李道政毕业设计目录 2 - 图文

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摘要

开关电源（Switch Mode Paver Supply,即SMPS） 被誉为高效节能型电源，它代表着稳压电源的主流产品。半个世纪以来，开关电源大致经历了四个阶段。早期的开关电源全部有分立元件构成，不仅开关频率低，效率高，而且电路复杂，不宜调试。

在20世纪70年代研制出的脉宽调制器集成电路，仅对开关电源中的控制电路实现了集成化；80年代问世的单片开关稳压器，从本质上讲仍DC/DC电源变换器。随着各种类型单片开关电源集成电路的问世，AC/DC电源变换器的集成化才变为现实。

稳压电源是各种电子的动力源，被人称为电路的心脏，所有用电设备，包括电子仪器仪表，家用电器。等对供电电压都有一定的要求。至于精密的电子仪器，对供电电压的要求更为严格。所谓的DC—DC直流稳压是指电压或电流的变化小到可允许的程度，并不是绝对的不变。

目前，随着单片开关电源集成电源的应用，开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。单片开关电源自20世纪90年代中期问世以来便显示出来强大的生命力，它作为一项颇具发展和影响力的新产品，引起了国内外电源界的普遍重视。尤其是最近两年来，国外一些著名的芯片厂家又竞相推出了一大批单片开关电源集成电路，更为新型开关电源的推广及奠定了良好的基础。单片开关电源具有集成度高、高性价化、最简外围电路，最佳性能等指标，现已成为开发中小功率开关电源、精密开关电源及电源模块的优选集成电路。

关键词：开关电源，稳压源，集成块，DC-DC，运放反馈电路

I

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Abstract

Switching power Supply (Switch Mode Paver named \namely SMPS) is known as highly efficient energy-saving power Supply, it represents the mainstream of regulated power Supply products. Half a century, switching power supply is roughly experienced four stages. Early all of switch power supply composed of discrete component, not only low switching frequency, high efficiency, and complex circuit, unfavorable and debugging.

Developed in the 1970 s of the pulse width modulator integrated circuits, only the control circuit has realized the integration of switching power supply; Appeared in the 80 s of the single-chip switching voltage stabilizer, essentially still DC/DC power converter. With various types of monolithic integrated circuit switch power supply, AC/DC power converter integrated to become a reality.

All kinds of electronic power supply, regulated power supply is to be known as the heart of the circuit, all electric equipment, including electronic instruments and meters, household electrical appliances. On the power supply voltage has certain requirements. As for the precision electronic instruments, more strict to the requirement of power supply voltage. DC - DC DC voltage refers to the change of the voltage or current small to allow the degree of, is not absolute.

At present, with the application of integrated power supply of monolithic switch power supply, switching power supply are moving in the direction of short, small, light and thin.

Keywords：Switching power supply, voltage stabilizer, manifold blocks, DC - DC, op-amp feedback circuit

II

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1 绪论 .......................................................................................................................................... 1

1.1 AC-DC变换器的研究现状与发展 .............................................................................. 1

1.1.1 AC-DC变换器的发展现状 ............................................................................... 1 1.1.2 AC-DC变换器的发展方向 ............................................................................... 1 1.2 AC-DC变换器的基本工作原理及控制方式 ............................................................ 2 2 AC/DC变换器主回路使用的元件选择及其特性 ................................................................. 3

2.1 三种元件 ....................................................................................................................... 3

2.1.1 开关 .................................................................................................................... 3 2.1.2 电感 .................................................................................................................... 3 2.1.3 电容 .................................................................................................................... 3 2.1.4 器件选择要点 .................................................................................................... 4 2.1.5 电源设计的器件选择需要注意以下几点 ........................................................ 7 2.1.6 元器件的选用 .................................................................................................... 7 2.2 技术指标含义 ............................................................................................................... 8

2.2.1 含义 .................................................................................................................... 8 2.2.2 负载对输入电压影响的几种指标形式 ............................................................ 9 2.2.3 三个重要质量指标 .......................................................................................... 10

3 芯片UC3842的简介 ............................................................................................................. 11

3.1 UC3842集成电路简介 ............................................................................................... 11

3.1.1 集成电路UC3842概述 ................................................................................... 11 3.1.2 内部结构及管脚概述 ...................................................................................... 11 3.1.3 主要技能与技术指标 ........................................................................................ 14 3.2 电路原理解释、功能、应用、及计算 ..................................................................... 15

