基于UC3843控制芯片的BOOST变换器

基于UC3843控制芯片的BOOST变换器

摘要：本系统DC-DC模块采用Boost变换拓扑，以UC3843控制芯片作为控制核心, 采用PWM控制技术实现开关电源的稳压。Boost变换器可将不可控的直流输入变为可控的直流输出,广泛应用于可调整直流开关电源和直流电机驱动。Boost变换器克服了传统串联型稳压电源能耗大、体积大的缺点,具有体积小、结构简单、变换效率高等优点,但其输出功率一般达不到70 W,所以设计Boost变换器的关键是提升电路的输出功率。由于专用升压芯片内部开关管的限制,难以做到大功率升压变换,这使得Boost变换器在实际应用时受到很大限制。因此,利用Boost自身电路结构,结合UC3843控制芯片的特点,设计出一种大功率输出的Boost升压电路。经过测试，在负载电流为2A以下，输入为18V时，输出为30V到36V可调的直流稳压电源，最大输出功率为50W，电压调节的最大误差在 0.5％之内的直流稳压电源。

关键字：开关电源，Boost变换，UC3843控制芯片，斜坡补偿，软启动，过压保护

目录

一、设计任务与要求 二、方案论证 .............................................................. 2

2.1 DC-DC主回路拓扑 ................................................... 2 2.2 稳压控制方案 ...................................................... 2 2.3系统总体设计 ....................................................... 3 三、系统设计与参数计算 .................................................... 3

3.1 Boost升压电路 ..................................................... 3 3.2 UC3843控制电路 .................................................... 5 3.3斜率补偿 .......................................... 错误！未定义书签。 3.4软启动 ............................................ 错误！未定义书签。 3.5稳压、限流方法及过压保护功能的实现 ................ 错误！未定义书签。 四、系统测试及结果分析 .................................................... 6

4.1测试使用仪器 ....................................................... 7 4.2测试方法 .......................................... 错误！未定义书签。 五、总结 .................................................................. 8 参考文献 .................................................................. 8 附录 8

1. 系统的主电路原理 ................................................... 8 2. UC3843控制电路电路原理图 ........................................... 8 3. 测试波形 .......................................... 错误！未定义书签。 4. 原器件清单 ......................................................... 8

一、 设计任务与要求 二、方案论证 2.1 DC-DC主回路拓扑

根据题目要求,设计在负载电流为1A以下，输入为10V时，输出为20V的直流稳压电源，最大输出功率为20W，电压调节的最大误差在 1％之内的直流稳压电源。

1.1 DC-DC 主回路拓扑

方案一：间接直流变流电路：结构如图1所示，但由于采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。可实现升降压功能，电压传输比范围宽，输入输出电气隔离，但是由于能量变换较多，结构相对复杂，在非电气隔离要求的小功率场合并不适宜；采用多次变换，电路中的损耗较大，效率较低，而且结构较为复杂。

图1 间接直流变换电路

方案二：Boost 升压斩波电路：

BOOST电路（如3所示），可通过调整开关器件S的PWM占空比来实现输出电压稳压或稳流等性能。BOOST电路具有结构简单，工作稳定，控制相对方便，效率较高等优点。

RL

综上所述：本开关电源并联供电系统中的DC/DC模块采用B变换器拓扑。 2.2 稳压控制方案

方案一：采用单片机数字控制 单片机可实时采集多路电压，与内部设定的参考电压进行比较，采用PI算法等可输出PWM波，从而控制DC/DC各模块的工作状态，但是系统调试比较复杂。

方案二： 使用单开关管，能降低开关管损耗，且控制容易，电路较为简洁，但在功率较高的情况下，电感设计要求较高，经验成分多，设计不好会造成过大的冲击电流，影响效率也容易使开关管损坏。采用集成的开关电源控制芯片UC3843，外围器件少，PWM波形精确，性能良好。

综合考虑，UC3843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化器应用而设计，可具有可微调的振荡器、能进行精确地占空比控制、高增益误差放大器，扩展能力强，对系统的控制方便。故本次设计我们选用方案二。

DC

2.3系统总体设计

2.3图3 UC3843双闭环控制框图

2.3.1整个稳压过程有两个闭环来控制（如图3所示）

电压闭环：输出电压通过取样后反馈给误差放大器，用于同放大器内部的2.5V基准电压比较后产生误差电压，误差放大器控制由于负载变化造成的输出电压的变化。

电流闭环：RS为开关管源极到公共端间的电流检测电阻，开关管导通期间流通电感L的电流在RS产生的电压送至PWM比较器同向输入端，与误差电压比较后控制调制脉冲的宽度，从而保持稳定的输出电压。 2. 3.2 提高效率的方法及实现方案

影响系统效率的主要因素有： a. 功率变换器开关器件的开关损耗； b. 感性元件的铁损和铜损； c. 控制电路的损耗等。其中，开关器件的开关损耗是影响系统效率的最主要方面，因此，除主电路结构尽量简化外，选用开通、关断比较迅速、通态电阻小的功率MOS 管作为主开关器件，Boost 二极管也选用超快恢复二极管。感性元件主要是Boost 电感，选取铁损比较小的铁氧体为磁芯，尽量选用截面比较粗的漆包线以降低损耗。控制电路的工作电源采取两种方式来降低损耗： 主控制芯片UC3843直接用主电路的整流滤波电路供电，单片机和少量外围电路用自制的开关电源供电。 三、系统设计与参数计算 3.1Boost升压电路

（1）选择合适的开关工作频率

基于本系统控制的精度要求，最终决定主回路开关频率fs 82 kHz。 所以选取Rt=10K,Ct=2.2nF （2）主电路的MOS管选取

根据主电路中的工作电压及电流，结合MOS管的耐压、耐流及损耗性能，电力晶体管耐压高，且开关损耗大，适合工作频率比较低的场合，电力场效应管耐压比较低，但是开关损耗小，适合频率比较高的工作场合。根据这里的情况，我们选用了。考虑到实际电压电流尖峰和冲击，电压电流耐量分别取2. 5 和2 倍裕量，即应选取耐压高于40 V，最大电流33 A。实际选用IRF540 型MOS 管，

通态电阻25 mΩ，最高开关频率超过1 MHz。 （3）主电路的续流二极管选取

为降低续流二极管的导通压降，减少功率损耗，提高效率，选用肖特基二极管作为续流二极管。根据主回路中的工作电压及电流，结合肖特基二极管的耐压、耐流及损耗性能，选用IN4746耐压40V最大电流为30A。 （4）主电路的电感计算

a. CCM工作模式下MOS开关管占空比D的计算

D

Uo Ui

Ui

20 1020

0.5

式中Ui为输入电压，Uo为输出电压。 b. 当输出最大负载时若要使电流连续,则 L

2(Ui Us)D(1 D)

I0f

2(10 0.9) 0.5 0.5

1 82 10

3

55.5uH

Us为开关导通时的压降和电流 …… 此处隐藏：4984字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……