一种boost电路拓扑结构的开关电源的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种BOOST电路拓扑结构的开关电源，特别涉及一种基于芯片UC2843的BOOST电路拓扑结构开关电源，是电流型控制的升压DC/DC电路，属电子技术应用领域。
【背景技术】
[0002]开关电源是电力及电子技术应用中的重要部件。开关电源是通过控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着设计与制造技术的不断进步，大功率开关晶体管、快恢复二极管及其它元器件的电压得到很大的提高，这为取消稳压电源中的工频变压器、发展高频开关电源创造了条件，出现了无工频变压器开关式直流稳压电源。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但增长速率各异，线性电源的成本在某一输出功率点上甚至高于开关电源，成为制造开关电源的成本反转点。随着开关电源技术的不断地创新，开关电源在小型化、轻量化、高效率等方面又迈进了一步，并逐步地向低输出功率方面转移，这为开关电源提供了广泛的发展空间。
[0003]现有的无工频变压器开关电源(如图1)是采用功率半导体器件作为开关器件，通过周期性间断工作，控制开关器件的占空比来调整输出电压。图1中，进行功率转换的DC—DC变换器是开关电源核心部分，此外还有起动、过流与过压保护、噪声滤波等电路。输出采样电路检测输出电压变化，与基准电压比较，再经过驱动电路控制功率器件的占空比，从而达到调整输出电压大小的目的。现有无工频变压器开关电源不足之处主要有:
[0004]⑴器件问题:电源控制集成度不高，这就影响了电源的稳定性和可靠性，并相对增大了电源的体积；
[0005]⑵材料问题:开关电源中使用的磁芯、电解电容及整流二极管等相对较笨重，且能耗尚;
[0006]⑶效率问题:电源的总体转换效率一般< 80%。
[0007]针对以上问题，基于开关电源中半导体开关管的接通或断开在理论上有最低损耗点的工件原理，有公开的依据谐振转换器在原理上又可以把开关元件的电压、电流波形做成零交叉，使内部损耗更低、转换效率高于80%的开关电源，并提高了开关电源的稳定性和可靠性、降低电源自身能耗及发热量，见发明专利《一种Boost变换器》(申请号:201410148895.3)。然而该申请并未提及实际转换效率测算值或实验值、以及基于芯片UC2843的BOOST电路拓扑结构开关电源。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是针对【背景技术】所述不足，提供一种短时输出功率大、动态特性好、效率高的无工频变压器开关电源，所述开关电源输入24VDC、输出50VDC、输出功率>70W、开关电源效率多93%，且在大功率脉冲输出情况下能稳定可靠地工作。
[0009]为了达到上述目的，本实用新型采用以下方案:
[0010]一种BOOST电路拓扑结构的开关电源，是基于电流控制模式、PWM芯片进行BOOST电路拓扑控制结构的开关电源；包括振荡与补偿电路、储能电感、PWM芯片、功率开关元件、整流滤波元件、电流电压取样及反馈元件；其特征在于:
[0011]所述PWM芯片是UC2843芯片；
[0012]所述振荡与补偿电路包括:电阻RT和电容CT组成的串联振荡电路、电阻Rf与电容C5串联后再与电容Cf并联的补偿电路；所述CT的一端与地连接、另一端与UC2843的RT/CT端连接；所述Cf的二端分别与UC2843的comp端及VFB端连接；
[0013]所述储能电感包括:电感LI ;所述电感LI串联在输入电源与所述整流滤波元件之间；
[0014]所述功率开关元件包括:功率管Q3 ;所述功率管Q3的漏极连接有电源输出端的整流滤波元件；
[0015]所述整流滤波元件包括:二极管D5和电容Cll ;所述二极管D5串联在功率管Q3的漏极与电源输出端正极之间，所述电容Cll并联在电源输出端正负极之间；
[0016]所述电压取样及反馈元件包括:串联在电源输出端正负极间的电阻R12和电阻Rl3 ;其中电阻R13上还有取样电压引出线连接至UC2843的VFB端；
[0017]所述电流取样及反馈元件包括:电流互感器I和取样电阻R8 ;所述电流互感器I的原边串联在功率管Q3的源极，所述取样电阻R8并联在电流互感器I的副边；原副边电流变比为70:1，电流互感器I的副边输出端经串联的二极管D4和电阻R3后连接至UC2843的ICS 端。
[0018]如上所述的一种BOOST电路拓扑结构开关电源，其特征在于:所述芯片UC2843的外围电路还包括并联在输入电源二端的滤波电容Cl和去耦电容C2、以及芯片UC2843的稳压供电电路；所述稳压供电电路包括线性稳压电路和滤波电容，所述线性稳压电路由电阻R2、稳压管D2和三极管Q2组成，所述线性稳压电路输出端经并联的陶瓷电容C7和电解电容C8组成的电容滤波后接至UC2843的电源输入Vcc端。