3.2.1 内部原理框图： .............................................................................................. 15 3.2.2 内部电路工作原理 .......................................................................................... 16 3.2.3 功能 .................................................................................................................. 16 3.3.4 典型应用 .......................................................................................................... 16

4 设计技术指标要求 ................................................................................................................ 17

III

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4.1 设计电路要求 ............................................................................................................. 17

4.1.1 电路器件的参数选择 ........................................................................................ 17 4.2 降压压电路图设计及相关计算 ................................................................................. 17

4.2.1 降压电路原理图及原理解释 .......................................................................... 17 4.2.2 降压电路的相关计算公式 .............................................................................. 20 4.2.3 原理电路仿真 .................................................................................................. 21 4.2.3 利用3842搭建硬件电路图 ............................................................................ 22

5 总结与期望 ............................................................................................................................ 24 6 致谢 ........................................................................................................................................ 26 7 参考文献 ................................................................................................................................ 28

IV

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1 绪论

1.1 AC-DC变换器的研究现状与发展

1.1.1 AC-DC变换器的发展现状

小型化、薄型化、轻量化、高频化——开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感和变压器的尺寸，而且还能抑制干扰，改善系统的动态性能。因此高频化是开关电源的主要发展方向。

高可能性——开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。从寿命角度出发，电解电容、光电偶合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。所以要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

低噪声——开关电源的缺点之一是噪声大。单纯地追求高频化，噪声也会增大。采用部分谐振转换技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的有一发展方向。

采用计算机辅助设计与控制——采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。在电路中引人微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实施检测、记录并自动报警等。 1.1.2 AC-DC变换器的发展方向

AC/DC变换器将一个固定的交流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。直流斩波器不仅能起到调压的作用(开关电源),同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

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AC/DC变换器是一种能高效地实现直流到直流功率变换的混合集成功率器件，主要采用了高频功率变换技术，即将直流电压通过功率开关器件变换成高频开关电压，且输入与输出之间完全隔离。该产品主要应用于航空、航天、通信、雷达、以及其他所有采用分布式供电体系的领域。其主要发展方向是：采用多芯片组件技术和新型高导热基板（如AIN金刚石和金属等），进一步提高功率密度（3W/cm3以上）和输出功率（达200W以上），工作频率达1MHZ，效率为90%以上，实现多路智能化混合集成AC/DC变换器组件。

交流-直流变换器（AC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。按额定功率的大小来划分，AC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。进入20世纪90年代，AC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WAC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。由于微处理器的高速化，AC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的AC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，AC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

1.2 AC-DC变换器的基本工作原理及控制方式

本次设计主要运用buck电路将三相380V交流电压经过桥式整流电路转换为平均值为513V的直流电压后，降压为400V1000W输出。通过运放比例调节限幅器等进行检测反馈。运放输出信号与10V的锯齿波进行相减通过0-5V的限幅器得到PWM信号控制IGBT。

DC/DC变换器是通过与内部频率同步开关进行升压或降压，通过变化开关次数进行控制，从而得到对于设定电压相同的输出电压。PFM控制时，当输出电压下降达到在设定电压以上时即停止开关，在下降到设定电压前，DC/DC变换器不会进行任何操作。但如果输出电压下降到设定电压以下，DC/DC变换器会再次开始开关，使输出电压达到设定电压，PWM控制也是与频率同步进行开关，但它会在达到设定值时，尽量减少流人线圈的电流，调整升压使其与设定电压保持一致。与PWM相比，PFM的输出电流小，但因PFM控制的DC/DC变换器在达到设定电压以上时就会停止动作，所以消耗上午电流就会变得很小。因此消耗电流的减少可改进低负荷时的效率。PWM在低负荷时虽然效率较逊色，但是因其纹波电压小，且开关频率固定，所以噪声滤波器设计比较容易，消除噪声也较简单。

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2 AC/DC变换器主回路使用的元件选择及其特性

2.1 三种元件

2.1.1 开关

无论哪一种DC/DC变换器主回路使用的元件只是电子开关、电感、电容。电子开关只有快速地开通、快速地关断这两种状态。只有快速状态转换引起的损耗才小，目前使用的电子开关多是双极型晶体管、功率场效应管，逐步普及的有IGBT管，还有各种特性较好的新式的大功率开关元件。 2.1.2 电感

