【導(dǎo)讀】本設(shè)計是從AC至DC的一款中小功率雙路輸出的開關(guān)電源。具有輸入電壓范圍寬。的特點，輸入交流電壓從90V到290V，典型輸入交流電壓是220V。欠壓保護(hù)電路、抑制EMI電路、輸出過流過壓保護(hù)電路的功能。入電壓回到正常工作電壓時可自恢復(fù)。主路輸出直流電壓為5V，輸出額定電流為15A，過流保護(hù)為，并具有可恢復(fù)性。兩路輸出都具有負(fù)載調(diào)整率好和穩(wěn)壓精度高，輸出。紋波電壓小的特點。本設(shè)計的PWM選用啟動電壓低、轉(zhuǎn)換效率高、占空比調(diào)節(jié)寬的。UC3843芯片進(jìn)行控制電路的輸出。電路拓?fù)洳捎玫氖菃味朔醇ぷ儞Q器，具有轉(zhuǎn)換效率。高、電路簡單及當(dāng)輸入電壓在很大范圍內(nèi)波動時，仍有較穩(wěn)定輸出等優(yōu)點。應(yīng)用于通信，照明等領(lǐng)域，具有輕便、可靠、環(huán)保、低耗能等優(yōu)點。

　　

【正文】 變壓器次級線圈 選取 由于次級電流較大，用銅線繞制則根數(shù)太多，這樣易 產(chǎn)生導(dǎo)線的趨膚效應(yīng)。所以選擇用銅皮繞制。 根據(jù)現(xiàn)有的長 21mm，寬 的 銅皮， 21* ? 7，所以我們選用 21* XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 49 頁 的銅皮繞組 2 圈。 ③ 兩個輔助繞組的線圈線徑選取 兩個輔助繞組的電流都比較小，所以我們可以選用 *1 根并繞 6 圈 。 通過上面各步驟對反激變壓器的設(shè)計，基本可以完成課題的要求。 5 PWM 原理簡介 PWM 芯片 選取 控制 IC 在 前面已經(jīng) 選擇了使用 PWM 的芯片 。 控制電路為一脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取 樣器、比較器、振蕩器、脈寬調(diào)制 及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種開關(guān)電 源實用 集成電路?？刂齐娐酚脕碚{(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。 PWM 有電壓反饋控制 模式 和電流反饋控制 模式 。 （ 1） 電壓反饋控制模式 電壓反饋控制模式是只有一個電壓反饋閉環(huán)，且采用的是脈沖寬度調(diào)制法，即將經(jīng)電壓誤差放大器放大的慢變化的直流采樣信號與恒定頻率的三角波上斜坡信號相比較，經(jīng)脈沖寬度調(diào)制得到一定寬度的脈沖控制信號 。但是 電壓反饋控制模式對輸入電壓的變化動態(tài)響應(yīng)較慢 ， 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計本來就較為 復(fù)雜 ， 在控制磁芯飽和故障狀態(tài)方面較為麻煩和復(fù)雜。 （ 2）電流反饋控制模式 UC 系列的很多芯片是用按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。 所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的，在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。 如 UC3842 、UC3843 和 UC284 UC2843。 UC28 系列主 要是工業(yè)應(yīng)用較多，而 UC38 系列主要是民用較為普遍。 另外，電流反饋控制模式具有 暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)較快，對輸入電壓的變化和輸出負(fù)載的變化的動態(tài)響應(yīng)均很快?？刂骗h(huán)易于設(shè)計。輸入電壓的調(diào)整可與電壓控制模式的輸入電壓前饋技術(shù)相媲美。