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基于UC3843的输出可调开关电源设计

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基于UC3843的输出可调开关电源设计

路子翔;李开宇;李磊;石玉;胡广亮

【摘 要】相对于传统线性稳压电源,开关电源具有效率高、输出功率大、体积小、重量轻、成本低等优点.该文采用脉冲宽度调制技术(PWM)控制开关管的关断,基于电流型PWM调制芯片UC3843设计了一种体积小、电路简单、输出可调、纹波抑制能力强、带有过流保护功能的开关电源,通过Multisim仿真验证了设计的正确性,并制作、调试出符合设计指标的开关电源.

【期刊名称】《自动化与仪表》

【年(卷),期】2019(034)006

【总页数】4页(P105-108)

【关键词】脉宽调制;开关电源;UC3843

【作 者】路子翔;李开宇;李磊;石玉;胡广亮

【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京211000;南京航空航天大学自动化学院,南京211000;南京航空航天大学自动化学院,南京211000;南京航空航天大学自动化学院,南京211000;南京航空航天大学自动化学院,南京211000

【正文语种】中 文

【中图分类】TN86

电源是现代社会必不可少的设备，从日常生活到工业生产，都离不开各式各样的电源装置。随着科技的发展，人们对电源的体积、效率等有了更高的要求，因此促进了开关电源的诞生和发展。开关电源利用功率半导体器件作为开关，利用脉冲宽度调制（PWM）或脉冲频率调制（PFM）技术，在转变电源形态时对开关变换器实现自动闭环控制来稳定输出电压。相比于传统线性电源体积庞大笨重、转换效率偏低的缺点，开关电源具有体积小、效率高、输出功率大等优点，因此成为应用面最广，应用数量最多的电源[1]。根据电控系统的需要，设计功率150 W，输出电压3～100 V 连续可调的开关电源，其纹波电压的峰峰值小于500 mV。

1 总体设计

本文设计的开关电源由变压器、整流滤波模块、PWM 控制模块、boost 升压电路、整流输出模块构成。主要工作原理如下：220 V 市电通过变压器降压到约30 V，经过AC-DC 整流滤波模块变为直流电，主回路拓扑为boost 型电路，整流滤波后的直流电通过boost 电路，再经过滤波后输出稳定的直流电。输出的电压通过反馈回路到PWM 控制芯片，控制boost 开关电源中开关管的关断，从而通过控制开关的占空比来实现稳压的作用。在输出端串联一个小型采样电阻，当采样电流超过规定值，则切断电路。开关电源原理图如图1所示。

图1 开关电源总体设计框图Fig.1 Overall design block diagram of switching

power supply

2 开关电源电路设计

2.1 整流滤波电路设计

交流电通过桥式整流电路，再经过L1、L2、C1 组成的滤波电路，变为约30 V 的直流电，整流滤波电路如图2。在实际电路中，L1、L2 绕制在一个磁芯上，构成共模电感，抑制共模干扰。市电中混合了各种高频成分，他们会产生大量电磁干扰（EMI），影响设备的正常工作。共模电感既可以抑制外部的EMI 信号传入，又可以衰减线路自身工作时产生的EMI 信号，能有效地降低EMI 干扰强度[2]。

图2 整流滤波电路Fig.2 Rectifier filter circuit 2.2 boost 型开关电源电路设计

为了实现30～100 V 的电压输出，需要对经过变压器降压和整流滤波后的30 V

直流电进行升压，因此主回路的拓扑为boost 型升压电路，boost 型升压电路是一种常见的开关直流升压电路，它通过开关管导通和关断来控制电感储存和释放能量，从而使输出电压比输入电压高[3]。如图3所示，1 端口连接经过变压和整流滤波后约为30 V 的直流电，2 端口连接PWM 控制电路的输出。其工作原理为

当开关导通时，电感L1 两端的电压为UON=UIN，L1 上的电流如式（1）所示：

在t=TON 时达到最大值。当开关关闭时，电感L1两端电压为UOFF=UO-UIN，L1 上电流如式（2）所示：

当t=TOFF 时达到最小值。在稳定状态下，UONTON=UOFFTOFF，则占空比D

可计算为式（3）：

即输出电压为式（4）所示：

因为占空比0＜D＜1，所以输出电压大于输入电压。

在开关电路中，因为开关管的频繁开断，会引起很多尖刺的产生，图中的二极管D1 可以使开关管快速关断，R3、C2 串联形成的RC 吸收电路，能起到很好的吸收尖刺的作用。由L2、C3、C4 组成的滤波电路能对开关电源的纹波起到一定的滤除作用。

