在对UC3842常用的三种电压反馈电路分析的基础上，设计了一种新的电压反馈电路，实验证明了这种新的电压反馈电路具有很好的稳压效果。
关键词：UC3842；电压反馈电路；电压稳定；脉宽调制1、 概述通常，PWM型开关电源把输出电压的采样作为PWM控制器的反馈电压，该反馈电压经PWM 控制器内部的误差放大器后，调整开关信号的占空比以实现输出电压的稳定。
但不同的电压反馈电路，其输出电压的稳定精度是不同的。
本文首先对电流型脉宽控制器UC3842（内部电路图如图1所示）常用的三种稳定输出电压电路作了介绍，分析其各自的优缺点，在此基础上设计了一种新的电压反馈电路，实验证明这种新的电路具有很好的稳压效果。
2、 UC3842常用的电压反馈电路2.1 输出电压直接分压作为误差放大器的输入如图2所示，输出电压Vo经R2及R4分压后作为采样信号，输入UC3842脚2（误差放大器的反向输入端）。
误差放大器的正向输入端接UC3842内部的2.5V的基准电压。
当采样电压小于2.5V时，误差放大器正向和反向输出端之间的电压差经放大器放大后，调节输出电压，使得UC3842的输出信号的占空比变大，输出电压上升，最终使输出电压稳定在设定的电压值。
R3与C1并联构成电流型反馈。
这种电路的优点是采样电路简单，缺点是输入电压和输出电压必须共地，不能做到电气隔离。
势必引起电源布线的困难，而且电源工作在高频开关状态，容易引起电磁干扰，必然带来电路设计的困难，所以这种方法很少使用。
2.2 辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入如图3所示，当输出电压升高时，单端反激式变压器T的辅助绕组上产生的感应电压也升高，该电压经过D2，D3，C15，C14，C13和R15组成的整流、滤波和稳压网络后得到一直流电压，给UC3842供电。
单端反激开关电源
12V/5A单端反激开关电源摘要：本文介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于该电流型PWM控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。
开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。
开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。
开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
关键字：开关电源、UC3842、PWM0：引言开关电源自20世纪90年代问世以来，便显示出强大的生命力，并且以其优良特性倍受人们的青睐。
随着电源技术的飞速发展，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。
而直流高频开关电源依靠它的高精度、低纹波及高效率等优越性能，正在逐步取代传统的线性电源。
同时，高频开关电源系统的高速响应性能、输出短路电流限制及稳压和稳流等优点也使其负载的使用寿命大大增加。
随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。
特别是在高新技术领域的应用，开关电源推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。
1：开关电源的概述1.1:开关电源的含义：一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。
开关电源是开关稳压电源的简称，它是一种用脉宽调制(PWM)驱动功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。
它与线性稳压电源（AC-DC 电源）相比，其工作频率为20 kHz-500KHz，效率可达65%-70%，而线性电源的效率只有30％-40％，因而它比线性稳压电源更节能。
1.2：开关电源的现状：电源是各种电气设备补个或缺的组成部分，其性能优越直接关系到电子设备的技术指标级能否安全可靠的工作。
单端反激式开关电源(毕业设计)