具有簡單、自動的磁通平衡功能。具有瞬時峰值電流限流功能，即內(nèi)在固有的逐個脈沖限流功能。具有自動均流并聯(lián)功能。 根據(jù) UC3842 和 UC3843 的高性能固定頻率電流模式且專為離線和直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計。 此 外，它們只需最少外部 元 件就能獲得成本低效益高的解決方案。 其中 UC3843 芯片起動電流 1mA，并 專為低壓應(yīng)用設(shè)計，當(dāng)電壓達(dá)到 芯片就可以工作，且當(dāng)芯片開始工作了之后電壓只需大于 ，芯片就能一直工作，只有當(dāng)工作電壓低于 ，芯片 才停止工作。 鑒于 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 49 頁 此，本課題選用 電流反饋控制模式的 UC3843 來完成要求。 UC3843 工作原理 UC3843 是一種單端輸出的峰值電流 PWM 控制芯片。其內(nèi)部有誤差放大器、 PWM調(diào)制、鎖存、 可微調(diào)的振蕩器 等基本模塊，還有欠壓鎖定、過壓保護(hù)、基準(zhǔn)電源、低起動電流 ，能進(jìn)行精確的占空比控制、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器、電流取樣比較器和大 電流圖騰輸出等功能 。 （ 1） UC3843 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程 具體的芯片內(nèi)部簡化方框圖如圖 。 7 8 7 4 6 2 5 3 1 5 圖 UC3843 內(nèi)部簡化圖 表 UC2842 管腳功能說明 表 管腳 功能 說明 1 補(bǔ)償 該管腳為誤差放大器輸出，并可用 于 環(huán)路補(bǔ)償。 輸出電壓低于1 伏則關(guān)斷脈沖輸出。 2 電壓反饋 該管腳是誤差放大器的反相輸入，通常通過一個電阻分壓器連至開關(guān)電源輸出。 當(dāng)其輸入電壓大于 時則關(guān)斷脈沖輸出。 3 電流取樣 一個正比于電感器電流的電壓接至此輸入，脈寬調(diào)制器使用此信息中止輸出開關(guān)的導(dǎo)通。 4 RT/CT 通過將電阻 RT 連接至 Vref以及電容 CT連接至地，使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá) 500KHz 5 地 該管腳是控制電路和電源的公共地。 6 占空比輸出 該輸出直接驅(qū)動功率 MOSEFT管的柵極，高達(dá) 的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。 7 Vcc 控制集成電路的正電源。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 17 頁 共 49 頁 8 基準(zhǔn)輸出Vref 該管腳為參考輸出，它通過電阻 RT 向電容 CT 提供充電電流。 UC3843 的電壓、電流雙閉環(huán)控制的原理 是由振蕩器 以固定頻率發(fā)送脈沖，脈沖到來時，鎖存器置 “1”， 6 腳輸出一個脈沖， 開關(guān)管導(dǎo)通，變壓器原邊電流上升。上升到 誤差信號 Ucs1V 時， PWM 比較器輸出高電平，鎖存器復(fù)位， 6 腳輸出低電平， 功率開關(guān)管關(guān)斷，直到下個脈沖的到來。當(dāng)輸入電壓升高時，系統(tǒng)有很快的動態(tài)響應(yīng)，對電壓擾動實現(xiàn)前饋抑制。同時，電壓誤差放大器有很高的增益，不影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且改善了負(fù)載調(diào)整率。逐個脈沖電流檢測限制可以簡化過流保護(hù)電路，峰值限制最大輸出電流，保證電源工作可靠 。 （ 2）振蕩電路 振蕩器頻率 由 振蕩器輸入的 4 腳 外接阻容 電阻 RT 和 電容 CT 決定 。 