采用UC3842單端反激式開關(guān)電源設(shè)計

電路設(shè)計和原理

1．1 UC3842工作原理

UC3842是單電源供電，帶電流正向補(bǔ)償，單路調(diào)制輸出的集成芯片，其內(nèi)部組成框圖如圖l所示。其中腳1外接阻容元件，用來補(bǔ)償誤差放大器的頻率特性。腳2是反饋電壓輸入端，將取樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端，再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差電壓。腳3是電流檢測輸入端，與電阻配合，構(gòu)成過流保護(hù)電路。腳4外接鋸齒波振蕩器外部定時電阻與定時電容，決定振蕩頻率，基準(zhǔn)電壓VREF為0．5V。輸出電壓將決定變壓器的變壓比。由圖1可見，它主要包括高頻振蕩、誤差比較、欠壓鎖定、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存等功能電路。UC3842主要用于高頻中小容量開關(guān)電源，用它構(gòu)成的傳統(tǒng)離線式反激變換器電路在驅(qū)動隔離輸出的單端開關(guān)時，通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋繞組經(jīng)電阻分壓得到的信號與內(nèi)部2．5V基準(zhǔn)進(jìn)行比較，誤差比較器的輸出端與反向輸入端接成PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，誤差比較器的輸出端與電流采樣電壓進(jìn)行比較，從而控制PWM序列的占空比，達(dá)到電路穩(wěn)定的目的。

1．2 系統(tǒng)原理

本文以UC3842為核心控制部件，設(shè)計一款A(yù)C 220V輸入，DC 24V輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點變成單極點，因此，增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。

主要的功能模塊包括：啟動電路、過流過壓欠壓保護(hù)電路、反饋電路、整流電路。以下對各個模塊的原理和功能進(jìn)行分析。電路原理圖如圖2所示。

1．2．1 啟動電路

如圖2所示交流電由C16、L1、C15以及C14、C13進(jìn)行低通濾波，其中C16、C15組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲；C14、C13、L1組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對電磁干擾由很強(qiáng)的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng)D1～D4橋式整流以及電解電容C1、C2濾波后變成3lOV的脈動直流電壓，此電壓經(jīng)R1降壓后給C8充電，當(dāng)C8的電壓達(dá)到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由腳6輸出推動開關(guān)管工作。隨著UC3842的啟動，R1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給UC3842供電。由于輸入電壓超過了UC3842的工作，為了避免意外，用D10穩(wěn)壓管限定UC3842的輸入電壓，否則將出現(xiàn)UC3842被損壞的情況。

1．2．2 短路過流、過壓、欠壓保護(hù)電路

由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導(dǎo)致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護(hù)功能。如圖2所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R9兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0．3V達(dá)到1V(即電流超過1．5A)時，UC3842的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時，UC3842的腳6無輸出，MOS管S1截止，從而保護(hù)了電路。如果供電電壓發(fā)生過壓(在265V以上)，UC3842無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級繞組電壓大大提高，UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)的電壓低于85V，UC3842的腳1電壓也下降，當(dāng)下降lV(正常值是3．4V)以下時，PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。如果人為意外地將輸出端短路，這時輸出電流將成倍增大，使得自動恢復(fù)開關(guān)RF內(nèi)部的熱量激增，它立即斷開電路，起到過壓保護(hù)作用。一旦故障排除，自動恢復(fù)開關(guān)RF在5s之內(nèi)快速恢復(fù)阻抗。因此，此電路具有短路過流、過壓、欠壓三重保護(hù)。

1．2．3 反饋電路

反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817。利用TL43l可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖2所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓升高時，取樣電壓VR7也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓(TL431的基準(zhǔn)電壓為2．5V)，使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓Vo下降，最后Vo趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當(dāng)輸出電壓低于設(shè)置電壓時，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動三極管的輸出電壓升高，最終使得UC3842的腳1的補(bǔ)償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變占空比，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。R7、R8的阻值是這樣計算的：先固定R7的阻值，再計算R8的阻值，即

1．2．4 整流濾波電路

輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對波紋幅值的影響主要有以下幾個方面。

(1)輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容C5，以濾除此噪聲干擾。

(2)高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進(jìn)行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進(jìn)行傳輸，在這個過程中，必然會摻人高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用π型濾波的方式。濾波電感采用150μH的電感，可濾除高頻噪聲。

(3)采用快速恢復(fù)二極管D6、D7整流?；诘蛪骸⒐牡?、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲。

并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓

在大功率的整流電路中，次級整流橋電路存在較大雜散電感，輸出整流管在換流時，由于電路中存在寄生振蕩，整流管會承受較大的尖峰電壓，尖峰電壓的存在提高了對整流二極管的耐壓要求，也將帶來額外的電路損耗。整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感(或附加的諧振電感)與變壓器的繞組電容和整流管的結(jié)電容之間。

當(dāng)副邊電壓為零時，在全橋整流器中4只二極管全部導(dǎo)通，輸出濾波電感電流處于自然續(xù)流狀態(tài)。而當(dāng)副邊電壓變化為高電壓Vin/K(K為變壓器變比)時，整流橋中有兩只二極管要關(guān)斷，兩只二極管繼續(xù)導(dǎo)通。這時候變壓器的漏感(或附加的諧振電感)就開始和關(guān)斷的整流二極管的電容諧振。即使采用快恢復(fù)二極管，二極管依然會承受至少兩倍的尖峰電壓，因此，必須采用有效的緩沖電路，有許多文獻(xiàn)對此作了研究，歸納起來有5種方式：RC緩沖電路，RCD緩沖電路，主動箝位緩沖電路，第三個繞組加二極管箝位緩沖電路，原邊側(cè)加二極管箝位緩沖電路。在這里提出另一種減小二極管尖峰電壓有效的方法：即整流二極管并聯(lián)，其具體的電路圖如圖3所示。

并且這種方法在大功率全橋移相DC／DC電源變換器的項目中得到了應(yīng)用，實驗波形驗證了該方法，實驗結(jié)果如圖4所示，其中圖4(a)是整流橋電壓波形，可以看出，由于變壓器的漏感和二極管