目录摘要 (2)第一章开关电源概述 (1)1.1 开关电源的定义与分类 (1)1.2 开关电源的基本工作原理与应用 (1)1.2.1 开关电源的基本工作原理 (1)1.2.2 开关电源的应用 (2)1.3 开关电源待解决的问题及发展趋势 (5)1.3.1 开关电源待解决的问题 (5)1.3.2 开关电源的发展趋势 (5)第二章设计方案比较与选择 (7)2.1 本课题选题意义 (7)2.2 方案的设计要求 (7)2.3 选取的设计方案 (8)第三章反激式高频开关电源系统的设计 (9)3.1 高频开关电源系统参数及主电路原理图 (9)3.2 单端反激式高频变压器的设计 (10)3.2.1 高频变压器设计考虑的问题 (10)3.2.2 单端反激式变压器设计 (11)3.3 高频开关电源控制电路的设计 (15)3.3.1 PWM 集成控制器的工作原理与比较 (15)3.3.2 UC3842工作原理 (17)3.3.3 UC3842的使用特点 (18)3.4 反馈电路及保护电路的设计 (19)3.4.1 过压、欠压保护电路及反馈 (19)3.4.2 过流保护电路及反馈 (19)3.5变压器设计中注意事项 (20)第四章总结 (21)参考文献 (23)致谢 ............................................................................................................................... 错误!未定义书签。
摘要开关电源的高频化电源技术发展的创新技术，高频化带来的效益是使开关电源装置空前地小型化，并使开关电源进入更广泛的领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。
另外开关电源的发展与应用在节约资源及保护环境方面都具有深远的意义。
为此本论文以反激式高频开关电源为设计方向而展开，对高频变压器的认知及所注意的问题，其中包括磁芯损耗、绕组损耗、温升以及磁芯要求。
反激式开关电源设计资料要点
反激式开关电源设计资料前言反激式开关电源的控制芯片种类非常丰富，芯片厂商都有自己的专用芯片，例如UC3842、UC3845、OB2262、OB2269、TOPSWITCH 等等。
虽然控制芯片略有不同，但是反激式开关电源的拓扑结构和电路原理基本上是一样的，本资料以UC3842为控制芯片设计了一款反激式开关电源。
单端反激式开关稳压电源的基本工作原理如下：D1ET ON T OFFL P L STI PQ1C O R L图1 反激式开关电源原理图当加到原边主功率开关管Q1的激励脉冲为高电平使Q1导通时，直流输入电压V IN加载原边绕组N P两端，此时因副边绕组相位是上负下正，使整流管D1反向偏置而截止；当驱动脉冲为低电平使Q1截止时，原边绕组N P两端电压极性反向，使副边绕组相位变为上正下负，则整流管被正向偏置而导通，此后存储在变压器中的磁能向负载传递释放。
因单端反激式电源只是在原边开关管到同期间存储能量，当它截止时才向负载释放能量，故高频变压器在开关工作过程中，既起变压隔离作用，又是电感储能元件。
因此又称单端反激式变换器是一种“电感储能式变换器”。
学习了反激式开关电源的工作原理之后，我们可以自行设计一款电源进行调试。
开关电源是一门实验科学，理论知识的学习是必不可少的，但是光掌握了理论知识是远远不够的，还要多做实验，测试不同环境不同参数下的电源工作情况，这样才能对电源有更深的认识。
除此之外，掌握大量的实验数据可以对以后设计电源和电源的优化提供很大帮助，可以更快速更合理的设计出一款新电源或者排除一些电源故障。
通过阅读下面的章节，可以使你对电源从原理理解到设计能力有一个快速的提升。
第一章电源参数的计算第一步，确定系统的参数。
我们设计一个电源首先要确定电源工作在一个什么样的环境，比如说输入电压的范围、频率、网侧电压是否纯净，接下来是电源的输出能力包括输出电压、电流和纹波大小等等。
先要确定这些相关因素，才能更好的设计出符合标准的电源。
uc3842反激式开关电源
uc3842反激式开关电源
高频开关稳压电源由于具有效率高、体积小、重量轻等突出优点而得到了广泛应用。
传统的开关电源控制电路普遍为电压型拓扑，只有输出电压单闭控制环路，系统响应慢，线性调整率精度偏低。
随着PWM 技术的飞速发展产生的电流型模式拓扑很快被大家认同和广泛应用。
电流型控制系统是电压电流双闭环系统，一个是检测输出电压的电压外环，一个是检测开关管电流且具有逐周期限流功能的电流内环，具有更好的电压调整率和负载调整率，稳定性和动态特性也得到明显改善。
UC3842是一款单电源供电，带电流正向补偿，单路调制输出的高性能固定频率电流型控制集成芯片。
为了充分了解反激式开关电源的工作原理，本文中没有使用那种集成mos管的芯片，而是使用UC38XX芯片自己设计外围电路，自己来计算变压器参数，这样灵舌性较大的同时，能更好的看到各个点的波形。
方便分析。
甚至反馈环路都在一个电路里设计了两个不同的反馈方式，但需要注意的是，不能同时焊上去。
下面先来看看原理图吧。
图一原理图
如图1所示，原理图中既有辅助绕组电压反馈，又有TL431加光耦。
当然这两部分电路不会同时焊上去，为了以后以后的比实验。
需要说明。
基于UC3842的电动车用开关电源设计
基于UC3842的电动车用开关电源设计
