UC3843 控制多路输出开关电源设计与实现

wtliu · 发表于 2008-10-14 09:15:33

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UC3843 控制多路输出开关电源设计与实现 Designs on Multi-Output Switching Power Supply Driven by UC3843

来源: 作者:王正 , 朱兴动 , 张六发布时间:2007-06-08 08:32:53

Abstract: In this paper, a thought of design and realization for a switch mode power supply of single terminal drive in reverse with UC3843 controller is introduced. The internal circuit and characteristics are analyzed. The problems and main process in practical design are analyzed through an example of switch mode power supply, and the methods of eliminating noise Are presented. At last, the test data of this kind of power supply is presented.
Keywords: switch power; high frequency transformer; UC3843 controller; noise suppression; multi-output
摘
要 : 介绍了采用 UC3843 控制器的单端反激式开关电源的设计与实现 , 讲述了 UC3843 控制器内部电路及其特点 , 通过具体的多路输出开关电源设计实例分析了设计的主要步骤以及实际设计中应注意的问题 , 并提出了抑制噪声的措施 , 最后给出了该电源的性能测试数据。
关键词 : 开关电源 ; 高频变压器 ;UC3843 控制器 ; 抑制噪声 ; 多路输出
引言
开关电源是一种高频电源变换电路 , 采用直 2 交 2 直变换 , 能够高效率地产生一路或多路可调整的高品质的直流电压。半导体技术高速发展所提供的高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化 , 而半导体技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成开关控制器奠定了基础 , 适用各类开关电源控制电路的集成开关控制器应时而生 , 并迅速发展 , 克服了以往采用分离元件控制电路的许多弊端 , 现在设计的开关电源大部分都采用集成开关控制器 ,
其中 Unitrode 公司生产的 UC3843 可编程 PWM 控制器在实际设计中得到了广泛应用。
1 UC3843 可编程 PWM 控制器简介
UC3843 是一种单端输出电流控制型电路 , 其最大的优点是外接元器件极少 , 外电路装配非常简单 , 其原理方框图如图 1 所示 , 它有两个控制闭合环路 , 一个是输出电压反馈回误差放大器 , 用于同基准电压比较后产生误差电压 ; 另一个是电感 ( 变压器初级 ) 中电流在反馈电阻 (RS) 上产生的电压与误差电压进行比较产生调制脉冲的脉宽 , 这些都是在时钟所限定的固定频率下工作。由于误差信号实际控制着峰值电感电流 , 故称其为电流型脉宽调制器 , 其优点如下 :

file:///C:/DOCUME~1/liuliu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg

图1 UC3843脉宽调制器原理方框图

1) 线性调整率 ( 电压调整率 ) 非常好 , 可达 0.01%/V 。这是由于输入电压的变化立即反映为电感电流的变化 , 它不经过任何误差放大器就能在比较器中改变输出脉冲宽度 , 再加一级输出电压 U0 至误差放大器控制 , 能够使线性调整率更好。
2) 明显改善了负载调整率。因为误差放大器可专门用于控制由于负载变化造成的输出电压变化。
3) 误差放大器的外补偿电路简化 , 稳定度提高并改善了频响 , 这时由于在 RS 上检测出的峰值电流能代表平均电流 , 整个电路可看作一个误差电压控制源 , 变换器 ( 误差放大器 ) 由双极点变为高极点。
4) 简化了过流保护电路 ( 电流限制电路 ) 。由于 RS 上感应出点峰电感电流 , 所以自然形成逐个脉冲限流电路 , 只要 RS 上电平达到 1V, 脉宽调制器就立即关闭 , 而这种峰值电感感应检测技术可以灵敏地精确地限制输出的最大电流。
UC3843 设有欠压锁定电路 , 其开启电压为 8.4V, 关闭阀值为 7.6V,UC3843 的电源可以由高压直流电通过一个降压电阻 RIN 来提供 ,0.8V 的启动关闭的差值电压可有效地防止电路在阀值电压附近工作时的振荡。在 UC3843 的输入端设有一个 34V 齐纳管 , 保证其内部电路绝对在 34V 以下工作 , 防止可能高压带来的损坏 ,5V 的基准电压由 8 脚引出 , 基准电压再降至 2.5V, 为误差放大器的同相输入端提供基准。 5V 的基准电压同时作内部各部分电路的电源。
UC3843 的输出为图腾式 , 输出给开关管的平均电流为 ±200mA, 最大峰值电流可达 ±1A, 输出低电平电压为 1.5V, 输出高电平电压为 13.5V, 故适宜驱动晶体管或 MOSFET 管。 UC3843 内设置有 PWM 锁存器 , 可保证输出端在每一振荡周期内仅出现一个单控制脉冲 , 防止噪声干扰和功率管的超功耗。
2 整体电路设计
我们设计的开关电源为多路输出的开关电源 , 共有 11 路输出 , 分别为 3 路 ±7V/1A,1 路 ±7V/2A,1 路 +7V/2A,2 路 +12V/0.2A 。输入电压为直接将 380V 三相交流电整流得到的直流电。设计原理电路图如图 2 所示。设计开关频率为 10K 。
2.1 起动电阻设计
设计要求当直流电压升至 200V 时电源起动 , 一般反馈电压为 11V, 驱动电流为 0.5mA, 取样电阻所需电流为 0.44mA, 因此起动电阻为 :R3=200-110144+015=202.1k8, 选定 200k8 。

