基于UC3845的非隔離反激式輸出可調(diào)開關(guān)電源設(shè)計

摘要：介紹了一種基于UC3845芯片的開關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計方案。該開關(guān)電源通過單片機控制數(shù)／模電路進行輸出電壓調(diào)節(jié)，采用合理有效的濾波和穩(wěn)壓元件配合UC3845芯片工作。該電源產(chǎn)品的DC—DC轉(zhuǎn)換效率高達91％，輸出紋波電壓小于0．45 V。在該設(shè)計中，修改并確認了UC3845芯片的振蕩頻率系數(shù)的計算方法，提出了改善輸出信號波形的具體有效措施。其低成本、高效高質(zhì)的電路設(shè)計以及產(chǎn)品的調(diào)試方法具有一定的推廣價值。
關(guān)鍵詞：UC384．5；開關(guān)電源；紋波電壓；電壓調(diào)節(jié)

0 引言
開關(guān)電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，體積小等優(yōu)點，在通信設(shè)備、家用電器、儀器儀表等電子電路中應(yīng)用廣泛。本文設(shè)計的開關(guān)電源要求只有一組輸出電壓，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍在25～36 V之間，輸出電壓紋波不超過0．8 V，輸出最大功率不低于70 W。在開關(guān)電源的各種典型結(jié)構(gòu)中，反激式開關(guān)電源硬件電路簡單，輸出電壓既可高于輸入電壓，又可低于輸入電壓，非常適合用于輸出功率在200 W以下的開關(guān)電路。因此設(shè)計方案采用了非隔離式反激變換器構(gòu)成開關(guān)電路，選用電流模式控制芯片UC3845為功率開關(guān)管提供驅(qū)動電流，實現(xiàn)寬幅穩(wěn)壓和高效轉(zhuǎn)換的功能。

1 非隔離反激式變換器電路原理
反激式變換器有兩種不同形式，非隔離反激式變換器(見圖1)和隔離反激式變換器(見圖2)。非隔離反激式變換器只有一個輸出電壓，適合于只有一組輸出且不用隔離的電源，變換器只需要處理一個繞組電感。隔離反激式變換器可以在變壓器次級有多個繞組，方便地輸出多組與輸入電壓隔離的輸出電壓，并且可以通過調(diào)節(jié)變壓器的變比得到大小不同的輸出電壓。但與非隔離反激式變換器相比，多個繞組的變壓器磁芯元件將是電源設(shè)計中的一大關(guān)鍵。

對于非隔離反激式變換器，輸出電壓和輸入電壓沒有隔離，輸出電壓不低于輸入電壓。在一個開關(guān)周期內(nèi)，開關(guān)導(dǎo)通時，電壓加在電感上，電流以某斜率上升，并儲存能量在電感中；當開關(guān)關(guān)斷的時候，電感電流經(jīng)過二極管放電。

2 UC3845工作原理介紹
UC3845是安森美半導(dǎo)體公司的高性能固定頻率電流模式控制器。該控制器是專為離線和DC-DC變換器應(yīng)用而設(shè)計的，它可以使設(shè)計者使用最少的外部元件即而獲得高成本效益的解決方案。UC3845具有高達500 kHz的開關(guān)頻率、大圖騰柱輸出電流等特性，是開關(guān)電源電路中驅(qū)動功率MOSFET管的理想器件。
UC3845芯片具有雙列直插8管腳塑料封裝以及14管腳塑料表面貼封裝兩種形式，芯片內(nèi)部電路具有振蕩器、高增益誤差放大器、電流取樣比較器、PWM所存電路、5 V基準電路、欠壓鎖定電路和電流圖騰柱輸出電路等，如圖3所示。

(1)5 V基準電路。該部分電路由芯片工作電壓欠壓鎖定提供，作為芯片內(nèi)部電源，經(jīng)分壓衰減得到2．5 V作為誤差放大器的比較基準；另外基準電路也提供5 V參考電壓給第8(14)管腳。
(2)振蕩器。振蕩器電路產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率最大為1 MHz，由管腳4(7)與管腳8(14)之間的RT以及管腳4(7)與GND之間連接的CT決定。計算公式推導(dǎo)如下：
fosc=k／(RTCT) (1)
UC3845在RT=10 kΩ，CT=3．3 nF時，振蕩頻率fosc=52 kHz。代入式(1)，得到k=1．72。
因此，UC3845芯片的振蕩電路頻率表達式可以表示如下：
fosc=1．72／(RTCT) (2)
(3)高增益誤差放大器。UC3845內(nèi)部提供一個可訪問反相輸入和輸出的全補償誤差放大器。由電壓反饋端2(3)管腳輸入的反饋電壓與2．5 V進行比較，產(chǎn)生的誤差電壓用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。該誤差電壓經(jīng)1管腳輸出接RC網(wǎng)絡(luò)，用于改變增益和頻率特性進行外部回路補償。

(4)電流取樣比較器。電感電流通過與輸出開關(guān)Q1源極串聯(lián)的參考取樣電阻R轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓有電流取樣輸入管腳3(5)監(jiān)視，并與來自誤差放大器的輸出電平進行比較。當取樣電壓大于1 V時，輸出脈沖關(guān)閉，使開關(guān)管關(guān)斷，起到過流保護的作用。為了抑制電流波形前的尖脈沖，通常在電流取樣輸入管腳與取樣電阻之間增加RC濾波器消除尖脈沖引起的不穩(wěn)定性。RC濾波器的時間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時間。典型應(yīng)用電路如圖5所示。
(5)PWM鎖存電路。UC3845的電流取樣比較器和脈沖寬度鎖存電路配置可確保在任何給定的振蕩周期內(nèi)，輸出端僅有一個單脈沖輸出。即輸出端的每個控制脈沖不會超過一個振蕩周期，也就是所謂的逐脈沖控制。
(6)欠壓鎖定電路。UC3845采用兩個欠壓鎖定比較器，以保證在輸出級被驅(qū)動之前集成電路已經(jīng)工作。正電源電壓Vcc和參考輸出電壓Vref各自由分離的具有滯后特性的比較電路監(jiān)視，防止工作在各自門限值時出現(xiàn)錯誤輸出動作。Vcc比較器的上下門限分別為8．4 V和7．6 V；Vref比較器的上下門限為3．6 V和3．4 V。
(7)輸出電路。UC3845采用兩個NPN型晶體管連接的圖騰柱式輸出電路。晶體管A的集電極接電源Vcc，發(fā)射極接晶體管B的集電極，晶體管B的集電極接地。兩個晶體管的基極分別接前級控制，晶體管的連接處為輸出端。A管導(dǎo)通則B管截止，輸出高電平；B管導(dǎo)通A管截止，輸出低電平；兩管均截止時輸出為高阻狀態(tài)。