基于UC3842開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1．總體設(shè)計(jì)方案論證
開(kāi)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(jì)的關(guān)鍵是DC～DC變換器，它包含了開(kāi)關(guān)電源中的開(kāi)關(guān)器件、儲(chǔ)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(jì)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(lái)決定頻率)，誤差比較器，PWM調(diào)制器等，有的甚至有保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)電源，穩(wěn)定性能較好，控制簡(jiǎn)單，芯片功耗幾乎可以忽略不計(jì)，且成本低。過(guò)流保護(hù)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(guò)指定的范圍，立即切斷負(fù)載，或者降低輸出電壓，然后過(guò)一段時(shí)間再自動(dòng)啟動(dòng)，接上負(fù)載，由繼電器來(lái)控制負(fù)載的連通性。同時(shí)用A／D采樣，經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后顯示當(dāng)前輸出電流和電壓。還擴(kuò)展了鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓步進(jìn)和預(yù)置，設(shè)置蜂鳴器實(shí)現(xiàn)過(guò)流時(shí)報(bào)警。

2．單元電路模塊設(shè)計(jì)
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖如圖一所示

2．1 整流濾波電路設(shè)計(jì)
整流濾波電路如圖二，在開(kāi)機(jī)瞬間，濾波電容等效為短路，可串接0．1Ω限流電阻保護(hù)整流橋。此設(shè)計(jì)最大輸出功率72瓦特，電網(wǎng)電壓低到15V輸入時(shí)(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(jì)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。考慮到其它無(wú)用功耗，取P=102W，經(jīng)計(jì)算C≈30000uF，這時(shí)候紋波系數(shù)低至2．5％，但電容體積太大，DC―DC變換級(jí)對(duì)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(lái)抑制尖峰電壓。

2．2 Boost升壓型開(kāi)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，如圖三。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(guò)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一。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，續(xù)流二極管關(guān)斷，此時(shí)電源向電感充電儲(chǔ)存能量，忽略開(kāi)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(shí)間△t成正比，呈線性上升趨勢(shì)，與電感成反比。當(dāng)開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，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(dòng)勢(shì)正向疊加后，通過(guò)續(xù)流二極管D對(duì)負(fù)載R供電，同時(shí)對(duì)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(shí)間成正比。下降是從上個(gè)時(shí)間充電后的電流點(diǎn)開(kāi)始線形下降的。當(dāng)動(dòng)態(tài)平衡后，△i+=一△i一，經(jīng)過(guò)占空比計(jì)算公式推導(dǎo)后得：在設(shè)計(jì)中輸入15V～21V，整流濾波后可得約18V～25V的直流電壓，而設(shè)計(jì)要求輸出為30V～36V。那么當(dāng)輸入是18V變換到36V時(shí)，升壓比最大，則占空比最大，記為α1，從25V變換到30V時(shí)，升壓最小，則占空比最小，記為α2，經(jīng)過(guò)推算：α2=1／6，α1=1／2。