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图 2 开关电源设计原理图

2. 2 高频变压器设计
高频变压器的设计是设计中的核心工作。根据文献 [3] 给出的功率与尺寸的关系 , 选用铁芯型号 , 铁芯选用 Mn-Zn 铁氧体 , 材料为 R2KD 。设计电源的最大占空比为 0.45, 工作频率为 10kHz, 效率为 75%, 求得变压器铁芯的截面积 Sc 为 1.54cm 2, 综合其他条件 , 选择 EC42 型磁芯。变压器的初级线圈的匝数可由初级电感 LP. 、满载时的峰值电流 IP, 计算出初级线圈应该储存的能量 , 然后计算出初级线圈的安匝数后求出初级线圈的匝数。设计变压器初级绕组的匝数为 :NP =95 匝 , 根据公式 :
file:///C:/DOCUME~1/liuliu/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif
设计其余各线圈的匝数 , 其中 U0 为设计输出电压 ,Uf 为整流电压降 ,Uimin 为最小输入电压 ,Dmax 为最大占空比 , 计算各输出绕组的匝数分别为 :N7V=10 匝 N12V=16 匝若反馈电压取为 10V, 由于其整流侧有两个二极管 , 则 Nf=16 匝。
2.3 功率 MOSFET 管 Q 的选择
由于设计要求输入电压为 150V~450V 能够正常使用 , 因此 , 三相交流电整流后的输入电压范围为 200V~620V, 由于反电势为 120V, 线圈漏感造成的尖峰电压为 100V, 故功率管需要承受的最大电压为 620+120+100=840V, 在此选用 MTH6N100 型 MOSFET 管 , 其耐压为 1000V, 电流为 6A , 可以满足要求 , 且有较大的电压裕度。
2.4 缓冲和保护电路的设计
在电路图中 ,D15. 、 C19. 、 R12 组成的缓冲网络 , 可以防止功率 MOSFET 管关断过程中承受大反压。通过计算 ,C19 电容参数应为 212nF/800V,R12 电阻参数为 2.7k8/2W,D15 快速恢复二极管的参数与 MOSFET 相同 , 选用 FR3030 。由 D14. 、 C18. 、 R9 组成的缓冲电路用于限制高频变压器漏感造成的尖峰电压 , 通过计算 ,C18 的参数 30nF/800V,R9 的参数为 412k8/4W,D14 也选用 FR3030 快速恢复二极管。
2.5 低压输出整流滤波电路的设计
设计二次绕组侧整流二极管 , 对于较小电流 , 一般选用快速恢复二极管 , 二极管承受的电压为 UDR=U0/D, 当最大输入电压时 ,D 一般为 0.2, 因此 7V 输出整流二极管电压为 35V,12V 输出整流二极管电压为 60V 。因此 1A 电流输出选用 FR151, 其额定电流为 1.5A , 额定电压为 100V;2A 电流输出由于考虑散热因素 , 选用带散热器式二极管选用 MA690, 其电流为 6A , 电压为 90V 。对于 0.2A 输出及反馈用二极管可选用 FR101, 其额定电流为 1A , 额定电压为 100V 。滤波电容可视输出对纹波电压的要求来决定 , 一般可按每安培 1000μF 电解电容来选择 , 故输出 1A 电流选用 1000μF/25V, 输出 2A 电流选用 2200μF/25V 电解电容 , 输出 0.2A 电流可选用 470μF/50V 电解电容。
2.6 抑制噪声的措施
开关电源的最大缺点是容易产生噪声 , 在设计时必须采取措施来抑制噪声 , 主要应从两个部位入手 : 产生噪声的部位和传播噪声的部位。
2.6.1
控制 . 、消除噪声源
必须尽量采用反向恢复时间短的快速恢复二极管 ;
在 MOSFET 管的源极 S 与漏极 D 之间并联 RCD 网络 ;
2.6.2
不使噪声传播
MOSFET 管和二极管的屏蔽 : 在 MOSFET 管和二极管与散热器的接触部分中间放入绝缘金属板 ; 变压器的屏蔽 : 要求变压器泄漏的磁通小 , 线圈间的层间电容量小 , 在设计变压器时 , 应减小空隙 , 选用理想的衬垫 , 线圈间进行静电屏蔽 , 在变压器的外围用铜箔带卷好。
3 开关电源性能测试
3.1 效率
测试条件 : 输入端加 ~380V( 即整流后直流为 520V), 负载为满载。

