基于UC3844控制芯片的電路設(shè)計(jì)及調(diào)試開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)的器件，通過周期性間接工作，控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓。單端反激式開關(guān)電源是一種本錢最低的電源電路，輸出功率為20W～100W，工作頻率在20kHz～200kHz之間，可以同時(shí)輸出不同的電壓，而且具有較好的電壓調(diào)整率。開關(guān)穩(wěn)壓電源的反應(yīng)回路決定了開關(guān)電源的精度和整體性能。傳統(tǒng)的開關(guān)電源反應(yīng)回路從變壓器輸入端取電壓，沒有隔離，響應(yīng)慢，抗干擾能力差。本文介紹一種基于電流型PWM芯片UC3844的開關(guān)電源的反應(yīng)回路改良，采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器加光電耦合器接法，具體使用TL431加PC817。這種方法由于使用了精密電壓源做控制參考電壓，控制精度非常高，性能穩(wěn)定。1UC3844原理與特性UC3844〔如圖1〕是安森美公司生產(chǎn)的高性能、固定頻率、電流模式控制器，廣泛應(yīng)用于中小功率的DC-DC開關(guān)電源。該集成電路的特點(diǎn)是：具有振蕩器、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器、電流取樣比擬器和大電流圖騰柱輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。圖1UC3844芯片UC3844相對(duì)于同系列的UC384x，最大的優(yōu)點(diǎn)是占空比不超過50%，防止開機(jī)瞬間或負(fù)載短路時(shí)，變壓器可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象。UC3844采用DIP-8封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其管腳說明如表1所示圖2UC3844內(nèi)部框圖表1UC3844管腳說明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)二極其內(nèi)部帶鎖定的PWM(PulseWidthModulation)，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常用電路的典型結(jié)構(gòu)基于UC3844的開關(guān)電源的電流反應(yīng)電路典型結(jié)構(gòu)如圖3所示。220V交流電壓經(jīng)整流濾波后，得到300V直流電壓，主要功率經(jīng)串聯(lián)于高頻變壓器初級(jí)繞組N1，到大功率MOSFET開關(guān)管V1集電極，在UC3844的控制下，開關(guān)管V1周期性地導(dǎo)通和截止。300V直流電壓的另一路經(jīng)R2降壓后，施加到UC3844的供電端〔7腳〕，為UC3844控制器提供啟動(dòng)電源電壓，此設(shè)計(jì)中UC3844采用恒定頻率方式工作。電路啟動(dòng)后，8腳輸出一個(gè)+5.0V的基準(zhǔn)參考電壓，作用于定時(shí)元件R5、C6上，在4腳產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩波形，振蕩頻率=1.8/R4×C6，6腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖鼓勵(lì)開關(guān)三極管V1在導(dǎo)通和截止之間工作。UC3844對(duì)于輸入電壓的變化立即反映為來自N2電感電流在取樣電阻R3上的電壓變化，不經(jīng)過外部誤差放大器就能在內(nèi)部比擬器中改變輸出脈沖寬度。圖3UC3844的開關(guān)電源的電流反應(yīng)電路典型結(jié)構(gòu)這種傳統(tǒng)的電流反應(yīng)回路結(jié)構(gòu)簡單具有容易布線、本錢低的優(yōu)點(diǎn)，但是電路的缺點(diǎn)在于反應(yīng)不能直接從輸出電壓取樣，輸出電壓穩(wěn)壓精度不高，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時(shí)很難實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)壓；同時(shí)沒有隔離，抗干擾能力也差，在負(fù)載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應(yīng)慢，不適合精度要求較高或負(fù)載變化范圍較寬的場合，為了解決這些問題，可以采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431配合光耦。3反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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)管的鼓勵(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；當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖為低電平使MOSFET開關(guān)管截止時(shí)，原邊繞組兩端電壓極性反向，使副邊繞組相位變?yōu)樯险仑?fù)，那么整流二極管正向偏置而導(dǎo)通，此后儲(chǔ)存在變壓器中的磁能向負(fù)載傳遞釋放。