電容 CT由 8 腳基準(zhǔn) 的參考電壓通過電阻 RT 充電，充至約 ，再由一個內(nèi)部的電流 縮 放電至。在 CT 放電期間，振蕩 器產(chǎn)生一個內(nèi)部消隱脈沖保持或非門的中間輸入為高電平，這導(dǎo)致輸出為 低 狀態(tài)，從而產(chǎn)生一個數(shù)量可控的輸出靜區(qū)時間。理論上說，可以有很多種的 RT 和 CT 值可以得到相同的振蕩器頻率，但是只有一種組合可以得到在給定頻率下的特定輸出靜區(qū)時間。振蕩器門限是溫度補(bǔ)償?shù)?，放電電流?T=25C 時被微調(diào)并確保在 10%之內(nèi)，這些內(nèi)部電路的優(yōu)點使振蕩器頻率及最大輸出占空比的變化最小。振蕩信號頻率與占空比隨 RT、 CT 的變化的具體波形如圖 7 所示。 圖 頻率與占空比隨 RT、 CT 的變化波形 振蕩器頻率公式： 0 RC? （ 51） 式中 0f —— 振蕩頻率，即芯片輸出頻率。 （ 3） UC3843 控制輸出 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 49 頁 UC2842 具有一個單圖騰柱輸出級，是專門設(shè)計用來直接驅(qū)動功率 MOSEFT管的，在 負(fù)載下時，它能提供高達(dá) 的峰值驅(qū)動電流和典型值為 50ns 的上升、下降時間。還符加了一個內(nèi)部電路，使得任何時候只要欠壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌模式，這個特性使得外部下拉電阻不再需要。 開關(guān)電源的輸出電壓 Vo 是由一個控制電壓 Vc（由電流取樣輸入和輸出 /補(bǔ)償電壓）來控制的，即由 Vc 與鋸齒波信號比較，產(chǎn)生 PWM 波形 （如圖 7） 。 電流反饋端 即 UC3843的 3 腳 ，當(dāng)檢流電阻檢測到原邊電流 所得的 電壓 Ucs1V 時 則 輸出脈沖關(guān)斷 ?？梢越Y(jié)合UC3843 的外圍 TLC431 的反饋環(huán)路分析，當(dāng)輸出電壓過大，則把 UC3843 的 1 腳電位拉低， 1 腳電壓低于 1 伏時， 6 腳輸出脈沖則關(guān)斷。所以 UC3843 能跟蹤輸出電壓和電流，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的 。 UC2843外圍電路設(shè)計 分析 電路中的主要控制電路是使用 UC3843 輸出脈寬控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止的比率，達(dá)到輸出電壓的控制。 對于 UC3843 的電路設(shè)計，首先應(yīng)該確定 主路 輸出脈沖的頻率，這也有利于計算變壓器的時候利用 主路 芯片的工作頻率來設(shè)定變壓器的工作頻率，讓變壓器的工作效率更高。 由 UC3843 芯片的工作原理已經(jīng)知道，是由 振蕩器輸入的 4 腳 外接阻容 電阻 RT 到基準(zhǔn)電壓 8 管腳 和 電容 CT 到地共同決定的。 電路可以選取很多個 RT和 CT 的結(jié)合來實現(xiàn)需 要的工作頻率。 但是 ，由圖 7 可以知道， 不同的電阻和電容的組合會影響輸出 脈沖的占空比。 （ 1） 5V 的 UC3843 外圍電路分析 本設(shè)計中 5V主路的 PWM外圍電路設(shè)計如圖 。 使用 RT=820? ， CT=223//103的電容，總電容值： CT=，由公式（ 51）可以求得芯片工作頻率 ： f0=(820**106)= 但是 實際電路中，由于芯片外圍電路 某些寄生電容等 的干擾，使 得 芯片實際工作的頻率一般都有 一定 的誤差。 在電路調(diào)試過程中測得 UC3843 工作頻率 f05V=62KHz，在誤差允許的范圍內(nèi)，這是可以理解的。 電路中 ，通過 UC3843 的 8 管腳的基準(zhǔn)電壓給 1 管腳補(bǔ)充電流，正常工作時， UC3843的 1 管腳的電壓低于 5V。 