表1 电源效率比较

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3.2 输入电压变化后 , 输出电压变化

表 2 电压变化表

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由上述的测试结果可知 , 当输入电压在 300~620V 之间变化时 , 各路输出的电压变化率不大于 4%, 输出电压的纹波系数不大于 5% 。
4 结束语
采用 UC3843 控制器的单端反激式开关电源 , 外接元器件少 , 外电路装配非常简单 , 电源工作的可靠性和精确度都较高 , 现已应用于某型变频器中 , 甩掉了原有的庞大的工频变压器 , 取得了较高的经济效益。
参考文献 :
[1] 丁道宏 . 电力电子技术 [M]. 北京 : 航空工业出版社 ,2000.
[2] 王英剑 . 新型开关电源的实用技术 [M]. 北京 : 电子工业出版社 ,19991

wtliu · 发表于 2008-10-14 09:16:53

奇怪，图怎么没上去？

yipin_xu · 发表于 2008-10-14 12:53:10

楼主可以附件上来的，不管怎样，看到电源设计的版块还是很开心的！！

a182320 · 发表于 2008-10-28 21:16:38

Thank you very much!!

multiplus · 发表于 2008-11-8 21:53:45

希望楼主能将附件附上
顺便问一下，目前的UC38系列主要应用于哪些电源，比如说笔记本适配器手机充电器之类的有没有？

vwxy450 · 发表于 2008-11-14 10:05:04

本期，杭州华山医疗美容医院的整形美容专家要说说隆胸的问题。

问：哪些原因导致乳房平坦、松弛？

答：女性12岁左右步入青春期，由于受到内分泌激素的刺激，乳房开始发育，输乳管、腺泡等随之增生。16岁左右发育定型，25岁以后一般不再增大。

体型瘦小、发育受阻是造成胸部平坦的主要原因。
　　
成年女性怀孕、生育、哺乳等也会造成乳房松软、下垂、萎缩等。
随着年龄增长、体重突然下降（或增长）、皮肤松弛、停经等，乳房也会慢慢萎缩、缺乏弹性。

问：什么样的乳房最美

答：乳房位置在第二至第六肋间，乳房基底面直径为10至12厘米，乳轴(由基底面到乳头的高度)为5至6厘米

乳头位于第四肋间（约上臂1/2处），锁骨中线凹陷处（胸骨切迹）和两个乳头三点连接呈等腰三角形，两乳头的间隔大于20厘米

问：哪种情况适合做胸部整形？

答：如果老是感觉自己的乳房太小、臀围合适的衣服胸围太大、分娩后乳房变小并失去弹性、减肥后乳房的大小和形态改变（如一侧乳房比另一侧明显要小）、乳腺肿瘤而切除乳房等。胸部整形还包括乳房下垂提升、巨乳缩小、乳头乳晕缩小等。

问：目前的隆胸方法有几种？

答：主要有2种，如假体组织隆乳、自体组织乳房再造等。现在一般隆胸使用的假体组织，基本都是硅凝胶假体。术后一周左右即可恢复工作，一周内避免性生活。术后早期应避免过力、弯腰和举重物；一般拆线后即可开始按摩胸部，每天两次，每次二十分钟左右，坚持一至三个月，效果会更好。