电动车是目前零排放的机动车，作为绿色交通工具，将在21世纪给人类社会带来巨大的变幻。
而直流无刷电机凭借着其优良的性能已经成为电动车电机领域的主流技术和进展方向。
性能优良的无刷电机系统离不开性能优良的控制模块，而控制模块的性能在很大程度上取决于供电电源的性能，所以高质量的供电电源系统在囫囵电动车系统中占有相当重要的位置。
直流无刷电机的控制模块是采纳微控制器的数字控制的系统。
基于UC3842高性能模式发生器控制的适合应用于此类系统。
本设计通过小型高频实现输出和输入的彻低隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围，也降低了电源的成本和体积。
电源输出稳定，波纹小，不间断，性能牢靠。
1 单端反激式变换电路的基本结构
单端反激式变换的典型结构1。
单端是指变压器的磁心仅工作在磁滞回线的一侧；反激是指当开关管导通时，在初级线圈中储存能量，而次级线圈不通；当开关管关闭的时候，初级线圈中的能量通过次级线圈释放给负载。
这是一种成本低的调节器，可以做到输入输出部分的彻低隔离，有较好的电压调节率。
2 UC3842芯片的性能特点
UC3842芯片是Unitrode公司的产品，是一种高性能的单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片。
其原理框图2所示。
由5V基准电压源、控制占空比调定的、电流测定、PWM 锁存器、高增益E/A误差和适用于驱动功率的大电流推挽输出电路等组成。
其主要特点是：
·外接元件少，外围电路容易，价格廉价。
·无需输入变压器，起动电流小(＜1 mA)。
第1页共5页。
用uc3842制作5V1A的开关电源
一、引言开关电源被誉为高效节能电源，它是利用现代电力电子技术，通过控制开关通断时间比率来维持输出电压稳定的一种电源，具有体积小，重量小，效率高，功率小，纹波小，噪音低，已扩容，智能化程度高等优良特性。
反激式开关电源作为开关电源的一种，具有结构简单，成本较低等优点，其拓扑在输出功率为5W 至150W 的电源中应用非常广泛，本文采用UC3842进行反激式开关电源的设计，输出为5V/1A.二、设计目的1、输出直流电压（Vout ）：5V2、输出直流电流（I ）:1A三、芯片概况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0.2%。
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5.0V ，允许有±0.1V 的偏差。
温度系数为0.2mV/℃。
（4）稳压性能好。
其电压调整率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压（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0.2A,本身最大功耗DM P =1W,最大输出功率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IV、OV、GND端分别接输入电压、输出电压、地。
REFV为内部5.0V基准电压引出端。
TR/TC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5.0V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。
UC3842_UC3843隔离单端反激式开关电源电路图
UC3842/UC3843隔离单端反激式开关电源电路图开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛应用。
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UC3842系列控制芯片是电流型PWM控制器的典型代表。
DC/DC转换器转换器是开关电源中最重要的组成部分之一，其有5种基本类型：单端正激式、单端反激式、推挽式、半桥式和全桥式转换器。
下面重点分析隔离式单端反激转换电路，电路结构图如图1所示。
图1 电路结构图电路工作过程如下：当M1导通时，它在变压器初级电感线圈中存储能量，与变压器次级相连的二极管VD处于反偏压状态，所以二极管VD截止，在变压器次级无电流流过，即没有能量传递给负载；当M1截止时，变压器次级电感线圈中的电压极性反转，使VD导通，给输出电容C充电，同时负载R上也有电流I 流过。
M1导通与截止的等效拓扑如图2所示。
图2 M1导通与截止的等效拓扑电流型PWM与电压型PWM比较，电流型PWM控制在保留了输出电压反馈控制外，又增加了一个电感电流反馈环节，并以此电流反馈作为PWM所必须的斜坡函数。