[0019]如上所述BOOST电路拓扑结构开关电源的工作原理是:主电路由提供UC2843芯片工作电压的线性稳压电路、功率开关元件M0SFET、高频整流及滤波电路组成；控制电路由电流、电压双闭环组成，电流环为内环，电压环为外环。
[0020]控制电路是以集成芯片UC2843为核心，由芯片内部产生的PWM脉冲信号来控制功率管Q3的开断。当功率管Q3导通时，输入电源Ncc对电感LI进行储能，此时输出滤波电容Cll维持输出电流的稳定；当功率管Q3截止时，输入电源Vcc和电感LI同时维持输出电流的稳定，所以该电路具有升压的功能。为保持DC/DC变换器输出电压的稳定，将检测到的输出电压适当分压后与芯片UC2843内给定的基准电压(2.5V)进行比较。当输出电压Vo过高时反馈的电压过高，UC2843将减小占空比来降低Vo输出电压；当输出电压过低时，UC2843将增大占空比来提高输出电压Vo，从而来实现输出电压Vo的稳定。
[0021]整个稳压过程由二个闭环实施控制，其中:
[0022]闭环1:输出电压Vo通过R12和R13分压后，经R13取样并反馈给UC2843内部的误差放大器输入端VFB，用于同所述误差放大器内部的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Vo的变化。
[0023]闭环2:由R8作为功率管Q3源极到公共端间的电流检测电阻，功率管Q3导通期间流经电流互感器I的电流在R8上产生的电压送至UC2843内部的比较器同相输入端ICS，与所述误差电压进行比较后控制调制脉冲的脉宽，从而保持稳定的输出电压，并由此控制电感LI的峰值电流值。
[0024]本实用新型的有益效果是:
[0025]本开关电源的短时输出功率大，动态特性好，效率高，采用输入24VDC，输出50VDC，输出功率200W，开关电源效率达到93%，并在大功率脉冲输出情况下能稳定可靠地工作。
【附图说明】
[0026]图1是无工频变压器的开关电源原理框图；
[0027]图2是本实用新型实施例基于电流控制模式UC2843芯片进行BOOST电路拓扑控制结构的DC/DC变换器控制框图；
[0028]图3是本实用新型实施例Boost升压开关稳压电源原理图。
[0029]附图3中的UC2843芯片封装管脚说明:管脚I一comp端，管脚2—VFB端，管脚3—ICS端，管脚4一RT/CT端，管脚5—地，管脚6—Vo端，管脚7—Vcc端，管脚8 — Vref端。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本实用新型实施例作进一步说明:
[0031]如附图2、图3所示，本实用新型采用芯片UC2843作为高频开关电源变换器的控制核心，通过调节占空比来实现对输出电压VO的控制；功率开关元件采用MOSFET或IGBT作为主回路开关器件来实现电路的导通与截止，通过对电感LI的储能和能量的释放来达到升压的目的。整体采用电压闭环的控制方式可得输出稳定直流电压50V、输出电流4A，效率可达93%的大功率开关电源。
[0032]在Boost升压电路中，电感LI的作用是将电能和磁场能相互转换的能量转换器件，当功率管Q3闭合后，电感LI将电能转换为磁场能储存起来，当功率管Q3断开后，电感LI将储存的磁场能转换为电场能，且这个能量在与输入电源电压Vcc叠加后通过二极管D5和电容Cll的滤波后得到平滑的直流电压Vo提供给负载，由于这个电压Vo是输入电源电压Vcc和电感LI的磁场能转换为电能的叠加后形成的，所以总输出电压Vo高于输入电压Vcc，既升压过程的完成。二极管D5是肖特基二极管，D5主要起隔离作用，即功率管Q3闭合时，二极管D5的正极电压比负极电压低，此时二极管D5反偏截止，使此电感LI的储能过程不影响输出端电容Cll对负载的正常供电；因在当功率管Q3断开时，两种叠加后的能量通过二极管D5向负载供电，此时二极管D5正向导通，要求其正向压降越小越好，尽量使更多的能量供给到负载端。
[0033]参照附图3，本实用新型实施例中，主电路由提供UC2843芯片工作电压的线性稳压电路、功率管Q3、高频整流及滤波电路组成；控制电路由电流、电压双闭环组成，电流环为内环，电压环为外环。
[0034]输入部分:电容Cl滤除输入电压的高频成分，电容C2为100uF的电解电容，主要起去耦作用，使电源更加稳定，消除输入级的电压波动。
[0035]控制芯片供电部分:是通过线性稳压来提供Vcc，由R2、Q2和D2组成，给控制芯片UC2843 —个稳定的供电电压。电容C7为陶瓷电容，主要滤除高频部分，C8为电解电容，给控制芯片UC2843供电。在起机时首先会给电容C8进行充电，当充电电压达到控制芯片UC2843的开启电压后，UC2843开始工作。
[0036]驱动部分:由电阻R6和D3组成。在PWM波驱动功率管Q3时，一般会在功率管Q3的栅极增加驱动电阻R6，原因是功率管Q3在栅极和源级之间有寄生电容，驱动电阻R6与此寄生电容组成RC电路，