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1、目录一、引言 21.1 设计背景21.2 设计基本要求2二、功率开关管的选择错误!未定义书签。三、UC3842 简介 . 错误!未定义书签。3.1 UC3842的结构错误!未定义书签。3.2 UC3842的功能错误!未定义书签。四、变压器设计64.1 估算输入和输出功率64.2 计算最小和最大输入电流74.3 计算脉冲信号最大占空比84.4 磁芯参数确定方法8五、光耦信号传输电路95.1 保护采样电路95.2 微机处理芯片电路95.3 变频器的控制方式选择9六、输出滤波电路10七、整体电路与实物11八、心得体会12一、引言1.1设计背景UC3842是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。与
2、电压 控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。该电 路主要特点有：含欠电压锁定电路、低启动电流（典型值为0.12mA）、 稳定的部基准电压源、大电流推挽输出（驱动电流达1A）、工作频 率可到500kHz、自动负反馈补偿电路、双脉冲抑制、较强的负载响 应特性。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。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
3、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。12设计基本要求（1）设计一款 72V 多路输出的 flyback 拓扑开关电源。（2）要求：输入电压：60-85V；（3）输出：5V/1.5A； 15V/1.2A；需与输入隔离；（3）控制芯片： UC3842；二、功率开关管的选择第一步是选用N沟道还是P沟道。这是设计选择正确器件的第一步。在典型的功率应用中，当一个场效应管接地，而负载连接到干 线电压上时，该场效应管就构成了低压侧开关。在低压侧开关中，应 采用N沟道场效应管，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。 当场效应管连接到
4、总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在 这个拓扑中采用P沟道场效应管，这也是出于对电压驱动的考虑。第二步是选择场效应管的额定电流。视电路结构而定，该额定电 流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似， 设计人员必须确保所选的场效应管能承受这个额定电流，即使在系统 产生尖峰电流时。两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连 续导通模式下，场效应管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖 峰是指有大量电涌（或尖峰电流）流过器件。一旦确定了这些条件下的 最大电流，只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。第三步：确定热要求。选择场效应管的下一步是计算系统的散热 要求。设计人员必
5、须考虑两种不同的情况，即最坏情况和真实情况。 建议采用针对最坏情况的计算结果，因为这个结果提供更大的安全余 量，能确保系统不会失效。在场效应管的资料表上还有一些需要注意 的测量数据；比如封装器件的半导体结与环境之间的热阻，以及最大 的结温。第四步：决定开关性能。选择场效应管的最后一步是决定场效应管的开关性能。影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏 极、栅极/源极及漏极/源极电容。这些电容会在器件中产生开关损耗， 因为在每次开关时都要对它们充电。场效应管的开关速度因此被降 低，器件效率也下降。为计算开关过程中器件的总损耗，设计人员必 须计算开通过程中的损耗(Eon)和关闭过程中的损耗(E
6、off)。场效应管 开关的总功率可用如下方程表达：Psw=(Eon+Eoff)X开关频率。而栅 极电荷(Qgd)对开关性能的影响最大。三、UC3842简介31 UC3842的结构5(H)唯向丼楡电理准电压3.2 UC3842的功能COMVrtfVCCismOUTRTCTGND各管脚功能简介如下：1脚COM是部误差放大器的输出端，通常 此脚与 2 脚之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。2脚Vfb是反馈电压输入端，此脚与部误差放大器同向输入端的基准 电压（一般为+2.5V）进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。3脚Isen是电流传感端，在外围电路中，在功率开关管（如VMOS 管）的源
7、极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成 电压，此电压送入3 脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率 开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3842就停 止输出，有效地保护了功率开关管。4脚RT/CT是定时端，锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电 阻 R 的公共端。5 脚 GND 是接地。6脚OUT是输出端，此脚为图腾柱式输出，驱动能力是土 1A。 这种图腾柱结构对被驱动的功率管的关断有利，因为当三极管VT1 截止时，VT2导通，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回 路，加速功率管的关断。7脚VCC是电源。当供电电压低于+16V时，UC3842不工作， 此时耗
8、电在1mA以下，输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降 压获得，芯片工作后，输入电压可在+10+30V之间波动，低于+10V 停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。8脚Vref是基准电压输出，可输出精确的+5V基准电压，电流可 达 50mA。四、变压器设计4.1估算输入和输出功率总的输出功率：P 二 U I + U I 二 15x 1.2 + 5x 1.5 二 25.5W oo1 o1o 2 o 2假设效率为100%，则P = P =25.5Win o4.2 计算最小和最大输入电流I (min)= 祜 =0.3A加U (max) 85inI (max) = in = 0.