电感是开关电源中常用的元件，由于它的电流，电压相位不同，因此理论损耗为零。电感常为储能元件，也常与电容公用在输入滤波器和输出滤波器上，用于平滑电流，也称它为扼流圈。其特点是流过它上的电流有“很大的惯性”。换句话说，由于“磁通连续性”，电感上的电流必须是连续的，否则将会产生很大的电压尖峰波。

电感为磁性元件，自然有磁饱和的问题，多数情况下，电感工作在线性区，此时电感值为一常数，不随端电压与流过的电流而变化。但是，在开关电源中有一个不可忽视的问题，就是电感的绕线所引起的两个分布参数（或称寄生参数）的现象。其一是绕线电阻，这是不可避免的；其二是分布式杂散电容，随绕线工艺、材料而定。杂散电容在低频时影响不大，随频率提高而渐显出来，到一频率以上时，电感也许变成电容的特性了。如果将杂散电容集成为一个，则从电感的等效电路可看出在一角频率后的电容性。 2.1.3 电容

电容是开关电源中常用的元件，它与电感一样也是储存电能和传递电能的元件。但对频率的特性却刚好相反。应用上，主要是“吸收”纹波，具平滑电压波形的作用。实际上

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的电容并不是理想的元件。电容器由于有介质、接点与引线，形成一个等效串联内电阻ESR。这种等效串联内电阻在开关电源中小信号控制上，以及输出纹波抑制的设计上，起着不可忽视的作用。另外电容等效电路上有一个串联的电感，它在分析电路器滤波效果时非常重要。有时加大电容值并不能使电压波形平直，就是因为这个串联寄生电感起着副作用。

电容的串联电阻与接点和引出线有关，也与电解液有关。常见铝电解电容的成分为AL2O3，导电率比空气的大七倍，为了能提高电容量，把铝箔表面做成有规律的凸凹不平状，使氧化膜表面积加大，加入的电解液可在凸凹面上流动。普通的铝电解电容在高频脉动电流大幅度增加下，高频阻抗温度上升较大，成了开关电源长寿命的瓶颈。

所谓好电容耐反波电流，耐温升，ESR值小。电容电解液受温度影响，温度升高，电阻减小，即电容串联电阻减小，则是理想的。

温度升高，等效串联电阻加大，导致电容寿命减短，这是普通铝电解电容的缺点。为改善这一缺点，将电解液覆盖在氧化膜表面后将 其干燥形成固体式电解质电容，即“钽电容”。

2.1.4 器件选择要点

只如果外接开关管，最好选择开关三极管或功率MOS 管，注意耐压和功耗。如果开关频率很高，电感可选用多线并绕的，以降低趋肤效应的影响。续流二极管一般选恢复时间短、正向导通电压小的肖特基二极管，但要注意耐压。如果输出电压很小(零点几伏)，就必须使用MOS管续流。输出滤波电容一般使用高频电容，可减小输出纹波同时降低电容的温升。在取样电路的上臂电阻并一个0.1～1μf电容，可以改善瞬态响应。

对功率MOSFET的要求

同步整流降压式DC/DC转换器的输入及输出部分电路如图1所示，它是由带驱动MOSFET的控制器及外接开关管(Q1)及同步整流管(Q2)等组成。目前，Q1和Q2都采用N沟道功率MOSFET，因为它们能满足DC/DC转换器在输入电压、开关频率、输出电流及减少损耗上的要求。

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图2.1 同步整流降压式DC/DC转换器的输入及输出部分电路简图

开关管与同步整流管的工作条件不同，其损耗也不一样。开关管有传导损耗(或称导通损耗)和栅极驱动损耗(或称开关损耗)，而同步整流管只有传导损耗。 传导损耗是由MOSFET的导通电阻RDS(on)造成的，其损耗与i2D、RDS(on)及占空比大小有关，要减少传导损耗需要选用RDS(on)小的功率MOSFET。新型MOSFET的RDS(on)在VGS=10V时约 10mΩ左右，有一些新产品在VGS=10V时可做到RDS(on)约2～3mΩ。 栅极驱动损耗是在开关管导通及关断瞬间，在一定的栅源电压VGS下，对MOSFET的极间电容(如图2所示)进行充电(建立VGS电压，使MOSFET导通)和放电(让VGS=0，使MOSFET关断)造成的损耗。此损耗与MOSFET的输入电容Ciss或反馈电容Crss、栅极驱动电压VGS及开关频率fsw成比例。要减小此损耗，就要选择Ciss或Crss小、阈值电压VGS(th)低的功率MOSFET。

