基于电流型脉宽调制器的单端反激式稳压电源设计

电源装置是电力电子技术应用的一个重要领域，其中高频开关式直流稳压电源由丁具有效率高、体积小、重量轻等突出优点．而得到了广泛应用。本文详细介绍一种电流控制型开关电源，以低成本的UC3842 PWM控制芯片为核心构成的多路输出的开关电源设计电路。本设计采用高性能的专用芯片UC3842，应用原边检测技术去除副边反馈环，从而降低了成本。

1 单端反激式变换器的特点

单端反激式变换器又称电感储能式变换器，工作原理如图l所示，当开关管S1被PWM脉冲激励而导通时，次级整流二极管D1截止，输出电容C给负载供电。直流输入电压施加到高频变压器T的原边绕组上，此时NP相当于一个纯电感，流过NP的电流线性上升，电源能量以磁能形式存储在电感中：当开关管S1截止时，由于电感电流不能突变，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组上的电压极性颠倒使D1导通，原边储存的能量传送到副边，提供负载电流，同时给输出电容充电。  

  
单端反激式变换器通常采用加气隙来增大可工作的磁场强度H，减少剩余磁感应强度；当反激式变换器处于连续工作模式时，气隙可有效防止磁芯饱和，因而可增大电源的输出功率，减少变压器磁芯损耗，进一步提高开关频率。

2 UC3842结构和功能介绍

UC3842芯片是一种单端隔离式电流型脉宽调制集成电路，其主要特点是：

(1)外接元件少，外围电路简单，价格便宜；
(2)无需输入变压器，启动电流小；
(3)具有精密的电压基准源(±l％)；
(4)大电流(1 A)PWM输出级，可直接驱动功率MOS管；
(5)有欠电压封锁和过电流保护功能；
(6)工作频率可达500kHz。  

  
UC3842芯片能同时满足较好的电气性能和较低的成本，因而被广泛用于小功率开关电源。其内部框图如图2所示。脚l为补偿端子，外接RC网络可补偿误差放大器的频率响应；脚2是电压反馈端，取样电压加在误差放大器的反相输入端，与2．5V的基准电压进行比较，产生误差电压；脚3为电流检测输入端，外接检测电阻，可构成过流保护电路，当脚3电压等于或高于lV时，电流检测比较器输出高电平，复位PWM锁存器，从而关闭输出脉冲，达到限流保护的目的。因此，被检测的峰值电流为  



式中：Rs为功率开关管的电流检测电阻。在本设计方案中Rs选择0.33Ω。

脚4外接定时电阻和电容，用以确定振荡器的工作频率，其计算公式为  

脚6为输出端，采用图腾式输出，输出平均电流为200mA，最大电流为lA。脚7是其电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为10V，6V的启动与关闭差值可有效地防止电路在门限值电压附近时产生振荡；脚8是其内部基准电压(5V)。  

3 电源电路的工作原理

图3为工作原理图，交流输入电压经整流平滑后为电路提供直流工作电压，起动电路出电容C4和R1构成，C4经电阻R1充电，当C4电压达到UC3842的启动电压16V时，UC3842的脚6有驱动信号输出，启动过程完成后其正常的工作电压由馈电线圈N6上的高频电压经R10、D2、C4整流滤波后提供，同时也作为电压反馈信号，经R3、R4分压后送到电压比较器的反相输入端(脚2)与UC3842内部的2．5V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度，从而改变输出电压以实现对输出的控制；C8、R11、D3为主功率器件S1的缓冲回路，以吸收S1漏源极的电压尖峰；C2、R2、D1则作为脉冲变压器的缓冲回路，吸收N1的漏感所产生的尖峰，以防止功率器件的损坏；R8、C6构成滤波器以滤去由Rs检测的电流中可能会有的毛刺，防止电流比较器的误动作。
  
4 高频变压器的参数设计

本没计的目标是完成一个交流输入电压范围为220(1±20％)V，输出为24V／500mA、±15V／600mA、5V／2A的多级输出，效率η=75％，最大占空比D=O．5，工作频率f=50kHz的开关稳压直流电源。  

  
单端反激式工关电源中变压器不仅作为变压器使用，同时又作为储能电感，它的设计方法与其他类型的变压器不同。其设计参数丰要有以下3项：

(1)求出原边绕组电感量；
(2)选择规格、尺寸合适的高频变压器磁芯；
(3)计算原副边绕组匝数。

4．1 计算原边电感量Lp及变压器气隙δ

考虑到输入电压有±20％的波动，即要求该单端反激开关电源在交流电压180～260V范围内都能正常工作。原边绕组流过的峰值电流Ip为  

式中：输出功率Po=24×0．5+15×0．6×2+5×2=40W；
取反激变压器最大占空比Dmax=0．5；
Vs应取最小值
Vs(min)=180×1．4-20=232V
其中20V为直流纹波及整流桥压降之和。
将各已知量代入式(3)得  



假设电压Vs波动下限为7％，Vs(min)232(1-0．07)=216V，则  



本设计中变压器选用由铁氧体R2KB材料制成的GU26×16罐型磁芯，其所需气隙长度可由下式计算  



式中：Ae为磁心有效截面积；


即工作磁感应强度变化值取饱和值8s的一半，查阅R2KB铁氧体磁性能表可知，其饱和磁感应强度Bs=3500GS，则


磁芯有效截面积A=97．25mm2代入各值计算可得