下面分析理想空载下电流型PWM电路的工作情况(不考虑互感)。
电路如图3所示。
设V导通，则有L·diL/dt = ui (1) iL以斜率ui/L线性增长，L为T1原边电感。
经无感电阻R1采样Ud=R1·iL送到脉宽比较器A2与Ue比较，当Ud>Ue，A2输出高电平，送到RS锁存器的复位端，此时或非门的两个输入中必有一个高电平，经过或非门输出低电平关断功率开关管V。
基于UC3842反激式开关电源
“开关电源设计”课程设计报告设计课题：开关电源设计专业班级：2011级电子信息工程2班*名：***学号：**********设计时间：2014年11月18日设计课题题目：开关电源一、设计任务与要求采用隔离式电源结构，实现以下性能：a．输入直流电压范围为20~24Vb．输出电压可调范围为10~12Vc．最大输出电流为0.5Ad．电压调整率≤0.5%（输入电压变化范围内，空载到满载）e．负载调整率≤1%（最低输入电压下，满载）f．纹波电压（峰-峰值）≤10mV（最低输入电压下，满载）g．效率≥80%（输出电压10V、输入电压dc24V下，满载）h．具有过流及短路保护功能二、设计过程2.1、开关电源的选用(1)、输出电流的选择因开关电源工作效率高，一般可达80%以上，故在输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有较高的性价比。
通常输出计算公式为：(2)、保护电路开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或者是开关电源。
2.2、UC3842(1)、简介(2)、工作原理UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流直至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。
这些集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。
电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。
其他的保护特性包括输入和参考欠压锁定，各有滞后、逐周电流限制、可编程输出静区时间和单个脉冲测量锁存。
UC3842简易方框图如下：各管脚功能简介如下：（1）8脚双列直插塑料封装的器件：1脚输出补偿，内部误差放大器的输出，并可用于环路补偿。
2脚电压反馈，此脚是内部误差放大器反相输入，脉宽调制器使用此信息中止输出开关的导通，产生控制电压，控制脉冲的宽度。
基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计
基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计反激式开关电源的控制环路设计(基于UC3842)2009-08-10 20:34基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计刘武祥，金星，刘群中国地质大学(武汉)，湖北武汉 4300742008-07-24摘要:电流控制型脉宽调制芯片UC3842已广泛应用于反激式开关电源的设计中，通过一实例给出反激式开关电源控制环路的一般设计方法。
关键词:UC3842 开关电源控制环路在开关电源的设计过程中，控制环路设计的优劣直接关系到系统的稳定与否，因此设计一个优良的控制环路，对开发一个开关电源系统是至关重要的。
开关电源的控制方式有电流控制方式和电压控制方式两种。
电源系统的传递函数随控制方式的不同而有很大差异,因此在环路设计分析时,应独立分开。
本文对基于UC3842构建的开关电源的控制环路进行设计分析，论述开关电源电流型控制环路设计的一般方法。
1 UC3842简述UC3842是美国Unltmde公司生产的一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片，其内部结构及基本外围电路如图1 所示,它集成了振荡器、具有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比较器、图腾柱输出电路、输入和基准欠电压锁定电路及PWM 锁存器电路。
其应用实例如图2所示，输入为85V,265V交流，输出为12V/5A，初级电感量为370?滋H，初级匝数为40T，次级匝数为5T，开关频率为100kHz。
启动电路由R105和C103构成,C103经过R105充电到16V时,UC3842有输出信号,使MOS管Q1导通,能量存贮在变压器T1中,T1的一次测电流通过电阻R5检测并与UC3842内部提供的1V基准电压进行比较,当达到这一电平时,开关管Q1关断,所有变压器的绕组极性反向,输出整流二极管正向偏置,存储于T1中的能量传输到输出电容器中。