图2.2 MOSFET的极间电容

同步整流管也是工作在开关状态(其开关频率与开关管相同)，但因同步整流管工作于零电压(VGS≈0V)状态(如图3所示)，其开关损耗可忽略不计。

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图2.3 同步整流管导通时，VDS≈0V

为满足DC/DC转换器的工作安全、可靠及高效率，所选的功率MOSFET要在一定的栅极驱动电压下满足以下的条件：MOSFET的耐压要大于最大的输入电压，即VDSS>Vin(max) ；MOSFET的漏极电流要大于或等于最大输出电流，即ID≥IOUT(max)；选择Ciss或Crss尽量小的开关管，选择RDS(on)尽量小的同步整流管，使MOSFET的损耗最小，并满足其损耗值小于PD(PD为一定条件下的MOSFET允许耗散功率)。另外，还要选择价格适中、封装尺寸小的(如SO-8、DPAK或D2PAK封装)贴片式MOSFET。MOSFET的VDSS、ID及RDS(on)等参数可直接从MOSFET的样本或数据资料中找到，而其损耗则要在一定条件下经计算才能确定。

MOSFET的损耗计算，DC/DC控制器生产厂家在数据资料中给出开关管及同步整流管的损耗计算公式，其中开关损耗的计算往往是经验公式，因此各DC/DC控制器生产厂家的公式是不相同的，要按该型号资料提供的损耗公式计算，否则会有较大的计算误差。

损耗计算的方法是，根据已知的使用条件先初选一个功率MOSFET，要满足

VDSS>Vin(max)、ID≥IOUT(max)、Ciss或Crss小、RDS(on)小的要求，然后按公式计算其损耗。若计算出来的损耗小于一定条件下的PD，则计算有效，可选用初选的功率MOSFET；若计算出来的损耗大于PD，则重新再选择或采用两个功率MOSFET并联，使1/2(计算出来的损耗)

计算前要已知：输入电压VIN(或 Vin(max)及VIN(min))、输出电压VOUT、最大输出电流IOUT(max)、开关频率fsw。一般所选的MOSFET的PD往往是1～1.5W，其目的是减小损耗、提高效率。

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2.1.5 电源设计的器件选择需要注意以下几点

选择设计灵活性較大的DC/DC变换器，扩大电路设计的范围。 低消耗电流、高效率可延长电池的使用寿命。 可使用小型的外接元器件，实现产品小型化。 有力的技术支持工具。 2.1.6 元器件的选用

因为元器件直接决定了电源的可靠性，所以元器件的选用非常重要。元器失效主要集中在以下四个方面。

质量问题造成的失效与工作应力无关。质量不符合的可以通过严格的检查加以剔除，在工程应用时应选用定点生产厂家的成熟产品。

1)元器件可靠问题

元器件可靠性问题，即基本失效率的问题，这是一种随机性质的失效，与质量问题的区别是元器件的失效率取决于工作应力水平。在一定的应力水平下，元器件的失效率会大大下降。电源设备主要元器件的筛选试验一般要求：

a.电阻在湿温下按技术条件进行100%的测试，剔除不合格品。 b.普通电容器. 按技术条件进行100%的测试，剔除不合格品。 c.接插件按技术条件抽样检测各种参数。

d.半导体器件按以下程序进行筛选：目检、初测、高温储存、高低温冲击、电功率老化、高温测试、低温测试、常温测试。筛选结束后应计算剔除率：Ｑ=n/N*100%式中：N——受试样品总数； n——被剔除的样品数。

如果Ｑ超过标准规定的上限值，则本批元器件全部不准上机，并按规定处理。 2) 设计问题

首先是恰当地选用合适的元器件：

a.尽量选用硅半导体器件，少用或不用锗半导体器件。 a. 多采用集成电路，减少分离器件的数目。 b. 开关管选用MOSFET能简化驱动电路，减少损耗。 c. 输出整流管尽量采用具有软恢复特性的二极管。