图3 boost 型开关电源电路Fig.3 Boost switching power supply circuit

2.3 PWM 控制电路设计

本设计采用的PWM 控制芯片为UC3843。UC3843是一种性能优良的固定频率电流控制型PWM 控制芯片，该调制器单端输出，能直接驱动双极型功率管（BJT）或MOS 管。它具有外部控制电路简单、价格低、管脚少、性能好等优点，内部包含误差放大器、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，其结构如图4所示[4]。

UC3843 采用DIP-8 封装，其主要引脚功能如下：1 脚COMP 为内部误差放大器的输出端，一般在1 脚和2 脚之间外接RC 网络来改善误差放大器的闭环增益和频率响应；2 脚VFB 是反馈电压输入端，接在误差放大器反相端，与同相端2．5

V 基准电压比较；3 脚CS 是电流检测输入端，当取样电压超过1 V 时停止输出脉冲；4 脚RT/CT 是定时端，振荡器频率由外接电阻RT和外接电容CT 决定，计算公式为f=1．72/（RT·CT）；6 脚OUTPUT 是输出端，驱动能力是±1 A。根据上述UC3843 各引脚功能，其外部电路设计如图5所示[5]。

图4 UC3843 内部结构Fig.4 UC3843 internal structure

图5 UC3843 外围电路Fig.5 UC3843 peripheral circuit

2.4 过流保护电路设计

当电流超过电路额定电流大小时称为过流，过流会使得器件过热烧坏，严重时会引起火灾，因此设计过流保护电路是十分有必要的。本设计中过流保护是通过UC3843 的电流检测输入端（3 脚CS）实现的，在输出端VO-和地之间串联一个0．01 Ω 的采样电阻，采样电阻上电压即为放大器的同相输入端电压，经过同相比例放大器20 倍输入到UC3843 电流检测输入端，当输入电压超过1 V 时停止输出脉冲，UC3843 停止工作。根据设计要求，输出功率为150 W，输出电压为30～100 V，则电路的最大输出电流为5 A，采样电阻上电压即为0．05 V，放大器的同相输入端电压为0．05 V，经过同相比例放大器20 倍放大变为1 V，即电流超过5 A 时UC3843 电流检测输入端电压超过1 V，从而实现过流保护功能。过流保护电路如图6所示，Isen 连接UC3843 的电流检测输入端（3 脚CS）。 图6 过流保护电路Fig.6 Overcurrent protection circuit

2.5 可调式输出电路设计

输出电压幅值的调节通过PWM 实现，根据式（4），输入电压UIN 不变，当脉冲占空比D 改变时，输出电压UO 随之改变。脉冲占空比D 通过负反馈调节，输出端电阻R1、R2，电位器adj1 串联，其中R2 作为反馈电阻，R2 上的电压输入到UC3843 的反馈端VFB（2脚），与内部2．5 V 基准电压进行比较，当R2 上电压大于2．5 V，脉冲占空比D 减小，输出电压减小，R2上电压减小，反之同理，因此R2 上电压稳定在2．5 V。此时通过调节电位器的阻值就能调节电位器adj1和R1 上电压的大小，因此可以实现对输出电压大小的调节。电路如图7。

图7 可调输出电路Fig.7 Adjustable output circuit

3 开关电源Multisim 仿真

通过Multisim 仿真验证开关电源的可行性。仿真中用信号发生器代替UC3843

以简化电路。简化后的仿真电路如图8所示。调节信号发生器的占空比，就可以控制输出电压在30～100 V 之间变化，证明此设计方案是可行的。图9 为Multisim 仿真结果。

图8 Multisim 仿真电路Fig.8 Multisim simulation circuit

图9 Multisim 仿真结果Fig.9 Multisim simulation result

4 开关电源调试结果

根据上述设计方案，制作了基于UC3843 的开关电源，其调试结果如表1所示。可实现输出电压30～100 V 无级调节，纹波峰峰值小于500 mV。

表1 开关电源调试结果Tab.1 Test results of switching power supply输出电压/（V） 负载/（Ω） 输出电流/（A）纹波系数/（%）30 50 0．61 300 1．00 30

