基于UC3843的高效DCDC升壓電路設(shè)計(jì)

1、基于UC3843的高效DC-DC升壓電路的設(shè)計(jì)*摘要：這是基于UC3843芯片的DC-DC轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是一個(gè)振蕩電路，在輸入電壓為8-13V的情況下，將輸入電壓通過(guò)整流濾波電路，將輸出電壓與基準(zhǔn)電壓的比較信號(hào)，輸入U(xiǎn)C3843芯片進(jìn)行處理，控制NMOS的開斷，從而實(shí)現(xiàn)直流升壓并保證輸出電壓的穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓后，該電源可輸出16V和19V兩檔的電壓，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，符合可編程序控制器專用電源的標(biāo)準(zhǔn)。這種轉(zhuǎn)換電能的方式，不僅應(yīng)用在電源電路，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子產(chǎn)品。開關(guān)電源從小、薄、輕的角度，優(yōu)越于傳統(tǒng)電源，特別是在如液晶顯示器的背光電路、日光燈的驅(qū)動(dòng)電路等。0 引言現(xiàn)代電子器件課程設(shè)計(jì)題目是要我們

2、做一個(gè)DC-DC升壓電路，其實(shí)也就是做一個(gè)穩(wěn)壓電源，綜合我國(guó)的現(xiàn)狀來(lái)看，有比較古老的線性電源和相對(duì)來(lái)說(shuō)比較新穎的開關(guān)電源。其中開關(guān)電源具有工頻變壓器所不具備的優(yōu)點(diǎn)，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?yàn)殚_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，我們選擇的是UC3843這個(gè)芯片。1 系統(tǒng)原理框圖設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)輸入采用8V-13V直

3、流供電，輸出為16V，19V兩檔可調(diào)設(shè)計(jì)。電壓輸入系統(tǒng)后，經(jīng)過(guò)濾波和升壓模塊達(dá)到要求的電壓，再經(jīng)過(guò)濾波和調(diào)擋模塊輸出要求的電壓。其原理框圖如圖1所示。圖1 系統(tǒng)原理框圖2 UC3843介紹2.1 UC3843的主要特性圖2 UC3842-UC3845的外形圖。UC3843是近年來(lái)問(wèn)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(jiǎn)單等特點(diǎn)，它的電壓調(diào)整率可達(dá)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(dá)500kHz，啟動(dòng)電流僅需1mA，所以它的啟動(dòng)電路非常簡(jiǎn)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(dòng)補(bǔ)償電路 單步脈沖控制電

4、路 增強(qiáng)負(fù)載回饋特性 斷電停滯特性 雙脈沖抑制 大電流標(biāo)識(shí)輸出 內(nèi)置能隙參考電壓 500kHz的工作頻率 低Ro過(guò)零放大器2.2 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(jiǎn)的8pin封裝簡(jiǎn)述其工作原理。圖3 UC3843原理示意圖 pin(1)是補(bǔ)償端，外接電阻電容元件以補(bǔ)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(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出誤差控制電壓。第(3)腳接過(guò)流檢測(cè)電阻,組成過(guò)流保護(hù)電路。RT/RC為鋸齒波振蕩器的定時(shí)電阻和電容的公共端，內(nèi)

5、部基準(zhǔn)電壓為VREF=5V。輸入電壓Vi30V，輸出端電壓Vo取決于高頻變壓器的變壓比。2.3 UC3843工作電路分析圖4 UC3843典型應(yīng)用電路 UC3843是這個(gè)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(dòng)開關(guān)功率管的導(dǎo)通和截止，通過(guò)高頻變壓器換能將電壓輸出到次級(jí)繞組上，再經(jīng)整流和濾波向負(fù)載提供直流電源，電源兼反饋繞組取得的控制電壓同時(shí)輸入U(xiǎn)C3843的誤差放大器，與基準(zhǔn)電壓比較產(chǎn)生控制電壓，控制輸出脈寬的占空比，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。 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(guò)EMI濾波電路進(jìn)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

6、脈沖通過(guò)傳導(dǎo)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(guò)電磁兼容性認(rèn)證（如中國(guó)的“3C”和歐洲的CE認(rèn)證）。整流后的脈動(dòng)直流電由濾波電容濾波后獲得約300V左右的直流電壓，通過(guò)R4向UC3843提供約16V的啟動(dòng)電壓，其中Fuse是過(guò)流或短路保險(xiǎn)絲。 UC3843得到啟動(dòng)電壓后即開始工作，輸出一定寬度的脈沖控制驅(qū)動(dòng)功率管的導(dǎo)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(shí)采樣電壓也取自這個(gè)繞組的電壓。從而省去了光電耦合的負(fù)反饋控制電路，使電路更加簡(jiǎn)潔。R2、C

