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UC3843芯片的高效DC-DC模块电源设计
songzhige | 2012-08-07 00:35:26    阅读:2054   发布文章
 

DC /DC 模块电源是电子产品设计中广泛使用的二次电源, 它将一次电源单一的输出电压进行二次变换, 变成各种需要的电压, 提供给芯片。由于模块体积小, 所以功率密度要求高, 同时工作环境较为恶劣, 可靠性要求高; 模块电源一般要求工作温度为- 20 ~55℃ , MTBF(平均无故障时间)要求在20万小时以上。

  本文介绍一种基于UC3843芯片DC /DC 模块电源的实现方案, 电路简洁, 工作可靠, 转换效率高。

  1 UC3843功能及技术特性

  UC3843是一种高性能固定频率电流模式控制器,专为直流至直流变换器低压应用而设计, 设计人员只需采用少量外部元件就能获得性价比高的解决方案。

  UC3843具有自动前馈补偿、锁存脉宽调制、欠压锁定、低压启动等特点, 电流模式工作可到500kHz.器件提供8脚双列直插塑料封装和14脚塑料表面贴装封装(SO- 14)。

  UC3843由振荡器、误差放大器、电流检测比较器、脉宽调制锁存器、参考稳压器等几部分组成, 内部结构如图1所示, 接口信号说明见表1.

 

表1 UC3843芯片管脚说明(双列直插封装)

2 DC /DC转换电路设计

  2. 1 设计目标

  设计目标为DC /DC 转换模块, 48V 输入, 5V 单路输出, 额定功率为10W, 转换效率不低于75%.

  2. 2 总体框图

  转换模块由输入滤波电路、开关电路、输出滤波电路、电流检测电路、辅助电源、输出电压反馈电路和PWM 调制电路几部分组成, 如图2所示。

 其中, 开关电路、输入滤波电路与输出滤波电路为主工作电路, PWM 调制电路作为整个模块的控制核心, 根据模块电源工作电流、输出电压反馈信号, 输出控制信号, 动态关断与导通开关管, 实现对输出的实时控制。

  2. 3 主工作电路设计

  由于模块输出功率较小, 所以开关电路采用单管反激电路设计。反激电路是由Buck Boost电路推演而得, 特点是结构简洁, 开关电路仅需四个器件: 变压器、开关管、整流管和输出电容。采用一个变压器, 可以实现多路输出。缺点是输出滤波电容上的电流脉动大,需要加大输出滤波电容, 抑制纹波。具体电路原理如图3所示。

图3 主工作电路原理

  开关电路由T2、VT1、VD2 和C3 构成, 当开关管VT1开通时, 变压器T2 原边电感存储能量, 整流管VD2截止, 输出能量由电容C3供给; 当开关管VT1关断时, 变压器上存储的能量通过副边电感经VD2向外输出, 并给C3充电。通过调节VT1的开关占空比, 可以调节输出电压的高低。

  输入滤波电路由L1、C1 构成, 主要功能是抑制模块的输入反灌电流, 减小模块对输入电源的干扰。

  为输出较小纹波, 需要加大输出滤波电容, 或选取ESR小的滤波电容, 但这都会增加成本。在输出滤波电路中, 采用一个π型滤波器, 达到了减小纹波的效果。

 

图4 输出电压反馈

2. 7 PWM 调制电路 PWM 调制电路由电流型控制芯片UC3843 及其外围电路构成, 见图5.R8和C10为RC 振荡器, 控制主电路的工作频率和最大输出占空比; R6、R7 和C9为输出电压反馈调节器,

图5 PWM 调制电路

  3 本模块设计完成后, 进行了性能测试, 模块满载效率不低于80% , 输出纹波VP- P小于20mV ( 20MH z带宽) , 可靠性指标MTBF大于20万小时, 具有过流保护和短路保护功能, 达到了较高的设计水平, 完全满足实际使用需求。

2. 4 电流检测电路。电流检测电路由T1、VD1和R2、R3构成, 见图3。  T1是电流互感器, 通过VD1的整流, 可以在R3得到与主变压器原边电流成一定比例的直流脉动电压, 将这个脉动信号送给PWM 控制器, 实现了原边电流检测。通过调整R2 和R3 的阻值, 改变检测的比例关系, 可以得到合适的电流检测信号。
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grainyang  2012-08-12 10:22:38 

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