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d. 应选择金属封装、陶瓷封装、玻璃封装的器件。禁止选用塑料封装的器 件 e. 集成电路必须是一类品或符合MIL-M-38510、MIL-S-19500标准封装B-1 以上质量等级的军品。

f. 设计时尽量少用继电器，确有必要时选用接触良好的密封继电器。 g. 原则上不选用继电器，必须保留的应进行固封处理。

h. 吸收电容器与开关整流管的距离应当接近，因流过高频电流，鼓易升温， 所以要求这些电容器具有高频低损耗和耐高温的特性。

2.2 技术指标含义

2.2.1 含义 1）稳压系数

稳压系数有绝对系数和相对系数两种。绝对系数表示 负载不变是，稳压电源输出直流变化量Uo与输出电压变换量Ui 引起多大的输 出电压的变换，所以绝对稳压系数K值越小越好，K小时说明同一UI引起的U0越小，也就输出的电压越稳定，这种表示方法在工程设计中常用到，但是稳定电压中更重视相对稳压系数。相对稳压系数S表示在负载不变时，稳压器输出直流电压Uo的相对变化量△Uo与输入电网电压Ui的相对变化俩量△Ui之比即S=△Uo/Uo/△Ui/Ui，一般不特别说明，稳压系数通常是指相对稳压系数S，而不是绝对稳压系数K。 2）输入电压调整率

输入电压调整率用于衡量当负载和环境不变时，因输入电压的变化而引起的输出电压的改变。它是一个直流参说，不包括输入电压纹波或瞬间变化电压产生的影响，通过在输入端串联一个预置稳压器或一个低成本的RC滤波器，既可有效的改善总体的输入电压调整率。

3）导通建立时间

导通建立时间是指系统加电后基准输出电压达到稳定的时间。该参数对于采用电池供电的便携式系统来说是重要的，因为这类系统为节省电能，长时间或间隙方式供电。

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2.2.2 负载对输入电压影响的几种指标形式 1）负载调整（也称电流调整率）

在额定电压下，负载电流从0便到最大时，输入电压的最大相对变化量，常用百分说表示，又是也用绝对变化两表示。 2）输出电阻（也称等效电阻）

在额定电网电压下，由于负载电流变化△Il引起输出电压变化△Uo，则输出电阻为Ro=|△Uo/△Il| 3）最大波纹电压

在额定输出电压和负载电流下，输出电压的波纹（包括噪声）的绝对值大小，通常一峰——峰值或有效值表示。 4）纹波系数R(%)

在 额定负载电流下，输出波纹电压的有效值Ums与输出直流电压之比 5) 波纹电压抑制比

波纹电压抑制比是指在规定的纹波频率（例如50HZ）下输入电压重的纹波电压Ui与输出电压中的纹波电压Uo之比，即纹波电压抑制比＝Ui/Uo 6) 温度漂移合温度系数

环境的温度变化影响元器件的参说得变化，从而引起稳压器输出的电压变化，称为温度漂移。常用温度系数表示温度飘逸的大小，温度每变化一度引起输出电压只得变化△Uo称为绝对温度系数，单位是V/℃或mv/℃温度每变化一度引起的输出电压相对变化△U/Uo称为温度相对系数，单位％℃ 7) 漂移

稳压器在输入电压负载电流和环境温度保持一定的情况下，元器件参说得不稳定也会造成输出电压得变化。慢变化叫做漂移，快变化叫做噪声，介于而这之间叫做起伏，在一般使用中只考虑飘逸就可以了。

表示漂移的方法有两种。一种是在指定时间内输出电压之的变化△U；另一种是用在指定时间那输出电压的相对变化△Uo/Uo,考虑漂移的时间可以定为、1min,10min,8h或更长。只有在精度较高的稳压器中，才有温度系数和温漂系数两项指标。

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2.2.3 三个重要质量指标 1）电压调整率S

电压调整率又称之为稳压系数，用S表示。若由于输入电压Vs的相对变化而引起的输出电压的相对变化，则定义为在负载电流和环境温度不变的情况下，输出相对变化与输入相对变化的比值。S的大小反映了一个稳压电源克服输入电压变化影响的能力。显然S的越小，即在同样的输入电压条件下，输出电压变化越小，即电源稳定性越好。通常S的值在1%～0.01%范围内。 2）负载调整率（输出内阻R0）