启动结束后,输出电压信号经光耦回送到误差放大器的反向端(脚2)与UC3842内部的25V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度,从而改变输出电压以实现对输出电压的控制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于UC3842芯片的单端反激式开关电源设计
作者：赵志敏
来源：《科技与创新》2014年第06期
摘要：基于UC3842芯片，采用模块化设计方案，制作了一款单端反激式开关电源。
该开关电源对电源技术的发展有着重要的应用价值。
关键词：UC3842芯片；电源设计；单端反激式开关；电路控制
中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）06-0036-02
1 问题的提出
在现代电子设备中，电能变换和功率传递都离不开直流电源，且对电源的要求越来越高。
近年来，随着电源技术的飞速发展，高效率的开关电源已被广泛应用在生活中，小型化、高频化、继承化的特点已成为开关稳压电源发展的方向。
单端反激式变换器电路简单，可以高效提供直流输出，被应用在许多方面，并取得很好的效果。
2 单端反激式开关电源概述
UC3842芯片是目前我国应用比较广泛的一种高性能固定频率电流型控制脉宽调制芯片，它是由美国Unitrode公司开发的新型控制器，具有良好的电压调整率和负载调整率，且稳定性和动态性也有了明显提高。
单端反激式开关电源的工作原理是利用UC3842集成芯片单电源供电、带电流正向补偿和单路调制输出的特点。
变压器变压比的大小是由输出电压的大小决定的。
对于那些处在驱动隔离输出的单端开关高频中的小容量开关电源，通常用UC3842构成的传统离线式反激变换器电路，将误差比较器的反向输入端通过反馈绕组。
将经过电阻分压后得到的信号与内部2.5 V的基准电压进行比较，误差比较器的输出端与反向输入端接成PI补偿网络，误差比较器的输出端与电流采样电压进行比较，从而达到控制PWM序列的占空比，实现电路稳定的目的。
3 单端反激式开关电源设计
3.1 系统参数的设计
3.1.1 电路形式
电路采用单端反激式形式。
3.1.2 交流电源电压
交流电源的电压为220 V，误差为10%.
3.1.3 开关电源的输出电压和输出电流
开关电源的输出电压和电流有以下三种形式：①+30 V，1 A；②12 V，0.5 A；③+5 V，1 A。
3.1.4 开关管的开关频率
开关管的开关频率f=100 kHz。
3.2 控制电路的设计
在开关电源中，主电路的主要功能是负责电能的使用；控制电路主要负责的是对电信号的处理工作，给开关管提供驱动脉冲，在开关电源中起着至关重要的作用。
由于峰值电流控制模式具有暂态闭环响应快、简单自动的磁通平衡功能、瞬时峰值电流限流供能、自动均流并联功能等优点，所以下文的控制电路采用峰值电流控制模式。
3.3 单端反激式高频变压器的设计
3.3.1 单端反激式变压器的设计
单端反激式变压器又可以叫作电感储能式变压器。
在本次设计中，主要从以下几个方面进行考虑：①变压器中磁芯的选择要求；②原边绕组匝数的选择；③原边电流的最大值计算；④各副边绕组匝数的计算；⑤变压器中的磁路间隙的计算；⑥原边绕组的电感计算；⑦各绕组线径的计算；⑧对窗口进行验算。
3.3.2 反馈电路和保护电路的设计
3.3.2.1 过压、欠压保护电路及反馈
本次设计中输出电压反馈和保护如图1所示。
3.3.2.2 过流保护电路及反馈
电阻R10和R9以及电容C9共同组成了过流保护电路。
R9上的电压所反映的是电流的瞬时值，如果开关电源发生过电流，那么开关管S1漏极的电流会立刻增大，然后接入到
UC3842的保护输入端③脚；当等于1 V时，UC3842芯片的输出脉冲就会马上关断。
如果想改
变开关管的限流值，可以通过调节电阻R10和R9的分压比来实现，图2为过流保护电路及输出反馈图。
主电路的设计原理如图3所示，它的控制芯片采用的是UC3842，输出的电压等级分为
+30 V、+12 V和+5 V三种。
这个电路的变换器采用的是一个降压型开关电路，其中电容C2和电阻R3可以提供变压器原边需要的泄放通路，输出经过整流和滤波，然后送到负载。
芯片所需要的电源VCC是由R2从整流后电压提供的，而VCC同时也可以作为辅助反馈绕组N3的反馈电压。
4 结束语
上文主要从单端反激式开关电源的系统参数、控制电路和高频变压器等方面进行设计分析，设计出了主电路设计原理图，为今后此方面的实践应用提供参考。
参考文献
[1]王家庆.智能型高频开关电源系统的原理使用与维护[M].北京：人民邮电出版社，2000.
〔编辑：李珏〕。