7、3用于改善誤差放大器的頻率響應(yīng)，R1是斜波補(bǔ)償電容，R10和C5是UC3843的定時(shí)電阻和電容，如果R10=10k，C5=4700p，開關(guān)頻率約為40KHz。R11是過(guò)流檢測(cè)電阻，R6是功率管柵極的限流電阻。3 線圈的設(shè)計(jì)在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)最為關(guān)鍵的是線圈L1的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)精密計(jì)算，我們計(jì)算出來(lái)L1的大小為22H。由于要通過(guò)的電流最大為5A，在市場(chǎng)上買到符合要求的線圈非常困難，我們采取了自己繞制線圈的方法，現(xiàn)在市場(chǎng)上買了磁芯和漆包線，借助于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量線圈和電容大小的工具，經(jīng)過(guò)不斷的修改，終于繞出符合要求的線圈。4 焊接和調(diào)試考慮到系統(tǒng)中含有精密的電感，如果用面包板飛線連接的話，很容易對(duì)線圈產(chǎn)生干擾，所

8、以我們泡制了PCB板，用PCB板焊制電路的話會(huì)比較穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)了PCB圖設(shè)計(jì)，打印，熱轉(zhuǎn)換和腐蝕等階段，我們得到了完整的電路板。依照電路圖焊好板子之后，我們開始上電，結(jié)果什么現(xiàn)象都沒(méi)有，我們一下子傻在那里了，難道這么長(zhǎng)時(shí)間的辛苦就一點(diǎn)成果都沒(méi)有嗎？拿萬(wàn)用表仔細(xì)查找原因，發(fā)現(xiàn)線圈那邊沒(méi)有焊牢，系統(tǒng)竟然是斷路的！解決了這個(gè)小問(wèn)題，再次上電，當(dāng)開關(guān)沒(méi)有按下時(shí)，輸出為16V，當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，輸出為19V,結(jié)果正合要求！當(dāng)電路中接入負(fù)載時(shí)，串聯(lián)一個(gè)電阻，壓降不到1V，但有少于紋波，串聯(lián)兩個(gè)電阻時(shí)，壓降約為1V，但是紋波就十分明顯了，串聯(lián)三個(gè)電阻，波形就慘不忍睹了?？磥?lái)我們?cè)趨?shù)設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。5

9、自我體會(huì)現(xiàn)代電子器件課程設(shè)計(jì)時(shí)間很快就過(guò)去了，就幾天的時(shí)間，有點(diǎn)匆忙，這幾天的日子有點(diǎn)辛苦，但是卻學(xué)到了不少東西，它讓我繼續(xù)鍛煉了自己的動(dòng)手能力，也學(xué)到了不少以前不知道的理論知識(shí)。如各種光電期間的原理及其應(yīng)用、控制液晶顯示的具體操作等。雖然有點(diǎn)辛苦，但是，我從中獲得的知識(shí)足以安慰我的心靈。在這一次課程設(shè)計(jì)中我進(jìn)一步地體驗(yàn)了做設(shè)計(jì)的具體流程，受益頗多。首先我感覺(jué)到自己的另一個(gè)不足就是理論知識(shí)太缺乏了，后悔自己在以前的課程中沒(méi)有認(rèn)真學(xué)習(xí)，現(xiàn)在在設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)時(shí)才發(fā)現(xiàn)自己懂得的東西實(shí)在太少了，以至于在尋求某個(gè)技術(shù)難題解決方案時(shí)需要一個(gè)勁的上網(wǎng)查資料和翻書，浪費(fèi)了不少了時(shí)間。這個(gè)缺點(diǎn)要改正，要不會(huì)影響做設(shè)計(jì)的進(jìn)度的。再次，我還在具體調(diào)試電路和程序中發(fā)現(xiàn)自己有些坐不住，沒(méi)有耐性，遇到困難時(shí)容易退縮。這個(gè)也是致命的缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中遇到困難是再正常不過(guò)的事情，但是我卻沒(méi)有想到征服這些困難，反而再他們面前退縮了，這不是一個(gè)工程師應(yīng)該做的，工程師的任務(wù)就是征服困難，挑戰(zhàn)所有的不可能，我今后會(huì)注意改正這個(gè)缺點(diǎn)的。幾天的課程設(shè)計(jì)使我們獲得了很多很多，同時(shí)也使我們看到很多缺點(diǎn)，我們?nèi)孕枰粩嗯W(xué)習(xí)