當(dāng)電路出現(xiàn)開環(huán)等異常工作狀況時， UC3843 的 1 管腳的電壓高于 5V，此時，電路通過 R117 和 R118 的分壓，在 TL431 的 REF 端的電壓大于 。由（ ）的 TL431 的特性簡介可以知道，此時 TL431 開始導(dǎo)通，迅速把 UC3843 的供電電壓端（ B1）的電壓拉低，起到有故障則 停止 芯片工作，起到保護(hù)電路的作用。 R6 D Q1 C23 構(gòu)成的電路主要是 電路出現(xiàn)異常沒有基準(zhǔn)電壓輸出時， 快速的 關(guān)斷脈 沖的輸出 。當(dāng)正常工作時， UC3843 的 1 管腳為高電平，即電路中的 COM（也就是 PNP 型的三極管 Q14 的基極 和射級 ） 為高電平，此時三極管 Q14 截止。當(dāng)電路出 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 49 頁 現(xiàn)異常而關(guān)斷基準(zhǔn)電壓的輸出時，三極管的基極變?yōu)榈碗娖?，而射級為高電平時就快速的把 1 管腳的電位拉低，關(guān)斷脈沖輸出。 圖 UC3843 外圍工作電路 （ 2） 的 UC3843 外圍電路的分析 的 PWM 工作頻率的確定：如圖 所示 ， RT 選取 2K? ， CT 選擇 472 和 103的并聯(lián) ，總電容值： CT=，由公式（ 51）可以求得芯片工作頻率=(2*103**106)=。實際電路中 測得 UC3843工作頻率 =61KHz，幾乎能 與 理論吻合。 電路中 輸出 過壓時，反饋回來的一個高電平，此時，三極管Q3 的基極為高電平導(dǎo)致 Q3 的導(dǎo)通，把 UC3843 的 1 管腳電位拉低于 1V，從而關(guān)斷輸出脈沖。 R2 D5 C38 和 Q23 組成的電路和 5V中的一樣，當(dāng)電路出現(xiàn)異常沒有基準(zhǔn)電壓輸出時，快速的關(guān)斷脈沖的輸出。而 R19 C88 和 Q4 組成的電路則是 UC3843 的 4 管腳的三角波給 3 管腳的隔離補(bǔ)償， 起到隔離 UC3843 的頻率和 IS 及 的頻率引起的干擾。 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 20 頁 共 49 頁 圖 外圍工作電路 6 輸入 輸出 電路的設(shè)計 輸入電路的設(shè)計 輸入保護(hù)電路是當(dāng)交流輸入端打雷或是誤操作引起電壓或電流過大時，在輸入端增加保護(hù)元器件來保護(hù)整個電路不受干擾，提高開關(guān)電源的穩(wěn)定性。 具體電路如 圖 。 圖 輸入保護(hù)電路 在交流輸入端的火線 L和零線 N 間串入壓敏電阻 MOV MOV MOV3，壓敏電阻的特性是當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓沒有達(dá)到它的額定值時，壓敏電阻兩端的電阻類似無窮大； 當(dāng)當(dāng)壓敏電阻兩端的電壓超過它的額定值時，壓敏電阻兩端的電阻 就很小。 當(dāng) L線和 N 線間的電壓因為打雷 等原因 過大 而超多壓敏電阻的額定值 ， 則壓敏電阻 MOV2的電阻就很小，把 L線和 N 線短路，從而燒毀保險絲 F1，實現(xiàn)保護(hù)后級電路。當(dāng) L線 XXX 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 21 頁 共 49 頁 或是 N 線對地的電壓過 大而超過壓敏電阻 MOV3 和 MOV1 時，壓敏電阻大大減小，電壓經(jīng)過 陶瓷氣體放電管串聯(lián)來延長使用壽命和確保安全。陶瓷氣體放電管的通流容量根據(jù)要求的通流容量選擇，電路采用 COSR680 來實現(xiàn)。 這樣，通過壓敏電阻和放電管的結(jié)合，實現(xiàn)輸入電路的保護(hù)。 EMI電路