100 0．29 297 0．99 50 50 1．01 330 0．66 50 100 0．48 341 0．68 70 50

1．39 355 0．51 70 100 0．67 360 0．51 90 50 1．82 370 0．41 90 100 0．89 372 0．41 100 50 2．02 375 0．38 100 100 0．99 375 0．38纹波峰峰值/（mV）

5 结语

UC3843 是一种性能优良的固定频率电流控制型PWM 控制芯片，上述利用UC3843 设计的开关电源电路结构简单、体积较小，利用负反馈调节UC3843 输出脉冲的占空比使得输出电压稳定且幅值可调，具有过流保护的功能，使得电源安全性大大提升，电源还具有良好的纹波抑制效果。本文中设计的基于UC3843 的开关电源通过设计、仿真、制作和调试，得到了较理想的结果，符合设计的要求，具备一定的实际应用价值。

参考文献：

【相关文献】

[1]聂金铜，杨贵恒，叶奇睿，等．开关电源设计入门与实例剖析[M]．北京：化学工业出版社，2016．

[2]张厚升，赵艳雷．新型多功能反激式开关电源设计[J]．电力自动化设备，2011，31（1）：113-117．

[3]阮新波．脉宽调制DC/DC 全桥变换器的软开关技术[M]．北京：科学出版社，2013．

[4]王霜，王军，秦亚利．一款基于UC3842 的开关电源设计与仿真[J]．移动电源与车辆，2017（2）：20-23．

[5]Current-mode PWM controller，PHILIPS[NXP Semiconductors]，1994． ■

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一种基于UC3843的单端反激式开关电源

一种基于UC3843的单端反激式开关电源

测试技术卷　

中图分类号：ＴＰ１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３－０１０７（２００７）０７－０００４－０３　Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ａ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｐｕＩｓｅ　ｗｉｄｔｈ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＵＣ：３８４３　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，Ｔｈｅｎ　ｉｔ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ａｎｄ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ，Ａｔ　ｌａｓｔ，ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄ　ｆｌ　．ｂａｃｋ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐＩｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＵＣ３８４３　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　Ｋｅｙ￣ｒｄｓ：Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ；ＵＣ３８４３；Ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ＣＬＣ　ｎｕｍｂｅｒ：ＴＰ１　７　Ｄｏｏｕｍｅｎｔ　ｃｏｄｅ：Ａ　Ａｒｔｌ￣ｌｅ　ＩＤ：１００３一ｏｉｏ７（２００７）０７－０００４－０３　

１．引言　开关电源以其高效率、小体　积等优点获得了广泛应用。传统　

的开关电源普遍采用电压型脉宽　

调制（ＰＷＭ）技术，而近年电流型　ＰＷＭ技术得到了飞速发展。相比　

电压型ＰＷＭ，电流型ＰＷＭ具有更好　

的电压调整率和负载调整率，系　

统的稳定性和动态特性也得以明　

显改善，特别是其内在的限流能　

力和并联均流能力使控制电路变　得简单可靠。电流型ＰＷＭ集成控　

制器已经产品化，极大推动了小　

功率开关电源的发展和应用，电　

流型ＰＷＭ控制小功率电源已经取　

代电压型ＰＷＭ控制小功率电源。　

Ｕｎｉｔｒｏ　ｄｅ公司推出的ＵＣ３８４３系　

列控制芯片是电流型ＰＷＭ控制器　

的典型代表。　

２．ＵＣ３８４３简介　

UC3843开关电源经典讲解

UC3843开关电源经典讲解

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1 开关电源原理

一、 开关电源的电路组成：

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器〔EMI〕、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

开关电源的电路组成方框图如下：

二、 输入电路的原理及常见电路：

1、AC输入整流滤波电路原理：

防雷电路：当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进展保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，假设电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。

② 输入滤波电路：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进展抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间，要对C5充电，由于瞬间电流大，加RT1〔热敏电阻〕就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小〔RT1是负温系数元件〕，这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。

③ 整流滤波电路：交流电压经BRG1整流后，经C5滤波后得到较为纯洁的直流电压。假设C5容量变小，输出的交流纹波将增大。

2、 DC输入滤波电路原理：

输入滤波电路：C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进展抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。C3、C4为安规电容，L2、L3为差模电感。

② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。在起机的瞬间，由于C6的存在Q2不导通，电流经RT1构成回路。当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。如果C8漏电或后级电路短路现象，在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大，Q1导通使Q2没有栅极电压不导通，RT1将会在很短的时间烧毁，以保护后级电路。

3843升压电源（开关）

3843升压电源（开关）

淄博职业学院电子电气工程系--2011年电子技能训练任务书

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 第 1 页 共 3 页 “UC3843的Boost升压模块”设计制作任务书 一 、设计制作指标及要求 电与我们的生活息息相关，中国的用电量逐年增加，随着我们对电子电路的了解，我们对电的需求也是越来越大，根据实验人物的不同，我们需要电压大小、性质也不同，一般是直流电。因此我们要根据实验需要，设计合适的电源。这里给大家介绍一个升压开关电源，电路通电后，经过UC3843模块输出固定频率的方波，控制NMOS管的开和关，从而控制输出电压的大小。 要求： 电路通电后，调节Rp1，用万用表测得UC3843管脚2的电压为2.5V，然后在调节Rp1测试该电路的输出电压为30.9V。 二、实训要求及完成的任务 一人一组，时间为三至四天。 步骤：画原理图、生成PCB、焊电路板、调试。 1、完整的电子产品样机； 自己用万用板焊接出样品并调试成功，焊接要求焊点、导线剥头长度、引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；要求在万能板上焊接的电路布局合理、连接简洁；要求主板和万能板间连接合理、牢固、美观。 2、 电子产品的设计说明书（文件命名为自己姓名之汉字）。 3、 PCB板的大小为33mmx48mm。 三、产品硬件电路调试 完成设计任务要求的各电路功能的调试，使各功能电路正确、可靠、稳定地工作。 装配及调试说明 注意：电路焊接完成，仔细检查无误后，才可通电调试。 1、外部接线 直流稳压电源调至12V。 2、调试方法 *- 四 、电路参数测试 为保证测量数据准确，最好是先将电路调试完毕后，再完成以下答案。 1、电路正常工作时，U1-2反馈电压为 V。 2、电路正常工作时，电路输出的电压为 V。 3、电路正常工作时，电路的输出电流为 A。 淄博职业学院电子电气工程系--2011年电子技能训练任务书

基于UC3843的高效升压电路的设计

基于UC3843的高效升压电路的设计

1 绪论

课题背景及目的

随着社会的发展，能源的重要性越来越受到大家的重视，由于石油和煤炭等矿物质资源的不可再生性，而且随着人们的开发力度越来越大，石油和煤炭等矿物质资源会逐渐地被人们消耗殆尽，所以我们需要迫切的去开发新的能源，来维持人类社会的可持续发展。现在已经为人们所了解使用的可再生能源主要包括太阳能、风能、潮汐能等能源，这些能源的特点是可持续性，而且非常的洁净，不会对大气和水源造成不必要的污染，但是为什么这些能源还没有被大家广泛的使用起来呢，我感觉主要是因为这些能源的收集和应用还不是太方便，续航能力不是太稳定，所以需要我们来研究如何才能使这些洁净的能源变得更加普及，就拿太阳能发电充电来说吧，我们普通电动车电池的电压一般是48V，而普通民用的太阳能电池板发电产生的电压一般都达不到48V，所以很难采用太阳能直接给电池充电，就算是有的勉强能够给电池充电，但是由于充电电压不稳定也很容易损失电池的寿命，像风能和潮汐能相对于太阳能来说就更加的不稳定，想要加以利用必须找到合适的方案。而采用本方案设计的高效的升压电路就可以有效地解决这个难题，只要太阳能电池板提供一个12V- 60V之间的电压，我们就可以采用本方案设计的升压电路使其电压升到14V-80V。所以我才想到收集关于斩波升压电路和UC3843的相关知识，尽快做出高效的DC-DC升压电路，来满足人们迫切的需求。

直流斩波电路实际上采用的就是PWM技术，这种电路把直流电压斩成一系列脉冲，改变脉冲的占空比来获得所需要的输出电压。PWM控制方式是目前才用最广泛的一种控制方式，它具有良好的调整特性。随电子技术的发展，近年来已发展各种集成式控制芯片，这种芯片只需外接少量元器件就可以工作，这不但简化设计，还大幅度的减少元器件数量、连线和焊点，该课题是基于UC3843集成电路，所以设计采用UC3843集成电路产生占空比可变的方波信号，以达到场效应管开通或关断时间变化的目的。