高效率恒流PWM开关电源

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1、常州轻工职业技术学院电子电气工程系课程设计常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院常州轻工职业技术学院题 目 高效恒流电源驱动器 姓 名 王玉亭 魏天翔 吴春鹏 学 号 15 14 18 班 级 12 电子 331 日 期 2014 年 6 月 C C C Z Z Z I I I L L L I I I课程设计报告课程设计报告摘要摘要本文用 UC3842 设计了一款 LED 高效率恒流 PWM 开关电源, UC3842 采用固定工作 频率脉冲宽度可控调制方式，共有 8 个引脚，UC3842 是开关电源用电流控制方式的脉宽 调制集成电路。该集成电路主要特点有内含欠电压锁定电路

2、，低起动电流，稳定的内部基 准电压源，大电流推挽输出，工作频率可到 500kHz。本设计采用 UC3842 设计一款 PWM 开关电源，该电源同时具有恒压横流驱动的特点。效率可达 80%以上，非常适合 LED 照 明应用，充分发挥 LED 的发光效率高，寿命长等特点。关键字：关键字：高效率 开关 PWM 驱动目录引言 .1第一章 高效率恒流 PWM 开关电源.21.1 UC3842 的主要性能特点.212 UC3842 工作原理.21.3.1 DC/DC 转换器.31.3.2 电流型 PWM.414 系统原理 .51.4.1 启动电路 .61.4.3 反馈电路 .71.4.4 整流滤波电路 .

3、71.4.5 并联整流二极管减小尖峰电压 .8第二章 总结 .9主要参考文献： .9引言引言LED 这几年发展较快，在大功率照明市场使用 LED 越来越变为可能，虽说还不是特别成 熟，最少是广众关心的话题之一，照明未来被 LED 光源取代将无可置疑。受世界经济影 响，都在寻找未来的新的经济增长点，投资 LED 方面的资金，会越来越多，加速 LED 进 程是必然的。LED 由于环保，寿命长，光电效率高等众多优点，近年来在各行业得以快速 发展，LED 的驱动电源也成了关注的热点，理论上 LED 的使用寿命在 10 万小时以上，但 在实际应用过程中，由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当，使 LED

4、极易损坏，随着 LED 应用的日益广泛，LED 驱动电源的性能将越来越适合 LED 的要求。 本文主要概述 LED 的驱动方式简介及特点，用 UC3842 设计一款 LED 驱动电源及对其进 行分析。第 1 页，共 9 页第 2 页，共 9 页第一章第一章 高效率恒流高效率恒流 PWM 开关电源开关电源高效率恒流 PWM 开关电源一般用 UC3842 和 TNY279 设计，本文将先对 UC3842 进行研 究讨论，然后以 UC3842 设计一款高效率恒流 PWM 开关电源，对其进行分析讨论。1.1 UC3842 的主要性能特点的主要性能特点UC3842 是由美国尤尼特德(Unitrode)公

5、司开发的新型单端输出式脉宽调制器件，是国内 应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节 脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信 号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构 上有电压环、电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是比较理想的新型的控制器闭。 9(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,安装于调试简便,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 2050W 小功率开关电

6、源. (2)最高开关频率为 500kHz,频率稳定度为 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器(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电路外,还设有欠压锁定电路,使工作稳定,可 靠. (6)最高输入电压 Vom=30V,输出最大峰值电流 Ipm=1A,平均电流为 0

7、.2A,本身最大功耗 Pdm=1W,最大输出功率 Pom=50W.12 UC3842 工作原理工作原理UC3842 是单电源供电，带电流正向补偿，单路调制输出的集成芯片，其内部组成框 图如图 5.1 所示。其中脚 1 外接阻容元件，用来补偿误差放大器的频率特性。脚 2 是反馈 电压输入端，将取样电压加到误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行 比较，产生误差电压。脚 3 是电流检测输入端，与电阻配合，构成过流保护电路。脚 4 外 接锯齿波振荡器外部定时电阻与定时电容，决定振荡频率，基准电压 VREF 为 05V。输 出电压将决定变压器的变压比。由图 1 可见，它主要包括高频振荡、误

8、差比较、欠压锁定、 电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。UC3842 主要用于高频中小容量开关电源，用 它构成的传统离线式反激变换器电路在驱动隔离输出的单端开关时，通常将误差比较器的 反向输入端通过反馈绕组经电阻分压得到的信号与内部 25V 基准进行比较，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， 从而控制 PWM 序列的占空比，达到电路稳定的目的。第 3 页，共 9 页图 5.1 91.3 PWM 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

9、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。 1.3.1 DC/DC 转换器转换器 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

10、激转换电路，电路结 构图如图 5.2 所示。 图 5.2 10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第 4 页，共 9 页导通，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 5.3 所示。 图 5.3 101.3.2 电流型电流型 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

11、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 5.4 所示。 设 V 导通，则有 LdiL/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=R1iL 送到脉宽 比较器 A2 与 Ue 比较，当 UdUe，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。当时钟输出 为高电平时，或非门输出始终为低电平，封锁 PWM，这段时间由时钟振荡器 OSC 输出脉 冲宽度决定，即 PWM 信号的死区时间。在振荡器输出脉冲下降同时，或非门两输入均为 低电平，经或非门输出为高电平，V 导通。图 5.4 理想空载下电流型 PWM 电路简言之，PWM 信号的上升沿由振荡器下降沿决定，而 PWM 的下降沿由电感电流限值 信号和误差信号 Ue 共同决定，最大脉宽的下降沿受振荡器上升沿控制。图 5.5 为其工作时 序图。第 5 页，共 9 页图工作时序图 OSCV0PW M第 6