基于UC3843的高效DC-DC模塊電源設(shè)計

DC/DC 模塊電源是電子產(chǎn)品設(shè)計中廣泛使用的二次電源， 它將一次電源單一的輸出電壓進行二次變換， 變成各種需要的電壓， 提供給芯片。由于模塊體積小， 所以功率密度要求高， 同時工作環(huán)境較為惡劣， 可靠性要求高； 模塊電源一般要求工作溫度為- 20 ~55℃ , MTBF（平均無故障時間）要求在20萬小時以上。

　　本文提出了一種基于UC3843芯片DC/DC 模塊電源的實現(xiàn)方案， 電路簡潔， 工作可靠， 轉(zhuǎn)換效率高。

　　1  UC3843功能及技術(shù)特性

　　UC3843是一種高性能固定頻率電流模式控制器，專為直流至直流變換器低壓應(yīng)用而設(shè)計， 設(shè)計人員只需采用少量外部元件就能獲得性價比高的解決方案。

　　UC3843具有自動前饋補償、鎖存脈寬調(diào)制、欠壓鎖定、低壓啟動等特點， 電流模式工作可到500kHz.器件提供8腳雙列直插塑料封裝和14腳塑料表面貼裝封裝（SO- 14）。

　　UC3843由振蕩器、誤差放大器、電流檢測比較器、脈寬調(diào)制鎖存器、參考穩(wěn)壓器等幾部分組成， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示， 接口信號說明見表1.

圖1  UC3843內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

表1  UC3843芯片管腳說明（雙列直插封裝）

 [!--empirenews.page--]2  DC /DC轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

　　2. 1  設(shè)計目標(biāo)

　　設(shè)計目標(biāo)為DC /DC 轉(zhuǎn)換模塊， 48V 輸入， 5V 單路輸出， 額定功率為10W, 轉(zhuǎn)換效率不低于75%.

　　2. 2  總體框圖

　　轉(zhuǎn)換模塊由輸入濾波電路、開關(guān)電路、輸出濾波電路、電流檢測電路、輔助電源、輸出電壓反饋電路和PWM 調(diào)制電路幾部分組成， 如圖2所示。

　　其中， 開關(guān)電路、輸入濾波電路與輸出濾波電路為主工作電路， PWM 調(diào)制電路作為整個模塊的控制核心， 根據(jù)模塊電源工作電流、輸出電壓反饋信號， 輸出控制信號， 動態(tài)關(guān)斷與導(dǎo)通開關(guān)管， 實現(xiàn)對輸出的實時控制。

　　2. 3  主工作電路設(shè)計

　　由于模塊輸出功率較小， 所以開關(guān)電路采用單管反激電路設(shè)計。反激電路是由Buck Boost電路推演而得， 特點是結(jié)構(gòu)簡潔， 開關(guān)電路僅需四個器件： 變壓器、開關(guān)管、整流管和輸出電容。采用一個變壓器， 可以實現(xiàn)多路輸出。缺點是輸出濾波電容上的電流脈動大，需要加大輸出濾波電容， 抑制紋波。具體電路原理如圖3所示。

　　開關(guān)電路由T2、VT1、VD2 和C3 構(gòu)成， 當(dāng)開關(guān)管VT1開通時， 變壓器T2 原邊電感存儲能量， 整流管VD2截止， 輸出能量由電容C3供給； 當(dāng)開關(guān)管VT1關(guān)斷時， 變壓器上存儲的能量通過副邊電感經(jīng)VD2向外輸出， 并給C3充電。通過調(diào)節(jié)VT1的開關(guān)占空比， 可以調(diào)節(jié)輸出電壓的高低。

　　輸入濾波電路由L1、C1 構(gòu)成， 主要功能是抑制模塊的輸入反灌電流， 減小模塊對輸入電源的干擾。

　　為輸出較小紋波， 需要加大輸出濾波電容， 或選取ESR小的濾波電容， 但這都會增加成本。在輸出濾波電路中， 采用一個π型濾波器， 達到了減小紋波的效果。

　　2. 4  電流檢測電路

　　電流檢測電路由T1、VD1和R2、R3構(gòu)成， 見圖3。

　　T1是電流互感器， 通過VD1的整流， 可以在R3得到與主變壓器原邊電流成一定比例的直流脈動電壓， 將這個脈動信號送給PWM 控制器， 實現(xiàn)了原邊電流檢測。通過調(diào)整R2 和R3 的阻值， 改變檢測的比例關(guān)系， 可以得到合適的電流檢測信號。[!--empirenews.page--]2. 5  輔助電源電路

　　如圖3所示， 輔助電源電路由R1、T2、VD3和C7（ C7見圖5）構(gòu)成。在開機時， 輸入電源通過R1直接給控制芯片供電； 當(dāng)電源工作后， T2的輔助電源繞組輸出能量， 通過VD3和C7的整流濾波， 給控制芯片提供能量。

　　2. 6  輸出電壓反饋電路

　　輸出電壓反饋電路由光耦D2和三端穩(wěn)壓器D3及其外圍電路構(gòu)成， 見圖4.TL431 可以看成是一個開關(guān)， 當(dāng)其參考端電壓大于2. 5V 時導(dǎo)通， 否則關(guān)斷。

　　R12、R13 為輸出電壓采樣電阻， 當(dāng)輸出電壓高于5V時， TL431的參考端電壓高于2. 5V, 導(dǎo)通， 光耦二極管有電流流過， 三極管導(dǎo)通， R9上有高電平， 指示輸出過壓； 相反， 如果輸出電壓低于5V, 則R9上為低電平， 指示輸出欠壓。PWM 調(diào)制電路通過R9上的信號對主電路進行占空比調(diào)節(jié)， 從而使輸出穩(wěn)壓。

　　2. 7  PWM 調(diào)制電路

　　PWM 調(diào)制電路由電流型控制芯片UC3843 及其外圍電路構(gòu)成， 見圖5.R8和C10為RC 振蕩器， 控制主電路的工作頻率和最大輸出占空比； R6、R7 和C9為輸出電壓反饋調(diào)節(jié)器， 將輸出電壓反饋信號， 即R9上的電位按比例反饋到Com 端。UC3843將Is 端電位和Com 端電位的某一比例值進行比較， 即將原邊電流檢測信號和輸出電壓偏差信號進行比較， 控制脈沖輸出， 從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。原邊電流每個脈沖信號都被檢測， 所以電路具有很好的響應(yīng)速度。

圖5  PWM 調(diào)制電路

　　3  結(jié)論

　　本模塊設(shè)計完成后， 進行了性能測試， 模塊滿載效率不低于80% , 輸出紋波VP- P小于20mV （ 20MH z帶寬） , 可靠性指標(biāo)MTBF大于20萬小時， 具有過流保護和短路保護功能， 達到了較高的設(shè)計水平， 完全滿足實際使用需求。