一種基于芯片UC3842的開關電源設計與實現

楊海川 牛洪杰 楊思程

摘 要：現代社會生活離不開電力電子設備，要讓電力電子設備正常的運行，離不開安全可靠的電源。開關電源具有很多優點，如性能可靠、經濟、實用、效率高、體積小、紋波少等，本文在對現有開關電源進行調研的基礎上，設計上更加具有現代化、人性化，與使用環境更加和諧。主要了介紹開關電源的工作原理、UC3842的管腳和功能，然后根據功能要求給出原理圖，最后進行了測試，結果表明本文設計的反激式開關電源滿足設計要求。

關鍵詞：電動汽車；開關電源；UC3842

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

1 引言

汽車是如今人們出行常用代步工具之一，但現代社會提倡節能減排，傳統汽車尾氣排放嚴重污染環境，給環境帶來了很大的壓力，不符合現代低碳生活，綠色出行的理念。因此電動汽車應運而生，很好的解決了空氣污染這一問題，電動汽車將成為時代的主流，不久將會逐漸取代燃油汽車。目前各國的汽車生產商都在加大對電動汽車相關技術研發的力度，并且混合動力的汽車已經投入了生產。電動汽車平穩安全的運行離不開穩定的電源，因此本文結合實際需求設計了一款電動汽車用的開關電源。

地球能源有限，節約能源已經刻不容緩，我們應該合理有效的利用有限的能源，提高能源利用率。電能是電動汽車不可缺少的能源，現今電動汽車越來越多，這就要求我們在用電時節約用電，電源是節能的重要環節之一[1]。將來在學習、工作、生活中會有越來越多的人會選擇駕駛電動汽車，它需要可靠穩定的電源來保證穩定工作，開關電源就肩負起這一責任，但是要讓電動汽車正常的行駛就需要有穩定的電源，所以針對電動汽車設計了開關電源。開關電源具有低功耗、高效率，輸入電壓在很大的范圍內波動時，仍可有較穩定的輸出的優點。它被廣泛應用于各類電氣設備中，在社會發展中擁有廣泛的應用前景。

2 開關電源的工作原理

開關電源的基本結構如圖1所示，主要由 EMI濾波器、輸入整流濾波、開關功率管、高頻變壓器、輸出整流濾波組成[2]。其中EMI濾波器的主要作用是可以讓某一特定頻率范圍內的信號能進入該設備使其可以正常運轉，可以對高頻的信號給予屏蔽作用，能對高頻率的干擾信號起到阻礙作用，最終讓輸出穩定。

顧名思義，開關電源就是利用開關元件，通過調節通斷的時間，在一個周期內規律性的接通或關閉，來達到穩定輸出的效果。開關元件以一定的時間間隔重復地接通和斷開，達到調節輸出等一系列步驟進行工作。當開關電源接入負載后，在功率管接通和關斷的瞬間，輸出的電壓、電流初始值近似接近時，這時開關電源就已經開始穩定運行了。

3 UC3842芯片介紹

UC3842是Unitrode公司的雙列8腳芯片，是一種性能優良的電流控制型脈寬調制芯片。電壓調整率可達0.01%，工作頻率為500kHz，啟動電流小于1mA，輸入電壓為10—30V，基準電壓為4.9—5.1V，工作溫度為0—70℃，輸出電流為1A。其特點是器件結構簡單，電壓調整率精確，價格實惠，啟動電流小，工作頻率高，擁有自動負反饋補償電路和較強的負載響應特性。

UC3842各管腳的功能如下：

管腳①COMP是誤差放大器的輸出端，它外接電容電阻元件可用于改善誤差放大器的增益，相頻特性可得到很大的改善；

管腳②FEED BACK是電壓反饋信號輸入端，其與誤差放大器同相端基準電壓比較，產生誤差電壓，控制芯片通斷，從而控制脈沖寬度，達到反饋的效果；

管腳③SENSE為電流檢測輸入端，因為二級比較器輸入和一級比較器的輸出連接，當檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇的工作狀態；

管腳④RT/CT為定時端，振蕩器外接電容電阻的公共端，振蕩頻率計算公式為：f=1.72/（RT×CT）；

管腳⑤GND為公共接地端；

管腳⑥OUT為圖騰柱式輸出端，它的結構對被驅動的功率管的關斷有利，能夠加速功率管關斷，上升、下降時間僅僅為50ns驅動能力為±1A ；

管腳⑦Vcc是直流電源供電端，低于+16V時芯片不工作，耗電1mA以下，芯片工作時耗電約為15mW，具有欠壓、過壓鎖定的功能；

管腳⑧VREF為5V 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力。它的作用是供振蕩器使用、作為基準信號、提供工作電源2。

UC3842 內部結構、管腳如圖2：

4 開關電源設計過程

需要設計的開關電源芯片為UC3842，輸入220V交流電，輸出電壓5V，輸出電流7A，頻率40kHz。通過對開關電源的發展、功能與缺陷進行分析，并根據實際需要，對開關電源進行總體方案的設計，并對設計方案進行論述。根據開關電源的性能需求和設計方案完成對開關電源主要硬件電路的設計，包括對整流電路、高頻變壓器和濾波電路等參數的計算和設計。針對開關電源的設計，首先對兩相交流電進行整流和濾波，此時會是一個直流高壓電，然后再經過高頻變壓器得到高頻的矩形波電壓，最后再通過整流、濾波電路得到輸出的電壓。

電路采用芯片UC3842，因為其具有上面所述的很多優點。開關電源的工作過程順序依次是對輸出電壓進行采樣，經過誤差放大器、過流檢測比較器、PWM鎖存器、門電路和輸出級等，去控制開關功率管的關斷和導通，這時高頻變壓器就可以通、斷，最后開關電源就可以正常工作，穩定輸出一定的電壓、電流[2]。最終畫出如圖3所示主電路原理圖，然后開始硬件的采購，利用原理圖在Sprint - Layout5.0繪制如圖4所示的PCB圖，制作印刷電路板，然后把元器件焊接到電路板上如圖5所示，再經過一系列調試、檢查最終完成制作開關電源。

5 結論

開關電源的輸出主要由高頻變壓器、控制芯片、輸出濾波電路、EMI濾波器等共同決定的，通過參數的運算、反復的調試和優化設計，最后通電檢測，負載的功率維持在一定的范圍內波動，開關電源輸出為5V/7A，符合設計的要求，負載可以正常運行，所以此開關電源適用于電動汽車的繼電器電源、散熱器風扇電源等小功率電源，在使用過程中功耗損失較小，效率高，整體發熱不明顯。本次設計是在現有開關電源的基礎上并且結合實際情況設計的輸出符合負載的需求，具有很高的實用價值。

參考文獻：

[1]余鋒.基于UC3845芯片的反激式開關電源設計[J].數字技術與應用，2016（07）：182-183.

[2]張燁，李瑞明.基于UC3842的單端正激開關電源[J].山西電子技術，2017，8（03）：8-10.

[3]沙占友.特種集成電源最新應用技術[M].北京：人民郵電出版社，2000.

[4]夏亮.電動汽車驅動器用開關電源的設計研究[D].上海：同濟大學，

2008.

基金項目：2018年國家級大學生創新創業訓練項目（201813006042）山東英才學院自然科學類重點課題（17YCZDZR08）

指導教師：朱霞清