问：隆乳后的效果能持续多久？

答：可以长期保持，除非假体渗漏需要更换。如果因为重力和年龄增长导致乳房变化而不满意，可以选择做乳房上提术以恢复乳房的年轻外观。

问：哪些人不适合隆胸？

答：8类人不适合隆胸：如妊娠期、哺乳期女性，全身感染性疾病患者（如感冒等呼吸道感染性疾病、皮肤病等），血液系统疾病患者（如患有白血病、缺铁性贫血等），自身免疫系统疾病患者（如红斑狼疮等），精神疾病患者（如精神分裂症、忧郁症），恶性肿瘤患者，糖尿病患者，疤痕体质或有此倾向者（即创伤后留下的疤痕特别明显、很难消退，这类人的组织排斥反应较强，隆胸后伤口难愈合且易发生并发症）。
　　
提醒一点，性格偏执和有强迫症倾向的人也不适合隆胸手术，因为这类人容易隆胸成瘾，反复隆胸以追求自己心目中的“最佳效果”，会对身体造成伤害。

问：目前最新的隆胸方法是什么？

答：杭州华山医疗美容医院业务院长高俊明说，数字化艺术丰胸是目前最新的隆胸方法，属于假体隆胸。这种方法是积累多年临床经验，联合韩式整形技术和高科技设备材料推出的新技术。
　　
数字化艺术丰胸主要包括数字化精确测量技术、微创安全技术、防松垂悬吊技术、欧洲最新假体材料“妙桃”深海记忆凝胶等。具有数字化、量化、个性化等特点。
　　
数字化即全方位精确测量、定位分析、形态设计。量化即根据形体统计数据将丰胸精确到每毫升。个性化即根据爱美人士的身体形态、个人气质及需求由专家设计乳房的形状和大小，度身定造。

问：隆胸之前最应注重的是什么？

答：隆胸之前应做充分沟通和设计，数字化精确测量技术是数字化艺术丰胸最注重的。
　　
杭州华山医疗美容医院韩式丰胸专家团队积多年经验研发的数字化艺术丰胸理念，更加注重术前设计。依据个人身高、胸围、腰围、臀围的整体情况，运用独特的形态设计系统对乳房的高度、坡度、峰距、乳沟等进行全方位设计，植入体形状、大小的选择完全按照个人意愿及具体条件的综合判断结果，并预先让受术者了解丰胸后的逼真形态，确保术后效果更趋完美。

问：目前隆胸采取什么方法最安全？

答：目前杭州华山应用的微创安全丰胸技术更精细，更准确，能避免血管神经或其他组织的损伤，创伤小、疤痕不明显、恢复快。
　　
因为丰胸时要进行假体腔隙的分离，这个过程肉眼是看不见的，主要凭医生的经验。杭州华山医疗美容医院黄威医生说，目前他们采用的微创安全丰胸技术具有出血少、腔隙分离到位、不损伤周围组织的优点。

另外，由于切口小，手术过程中受术者的出血量被控制到最小范围，术后疼痛被大大降低，恢复时间也比较快。一般丰胸手术需3至4个小时，微创安全丰胸技术仅需30分钟到1个小时左右的时间。

问：除了丰满胸部外，胸部下垂、外扩怎么办？

答：杭州华山医疗美容医院专业丰胸医生刘中策介绍说，防松垂乳房悬吊技术可将下垂松懈的乳房组织上提固定，并将下垂的乳头恢复到原来的乳轴中心位置。
　　
防松垂悬吊技术可在成年后的任何年龄进行。因为乳腺导管和乳头完整上提，所以乳房上提手术不影响哺乳。乳房悬吊的方法有很多，主要通过扩大乳房体积的同时缩紧皮肤，目前有真皮固定术、乳房上提固定术、双环术等，乳房提升与皮肤缩小一次完成。专家会根据乳房形态、下垂程度、乳晕大小、年龄等选择最合适的方法。

问：假体隆胸目前最新的假体是什么？
答：杭州华山医院目前使用的是最新的假体材料——“妙桃”深海记忆凝胶。

“妙桃”柔韧性很强。曾做过试验：一辆2吨多重的大切诺基越野车用前后轮各轧一次，无任何破损，挤压痕迹很快消失，形态恢复如初。用刀把“妙桃”切成两半，它既不变形，也不“外逃”。

“妙桃”具有“记忆力”。进入人体的前6个月，是它的人体环境记忆期，乳房坚挺有力，手感柔韧。6个月后，它会记住人体的环境信息，和乳房融为一体，手感柔软，坚挺又有弹性。

另外，“妙桃”更加安全。独特的“桃面微分子”仿生专利技术，不受人体组织的排异，进入人体后，可实现长久的健康安全和富有弹性的柔软。
美国FDA检测证明，硅胶假体植入不会不会引起疾病，术后乘飞机、游泳、潜水及经受一般打击不受影响。
详情请登入：http://www.huashanzx.com