基于UC3842開(kāi)關(guān)穩壓電源的設計

1．總體設計方案論證
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。設計的關(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，而控制模塊的設計又是DC～DC的核心，一般DC―DC變換的控制模塊使用PWM調制的專(zhuān)用芯片，如TL494，UC3842等。芯片內部集成了振蕩器(由外接電阻電容來(lái)決定頻率)，誤差比較器，PWM調制器等，有的甚至有保護電路和驅動(dòng)電路。在此情況下用集成芯片外加少量的電路即可構成開(kāi)關(guān)電源，穩定性能較好，控制簡(jiǎn)單，芯片功耗幾乎可以忽略不計，且成本低。過(guò)流保護可以使用電流取樣電阻串接在負載上。當取樣的電流超過(guò)指定的范圍，立即切斷負載，或者降低輸出電壓，然后過(guò)一段時(shí)間再自動(dòng)啟動(dòng)，接上負載，由繼電器來(lái)控制負載的連通性。同時(shí)用A／D采樣，經(jīng)過(guò)單片機處理后顯示當前輸出電流和電壓。還擴展了鍵盤(pán)來(lái)實(shí)現電壓步進(jìn)和預置，設置蜂鳴器實(shí)現過(guò)流時(shí)報警。

2．單元電路模塊設計
開(kāi)關(guān)穩壓電源系統框圖如圖一所示

2．1 整流濾波電路設計
整流濾波電路如圖二，在開(kāi)機瞬間，濾波電容等效為短路，可串接0．1Ω限流電阻保護整流橋。此設計最大輸出功率72瓦特，電網(wǎng)電壓低到15V輸入時(shí)(整流后可達到18V)，加上最不利效率為70％，則輸入端功率經(jīng)計算為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(mǎn)足要求，故用承受電流較大的硅橋。為達到可以接受的紋波系數，濾波電容的容值需要較大?？紤]到其它無(wú)用功耗，取P=102W，經(jīng)計算C≈30000uF，這時(shí)候紋波系數低至2．5％，但電容體積太大，DC―DC變換級對紋波系數的要求可以降低，取10000uF，紋波約8％，可以滿(mǎn)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)電源拓撲結構
主回路拓撲結構選擇非隔離型中Boost型升壓斬波電路，如圖三。假設C和L足夠大，輸入輸出電壓，即為常數。據推理電感兩端的電壓值也為常數，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+，電流變化的負增量記為△i一。當開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，續流二極管關(guān)斷，此時(shí)電源向電感充電儲存能量，忽略開(kāi)關(guān)管的壓降。則由電感電流不可以突變、法拉第電磁感應公式和基爾霍夫電壓定律推導出：增量電流△i+和時(shí)間△t成正比，呈線(xiàn)性上升趨勢，與電感成反比。當開(kāi)關(guān)管T關(guān)斷時(shí)，續流二極管D導通，忽略續流二極管導通電壓，輸入端電源電壓與電感器L中自感電動(dòng)勢正向疊加后，通過(guò)續流二極管D對負載R供電，同時(shí)對電容器C充電。同理推導出：負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(xiàn)形下降的。當動(dòng)態(tài)平衡后，△i+=一△i一，經(jīng)過(guò)占空比計算公式推導后得：在設計中輸入15V～21V，整流濾波后可得約18V～25V的直流電壓，而設計要求輸出為30V～36V。那么當輸入是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。