基于UC3842开关稳压电源的设计

1．总体设计方案论证
开关电源由隔离变压器、整流滤波和DC―DC变换网络组成。设计的关键是DC～DC变换器，它包含了开关电源中的开关器件、储能器件、脉冲变压器、滤波器、输出整流器等所有功率器件和控制模块，而控制模块的设计又是DC～DC的核心，一般DC―DC变换的控制模块使用PWM调制的专用芯片，如TL494，UC3842等。芯片内部集成了振荡器(由外接电阻电容来决定频率)，误差比较器，PWM调制器等，有的甚至有保护电路和驱动电路。在此情况下用集成芯片外加少量的电路即可构成开关电源，稳定性能较好，控制简单，芯片功耗几乎可以忽略不计，且成本低。过流保护可以使用电流取样电阻串接在负载上。当取样的电流超过指定的范围，立即切断负载，或者降低输出电压，然后过一段时间再自动启动，接上负载，由继电器来控制负载的连通性。同时用A／D采样，经过单片机处理后显示当前输出电流和电压。还扩展了键盘来实现电压步进和预置，设置蜂鸣器实现过流时报警。

2．单元电路模块设计
开关稳压电源系统框图如图一所示

2．1 整流滤波电路设计
整流滤波电路如图二，在开机瞬间，滤波电容等效为短路，可串接0．1Ω限流电阻保护整流桥。此设计最大输出功率72瓦特，电网电压低到15V输入时(整流后可达到18V)，加上最不利效率为70％，则输入端功率经计算为102W，整流滤波后输出的电流约5．6A，取6A电流。用普通整流二极管不能满足要求，故用承受电流较大的硅桥。为达到可以接受的纹波系数，滤波电容的容值需要较大。考虑到其它无用功耗，取P=102W，经计算C≈30000uF，这时候纹波系数低至2．5％，但电容体积太大，DC―DC变换级对纹波系数的要求可以降低，取10000uF，纹波约8％，可以满足要求。大电容滤波还需并接瓷片电容，来抑制尖峰电压。

2．2 Boost升压型开关电源拓扑结构
主回路拓扑结构选择非隔离型中Boost型升压斩波电路，如图三。假设C和L足够大，输入输出电压，即为常数。据推理电感两端的电压值也为常数，记电感两端的电压值是VL，经过L的电流记为IL，电流变化正增量记为△i+，电流变化的负增量记为△i一。当开关闭合时，续流二极管关断，此时电源向电感充电储存能量，忽略开关管的压降。则由电感电流不可以突变、法拉第电磁感应公式和基尔霍夫电压定律推导出：增量电流△i+和时间△t成正比，呈线性上升趋势，与电感成反比。当开关管T关断时，续流二极管D导通，忽略续流二极管导通电压，输入端电源电压与电感器L中自感电动势正向叠加后，通过续流二极管D对负载R供电，同时对电容器C充电。同理推导出：负增量电流与电感值成反比，与关断时间成正比。下降是从上个时间充电后的电流点开始线形下降的。当动态平衡后，△i+=一△i一，经过占空比计算公式推导后得：在设计中输入15V～21V，整流滤波后可得约18V～25V的直流电压，而设计要求输出为30V～36V。那么当输入是18V变换到36V时，升压比最大，则占空比最大，记为α1，从25V变换到30V时，升压最小，则占空比最小，记为α2，经过推算：α2=1／6，α1=1／2。