用UC3843設(shè)計的小功率開關(guān)電源--含電路分析

開關(guān)電源具有工頻變壓器所不具備的優(yōu)點，新型、高效、節(jié)能的開關(guān)電源代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，因為開關(guān)電源內(nèi)部工作于高頻率狀態(tài)，本身的功耗很低，電源效率就可做得較高，一般均可做到80%，甚至接近90%。這樣高的效率不是普通工頻變壓器穩(wěn)壓電源所能比擬的。開關(guān)電源常用的單端或雙端輸出脈寬調(diào)制(PWM)，省去了笨重的工頻變壓器，可制成幾瓦至幾千瓦的電源。用于脈寬調(diào)制的集成電路很多，我們現(xiàn)在介紹的是UC3843集成電路的一般特性及由它組成小功率開關(guān)電源的方法。UC3843更詳細的資料可參見其數(shù)據(jù)手冊。

[1].UC3843的主要特性

UC3843是近年來問世的新型脈寬調(diào)制集成電路，它具有功能全，工作頻率高，引腳少外圍元件簡單等特點，它的電壓調(diào)整率可達0.01%V，非常接近線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整率。工作頻率可達500kHz，啟動電流僅需1mA，所以它的啟動電路非常簡單。下面是它的主要特性：

最優(yōu)化的離線DC-DC變換器

低靜態(tài)電流(1mA)

快速自動補償電路

單步脈沖控制電路

增強負載回饋特性

斷電停滯特性

雙脈沖抑制

大電流標(biāo)識輸出

內(nèi)置能隙參考電壓

500kHz的工作頻率

低Ro過零放大器

[2].UC3843的工作原理

UC3843有4種封裝形式，一種是14pin雙列直插和SOP-14，另一種是8pin雙列直插和SOP-8。我們以最簡的8pin封裝簡述其工作原理。[IMG]20072289575883293.gif[/IMG] pin(1)是補償端，外接電阻電容元件以補償誤差放大器的頻率特性。第(2)腳是反饋端，將取樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進行比較，輸出誤差控制電壓。第(3)腳接過流檢測電阻,組成過流保護電路。RT/RC為鋸齒波振蕩器的定時電阻和電容的公共端，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為VREF=5V。輸入電壓Vi≤30V，輸出端電壓Vo取決于高頻變壓器的變壓比。

UC3843是這個開關(guān)的電源的核心元件，它產(chǎn)生脈寬可調(diào)而頻率固定的脈沖輸出，推動開關(guān)功率管的導(dǎo)通和截止，通過高頻變壓器換能將電壓輸出到次級繞組上，再經(jīng)整流和濾波向負載提供直流電源，電源兼反饋繞組取得的控制電壓同時輸入UC3843的誤差放大器，與基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生控制電壓，控制輸出脈寬的占空比，從而達到穩(wěn)壓目的。

[3].UC3843的工作電路分析

具體的應(yīng)用電路參考圖4，工作原理是，220V交流輸入電壓經(jīng)過EMI濾波電路進入整流電路。EMI電路的作用有二，一是防止電源本身的電磁干擾脈沖通過傳導(dǎo)或輻射方式干擾公共線路上的其他電器設(shè)備。二是防止公共線路上的電磁脈沖干擾電源本身的工作。這部分電路在開關(guān)電源中是必需的，如果忽略這部分電路，將不能通過電磁兼容性認證(如中國的“3C”和歐洲的CE認證)。整流后的脈動直流電由濾波電容濾波后獲得約300V左右的直流電壓，通過R4向 UC3843提供約16V的啟動電壓，其中Fuse是過流或短路保險絲。

UC3843得到啟動電壓后即開始工作，輸出一定寬度的脈沖控制驅(qū)動功率管的導(dǎo)通和截止。由繞組N2獲得的高頻電壓經(jīng)整流濾波后作為UC3843 的工作電源，同時采樣電壓也取自這個繞組的電壓。從而省去了光電耦合的負反饋控制電路，使電路更加簡潔。R2、C3用于改善誤差放大器的頻率響應(yīng)，R1是斜波補償電容，R10和C5是UC3843的定時電阻和電容，如果R10=10kΩ，C5=4700p，開關(guān)頻率約為40KHz。R11是過流檢測電阻， R6是功率管柵極的限流電阻。

[4].元器件的選擇和制作

高頻變壓器是開關(guān)電源的關(guān)鍵元件，其設(shè)計和繞制工藝很大程度上決定開關(guān)電源的特性甚至制作的成敗，對于15W左右的開關(guān)電源，可選區(qū)EE-20的磁芯，材料可選MXO-2000導(dǎo)磁率為u=2000H/m，飽和磁通密度bs=400mT，最高工作頻率可達500kHz，繞組參數(shù)參考電路圖中的標(biāo)注。漆包線的線經(jīng)及并繞股數(shù)一般應(yīng)視輸出電流而定，通常電流密度取J=2A/m2，但最大不超過2A/m2。防止出現(xiàn)磁飽和而燒毀開關(guān)管，磁芯間隙應(yīng)有0.2-0.8mm，可采取墊上數(shù)層絕緣材料解決。

開關(guān)功率管可采用高頻特性好，低內(nèi)阻的場效應(yīng)晶體管，因為開關(guān)管工作于300V的電壓，考慮到高頻變壓器的反向電動勢約有200多伏，線圈漏感引起的尖峰電壓約有200V，所以功率管的反向擊穿電壓應(yīng)選用大于800V的高反壓場效應(yīng)管，功率管的最大漏極電流應(yīng)考慮整個電源的輸出功率，在這個電源中，輸出功率較小，可選用價廉的2Sk2067。同時功率管上應(yīng)安裝合適的散熱器。

因為開關(guān)電源的工作頻率較高，二極管應(yīng)選用高頻特性好的肖特基快恢復(fù)二極管，如UF4007、FR107等元件。濾波電容的容量根據(jù)電源的輸出功率而定。這里選22uF/400V電容即可，但必須選用質(zhì)量好的元件。

業(yè)余制作開關(guān)電源，工作頻率不要選用太高，因為自制的高頻變壓器工藝難以保證，高頻特性欠佳，頻率太高可能會導(dǎo)致電源無法工作。一般可選40KHz左右為宜。

調(diào)試時，可用示波器(但需考慮電源和設(shè)備間的共“地”問題，以免發(fā)生短路現(xiàn)象)觀察UC3843的第(40)腳的波形，正常時應(yīng)有1.5Vp-p 的矩形脈沖，占空比隨輸入電壓和帶負載情況而定。第(6)為占空比可變的矩形波，幅度約為16V。通過觀察這些引腳的電壓及波形，從而了解開關(guān)電源的工作情況。