基于UC3844的反激開關(guān)電源設(shè)計(jì)

引言

　　隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，開關(guān)電源正朝著小、輕、薄的方向發(fā)展。反激變換器因具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單、輸入電壓范圍寬、輸入輸出電氣隔離、體積重量小、成本低、性能良好、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于實(shí)際變換器設(shè)計(jì)中。以前大多數(shù)開關(guān)電源采用離線式結(jié)構(gòu)，一般從輔助供電繞組回路中通過(guò)電阻分壓取樣，該反饋方式電路簡(jiǎn)單，但由于反饋不是直接從輸出電壓取樣，沒(méi)有與輸入隔離，抗干擾能力也差，下面的設(shè)計(jì)采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431配合光耦構(gòu)成反饋回路，達(dá)到了更好的穩(wěn)壓效果。

　　1 UC3844芯片的介紹

　　UC3844是美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與一般的電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有外圍電路簡(jiǎn)單、電壓調(diào)整率好、頻響特性好、穩(wěn)定幅度大、具有過(guò)流限制、過(guò)壓保護(hù)和欠壓鎖定等優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

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　　該芯片的主要功能有：內(nèi)部采用精度為±2.0％的基準(zhǔn)電壓為5.00V，具有很高的溫度穩(wěn)定性和較低的噪聲等級(jí)；振蕩器的最高振蕩頻率可達(dá)500kHz。內(nèi)部振蕩器的頻率同腳8與腳4間電阻Rt、腳4的接地電容Ct的關(guān)系如式（1）所列，即

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　　其內(nèi)部帶鎖定的PWM（Pulse Width Modulation），可以實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖的電流限制；具有圖騰柱輸出，能提供達(dá)1A的電流直接驅(qū)動(dòng)MOSFET功率管。

　　2 電源的設(shè)計(jì)及穩(wěn)壓工作原理

　　單端反激變換器，所謂單端，指高頻變壓器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè)，并且只有一個(gè)輸出端；反激式變換器工作原理，當(dāng)加到原邊主功率開關(guān)管的激勵(lì)脈沖為高電平使MOSFET、開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，整流后的直流電壓加在原邊繞組兩端，此時(shí)因副邊繞組相位是上負(fù)下正，使整流二極管反向偏置而截止，磁能就儲(chǔ)存在高頻變壓器的原邊電感線圈中。

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　　圖2中MOSFET功率開關(guān)管的源極所接的R12是電流取樣電阻，變壓器原邊電感電流流經(jīng)該電阻產(chǎn)生的電壓經(jīng)濾波后送入U(xiǎn)C3844的腳3，構(gòu)成電流控制閉環(huán)。當(dāng)腳3電壓超過(guò)1V時(shí)，PWM鎖存器將封鎖脈沖，對(duì)電路啟動(dòng)過(guò)流保護(hù)功能；UC3844的腳8與腳4間電阻R16及腳4的接地電容C19決定了芯片內(nèi)部的振蕩頻率，由于UC3844內(nèi)部有個(gè)分頻器，所以驅(qū)動(dòng)MOSFET功率開關(guān)管的方波頻率為芯片內(nèi)部振蕩頻率的一半；圖3中變壓器原邊并聯(lián)的RCD緩沖電路是用于限制高頻變壓器漏感造成的尖峰電壓。變壓器副邊整流二極管并聯(lián)的RC回路是為了減小二極管反向恢復(fù)期間引起的尖峰。MOSFET功率管旁邊的RCD緩沖電路是為了防止MOSFET功率管在關(guān)斷過(guò)程中承受大反壓。緩沖電路的二極管一般選擇快速恢復(fù)二極管，而變壓器二次側(cè)的整流二極管一般選擇反向恢復(fù)電壓較高的超快恢復(fù)二極管。

　　電路的反饋穩(wěn)壓原理：（輸出電壓反饋電路如圖4所示），當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)兩電阻尺R6、R7分壓后接到TL431的參考輸入端（誤差放大器的反向輸入端）的電壓升高，與TL431內(nèi)部的基準(zhǔn)參考電壓2.5 V作比較，使得TL431陰陽(yáng)極間電壓Vka降低，進(jìn)而光耦二極管的電流If變大，于是光耦集射極動(dòng)態(tài)電阻變小，集射極間電壓變低，也即UC3844的腳1的電平變低，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電流檢測(cè)比較器與電流采樣電壓進(jìn)行比較后輸出變高，PWM鎖存器復(fù)位，或非門輸出變低，于是關(guān)斷開關(guān)管，使得脈沖變窄，縮短MOSFET功率管的導(dǎo)通時(shí)間，于是傳輸?shù)酱渭?jí)線圈和自饋線圈的能量減小，使輸出電壓Vo降低。反之亦然，總的效果是令輸出電壓保持恒定，不受電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化的影響，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)輸出閉環(huán)控制的目的。

　　3 電源的若干參數(shù)設(shè)計(jì)

　　3.1 變壓器原邊電感設(shè)計(jì)

　　3.1.1 MOSFET開關(guān)管工作的最大占空比Dmax

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　　式中：Vor為副邊折射到原邊的反射電壓，當(dāng)輸入

　　為AC 220V時(shí)反射電壓為135V；

　　VminDC為整流后的最低直流電壓；

　　VDS為MOSFET功率管導(dǎo)通時(shí)D與S極間電壓，一般取10V。

　　3.1.2 變壓器原邊繞組電流峰值IPK

　　變壓器原邊繞組電流峰值IPK為：

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　　式中：η為變壓器的轉(zhuǎn)換效率；

　　Po為輸出額定功率，單位為W。

　　3.1.3 變壓器原邊電感量LP

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　　式中：Ts為開關(guān)管的周期（s）；

　　LP單位為H。

　　3.1.4 變壓器的氣隙lg

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　　式中：Ae為磁芯的有效截面積（cm2）；

　　△B為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值（T）；

　　Lp單位取H，IPK單位取A，lg單位為mm。