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采用UC3843的DC到DC升压转化器
发布时间:2021-09-04
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采用UC3843的DC到DC升压转化器
发布时间:2021-09-04
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DC转DC转换器在电子爱好者中颇为流行,并在行业内得到广泛应用。有三种主要类型的非隔离 DC 到 DC 转换器:降压、升压和降压-升压。在这篇文章/视频中,我使用了著名的 UC3843 芯片、功率肖特基二极管和 N 沟道 Mosfet 等主要组件来设计紧凑型 DC 至 DC 升压转换器。输入电压可低至 9V,适用于各种应用,例如 12V 至 18V 转换,以使用单个 12V 电池为笔记本电脑供电。

我使用 Altium Designer 21 和 SamacSys 组件库来设计原理图和 PCB。PCB 由 PCBWay 在绿色阻焊层中制造。此外,我使用 Siglent SDS2102X Plus/SDS1104X-E 示波器和 Siglent SDM3045X 万用表检查了电路的噪声系数。让我们开始吧!

视频演示:

规格

  • 输入电压:9-16V 
  • 输出电压:28Vmax(可增加,见正文)
  • 输出电流:4Amax
  • 输出噪声(空载):5mVrms
  • 输出噪声(2A 负载):27mVrms

A. 电路分析

图 1 显示了 DC-DC 升压转换器的原理图。很明显,电路的核心是 UC3843 芯片。

图1-UC3843 DC-DC升压转换器原理图

C1 和 C2 已用于降低输入噪声。L1、D1 和 Q1 构建升压转换网络。L1 是一个 8A 到 10A 的 100uH 电感。D1 是 MBR20100CT [2] 肖特基二极管(一个封装中的两个并联二极管)。Q1 是 IRFZ44 N 沟道 Mosfets [3]。Mosfet 的导通电阻 (RDS(ON)) 仅为 28 毫欧左右,在 25C 时可处理高达 50A 的电流。因此,这些特性使这些组件非常适合该项目。

IC1 是升压转换器电路的控制器。根据 UC3943 数据表:“UC3842/UC3843/UC3844/UC3845 是固定频率电流模式 PWM 控制器。它们专为离线和 DC 到 DC 转换器应用而设计,外部组件最少。这些集成电路具有用于精确占空比控制的微调振荡器、温度补偿参考、高增益误差放大器、电流检测比较器和用于驱动功率 MOSFET 的高电流图腾柱输出。”

C3、C4、C5、C6 和 C7 用于降低输出噪声。通常,升压转换器的输出比降压转换器的噪声更大,尤其是在使用分立元件时。单芯片降压/升压控制器噪声较小,但是这些控制器的输出电压和电流是有限的。

R1 是一个 10K 多圈电位器,您可以设置它来调整输出电压。您可以通过降低 R5 值来提高输出电压电平。使用以下公式确定输出电压:

Vout = 2.5 (1 + R1/R5)

因此很明显,当 R5 为 1K 时,最大输出电压介于 27V 至 28V 之间。如果我们将 R5 值降低到 820R 或 680R,那么最大输出电压将在 32V 到 33V 或 39V 到 40V 左右。我不建议将输出电压增加得更多,因为电压 + 噪声水平可能会超过电容器的额定电压容差 (50V),当然实际上可能低于 50V(由于制造容差)。R2 和 R3 并联放置,以构建初步负载以帮助稳定输出电压。

B. PCB 布局

图 2 显示了该设计的 PCB 布局。它是两层PCB板,混合了SMD和通孔元件。从顶层、底层以及丝印和阻焊层(顶层)的视图都已包含在图 2 中。 

图2-DC-DC升压转换器的PCB布局

正如我在摘要中提到的,我使用 Altium Designer 软件 来设计原理图和 PCB。我没有这个项目中几个组件的原理图符号、PCB 封装和 3D 模型。因此,我没有浪费时间从头开始设计组件库并增加错误和不匹配的风险,而是使用免费的、IPC 评级的 SamacSys 组件库,并使用 SamacSys Altium 插件将它们直接导入 Altium PCB 项目  . SamacSys 为大多数电子设计 CAD 软件 提供了插件,而不仅仅是 Altium Designer。图 3 显示了支持的电子设计 CAD 软件。 

图 3-SamacSys 支持的电子设计CAD软件(插件) 

具体来说,我使用了用于 IC1、Q1和 D1 的 SamacSys 库,您可以在参考资料中考虑这些库。另一种选择是从 componentsearchengine.com 下载组件库并手动导入它们。由你决定。图 4 显示了 SamacSys Altium 插件中选定的组件。

图 4-SamacSys Altium 插件中的选定组件

C. 组装和测试

图 5 从顶部和底部显示了组装好的 PCB 板。这是电路的原型。在上次修订中,我添加了两个并联电阻作为初步负载。有些组件是通孔的,有些是 SMD 的。焊接组件应该没有任何问题,但是,您可以订购组装板。

图 5-组装好的PCB板(顶视图和底视图)

一般而言,稳压器(电源)中有两个参数很重要:线路调整率和负载调整率。线路调节是电源在输入线路电压变化时保持其指定输出电压的能力。它表示为输出电压变化相对于输入线电压变化的百分比。负载调整率是电源在负载变化的情况下保持其指定输出电压的能力。这并不意味着容差适用于负载突然变化时,而是意味着在允许的负载范围内,调节可以改变这个量。请查看我测试的 YouTube 视频。准备这些测量的最佳工具是直流负载。在撰写本文时,我还没有收到我的直流负载,这就是 Silent SDL1020X-E。我将在不久的将来使用直流负载分析该转换器设备,但至少现在我们可以对其进行部分测试并检查输出噪声。 

图 6 显示了升压转换器在空载情况下的输出噪声。我使用了 Siglent SDS2102X Plus 示波器的功率分析功。当然,您也可以使用更便宜的 Siglent SDS1104X-E 示波器,但是,plus 超出了范围。它是一个榜样设备。在波形中可以看到一些不太可能来自输出线的长电感尖峰。所以我把 Vrms 作为一个指标。

图 6-使用 Siglent SDS2102X Plus 示波器的 DC-DC 转换器的输出噪声

图 7 显示了 DC-DC 转换器在 2A 负载下的输出噪声。与上述相同,我不认为这些多头高峰真的来自供应。当我远离探头时,这些尖峰会显着消失。我建议您使用一些尽可能靠近负载的电容器。

图 7-DC-DC转换器的输出噪声(2A负载)

D. 物料清单

图 8 显示了电路的物料清单。L1 是一个 47uH 到 100uH 的电感器,您可以自行构建或购买。我自己构建了它,所以我不能为此提供任何特定的部件号。但是,请确保您的电感器能够承受至少 8A 至 10A 的电流。您可以使用 1mm 铜线和环形铁氧体磁芯。用于电感器占位面积的钻孔尺寸为 1.3 毫米。

图 8-物料清单(L1 除外)

以上,就是关于这个项目的全部分享了,欢迎留言评论交流。

 

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