用UC3843設(shè)計的小功率開關(guān)電源--含電路分析

開關(guān)電源具有工頻變壓器所不具備的優(yōu)點，新型、高效、節(jié)能的開關(guān)電源代表著穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向，因為開關(guān)電源內(nèi)部工作于高頻率狀態(tài)，本身的功耗很低，電源效率就可做得較高，一般均可做到80%，甚至接近90%。這樣高的效率不是普通工頻變壓器穩(wěn)壓電源所能比擬的。開關(guān)電源常用的單端或雙端輸出脈寬調(diào)制(PWM)，省去了笨重的工頻變壓器，可制成幾瓦至幾千瓦的電源。用于脈寬調(diào)制的集成電路很多，我們現(xiàn)在介紹的是UC3843集成電路的一般特性及由它組成小功率開關(guān)電源的方法。UC3843更詳細的資料可參見其數(shù)據(jù)手冊。

[1].UC3843的主要特性

UC3843是近年來問世的新型脈寬調(diào)制集成電路，它具有功能全，工作頻率高，引腳少外圍元件簡單等特點，它的電壓調(diào)整率可達0.01%V，非常接近線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整率。工作頻率可達500kHz，啟動電流僅需1mA，所以它的啟動電路非常簡單。下面是它的主要特性：

最優(yōu)化的離線DC-DC變換器

低靜態(tài)電流(1mA)

快速自動補償電路

單步脈沖控制電路

增強負載回饋特性

斷電停滯特性

雙脈沖抑制

大電流標識輸出

內(nèi)置能隙參考電壓

500kHz的工作頻率

低Ro過零放大器

[2].UC3843的工作原理

UC3843有4種封裝形式，一種是14pin雙列直插和SOP-14，另一種是8pin雙列直插和SOP-8。我們以最簡的8pin封裝簡述其工作原理。[IMG]20072289575883293.gif[/IMG] pin(1)是補償端，外接電阻電容元件以補償誤差放大器的頻率特性。第(2)腳是反饋端，將取樣電壓加至誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準電壓進行比較，輸出誤差控制電壓。第(3)腳接過流檢測電阻,組成過流保護電路。RT/RC為鋸齒波振蕩器的定時電阻和電容的公共端，內(nèi)部基準電壓為VREF=5V。輸入電壓Vi≤30V，輸出端電壓Vo取決于高頻變壓器的變壓比。

UC3843是這個開關(guān)的電源的核心元件，它產(chǎn)生脈寬可調(diào)而頻率固定的脈沖輸出，推動開關(guān)功率管的導通和截止，通過高頻變壓器換能將電壓輸出到次級繞組上，再經(jīng)整流和濾波向負載提供直流電源，電源兼反饋繞組取得的控制電壓同時輸入UC3843的誤差放大器，與基準電壓比較產(chǎn)生控制電壓，控制輸出脈寬的占空比，從而達到穩(wěn)壓目的。

[3].UC3843的工作電路分析

具體的應(yīng)用電路參考圖4，工作原理是，220V交流輸入電壓經(jīng)過EMI濾波電路進入整流電路。EMI電路的作用有二，一是防止電源本身的電磁干擾脈沖通過傳導或輻射方式干擾公共線路上的其他電器設(shè)備。二是防止公共線路上的電磁脈沖干擾電源本身的工作。這部分電路在開關(guān)電源中是必需的，如果忽略這部分電路，將不能通過電磁兼容性認證(如中國的“3C”和歐洲的CE認證)。整流后的脈動直流電由濾波電容濾波后獲得約300V左右的直流電壓，通過R4向 UC3843提供約16V的啟動電壓，其中Fuse是過流或短路保險絲。

UC3843得到啟動電壓后即開始工作，輸出一定寬度的脈沖控制驅(qū)動功率管的導通和截止。由繞組N2獲得的高頻電壓經(jīng)整流濾波后作為UC3843 的工作電源，同時采樣電壓也取自這個繞組的電壓。從而省去了光電耦合的負反饋控制電路，使電路更加簡潔。R2、C3用于改善誤差放大器的頻率響應(yīng)，R1是斜波補償電容，R10和C5是UC3843的定時電阻和電容，如果R10=10kΩ，C5=4700p，開關(guān)頻率約為40KHz。R11是過流檢測電阻， R6是功率管柵極的限流電阻。

[4].元器件的選擇和制作

高頻變壓器是開關(guān)電源的關(guān)鍵元件，其設(shè)計和繞制工藝很大程度上決定開關(guān)電源的特性甚至制作的成敗，對于15W左右的開關(guān)電源，可選區(qū)EE-20的磁芯，材料可選MXO-2000導磁率為u=2000H/m，飽和磁通密度bs=400mT，最高工作頻率可達500kHz，繞組參數(shù)參考電路圖中的標注。漆包線的線經(jīng)及并繞股數(shù)一般應(yīng)視輸出電流而定，通常電流密度取J=2A/m2，但最大不超過2A/m2。防止出現(xiàn)磁飽和而燒毀開關(guān)管，磁芯間隙應(yīng)有0.2-0.8mm，可采取墊上數(shù)層絕緣材料解決。

開關(guān)功率管可采用高頻特性好，低內(nèi)阻的場效應(yīng)晶體管，因為開關(guān)管工作于300V的電壓，考慮到高頻變壓器的反向電動勢約有200多伏，線圈漏感引起的尖峰電壓約有200V，所以功率管的反向擊穿電壓應(yīng)選用大于800V的高反壓場效應(yīng)管，功率管的最大漏極電流應(yīng)考慮整個電源的輸出功率，在這個電源中，輸出功率較小，可選用價廉的2Sk2067。同時功率管上應(yīng)安裝合適的散熱器。

因為開關(guān)電源的工作頻率較高，二極管應(yīng)選用高頻特性好的肖特基快恢復二極管，如UF4007、FR107等元件。濾波電容的容量根據(jù)電源的輸出功率而定。這里選22uF/400V電容即可，但必須選用質(zhì)量好的元件。

業(yè)余制作開關(guān)電源，工作頻率不要選用太高，因為自制的高頻變壓器工藝難以保證，高頻特性欠佳，頻率太高可能會導致電源無法工作。一般可選40KHz左右為宜。

調(diào)試時，可用示波器(但需考慮電源和設(shè)備間的共“地”問題，以免發(fā)生短路現(xiàn)象)觀察UC3843的第(40)腳的波形，正常時應(yīng)有1.5Vp-p 的矩形脈沖，占空比隨輸入電壓和帶負載情況而定。第(6)為占空比可變的矩形波，幅度約為16V。通過觀察這些引腳的電壓及波形，從而了解開關(guān)電源的工作情況。