9、425A加U (min) 60in4.3 计算脉冲信号最大占空比D 二or-max U + (U (min) 一 V )orinDS式中： U 是二次侧反射电压。在反激式开关电源中， U 固定不变，一般 oror取值围85-165V,本设计计算取U =110V。V为主开关导通时D、S间压降，典 orDS型值为10V。通过计算得到：max110110 + (60 -10)=68.75%4.4 磁芯参数确定方法4.4.1 磁芯材料选择开关电源中的高频变压器大部分采用EE或者EI型磁芯。它们的外形分别如 图所示。EE型磁芯有形状简单、磁芯有效面积较大、可靠性高、热特性好、小漏感等优点，不足的是方形截
10、面不易饶制粗线，磁屏蔽较差。本设计中使用 EE磁芯，常用EE磁芯的尺寸如表所示EI型EE型图3-1磁芯材料型号COKE垦耿51TYPEDiitcnionji (nm.)血P盅陽芾惹面AtLcA = B * CC 4 )(M严)()r fjt/k13)t nui、EE 22PC4022* 0.35*5, 75169041. 00210. ODas. 40EE2329SPC4023*14. 7*60.436835. S0122. 001250. DO64. 0KE 25/19PC4025. 4*9. 46*6.290.312840.007B.202000. 0040.70EE 25, 4PC402
11、5. 4*9. 66* 6,. 350,317340.30tB.732000. DO48-70EE2B25FC4023-13. ?5*1C, 6D. 6525弧旳3B. ID3300. OD5L70HEXPC4030*13, L5*10. 7D.7C95L0P4D1125460. OiDST.70EE 20/30/7Kid30.115*7. OED.74BB53. 70124. 6721 AD. 0DM.60EE 3528PC4034. 6*14. 3*5.31.339884.80158. 002600. 0069.70EE4DFC4040*17*10.72-2000127.00173, 23
12、4150. DO7?. 00ES4I33FC4Q4h 5*1?*I1.72.S2G0157. QQISO. 0042010. DO79.00EE42/21/D 5PC4042-21. 3*154,9404178.00are. qo3S0. 00也的EE 42/21/2DPC4U42*21.2*20EL 44202S6. 0D276. 005DD0. 0i0?.eoEE 47/39PC4047. L2*L9.63M&.624. 7529242. 00196. 40ttO. 0090. 60EE50FC4Q50*213*14.65.734322S. 00253, 736110.0095.80图3-
13、2EE型磁芯的规格本文选取EE型镍锌铁氧体磁芯。4.4.2磁芯尺寸的选择确定磁芯尺寸有两种方法，包括读表法和计算法。其中计算法又包括 K 几G何参数法和A磁芯面积乘法。本次设计使用A磁芯面积乘法。PP=0.114cm 4P X104亠51x104A = A A = (-T)1+x = ( )1+0.12p we KKfBK0.4 X 4 x 50 x103 x 0.2 x 366o f s W j其中-为变压器的视在功率，-=-(1 + -) = 25.5x (1 +1) = 51TT o 耳K 为波形系数，取 K =4。B 为磁芯的磁感密度，取 B =2000G=0.2T。 wWK 是电流密
14、度系数。jX 是常数，通常由磁芯决定，如下图表所示。图 3-3 磁芯种类表 经过与表中参数对比，与之最接近的磁芯为 EE22 4.4.3 变压器绕组计算(1)计算变压器原边的电感量LP Z (1一耳)+叩 X 106 L =kp 12pkK fn (1 - -RP) pk RP s2其中z是损耗分配因子。如果Z=l,所有的损耗都在次级边。如果z=o,所有的 损耗都在初级边。简单的说，Z就是次级与总的损耗的比率。如果计算没有给出 Z 的值,一般取作 0.5。计算可得：=307.58 uH27.5 X1X1061.5962 x 0.65 x 90 x 103(1 -罟)2)计算初级绕组匝数V (max) X108N = inP14 f B Asme100 X1084 x 90 x103 x 2000 x 0.41取 N =33 匝p1V (min) x 10840 x108N = in= 16.6P24f B A4 x 90 x103 x 2000 x 0.41sme取 N =17 匝p2(3) 5V 输出绕