负载调整率又称电流调整率，它是在规定输入电压下，用负载电流从零（空载）到最大值（满载）时，输出电压的相对变化率来表示的。负载调整率也可用动态输出内阻R0来表示。若负载电流的变化引起输出电压的变化，则R0定义为在输入电压及环境温度不变的条件下，V0与I0的比值。R0反映了负载变动时，输出电压V0维持稳定的能力。显然，R0越小，则当I0变化时，输出电压变化越小，即越稳定。 3）输出纹波电压V01

整流输出的纹波电压Vs1，经过稳定电压的稳压作用，使稳压电源的稳波输出电压V0大大地降低。而稳波输出降低的程度与稳压电路的稳定系数S有关，其关系式V01=S*V0*Vs1/Vs。

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3 芯片UC3842的简介

3.1 UC3842集成电路简介

3.1.1 集成电路UC3842概述

UC3842A,UC3843A是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。这些集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。 UC3842A UC3843A特点:

微调的振荡器放电电流，可精确控制占空比. 电流模式工作到500KHZ 自动前馈补偿

锁存脉宽调制，可逐周限流 内部微调的参考电压，带欠压锁定 大电流图腾柱输出 欠压锁定，带滞后 低启动和工作电流

UC3842A 有16V（通）和10 伏（断）低压锁定门限，十分适合于离线变换器。

UC3843A是专为低压应用设计的，低压锁定门限为8.5伏（通）和7.6V（断）。

3.1.2 内部结构及管脚概述

这些器件可提供8脚双列直插塑料封装和14脚塑料表面贴装封装

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（SO-14）。SO-14封装的图腾柱式输出级有单独的电源和接地管脚

图3.1 3842代表性方框图

图3.2 3842时序图

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图3.3 3842引脚图

UC3842各引脚功能简介如下：

1) 脚COMP是内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈网络，以确定误差

放大器的增益和频响。

2) 脚FEED BACK是反馈电压输入端，此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压(一般

为+2.5V)进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。

3) 脚ISENSE是电流传感端。在外围电路中，在功率开关管(如VMos管)的源极串接一个

小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的电流转换成电压，此电压送入3 脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的电流增大，当取样电阻上的电压超过1V时，UC3842就停止输出，有效地保护了功率开关管。

4) 脚RT/CT是定时端。锯齿波振荡器外接定时电容C和定时电阻R的公共端。 5) 脚GND是接地。

6) 脚OUT是输出端，此脚为图滕柱式输出，驱动能力是±lA。这种图腾柱结构对被驱动

的功率管的关断有利，因为当三极管VTl截止时，VT2导通，为功率管关断时提供了低阻抗的反向抽取电流回路，加速功率管的关断。

7) 脚Vcc是电源。当供电电压低于 ＋16V时，UC3824不工作，此时耗电在1mA以下。输

入电压可以通过一个大阻值电阻从高压降压获得。芯片工作后，输入电压可在+10～+30V之间波动，低于+10V停止工作。工作时耗电约为15mA，此电流可通过反馈电阻提供。

8) 脚VREF是基准电压输出，可输出精确的+5V基准电压，电流可达50mA。

9) UV3842的电压调整率可达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。

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3.1.3 主要技能与技术指标

图3.4 3842最大额定值

图3.5 电气特性

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3.2 电路原理解释、功能、应用、及计算

3.2.1 内部原理框图：

图3.6 DC-DC基于513V直流降压开环电路

其中： VR2=400V IR5=2.5A

图3.7 DC-DC基于513V直流降压闭环电路

其中： VR2=400V IR5=2.5A

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3.2.2 内部电路工作原理

此电路为380v交流电压转化为400v直流电压的电路，我们通过三相相控整流电路将380v的交流电压输出为513V的直流电压进行DC-DC降压，通过基本的BUCK电路进行降压。图3.6为其开环电路，输出为400v，误差低于1%。图3.7为其利用运放反馈搭建的闭环电路。 3.2.3 功能

该电路运用基本的buck电路将经过整流电路得到的513V直流电压降压为400V的直流电压。误差范围基于1%内，利用变压器降为5v与5v的参考电压通过运放输出与9v的锯齿波相减得到pwm信号控制晶体管。不仅可以构成具有各种输出形式的DC/DC电压变换器，它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器。 还有就是在开关稳压电源电路中承担PWM控制器。 3.3.4 典型应用

