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實(shí)習(xí)報(bào)告電子設(shè)計(jì)師
洛陽(yáng)理工學(xué)院
基于UC3843的DC-DCBuck電路
目錄
一、 設(shè)計(jì)目的
二、 設(shè)計(jì)要求
三、 設(shè)計(jì)方案
1、DC-DC工作原理
2.總體設(shè)計(jì)
3、方案選擇
4、UC3843芯片介紹
5、電路中重要參數(shù)的計(jì)算
四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1、 電路圖
2、UC3843引腳輸出波形
3、接負(fù)載時(shí)PWM波
4、實(shí)物圖
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
五、實(shí)結(jié)
摘要：該實(shí)習(xí)內(nèi)容是制作DC-DC降壓電源，采用PWM脈寬調(diào)制方式的方案，所用控制芯片為UC3843.整個(gè)過(guò)程需要使用Altium designer軟件。
一、 設(shè)計(jì)目的
學(xué)習(xí)繪制原理圖、PCB圖、打印、曝光、顯影、腐蝕鉆孔、焊接電路工作原理等，對(duì)制作元器件的裝機(jī)與調(diào)試進(jìn)行理性的認(rèn)識(shí)，做好日后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件基礎(chǔ)。同時(shí)學(xué)習(xí)掌握DC-DC電源制作原理，并親自實(shí)踐焊接實(shí)物電路，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高了分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及動(dòng)手實(shí)踐的能力。
二、 設(shè)計(jì)要求
1、 掌握PCB制板技術(shù)、焊接技術(shù)、電路檢測(cè)以及集成電路的使用方法
2、 掌握UC3843的非隔離開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法
3、 研究開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法，并按照設(shè)計(jì)指標(biāo)要求進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)與仿真。
4、 掌握開(kāi)關(guān)電源的工作電源。
5、 設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)并進(jìn)行仿真，掌握系統(tǒng)的調(diào)試方法，使系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
三、 設(shè)計(jì)方案
1.DC-DC工作原理
DC-DC電源和LDO電源的另一個(gè)區(qū)別是DC-DC電源既可以降壓也可以升壓還可以反相（正電壓變負(fù)電壓），而LDO電源只能降壓。
DC-DC轉(zhuǎn)換器一般由控制芯片，電感線圈，二極管，三極管，電容器構(gòu)成。在討論DC-DC轉(zhuǎn)換器的性能時(shí)，如果單針對(duì)控制芯片，是不能判斷其優(yōu)劣的。其外圍電路的元器件特性，和基板的布線方式等，能改變電源電路的性能，因此，應(yīng)進(jìn)行綜合判斷。
2.總體設(shè)計(jì)
圖2 UC3843雙閉環(huán)控制框圖
1）整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程有兩個(gè)閉環(huán)來(lái)控制
電壓閉環(huán):輸出電壓通過(guò)取樣后反饋給誤差放大器,用于放大器內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)電壓比較后測(cè)試誤差電壓,誤差放大器控制由于負(fù)載變化造成的輸出電壓的變化。
電流閉環(huán):RS為開(kāi)關(guān)管源極到公共端間的電流檢測(cè)電阻,開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通期間流通電感L的電流在RS產(chǎn)生的電壓送至PWM比較器同相輸入端,與誤差電壓比較后控制調(diào)制脈沖的寬度,從而保持穩(wěn)定的輸出電壓。
2）提高效率的方法及實(shí)現(xiàn)方案
影響系統(tǒng)效率的主要因素有：
a.功率變換器開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)損耗；
b.感性元件的鐵損和銅損；
c.控制電路的損耗等。
3.方案選擇
脈沖寬度調(diào)試：脈寬調(diào)制簡(jiǎn)稱PWM，特點(diǎn)是開(kāi)關(guān)周期為恒定值，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖寬度來(lái)改變占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。其核心是PWM控制器。脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用最為普通，其占空比調(diào)節(jié)范圍大，PWM還可以和主系統(tǒng)的時(shí)鐘保持同步