圖4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1V時(shí)，PWM鎖存器將封鎖脈沖，對(duì)電路啟動(dòng)過流保護(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5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)斷過程中承受大反管。圖4MOSFET功率管驅(qū)動(dòng)電路及UC3844外圍電路圖5電壓器的外圍電路圖6由TL431及光耦組成的輸出電壓反應(yīng)電路電路的反應(yīng)穩(wěn)壓原理：(輸出電壓反應(yīng)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2．5V作比擬，使得TL431陰陽極間電壓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)過內(nèi)部電流檢測(cè)比擬器與電流采樣電壓進(jìn)行比擬后輸出變高，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，到達(dá)了實(shí)現(xiàn)輸出閉環(huán)控制的目的。此設(shè)計(jì)中，輸出電壓通過兩電阻分壓并經(jīng)TL431的內(nèi)部誤差放大器后，經(jīng)過光耦接UC3844的誤差放大器的腳1，而反向輸入端腳2直接接地，輸出電壓反應(yīng)直接聯(lián)接到腳1，而不是腳2，略過了UC3844的內(nèi)部誤差放大器，這使得電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快，因?yàn)榉糯笃饔米餍盘?hào)傳輸時(shí)有一定的傳輸時(shí)間，輸出與輸入并不是同時(shí)建立，不用UC3844內(nèi)部誤差放大器，把反應(yīng)信號(hào)的傳輸縮短了一個(gè)放大器的傳輸時(shí)間，從而電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)更快。4電源的參數(shù)設(shè)計(jì)及損耗分析4．1變壓器原邊電感設(shè)計(jì)4．1．1MOSFET開關(guān)管工作的最大占空比Dmax式中：Vor為副邊折射到原邊的反射電壓，當(dāng)輸入為AC220V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。4．1．2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。4．1．3變壓器原邊電感量LP式中：Ts為開關(guān)管的周期(s)；LP單位為H。4．1．4變壓器的氣隙lg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。4．2變壓器磁芯反激式變換器功率通常較小，一般選用鐵氧體磁芯作為變壓器磁芯，其功率容量AP為式中：AQ為磁芯窗口面積，單位為cm2；Ae為磁芯的有效截面積，單位為cm2；Po是變壓器的標(biāo)稱輸出功率，單位為W；fs為開關(guān)管的開關(guān)頻率；Bm為磁芯最大磁感應(yīng)強(qiáng)度，單位為T；δ為線圈導(dǎo)線的電流密度，通常取200～300A／cm2，η是變壓器的轉(zhuǎn)換效率；Km為窗口填充系數(shù)，一般為0．2~0．4；KC為磁芯的填充系數(shù)，對(duì)于鐵氧體為1．0。根據(jù)求得的AP值選擇余量稍大的磁芯，一般盡量選擇窗口長寬之比擬大的磁芯，這樣磁芯的窗口有效使用系數(shù)較高，同時(shí)可以減少漏感。4．3變壓器原副邊匝數(shù)4．3．1變壓器原邊匝數(shù)NP式中：△B為磁芯工作磁感應(yīng)強(qiáng)度變化值(T)，Ae單位為cm2，Ts單位為s。4．3．2副邊匝數(shù)Ns式中：VD為變壓器二次側(cè)整流二極管導(dǎo)通的正向壓降。4．4功率開關(guān)管的選擇開關(guān)管的最小電壓應(yīng)力UDS一般選擇DS間擊穿電壓應(yīng)比式(9)計(jì)算值稍大的MOSFET功率管。4．5變壓器損耗4．5．1繞組銅耗計(jì)算繞組電阻值R為式中：MUT為平均每匝導(dǎo)線長度(cm)；N為導(dǎo)線匝數(shù)；為20℃時(shí)導(dǎo)線每cm的電阻值(μΩ)。繞組銅耗PCU為原、副邊繞組電阻值可通過式(10)求出，當(dāng)求原邊繞組銅耗時(shí)，電流用原邊峰值電流IPK來計(jì)算；求副邊繞組銅耗時(shí)，電流用輸出電流Io來計(jì)算。4．5．2磁芯損耗磁芯損耗取決于工作頻率、工作磁感應(yīng)強(qiáng)度、電路工作狀態(tài)和所選用的磁芯材料的性能。對(duì)于雙極性開關(guān)變壓器，磁芯損耗PC為式中：Pb為在工作頻率、工作磁感應(yīng)強(qiáng)度下單位質(zhì)量的磁芯損耗(W／kg)；Gc為磁芯質(zhì)量(Kg)。對(duì)于單極性開關(guān)變壓器，由于磁芯工作于磁滯回線的半?yún)^(qū)，所以磁芯損耗約為雙極性開關(guān)變壓器的一半。變壓器總損耗為總銅耗與磁芯損耗之和。5心得體會(huì)本次設(shè)計(jì)是基于UC3844開關(guān)電源為反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的控制芯片的設(shè)計(jì)與調(diào)試。由于能力及時(shí)間所限只進(jìn)行了理論分析，沒有進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。通過本次設(shè)計(jì)可