DC-DC變換器的設計

摘要：本論文介紹了DC-DC變換的應用、特點以及發展方向。詳細介紹了DC-DC設計的原理及方法、及個別主要芯片的參數。最后根據要求選擇合適的拓撲結構設計出電路，得到所需結果。

關鍵詞：DC-DC變換；開關電源；拓撲結構

中圖分類號：TM433文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 （2014） 08-0000-01

電壓變換是指電壓高低的變換，即升壓或者降壓。交流電壓的升降變換，一般通過普通的變壓器就可以完成。而直流電壓不能夠簡單地直接變換，需要通過功率脈沖振蕩器，先將直流電轉變成為脈沖交流電，再通過脈沖變壓器升壓或者降壓，最后經過整流濾波電路還原成為直流電，而DC-DC變換器實際上屬于開關電源的一種類型。開關電源是利用現代電力電子技術，控制開關晶體管開通和關斷的時間比率，維持穩定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。

一、設計思想

根據要求，我們通過高頻變壓器來實現這一要求，而變壓器要求輸入的是交流電，由此我們通過一個MOS管，通過控制MOS管的通斷，也就是控制它輸入端電壓的占空比來實現將直流電先變成交流電的這一目的，再通過我們設計的變壓器，將24伏的直流電變換成峰值為5v的交流，后經過整流、濾波得到輸出。但這必定有誤差，所以我們通過在輸出前引出輸出，通過PI調節反饋到輸入來改變MOS管的占空比，來控制輸出，使輸出達到一個誤差很小的數值。

PI調節的原理來自自動控制，其原理為，在輸出端取一個數值，通過誤差放大器，再反饋到輸入端，達到自動控制、減小誤差的目的。

二、電路工作過程

J1輸入24v的電壓，經過C12、C16的濾波作用，經R11給UC3843提供啟動電壓，讓它工作，當UC3843的Output輸出高電平，使MOS管導通，變壓器開始工作，由于互感作用變壓器第4腳電壓經過D5整流后為UC3843提供工作電壓；當5v電壓有較大的誤差時，經R3，R4分壓后，當D3的R端的取樣電壓超過D3的基準電壓時，D3導通，電流增大，反饋給TLP521，TLP521為光偶器件，通過TLP521第四腳電流增大，反饋給UC3843，經過UC3843內部電路作用后控制UC3843的輸出電壓的占空比，從而調節變壓器的輸出電壓，到達穩定作用。

三、主要器件介紹

UC3843是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應而設計，為設計人員提供只需最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。這些集成電路具有可微調的振蕩器、能進行精確的占空比控制、溫度補償的參考、高增益誤差放大器。UC3843A是專為低壓應用設計的，低壓鎖定門限為8.5伏（通）和7.6伏（斷）。

內部結構（如圖1所示）：

圖1內部結構圖圖2驅動MOS管的電路圖

由UC3843的原理可以得出在我們設計中的驅動MOS管的電路，如圖2所示。由其原理圖可知，它工作的頻率是由外部4管腳所接的C/R的值來決定，從而得到以下控制部分電路的工作過程，當UC3843的1管腳有電流補償輸入的話，會產生不同的輸出，即不同的占空比，從而控制MOS管的導通時間，達到控制變壓器工作，改變輸出。

四、調試波形分析

UC3843幾點波形及分析：

圖33843管腳3波形 圖43843管腳4波形 圖53843管腳6波形

由管腳4的和管腳6的波形可知，管腳4是為UC3843的工作提供內部頻率的，也正是由于4腳的作用，才產生6的輸出波形，由6腳的波形也可以看出，輸出的是一個有著一定占空比的矩形波，這也為MOS的導通和關斷提供了一個電壓。管腳4是為UC3843的工作提供啟動電壓的，而管腳7的輸出波形是總電路的輸出波形，可以看出他是個有著噪聲干擾的交流電壓，經過后面的濾波電路就可以將其變成一個直流的5V電壓了。

MOS管的管腳波形：

圖6開關管柵極G波形圖7開關管漏極D波形圖8開關管源極S波形

由MOS的波形可以看出，G極是一個有著一定占空比的波形，這正是MOS管導通與關斷的條件，而D極的波形正是為變壓器的工作提供了交流電，而S為UC3843的過壓保護起著作用，所以上各點的波形都已符合設計的要求，但在實際中的波形有著噪聲的干擾那是允許的，不過這也是我們設計所要努力減小的目標。

五、調試總結

從波形看都達到了預期的效果，但波形中出現的一些尖鋒、鋸齒等不是很理想的波形，這有著很多的因素，如外界的干擾，人員操作的影響，但最重要的可能是器件的關系，如變壓器的繞制有問題，或達不到理想的地步，包括變壓器材料的選擇等，還有二極管的選擇，我們理想的情況是要求快速關斷的二極管，但在設計中要的卻可能打不到理想的關斷效果，都是造成以上波形形成的原因，但總體來說還是達到了設計的要求。

參考文獻：

[1]于希寧，劉紅軍.自動控制原理[M].北京:中國電力出版社，2001.

[2]康光華.新型高頻變壓器的設計[M].北京:高等教育出版社，2000.

[作者簡介]鄧青，江西省井岡山應用科技學校，助理講師；李俊，江西城市職業學院，講師，工程師。