一种基于芯片UC3842的开关电源设计与实现

    杨海川 牛洪杰 杨思程

    摘 要：现代社会生活离不开电力电子设备，要让电力电子设备正常的运行，离不开安全可靠的电源。开关电源具有很多优点，如性能可靠、经济、实用、效率高、体积小、纹波少等，本文在对现有开关电源进行调研的基础上，设计上更加具有现代化、人性化，与使用环境更加和谐。主要了介绍开关电源的工作原理、UC3842的管脚和功能，然后根据功能要求给出原理图，最后进行了测试，结果表明本文设计的反激式开关电源满足设计要求。

    关键词：电动汽车；开关电源；UC3842

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.119

    1 引言

    汽车是如今人们出行常用代步工具之一，但现代社会提倡节能减排，传统汽车尾气排放严重污染环境，给环境带来了很大的压力，不符合现代低碳生活，绿色出行的理念。因此电动汽车应运而生，很好的解决了空气污染这一问题，电动汽车将成为时代的主流，不久将会逐渐取代燃油汽车。目前各国的汽车生产商都在加大对电动汽车相关技术研发的力度，并且混合动力的汽车已经投入了生产。电动汽车平稳安全的运行离不开稳定的电源，因此本文结合实际需求设计了一款电动汽车用的开关电源。

    地球能源有限，节约能源已经刻不容缓，我们应该合理有效的利用有限的能源，提高能源利用率。电能是电动汽车不可缺少的能源，现今电动汽车越来越多，这就要求我们在用电时节约用电，电源是节能的重要环节之一[1]。将来在学习、工作、生活中会有越来越多的人会选择驾驶电动汽车，它需要可靠稳定的电源来保证稳定工作，开关电源就肩负起这一责任，但是要让电动汽车正常的行驶就需要有稳定的电源，所以针对电动汽车设计了开关电源。开关电源具有低功耗、高效率，输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出的优点。它被广泛应用于各類电气设备中，在社会发展中拥有广泛的应用前景。

    2 开关电源的工作原理

    开关电源的基本结构如图1所示，主要由 EMI滤波器、输入整流滤波、开关功率管、高频变压器、输出整流滤波组成[2]。其中EMI滤波器的主要作用是可以让某一特定频率范围内的信号能进入该设备使其可以正常运转，可以对高频的信号给予屏蔽作用，能对高频率的干扰信号起到阻碍作用，最终让输出稳定。

    顾名思义，开关电源就是利用开关元件，通过调节通断的时间，在一个周期内规律性的接通或关闭，来达到稳定输出的效果。开关元件以一定的时间间隔重复地接通和断开，达到调节输出等一系列步骤进行工作。当开关电源接入负载后，在功率管接通和关断的瞬间，输出的电压、电流初始值近似接近时，这时开关电源就已经开始稳定运行了。

    3 UC3842芯片介绍

    UC3842是Unitrode公司的双列8脚芯片，是一种性能优良的电流控制型脉宽调制芯片。电压调整率可达0.01%，工作频率为500kHz，启动电流小于1mA，输入电压为10—30V，基准电压为4.9—5.1V，工作温度为0—70℃，输出电流为1A。其特点是器件结构简单，电压调整率精确，价格实惠，启动电流小，工作频率高，拥有自动负反馈补偿电路和较强的负载响应特性。

    UC3842各管脚的功能如下：

    管脚①COMP是误差放大器的输出端，它外接电容电阻元件可用于改善误差放大器的增益，相频特性可得到很大的改善；

    管脚②FEED BACK是电压反馈信号输入端，其与误差放大器同相端基准电压比较，产生误差电压，控制芯片通断，从而控制脉冲宽度，达到反馈的效果；

    管脚③SENSE为电流检测输入端，因为二级比较器输入和一级比较器的输出连接，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇的工作状态；

    管脚④RT/CT为定时端，振荡器外接电容电阻的公共端，振荡频率计算公式为：f=1.72/（RT×CT）；

    管脚⑤GND为公共接地端；

    管脚⑥OUT为图腾柱式输出端，它的结构对被驱动的功率管的关断有利，能够加速功率管关断，上升、下降时间仅仅为50ns驱动能力为±1A ；

    管脚⑦Vcc是直流电源供电端，低于+16V时芯片不工作，耗电1mA以下，芯片工作时耗电约为15mW，具有欠压、过压锁定的功能；

    管脚⑧VREF为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。它的作用是供振荡器使用、作为基准信号、提供工作电源2。

    UC3842 内部结构、管脚如图2：

    4 开关电源设计过程

    需要设计的开关电源芯片为UC3842，输入220V交流电，输出电压5V，输出电流7A，频率40kHz。通过对开关电源的发展、功能与缺陷进行分析，并根据实际需要，对开关电源进行总体方案的设计，并对设计方案进行论述。根据开关电源的性能需求和设计方案完成对开关电源主要硬件电路的设计，包括对整流电路、高频变压器和滤波电路等参数的计算和设计。针对开关电源的设计，首先对两相交流电进行整流和滤波，此时会是一个直流高压电，然后再经过高频变压器得到高频的矩形波电压，最后再通过整流、滤波电路得到输出的电压。

    电路采用芯片UC3842，因为其具有上面所述的很多优点。开关电源的工作过程顺序依次是对输出电压进行采样，经过误差放大器、过流检测比较器、PWM锁存器、门电路和输出级等，去控制开关功率管的关断和导通，这时高频变压器就可以通、断，最后开关电源就可以正常工作，稳定输出一定的电压、电流[2]。最终画出如图3所示主电路原理图，然后开始硬件的采购，利用原理图在Sprint - Layout5.0绘制如图4所示的PCB图，制作印刷电路板，然后把元器件焊接到电路板上如图5所示，再经过一系列调试、检查最终完成制作开关电源。

    5 结论

    开关电源的输出主要由高频变压器、控制芯片、输出滤波电路、EMI滤波器等共同决定的，通过参数的运算、反复的调试和优化设计，最后通电检测，负载的功率维持在一定的范围内波动，开关电源输出为5V/7A，符合设计的要求，负载可以正常运行，所以此开关电源适用于电动汽车的继电器电源、散热器风扇电源等小功率电源，在使用过程中功耗损失较小，效率高，整体发热不明显。本次设计是在现有开关电源的基础上并且结合实际情况设计的输出符合负载的需求，具有很高的实用价值。

    参考文献：

    [1]余锋.基于UC3845芯片的反激式开关电源设计[J].数字技术与应用，2016（07）：182-183.

    [2]张烨，李瑞明.基于UC3842的单端正激开关电源[J].山西电子技术，2017，8（03）：8-10.

    [3]沙占友.特种集成电源最新应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2000.

    [4]夏亮.电动汽车驱动器用开关电源的设计研究[D].上海：同济大学，

    2008.

    基金项目：2018年国家级大学生创新创业训练项目（201813006042）山东英才学院自然科学类重点课题（17YCZDZR08）

    指导教师：朱霞清