1、单端反激式开关电源设计1.引言开关电源具有工频变压器所不具备的优点，新型、高效、节能的开关电源代表着稳压电源的发展方向。因为开关电源内部工作于高频率状态，本身的功耗很低，电源效率就可做得较高，一般均可做到 80%，甚至接近 90%。这样高的效率不是普通工频变压器稳压电源所能比拟的。开关电源常用的单端或双端输出脉宽调制（PWM），省去了笨重的工频变压器，可制成几瓦至几千瓦的电源。传统的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术，而近年电流型 PWM 技术得到了飞速发展。相比电压型PWM，电流型 PWM 具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得以明显改善，特别是其内在的限流能
2、力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。电流型 PWM 集成控制器已经产品化，极大的推动了小功率开关电源的发展和应用。电流型 PWM 控制小功率电源已经取代电压型 PWM 控制小功率电源。Unitrode 公司推出的 UC3843 系列控制芯片是电流型 PWM 控制器的典型代表 。本次设计将用UC3843 制作一个小功率开关电源。2.UC3843 简介Unitrode 公司的 UC3843 是一种高性能固定频率电流型控制器，包含误差放大器、PWM 比较器器、PWM 锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元，它具有功能全，工作频率高，引脚少外围元件简单等特点，它的电压调整率可达0.01%V，
3、非常接近线性稳压电源的调整率。工作频率可达 500kHz，启动电流仅需1mA，所以它的启动电路非常简单。其结构图和工作原理如下：1 脚 COMP 是内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；2脚 FEEDBACK 是反馈电压输入端；3 脚 ISENSE 是电流传感端；4 脚 RT/CT 是定时端；5 脚 GND 是接地；6 脚 OUT 是输出端； 7 脚 Vcc 是电源；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。器件参数：UC3843 的电压调整率可达 0.01%，工作频率为 500kHz，启动电流小于1mA，输入电压为 1030V，
4、基准电压为 4.95.1V。工作温度为 070 ，输出电流为 1A.3.开关电源原理图：由 UC3843 构成的开关电源电路如图所示：4.开关电源参数设计： 一. 开关电源基本参数要求 ：输入 DC 11-15V ;输出 DC12V 1A;带隔离; 稳定;效率高; 短路保护 二. 主控芯片选择:UC3843 它具有输入和参考电压欠压锁定电路;低启动和工作电流(1mA);大电流输出(1A);500kHz 工作频率 ;锁存脉宽调制;微调振荡器放电电流, 精确控制占空比. 三. 开关频率选择： 86KHZ,Rt=20K Ct=102 f=1.72/RC=1.72*1000/(20*0.001)=86
5、KHZ 四. 输入滤波电容选择 滤波电容和输出功率有 3 倍比例系数,Po=12W,Cin=3*12=36uf,选择Cin=47uf 五. 启动电路设计： 直流电压经电阻,稳压管, 电容为 UC3843 提供启动电压,启动电压高于 8.4V UC3843 才能工作.1N4007 防止输入反接,1.0V 压降. 六. 过流保护电路设计 ：Rs 为过流检测电阻,阻值较小, 以降低电阻上的功耗 .检测电压送入 UC3843 的 3 脚,高于 1V 时,过流保护电路工作, 使 6 脚停止输出矩形波,电路停止工作,选择 Rs=0.5/1W, Io=1V/Rs*Ns/Np=1/0.5*12/10=2.4A
6、 时, 过流保护起作用. 脚 3 还要接一个 RC滤波器以抑制开关管的尖峰电流,R4=1K,C9=470uf. 七. 钳位保护电路 ：因为初级感应电压 Vor 较低,只有 10V,故可以采用电容 680pf 并联 MOSFET 来滤除尖峰电压。八. 反馈误差放大器设计： 电路中将 3843 的 2 脚接地, 故放大器输入误差总是固定的 ,通过三端稳压和线性光耦改变 uc3843 误差放大器的增益 (1 脚)来实现稳压,可将光耦的光电三极管视为一可变电阻,它的变化反应了输出电压+12 的变化,调节误差放大器的增益而不是调节误差放大器的输入来改变误差放大器的输出,从而改变开关信号占空比,实现电压反
7、馈. 九. 功率器件的选择： 变换器的功率器件采用功率MOSFET. IRFU120N,Vdss=100V,Rds(on)=0.21,Id=9.4A 十. 高频变压器设计： 根据 Po=12W,选择 EFD-20磁心 s=12 匝( 每匝 1V) 最大占空比 Dmax 选择 50% Dmax=Vor/(Vor+Vimin-Vds(on)*100%=Vor/(Vor+10)=0.5 Vor=10V Np=Vor/(Vo+0.4)*Ns=10/(12+0.4)*12=9.68 取 Np=10 匝 Iavg=Po/n*Vimin=12/(0.8*10)=1.5A Ip=Iavg/(1-0.5Krp)
8、*Dmax=1.5/(1-0.5*0.4)*0.5=3.75A Lp=1000000Po/Ip*Ip*Krp(1-Krp/2)*f*Z(1-n)+n/n=34.88uh 选择 35uh 十一.输出整流管设计： 为降低功耗,提高电源效率, 选用肖特基整流二极管.Id=3Iom=3*1A=3A 整流管的反向耐压 Vrm=2V(br)s=2*(Vo+Vimax*Ns/Np)=57.6V 选用 1N5822(Vrm=40V,Id=3A) 十二.输出滤波电容选择 ：12V,1A 输出, 选用 330uf/25V 滤波电容 十三.输出 LC 滤波网络： L 取 3.3uh/1A,C 取 120uf/25V
9、6.5.性能测试：下面是实验测量到的数据：（1）：输入电压：+24V（2）：输出电压：+9.24V，+29.34V（3）： +9V 端纹波：Vpp=84mV ，占输出的比例是 0.9%（4）：+27V 端纹波：Vpp=540mV，占输出的比例是 1.83%（5）：占空比的波形：（6）：变压器最高温度：42。6.总结U C 3 8 4 3 是目前流行的电流型 P W M 信号发生器，具有精度高、电压稳定、外围电路简单、价格低廉等优点，广泛应用在输出电压范围是 4 . 95 . 1 V、功率为 2 060W 的小型功率开关电源中。通过本次的开关电源设计，我加深了书本上对单端反击开关电源原理的理解，锻炼了动手的能力，明白了一般电子产品设计的步骤。以前对于 CAD 制图软件以及示波器灯器件使用不是很熟练，但在这次开关电源的设计过程中加强了我对这些工具的使用。同时，在制作开关电源的过程中，需要考虑各种因素，各个元件的参数选择以及计算，电路设计以及原理分析，都加深了我对以前学过的电路电子技术基础等相关知识的理解。这次设计是在学习完开关电源技术后，根据已学习的知识和查阅的大量资料制作后完成的一个开关电源，因为本人能力有限，设计中存在不足在所难免，希望老师予以指正。
