黃莉莉

南京康尼機(jī)電股份有限公司 江蘇南京 210038

反激式開關(guān)電源具有效率高、體積小、輸出穩(wěn)定、比模塊電源成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在軌道交通等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。

反激式開關(guān)電源有兩種運(yùn)行模式：電感電流連續(xù)模式（CCM）和電感電流斷續(xù)模式（DCM）。DCM模式變壓器體積更小，運(yùn)用更廣泛。本文討論DCM模式下的反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)。

1 反激式開關(guān)電源工作原理

反激式開關(guān)電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關(guān)電源。開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電感電流上升，變壓器儲(chǔ)存能量，輸出電容Co向負(fù)載功能；開關(guān)管Q截止時(shí)，變壓器次級(jí)向負(fù)載供能。

2 電源設(shè)計(jì)電路圖

本文設(shè)計(jì)的電源電路圖如圖1所示。輸入電壓經(jīng)EMI濾波電路后，通過整流橋VBR1及C5轉(zhuǎn)化為直流電壓；該電壓作為UC2845的工作輸入電壓，控制輸出電壓（+15V）。電路用UC2845作為MOS管驅(qū)動(dòng)芯片。

圖1 基于UC2845的反激開關(guān)電源原理圖

2.1 設(shè)計(jì)要求

本文設(shè)計(jì)的反激式開關(guān)電源的具體指標(biāo)如下：輸入為交流90-242V；輸出為1路直流5V/3A輸出、1路直流15V/1A輸出。開關(guān)頻率63kHz，總輸出功率為30W，效率80%，輸出紋波峰-峰值不大于輸出電壓的5%。

2.2 控制芯片選擇

設(shè)計(jì)中選用美國(guó)Unitrode公司生產(chǎn)的一款高性能固定頻率電流型控制器芯片UC2845，具有電流反饋和電壓反饋雙環(huán)控制的特點(diǎn)，能夠通過調(diào)整占空比來(lái)適應(yīng)負(fù)載變化造成的輸出電壓變化[2-3]。

2.3 EMI濾波電路

圖1的EMI濾波器中，L2、C1、C4抑制共模干擾，L1、C2、C3抑制差模干擾。共模電感L2通常取10-33mH；C1、C4電容范圍 1-3nF；C2、C3電容范圍 0．1-0．33uF。

2.4 緩沖電路

MOS管關(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生很高的電壓尖峰脈沖，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。本文通過采用R12、C16、D4組成的RCD緩沖吸收電路消除尖峰。

2.5 電流取樣和過流保護(hù)

電源的電流取樣由取樣電阻R11來(lái)完成，通過電流采樣完成過流保護(hù)。R10、C10為濾波電路，濾除開關(guān)管開通電流尖峰，防止誤觸發(fā)。

2.6 反饋電路

圖1中輸出電壓+15V被電阻R13、R14分壓后，以電壓的形式反饋給UC2845的1腳調(diào)整輸出占空比，穩(wěn)定輸出電壓。

2.7 變壓器設(shè)計(jì)

（1）確定VOR和VDSMAX。如圖1所示，MOS管Q1關(guān)斷時(shí)，輸入電壓VBR1與次級(jí)反射電壓nV+15V（即VOR）共同疊加在MOS管的D、S兩端。DCM模式低壓滿載時(shí)，最大占空比Dmax為0．45。Dmax越小，VOR越小，MOS管的應(yīng)力越小，次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力增大。因此，應(yīng)保證MOS管有足夠裕量的情況下，盡可能增大Dmax，降低次級(jí)整流管的電壓應(yīng)力。綜上，選擇耐壓值為600V的MOS管。

（2）確定初級(jí)電感Lm。根據(jù)以下公式確定最惡劣條件下（最低輸入電壓、滿載）的變壓器初級(jí)電感Lm：

fsw為開關(guān)頻率；h為工作效率；

（3）磁芯及繞組匝數(shù)。選擇磁芯EI28，根據(jù)磁芯計(jì)算出初級(jí)電感匝數(shù)52匝及主反饋回路繞組匝數(shù)8匝、+5V回路繞組匝數(shù)3匝、IC供電輔助繞組匝數(shù)8匝。

（4）確定繞組線徑。根據(jù)次級(jí)繞組RMS電流公式，計(jì)算出+15V回路繞組線徑為0．66mm；+5V回路繞組線徑為1．15mm；輔助繞組線徑為0．2mm。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

為檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源性能，在實(shí)驗(yàn)室中完成樣機(jī)試制并測(cè)試。圖2左側(cè)為輸出繞組+15V的電壓波形，由圖可看出，+5V的響應(yīng)時(shí)間為10ms，+15V的響應(yīng)時(shí)間為65ms，輸出電壓響應(yīng)時(shí)間較快且輸出穩(wěn)定。圖2右側(cè)為輸出繞組+15V的電壓紋波，由圖中可以看出，紋波電壓峰-峰值分別為200mV和400mV，紋波電壓小，滿足設(shè)計(jì)所提要求

圖2 輸出繞組+15V電壓和紋波圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種基于UC2845，工作在斷續(xù)模式下的反激式開關(guān)電源，并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電源功能及性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電壓性能穩(wěn)定，電源紋波小，響應(yīng)時(shí)間快。