图3.6是进行降压式的DC-DC转换应用。其输出电压值可通过改变V4的占空比来进行调整，其输出电压符合以下公式：Vout=(pw/per)*513V 电路中限流电阻取值为0.01Ω。改变限流电阻即可改变限流值。输出为1000W，电流为2.5A。

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4 设计技术指标要求

4.1 设计电路要求

4.1.1 电路器件的参数选择

在输入电压为380V交流电压的条件下

a.输出电压为380V交流电压时，输出电流为2.5A ，输出电压为400V直流电压，功率1000W。

b.振荡频率10HZ～100KHZ。

c.电压调整率≤1%（输入电压513V直流电压）。

d.负载调整率≤1%（输入电压513V直流电压，10%负载到满载）。

4.2 降压压电路图设计及相关计算

4.2.1 降压电路原理图及原理解释

图4.1 buck电路框图

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图4.2 buck电路基本结构

1）从电路可以看出，电感L和电容C组成低通滤波器，此滤 波器设计 的原则是使 us(t)的直流分量可以通过，而抑制 us(t) 的谐波分量通过；电容上输出电压 uo(t)就是 us(t) 的直流分量再附加微小纹波uripple(t) 。

2）电路工作频率很高，一个开关周期内电容充 放电引起的纹波uripple(t) 很小，相对于电容上输出的直流电压Uo有：

电容上电压宏观上可以看作恒定。 电路稳态工作时，输出电容上电压由微小的纹波和较大的直流分量组成，宏观上可以看作是恒定直流，这就是开关电路稳态分析中的小纹波近似原理。

3）一个周期内电容充电电荷高于放电电荷时，电容电压升 高，导致后面周期内充电电荷减小、放电电荷增加，使电容电压上升速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，此时电压维持不变；反之，如果一个周期内放 电电荷高于充电电荷，将导致后面周期内充电电荷增加、放电电荷减小，使电容电压下降速度减慢，这种过程的延续直至达到充放电平衡，最终维持电压不变。这种过程是电容上电压调整的过渡过程，在电路稳态工作时，电路达到稳定平衡，电容上充放电也达到平衡，这是电路稳态工作时的一个普遍规律。

4）开关S置于1位时，电感电流增加，电感储能；而当开关S置于2位时，电感电流减小，电感释能。假定电流增加量大于电流减小量，则一个开关周期内电感上磁链增量为： 此增量将产生一个平均感应电势：此电势将减小电感电流的上升速度并同时降低电感电流的下降速度，最终将导致一个周期内电感电流平均增量为零；一个开关周期内电感上磁链增量小于零的状况也一样。这种在稳态状况下一个周期内电感电流平均增量（磁链平均增

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量）为零的现象称为：电感伏秒平衡。这也是电力电子电路稳态运行时的又一个普遍规律。

① 非常低的输进输出电压差 ② 非常小的内部损耗 ③ 很小的温度漂移 ④ 很高的输出电压稳定度 ⑤ 很好的负载和线性调整率 ⑥ 很宽的工作温度范围 ⑦ 较宽的输进电压范围

⑧ 外围电路非常简单，使用起来极为方便DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts（易产生干扰）。其具体的电路由以下几类：

1）Buck电路——降压斩波器，其输出均匀电压 U0小于输进电压Ui，极性相同。 2）Boost电路——升压斩波器，其输出均匀电压 U0大于输进电压Ui，极性相同。 3）Buck－Boost电路——降压或升压斩波器，其 输出均匀电压U0大于或小于输进电压Ui，极性相反，电感传输。

4）Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出均匀电 压U0大于或小于输进电压Ui，极性相反，电容传输。

DC-DC分为BUCK、BUOOST、BUCK-BOOST三类DC-DC。其中BUCK型DC-DC只能降压，降压公式：Vo=Vi*DBOOST型DC-DC只能升压，升压公式：Vo= Vi/(1-D)BUCK-BOOST型DC-DC，即可升压也可降压，公式：Vo=(-Vi)* D/（1-D）D为充电占空比，既MOSFET导通时间。