脈沖頻率式：脈頻調(diào)制簡(jiǎn)稱PFM。其特點(diǎn)是脈沖寬度為恒定值，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率來(lái)改變占空比，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。其核心是PFM控制器。
脈頻調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源特別適合于便攜式設(shè)備，它能在低占空比、低頻的條件下降低控制芯片的靜態(tài)電流。 通常情況下，采用PFM和PWM這兩種不同調(diào)制方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器的性能不同點(diǎn)如下。
a、PWM控制型效率高并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲。
b、PFM控制型即使長(zhǎng)時(shí)間使用，尤其小負(fù)載時(shí)具有耗電小的優(yōu)點(diǎn)。
c、PWM/PFM轉(zhuǎn)換型小負(fù)載時(shí)實(shí)行PFM控制，且在重負(fù)載時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到PWM控制。
比較兩種開(kāi)關(guān)電源工作方式方案，我們選用脈寬調(diào)制。選用的PWM控制器為UC3843器件。
4.UC3843芯片介紹
UC3843是近年來(lái)問(wèn)世的新型脈寬調(diào)制集成電路，它具有功能全，工作頻率高，引腳少、外圍元件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，它的電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%V，非常接近線性穩(wěn)壓電源的調(diào)整率。工作頻率可達(dá)500KHz，啟動(dòng)電流僅需1mA，所以它的啟動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。下面是它的主要特性：
最優(yōu)化的離線DC-DC變換器
單步脈沖控制電路
斷電停滯特性
雙脈沖抑制
大電流標(biāo)識(shí)輸出
500kHz的工作頻率
各管腳功能說(shuō)明：
UC3843芯片八腳雙列直插封裝圖如下：
UC3843實(shí)物圖
5.電路中重要參數(shù)的計(jì)算
輸出電感的計(jì)算：（此計(jì)算公式的前提是CCM模式下的，CCM模式即電路工作在連續(xù)電流模式下，在各個(gè)工作狀態(tài)電感中電流都大于0。） 電感的紋波電流dI一般不超過(guò)最大輸出電流的30%。
最小感應(yīng)系數(shù)有V=LdI/dt得Lmin=Vdt/dI。dI為電感紋波電流，dt為開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，
V=Vin-Vout（V為電感兩端電壓）
dt=D*T；
D=Vout/Vin(為占空比)
T=（1/500K）s
四、設(shè)計(jì)內(nèi)容
1、電路圖
2、PCB
3、 UC3843引腳輸出波形
3、接負(fù)載時(shí)PWM波
4、實(shí)物圖
5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)
由實(shí)驗(yàn)測(cè)試所得結(jié)果可以看出，我們所制作的電源效率上基本達(dá)到設(shè)計(jì)制作的基本要求，效率為80%左右。
五、 實(shí)結(jié)
通過(guò)這次實(shí)習(xí)我們對(duì)制作DC-DC電源有了更深的了解，認(rèn)真學(xué)習(xí)了解并掌握電源的工作原理，器件規(guī)格的計(jì)算與選擇。對(duì)制作所用的芯片UC3843做了深入的了解和學(xué)習(xí)，掌握了該芯片的工作原理和特性，以及它所適合的應(yīng)用場(chǎng)所。實(shí)習(xí)過(guò)程我們也同時(shí)學(xué)會(huì)了altium designer軟件的使用，使用這款軟件我們畫出電源原理圖，生成pcb板，繪制電源的三維立體模型等。在這個(gè)過(guò)程中我們提高了動(dòng)手能力，理論聯(lián)系實(shí)踐的能力，解決問(wèn)題的能力。在這次實(shí)習(xí)過(guò)程中我們充分發(fā)揮了團(tuán)隊(duì)的力量，每個(gè)人都有自己分工，時(shí)間利用率，制作效率都非常高。完成實(shí)習(xí)任務(wù)，對(duì)于我們這個(gè)小組每個(gè)人來(lái)說(shuō)都取得了很大的進(jìn)步，學(xué)習(xí)了很多的知識(shí)，取得的經(jīng)驗(yàn)是難能可貴的。
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