单端反激开关电源

12V/5A单端反激开关电源
摘要：本文介绍一种以UC3842作为控制核心，根据UC3842的应用特点，设计了一种基于该电流型PWM控制芯片、实现输出电压可调的开关稳压电源电路。

开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。

开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

关键字：开关电源、UC3842、PWM
0：引言
开关电源自20世纪90年代问世以来，便显示出强大的生命力，并且以其优良特性倍受人们的青睐。

随着电源技术的飞速发展，高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。

而直流高频开关电源依靠它的高精度、低纹波及高效率等优越性能，正在逐步取代传统的线性电源。

同时，高频开关电源系统的高速响应性能、输出短路电流限制及稳压和稳流等优点也使其负载的使用寿命大大增加。

随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，现代电源技术将在实际需要的推动下快速发展。

特别是在高新技术领域的应用，开关电源推动了高新技术产品的小型化、轻便化。

另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

1：开关电源的概述
1.1:开关电源的含义：一般地，开关电源大致由输入电路、变换器、控制电路、输出电路四个主体组成。

开关电源是开关稳压电源的简称，它是一种用脉宽调制(PWM)驱动功率半导体器件作为开关元件，通过周期性通断开关，控制开关元件的占空比来调整输出电压。

它与线性稳压电源（AC-DC 电源）相比，其工作频率为20 kHz-500KHz，效率可达65%-70%，而线性电源的效率只有30％-40％，因而它比线性稳压电源更节能。

1.2：开关电源的现状：电源是各种电气设备补个或缺的组成部分，其性能优越直接关系到电子设备的技术指标级能否安全可靠的工作。

由于开关电源本身的耗能低，电源效率比普通线性稳压电源高，被广泛应用于工业自动化、航空、仪表仪器、通讯、家电、电子计算机等各个行业。

开关电源被誉为高效节能型电源，因为它代表着文雅电源的发展方向，现在已经成为稳压电源的主流产品。

1.3：开关电源的发展趋势：虽然开关电源的效率比线性电源的效率高很多，但是它也有缺点，那就是电源噪声大，不适合用于某些低噪声电路；电路复杂维修困难。

所以开关电源的技术追求和发展趋势可以概括为以下四个方面：（1）小型化、薄型化、轻量化、高频化。

（2）高可靠性。

（3）低噪声。

（4）采用计算机辅助设计和控制。

（5）低输出电压技术。

2：UC3842的原理及技术参数
2.1：UC3842的原理和概述
UC3842 是开关电源用电流控制方式的脉宽调制集成电路。

与电压控制方式相比在负载响应和线性调整度等方面有很多优越之处。

图一 UC3842内部原理框图
该电路主要特点有：内含欠电压锁定电路、低起动电流（典型值为0.12mA），稳定的内部基准电压源、大电流推挽输出（驱动电流达1A），工作频率可到
500kHz 、自动负反馈补偿电路、双脉冲抑制、较强的负载响应特性。

2.1.1UC3842 内部工作原理简介
图一所示指出了UC3842内部框图和引脚图，UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性；②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(R T×C T)；⑤脚为公共地端；⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A；⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA的负载能力。

2.2：UC3842的技术参数
图二 UC3842电路结构图
表一
封装外形图：
图三
3:12V/5A单端反激开关电源原理
3.1：电路原理图
图四
3.2：原理分析
3.2.1 系统原理
本文以UC3842为核心控制部件，设计一款AC 220V输入，DC 12V输出的单端反激式开关稳压电源。

开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。

变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此，增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。

主要的功能模块包括：启动电路、过流过压欠压保护电路、反馈电路、整流电路。

以下对各个模块的原理和功能进行分析。

电路原理图如电路原理图所示。

3.2.2 启动电路
如图四所示交流电由C16、L1、C15以及C14、C13进行低通滤波，其中C16、C15组成抗串模干扰电路，用于抑制正态噪声；C14、C13、L1组成抗共模干扰电路，用于抑制共态噪声干扰。

