一種新穎的單端反激式隔離開關穩壓電源的設計及應用

1引言

在大功率開關電源中，經常需要幾組隔離電源對控制、開關管的門極驅動和保護電路進行單獨供電。簡單實用，性能可靠的隔離穩壓電源將是開關電源可靠運行、性能優良的保證。正因如此，我們選擇了UC3842PWM控制器作為隔離開關穩壓電源的核心器件，并力求電源簡單實用、性能可靠。

2UC3842PWM控制器簡介UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅動雙極型晶體管和MOSFET，具有管腳數量少、外圍電路簡單、安裝與調試簡便、性能優良、價格低廉等優點。能通過高頻變壓器與電網隔離，適于構成無工頻變壓器的（20～50）W小功率開關電源。由于器件設計巧妙，構成電路所需的元件極少，非常符合“適用、夠用、好用”的原則。在一些只有直流電壓供電的場合，更是起著不可或缺的作用，有著很好的應用前景。

其內部電路主要有以下性能：

?最高開關頻率可達500kHz。

?采用圖騰柱輸出電路，能夠提供大電流輸出，輸出電流可達1A，可直接對雙極型晶體管和MOSFET進行驅動。

?內部有高穩定度的基準電壓源，典型值為5.0V，

允許有±0.1V的偏差。溫度系數為0.2mV/℃

?穩壓性能好。其電壓調整率可達0.01％/V,能同第二代線性集成穩壓器相媲美。啟動電流小于1mA，正常工作電流為15mA。

?帶鎖定的PWM，可以進行逐個脈沖的電流限制。

?具有內部可調整的參考電源，可以進行欠壓鎖定。

圖1為UC3842PWM控制器的內部結構框圖。其內部基準電路產生＋5V基準電壓作為UC3842內部電源，經衰減得2.5V電壓作為誤差放大器基準，并可作為電路輸出5V/50mA的電源。振蕩器產生方波振蕩，振蕩頻率取決于外接定時元件，接在4腳與8腳之間的電阻R與接在4腳與地之間的電容C共同決定了振蕩器的振蕩頻率，f=1.8/RC。反饋電壓由2腳接誤差放大器反相端。1腳外接RC網絡以改變誤差放大器的閉環增益和頻率特性；6腳輸出驅動開關管的方波為圖騰柱輸出。3腳為電流檢測端，用于檢測開關管的電流，當3腳電壓≥1V時，UC3842就關閉輸出脈沖，保護開關管不至于過流損壞。UC3842PWM控制器設有欠壓鎖定電路，其開啟閾值為16V，關閉閾值為10V。正因如此，可有效地防止電路在閾值電壓附近工作時的振蕩。

圖1UC3842的內部結構框圖

圖2單端反激式開關電源電路原理圖

圖3單端反激式開關電源實際電路原理圖

圖4原、副邊繞組電壓波形

圖5UC38424腳和6腳波形

圖6檢測電阻的電流波形

3單端反激式隔離開關穩壓電源的原理與設計

圖2為單端反激式隔離開關電源電路原理圖。當開關管V導通時，變壓器原邊電壓近似為輸入電壓，但副邊因整流管反偏而無電流流過，變壓器儲存磁場能量。當開關管V關斷時，各線圈電壓反向，整流管正向導通，變壓器儲存的能量通過整流管向負載釋放。單端變壓器必須滿足的一個條件是要保證磁通復位，即變壓器工作磁通必須在每個周期都回到原來的位置，否則將導致磁芯經過多個周期后逐漸達到飽和而燒毀開關管。

圖3為單端反激式隔離開關電源實際電路原理圖。由于大功率電源中有＋24V的直流電壓，所以本電源的輸入電壓取為24V。7815經一發光二極管抬升電位后啟動UC3842工作，反饋線圈12的電壓整流后經取樣電阻分壓回送到UC3842的誤差放大器反向端來調整驅動脈沖寬度，從而改變輸出電壓。根據實際給定的定時元件的數值，UC3842的工作頻率為166.7kHz。R4=0.5Ω為電流檢測電阻，其上的檢測信號經低通濾波器后與斜率補償信號相加送到UC3842的3腳，當開關管流過的電流超過2A時，UC3842關斷，從而保護了開關管不致損壞。采用斜率補償后，電路在任何占空比條件下也變得穩定。與開關管并聯的電容C4是為了消除開關管的尖峰電壓。變壓器采用印刷電路板變壓器，不需要人工繞線，簡化了變壓器的制作過程，同時使整個電源的體積減小，使線圈之間完全耦合（見圖4），并能根據需要很方便地增加或減少輸出的組數。變壓器變比為1，原邊線圈和副邊線圈成對疊放（為耦合得更好），再加上一組反饋線圈。由此來保證輸出多組隔離的24V穩定電壓。

4實驗分析及結論

圖5為UC3842的4腳三角波振蕩波形（Ch1）和6腳驅動開關管的方波（Ch2），圖6為檢測電阻（R4）的電流波形。圖4為原、副邊繞組電壓波形，這是輕載條件下的波形，振蕩是由高頻變壓器和C4諧振引起的，加載后，振蕩幅度將明顯減小，不影響整個系統的性能。這些波形及其測試值與理論上的波形及計算值基本符合。此開關電源已應用于15kW直流穩壓開關電源中，試驗證明完全符合預定的性能指標要求。