基于UC1845的多路输出双管反激开关电源方案

4、主体电路设计

主体电路以双管反激电路为总的系统框架，用UC1845芯片和相应的外围电路构成PWM控制器，反馈电路采用了磁隔离反馈，通过一个反馈控制量实现多路输出，在输出端配合应用低压差三端稳压器，可以提高各路输出负载稳定度。

4.1反馈控制电路设计

在常用的隔离反馈技术中，航天方面选用磁反馈较光耦反馈要更为可靠和稳定。相对于磁反馈而言，光耦反馈虽然更能达到所需的带宽，且电路简单、元件少，但在高温下光耦的传输比（CTR）会变小，会导致运放饱和，使输出电压的反馈控制失效。磁反馈比光耦反馈寿命长，受温度影响小。抗辐照能力强，故在航天方面选用磁反馈较光耦反馈要更为可靠和稳定。


图3 UC1845内部结构框图

本电路中控制电路围绕脉宽调制器UC1845进行设计，采用满足航天应用的磁隔离反馈技术。电路电压采样不是直接从输出端采样而是采用了磁隔离反馈技术。这种设计可以不借助启动隔离电路而实现离线式输出，线路简单，但带来的缺点是如果输出端不使用低压差三端稳压器负载调整率做不到很高，可以通过对变压器的设计和对变压器原边电感的计算使其工作于临界连续模式，可对输出电压负载调整率有一定改善；电流环采样信号与自持电压采样反馈信号和基准电压信号进行比较，得到误差控制信号进行比较得到PWM控制信号构成了电流型控制双环控制系统对开关功率管进行开关控制，实现闭环反馈控制。

UC1845启动电压在电路每次启动时是通过启动辅助供电电路降压启动，将PWM电路的启动工作电压稳定在10~12V范围内，使PWM电路安全可靠地启动并工作；在电源模块正常工作后，由于双管串联反激电路主变压器用于给PWM供电的自持绕组输出电压比降压启动输出电压略高，使得整流二极管被反向截止，该电路无输出功率，而PWM电路通过主变压器自持绕组输出电压长期供电，这样降低了电路功耗。

4.2双管反激式开关电源变压器设计

此双管反激式变压器的绕制采用"三明治"式绕法，如图4所示，即初级绕组先绕一半，再绕次级绕组，绕后再将初级绕组剩余的匝数绕完，将次级绕组包裹在里面，这样漏感最小。且使输出绕组和自持绕组并绕以实现最佳耦合效果。


图4 变压器绕制示意图

反激式开关电源变压器不同于其他双极型变压器，能量不仅要传递，还要在变压器电感中储存，并实现隔离作用，它实际作为一个变压器-扼流圈发挥作用。因此变压器设计也不同于其他电路，初级绕组电感值直接影响电路中的电压、电流波形。

关键参数设计：

由已知条件计算出总输出功率，确定磁芯截面积S.

和磁芯工作磁感应强度ΔB，选择合适的磁芯。

初级线圈的峰值电流：

式中，N1是最小的初级匝数；Vmin是最大的初级电流电压（单位：V）；TON是开关管Q1的最大导通时间（单位：

μs）；B是AC磁通密度变化的峰-峰值（单位：T），铁氧体典型值为200mT；Ae为磁芯中心柱的有效面积（单位：

5、实验结果

本文设计的适用于航天器用宽输入电压范围的双管串联反激、磁隔离反馈、高稳定三路输出DC-DC变换器，电源输入母线电压范围为60~120V（标称：100V），输出电压为5V/0.8A、±12V/0.3A，额定输出功率为11.2W，典型效率为75%以上，输出端使用低压差三端稳压器的情况下，输出电压负载稳定度优于±1%.

5.1开关电源输出实验结果

为了检验该开关电源的性能，对上述应用电路进行了性能测试。开关电源的电压调整率、负载调整率、纹波和效率如表l所示（表中UPP为电压峰峰值）。

从实验结果可知，在宽电压输入变化范围内输出电压稳定。

5.2电流采样环波形

电流环波形如图5所示。


图5 电流环波形

5.3主开关管漏-源波形

主开关管漏-源波形如图6所示。


图6 主开关管漏-源波形

6、结语

实验证明本文所设计的基于UC1845多路输出双管反激开关电源开关电源具有良好的工作性能，输出纹波小，反馈环节易于调整，保护动作迅速可靠。符合航天电源可靠性要求，特别适用于中小功率高压母线输入多路输出场合。