开关性稳压电源的效率很高，但输出纹波电压较高，噪声较大，电压调整率等性能也较差，特别是对模拟电路供电时，将产生较大的影响。

因开关电源工作效率高，一般可达到80％以上，故在其输出电流的选择上，应正确丈量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为： Is=KIf 式中：Is—开关电源的额定输出电流； If—用电设备的最大吸收电流； K—裕量系数，一般取1.5～1.8；电容式开关电源它们能使输进电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输进电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种

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特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰)首先贮存能量，然后以受控方式开释能量，以获得所需的输出电压。 4.2.2 降压电路的相关计算公式

图4.3 降压电路的相关计算公式

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4.2.3 原理电路仿真

图 4.4 开环仿真结果

图 4.5 闭环仿真结果

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4.2.3 利用3842搭建硬件电路图

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图 4.6 硬件电路设计图

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5 总结与期望

本文主要研究了DC-DC直流转换

本文具体完成的工作如下：

? 介绍DC-DC直流转换的发展与前景。 ? 介绍3842器件。

? 具体设计513V直流电压到400V直流电压的转换。

本文的研究工作取得了一定的成果，但还有一些工作需要在以后的工作中不断完善：

? 效率问题。 ? 器件的选择。 ? 一些缓冲电路的设计。 具体总结如下：

开关电源以其效率高、功率密度高而在电源领域中占主要地位，为了以更低的功耗获得更高的速度和更加的性能，半导体器件正在向1V工作电压发展，这也对DC/DC变换器提出了更高的要求。由于便携产品率先采用1V工作电压，因而对电源效率和功率密度的挑战显得更为严峻。除了需要增添更多的功能外，还需要延长电池的寿命，并缩小系统体积。目前仍以PWM型DC/DC产品为主流产品。目前，对开关电源产品的基本要求是高可靠、高稳定和实现模块化（可热更换）。

DC-DC变换器是通信设备中最常用的功能电路之一，其质量和效率直接影响通信设备的正常运行。本设计采用功能完善的MC34063控制芯片，设计了DC-DC变换电路，完成从40V~3V的电压变换，为载波机提供了较为理想的直流电源。具有电路简单，调试方便的优点。

本设计对一种新颖的DC/DC变换器的设计和实现进行了论述，设计实现了输出为±12V/0.1A和3.6V/0.5A的集成DC/DC变换器MC34063。

采用该DC/DC变换器作为主变换电路的直流开关电源具有以下特点： 1. 变换电路结构简单，具有明确的工作模式，易于实现模拟或数字控制。

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2. 具有升降压和反转功能，正负极性输出，源效应好，能适应大范围的输入电 压变化。

3. 仅有一个储能电感，具有可靠性好、效率高、体积小及重量轻等特点。

4. 适用于飞轮储能、电动机制动再生能量回馈、风力发电等直流母线电压变化范围大且需进行直流变换处理的中小功率应用场合

1）本设计课题的意义：使我们了解了DC/DC变换的发展趋势和用途，并掌握了如何利用集成器件实现高效率、小型化、薄型化、轻量化、高频化的开关稳压电源。

2） 本设计的目的：最直接目的是实现直流到直流的开关稳压变换，设计一个简单而又低成本的电源；另外，在于帮助读者了解MC34063新型集成器件，增加电子技术知识，锻炼动手能力，培养和提高创新能力；为电子爱好者增添一技之长提供技术资料；使有一定电子理论基础知识的读者阅读本设计后，理论水平有进一步的提高，激发动手制作的欲望，实现理论与实践的结合。

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6 致谢

本论文在蒋伟导师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在此我向扬州大学电气工程及其自动化专业的所有老师表示衷心的感谢，谢谢你们四年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，谢谢四年里面你们孜孜不倦的教诲！

四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这四年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过四年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

最后要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬他们，报答他们！爸妈，我爱你们！

“长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。”这是我少年时最喜欢的诗句。就用这话作为这篇论文的一个结尾，也是一段生活的结束。希望自己能够继续少年时的梦想，永不放弃

在这次毕业设计中参阅和引用了有关电子报刊、杂志的技术资料，在此向有关厂家和作者表示衷心的感谢；本设计中还引用了有关DC/DC变换器中所用的UC3842的资料，对那些提供资料的老师表示深切的谢意；另外，再次对指导我们毕业设计的蒋伟老师以及于芳艳老师给

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予我们的帮助和指导表示衷心的感谢

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7 参考文献

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