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。 本文提出了一种基于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
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。
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。
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。