劉 俊，孫勝麟，李世軍

（湖南工程學院 電氣信息學院，湘潭 411101）

0 引 言

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，開關電源也進入了一個快速發(fā)展的階段，具體的發(fā)展趨勢可以概括為以下幾個方面：①高頻化；②數(shù)字化；③模塊化；④軟開關技術(shù)；⑤非隔離DC－DC技術(shù)；⑥有源功率因數(shù)校正技術(shù).在建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的背景下，開關電源因為具有安全環(huán)保、高效節(jié)能和短小輕薄等優(yōu)點，已經(jīng)成為本學科一個主要的研究重點.

本文設計了一種新型的反激式開關電源，該電源具有多個輸出端，能同時提供24V／1A、12V／0.2A、±15V／0.5A、5V／2A等多個電壓輸出.實驗結(jié)果表明，該電源具有良好的性能.因此，該開關電源的工程應用前景良好，實用價值也較高.同時，本設計也為其它開關電源的開發(fā)提供了一定的借鑒和參考作用.

1 電流型PWM控制系統(tǒng)分析

控制系統(tǒng)框圖如圖1所示.該系統(tǒng)采用電流電壓雙閉環(huán)串級控制結(jié)構(gòu)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，外環(huán)是電壓環(huán)，控制原理是：給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue，該信號與經(jīng)電阻采樣反映電流變化的信號Us進行比較，輸出一個占空比可調(diào)節(jié)的PWM脈沖信號，從而使得輸出的電壓信號V0保持恒定［1］.

圖1 控制系統(tǒng)框圖

2 UC3844芯片簡介

UC3844是電流型PWM控制芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖2所示.腳1為誤差放大器補償端，腳2接電壓反饋信號，腳3接電流檢測信號，腳4外接時間電阻RT及CT用來設置振蕩器的頻率，腳5為接地端，腳6為推挽輸出端，可提供大電流圖騰柱輸出，腳7接芯片工作電壓，腳8提供5V的基準電壓［2］.

UC3844芯片工作原理：誤差放大器將反饋電壓與基準電壓之差放大后作為閾值電壓，再與反饋電流采樣電壓一起送至電流檢測比較器.當采樣電壓大于閾值電壓時，比較器輸出一個高電平來觸發(fā)RS觸發(fā)器.當或非門輸出低電平時，功率管關閉.此狀態(tài)一直要保持到振蕩器的輸出脈沖再次送到或非門和觸發(fā)器，持續(xù)時間是由振蕩器輸出脈沖的寬度決定.振蕩器控制了脈沖信號的上升沿，輸出電壓與功率開關管電流聯(lián)合控制了脈沖信號的下降沿.反轉(zhuǎn)觸發(fā)器限制PWM的占空比調(diào)節(jié)范圍為0～50%.

圖2 UC3844內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖和引腳圖

3 反激式開關電源參數(shù)設計

圖3為設計的反激式開關電源原理圖.輸入的220V交流經(jīng)過整流、濾波后提供給主電路.圖中12 V／0.2A、24V／1A、±15V／0.5A 輸 出 端 為UC3844芯片、繼電器和其它模擬電路供電，5V／2 A輸出端組除了為電機控制用的數(shù)字板供電外，還有穩(wěn)壓作用.

圖3 由UC3844構(gòu)成的開關電源原理圖

3.1 電壓反饋電路

PWM控制系統(tǒng)中，電壓環(huán)的作用是在輸入電壓或負載擾動的情況下，保持輸出穩(wěn)定.如圖3所示，開關電源5V／2A輸出端電壓通過元件TL431和H11A1反饋到了UC3844芯片的2引腳上.正常工作時，流入TL431的電流為0，①腳的輸出電壓為2.5V，H11A1上的電壓為1.2V，電流由公式（1）、（2）、（3）：

由公式（4）可知，在R7、R8、R9阻值確定的情況下，當5V／2A輸出端電壓大于5V時，電流ID會增加，R11上（即芯片2引腳上）的電壓也相應的增加，引起誤差放大器輸出電壓降低，占空比減小，峰值電流也隨之減小，從而達到降低輸出電壓的目的.當5 V／2A輸出端電壓小于5V時，情況正好相反.

3.2 UC3844芯片的啟動和開關脈沖的生成

UC3844啟動電壓為16V，R3是啟動電阻.芯片正常工作時，由D5、D6、D7、C26、C23、C24等元件構(gòu)成的電路提供電壓.

開關脈沖由R12、C33等元件構(gòu)成的電路產(chǎn)生.8引腳的5V基準電壓經(jīng)R12給C33充電，C33在充放電過程中產(chǎn)生自激振蕩，頻率

3.3 電流的檢測與限制

正常工作時，誤差放大器決定了采樣電阻R17上的峰值電壓.流經(jīng)R17上的檢測電流，式中，Ue是誤差放大器的輸出電壓.芯片的電流比較器反向端箝位電壓為1V，最大限制電流為

當開關管導通時，R17上的電壓會增加，并通過R13反饋到芯片3引腳上.由電流比較器進行比較，當超過一定值時，開關管就會截止.同時，開關管導通時會產(chǎn)生尖峰電流.為此專門設計了由R13、C32等元件組成的濾波器來抑制.

3.4 漏感消除電路

（1）RCD吸收回路

為了消除漏感，本文設計了由R18、C36、D15等元件構(gòu)成的無源箝位電路.該電路簡單方便，抑制漏感效果良好.

開關管斷開時，漏感被轉(zhuǎn)移至C36、R18上.開關管導通時，C36沒有放電到零.在開關管漏源電壓上升時間內(nèi)，電容將不起作用，這有利于反激過沖.

（2）開關管保護電路

保護電路由R16、D14、C35等元件構(gòu)成，其中續(xù)流二極管D14選擇肖特基二極管.

開關管的漏源間電壓波形如圖4所示.漏極電壓在Toff（開關管關斷時間）內(nèi)上升到2Vi（變壓器原邊輸入電壓），電流也由IP／2（設一半的電流流過C35）減到0.因此有

在開關管關斷時，為了使C35上電壓為0.在Ton這段時間內(nèi)，C35應對R16放電到總電荷的5%以內(nèi)，所以有：

圖4 開關管漏源間電壓波形圖

3.5 變壓器參數(shù)設計

（1）磁心的選擇

（2）輸入和5V輸出端組匝數(shù)比

（3）初級電感

（4）氣隙長度

（5）初次級繞組匝數(shù)

（6）繞組線徑

4 實驗結(jié)果

對設計的開關電源進行測試，并得出了測試數(shù)據(jù)和實驗波形.表1和表2分別是該開關電源空載和帶負載時的測試數(shù)據(jù)，其中5V輸出端帶負載3Ω，±15V輸出端帶負載30Ω，24V輸出端帶負載15Ω.圖5是該開關電源5V輸出端的電壓波形，測得峰值電壓約為30mV.實驗表明該開關電源具有良好的穩(wěn)壓效果，其輸出電壓紋波小，負載調(diào)整率高.

表1 實測數(shù)據(jù)1（空載）

表2 實測數(shù)據(jù)2（帶負載）

圖5 5V輸出紋波圖

［1］劉 俊，楚 君，等.基于UC3842的多輸出開關電源設計［J］.微計算機信息，2009，13：189－191.

［2］劉 俊，楚 君，等.一種雙環(huán)控制多輸出電源的設計與應用［J］.微計算機信息，2008（7）：127－129.

［3］何希才.新型開關電源設計與應用［M］.北京：科學出版社，2001.