发布时间 : 星期五 文章基于单片机的PWM脉宽调制开关电源更新完毕开始阅读8cacb9065a8102d276a22ffa
3 数字式开关稳压电源的研制
3.1 特点及其技术指标
开关稳压电源具有输出纹波电压低、效率高、体积小和重量轻等优点。采用了较新的电路结构，采取一系列措施来降低输出纹波，能在输出过压、过流、过热和电路工作异常时进行保护。具有一定创新性和先进性。
本设计以电流控制型脉宽调制芯片UC3843为核心产生脉宽可调而频率固定的脉冲输出，推动开关功率管的导通和截止。电源兼反馈绕组取得的控制电压同时输入UC3843的误差放大器，与基准电压比较后产生控制电压，控制输出脉宽的占空比，从而达到稳压目的。输入采用隔离变压器产生18V交流电压供给电路。输出通过全桥整流电路和?型滤波电路后输出稳定可调直流电压。闭环状态下采用TL431配合光电耦合器PC817构成负反馈的回路，作为参考、隔离、取样与误差放大器进行比较产生需要电压，实现了输出电压30V～36V等要求指标。此外在原有基本设计的基础上做了发挥，通过采用AT89S52单片机控制LCD显示器实现了输出电压、电流的测量和数字显示功能。
该开关电源的基本技术指标为：
（1）输出电压Uo可调范围：30V～36V （2）最大输出电流Iomax：2A
（3）U2从15V变到21V时，电压调整率SU≤2%（Io=2A） （4）Io从0A变到2A时，负载调整率SI≤5%（U2=18V）
（5）输出噪声纹波电压峰-峰值UOPP≤2V（U2=18V，Uo=36V，Io=2A） （6）DC-DC变换器的效率??70%（U2=18V，Uo=36V，Io=2A） 3.2 开关电源电路中关键元器件的选择与设计
随着PMW技术的不断发展和完善，开关电源得到了广泛的应用。在本文中开关电源的主要器件有UC3843单片开关电源来进行脉冲调宽，通过控制占空比的大小来控制最终输出电压的稳定性；同时在线性光耦合器PC817和可调式精密并联稳压器TL431
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来反馈输出参数，形成隔离性负反馈进而调整最终的输出值，使其保持稳定。 3.2.1 UC3843单片开关电源
首先，简单介绍芯片UC3843及其管脚功能
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、PWM锁存器、振荡器、内部基准电源和欠压锁定等单元，其内部结构如图13所示。
图13 UC3843内部结构图
资料来源：李良钰．一种基于UC3843的单端反激式开关电源[C]．广东罗定：广东罗定职业技术
学院电子信息系．2007．7．
1脚C0MP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，以确定误差放大器的增益和频响。
2脚FEED BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压(一般为Test Technology2.5 V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。
3脚ISENSE是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管(如VMOS管)的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3843就停止输出，有效地保护了功率开关管。
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4脚RT/CT是定时端。锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端。 5脚GND是接地。
6脚OUT是输出端，此脚为图滕柱式输出，驱动能力是4～1A。这种图腾柱结构对被驱动的功率管的关断有利，因为当三极管VF1截止时VT2导通，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速功率管的关断。
7脚VCC是电源。当供电电压低于4～16V时，UC3843不工作，此时耗电在1mA以下。输入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入电压可在10V～30V之间波动，低于10V停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。
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。
图14 UC3843管脚图
资料来源：李良钰．一种基于UC3843的单端反激式开关电源[C]．广东罗定：广东罗定职业技术
学院电子信息系．2007．7．
其次，UC3843是近年来问世的新型脉宽调制集成电路，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，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。图15是UC3843的外形图[5]。下面是它的主要特性：
○1最优化的离线DC-DC变换器 ○2低静态电流(1mA) ○3快速自动补偿电路
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○4单步脉冲控制电路 ○5增强负载回馈特性S ○6断电停滞特性 ○7双脉冲抑制 ○8电流标识输出 ○9内置能隙参考电压 101500kHz的工作频率 ○
11低R0过零放大器 ○
图15 UC3843的外形图
资料来源：李良钰．一种基于UC3843的单端反激式开关电源[C]．广东罗定：广东罗定职业技术学
院电子信息系．2007．7．
最后，UC3843的工作原理如下：
UC3843有4种封装形式，一种是14pin双列直插和SOP-14，另一种是8pin双列直插和SOP-8。我们以最简的8pin封装简述其工作原理。
1脚是补偿端，外接电阻电容元件以补偿误差放大器的频率特性。第2脚是反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输入端，再与同相输入端的基准电压进行比较，输出误差控制电压。第3脚接过流检测电阻,组成过流保护电路。Rt/Rc为锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端，内部基准电压为UREF=5V。输入电压Ui≤30V，输出端电压Uo取决于高频变压器的变压比。
UC3843是这个开关的电源的核心元件，它产生脉宽可调而频率固定的脉冲输出，推动开关功率管的导通和截止，通过高频变压器换能将电压输出到次级绕组上，再经整流和滤波向负载提供直流电源，电源兼反馈绕组取得的控制电压同时输入UC3843的误差放大器，与基准电压比较产生控制电压，控制输出脉宽的占空比，达到稳压目的[6]。
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