它们的组合应用对电磁干扰由很强的衰减功能。

如四图所示，如果由于某种原因，输出端短路而产生过流，开关管的漏极电流将大幅度上升，R9两端的电压上升，UC3842的脚3上的电压也上升。

当该脚的电压超过正常值0．3V达到1V(即电流超过1．5A)时，UC3842的PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。

这时，UC3842的脚6无输出，MOS管S1截止，从而保护了电路。

如果供电电压发生过压(在265V以上)，UC3842无法调节占空比，变压器的初级绕组电压大大提高，UC3842的脚7供电电压也急剧上升，其脚2的电压也上升，关闭输出。

如果电网的电压低于85V，UC3842的脚1电压也下降，当下降lV(正常值是3．4V)以下时，PWM比较器输出高电平，使PWM锁存器复位，关闭输出。

如果人为意外地将输出端短路，这时输出电流将成倍增大，使得自动恢复开关RF内部的热量激增，它立即断开电路，起到过压保护作用。

一旦故障排除，自动恢复开关RF在5s之内快速恢复阻抗。

因此，此电路具有短路过流、过压、欠压三重保护。

3.2.3 反馈电路
反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817。

利用TL43l可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。

如图四所示，R4、R5是精密稳压源的外接控制电阻，它们决定输出电压的高低，和TL431一并组成外部误差放大器。

当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高，设定电压大于基准电压(TL431的基准电压为2.5V)，使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使片内驱动三极管的输出电压降低，也使输出电压Vo下降，最后Vo趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电
压时，误差放大器的输出电压下降，片内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使片内对PWM比较器进行调节，改变占空比，达到稳压的目的。

R7、R8的阻值是这样计算的：先固定R7的阻值，再计算R8的阻值，即
3.2.4 输出整流滤波电路
输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能。

开关电源输出端中对波纹幅值的影响主要有以下几个方面：
(1)输入电源的噪声，是指输入电源中所包含的交流成分。

解决的方案是在电源输入端加电容C5，以滤除此噪声干扰。

(2)高频信号噪声，开关电源中对直流输入进行高频的斩波，然后通过高频的变压器进行传输，在这个过程中，必然会掺人高频的噪声干扰。

还有功率管器件在开关的过程中引起的高频噪声。

对于这类高频噪声的解决方案是在输出端采用π型滤波的方式。

滤波电感采用150μH的电感，可滤除高频噪声。

(3)采用快速恢复二极管D6、D7整流。

基于低压、功耗低、大电流的特点，有利于提高电源的效率，其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声。

并联整流二极管减小尖峰电压
在大功率的整流电路中，次级整流桥电路存在较大杂散电感，输出整流管在换流时，由于电路中存在寄生振荡，整流管会承受较大的尖峰电压，尖峰电压的存在提高了对整流二极管的耐压要求，也将带来额外的电路损耗。

整流桥的寄生振荡产生于变压器的漏感(或附加的谐振电感)与变压器的绕组电容和整流管的结电容之间。

当副边电压为零时，在全桥整流器中4只二极管全部导通，输出滤波电感电流处于自然续流状态。

而当副边电压变化为高电压Vin/K(K为变压器变比)时，整流桥中有两只二极管要关断，两只二极管继续导通。

这时候变压器的漏感(或附加的谐振电感)就开始和关断的整流二极管的电容谐振。

即使采用快恢复二极管，二极管依然会承受至少两倍的尖峰电压，因此，必须采用有效的缓
冲电路，有许多文献对此作了研究，归纳起来有5种方式：RC缓冲电路，RCD
缓冲电路，主动箝位缓冲电路，第三个绕组加二极管箝位缓冲电路，原边侧加二极管箝位缓冲电路。

在这里提出另一种减小二极管尖峰电压有效的方法：即整流二极管并联，其具体的电路图如图五所示。

图五
4：结束语：
通过这次开关电源的论文设计，学会了如何利用我们所学的专业理论知识去应用到实践中。

在完成设计期间，让我们知道遇到难题我们应该如何去思考问题、解决问题。

同时也锻炼了我们的意志力，从而为我们以后的学习和工作生活打下良好的基础。

5：参考文献
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