基于UC3844的中功率反激式开关电源设计
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小、高耐压、成本低廉等优点，是一种极有发展前途的新型 MOS 功率器件。由于单端反 激式开关电源中所产生的反向电动势 e »170V ，绕组漏感造成的尖峰电压 Ul »100V ，那么 U Im ax + e +Ul » 650V ，因此开关功率管应能承受 650V 以上的高压。另外，考虑到 MOS 管的损耗分为开关损耗和导通损耗，开关损耗与开关频率有关，导通损耗与 MOS 管导通 电阻 Rds 有关，因此在选择开关管的时候，为了减少其导通损耗，通常选择导通电阻小的 MOS 管。这里采用日本东芝公司生产的型号为 2SK2611 的 MOS 管，其漏源间能承受最 高电压 900V，远大于我们计算的 630V，最大漏极电流 9A，最大漏极耗散功率 150W，导 通电阻 Rds = 1.2W ，完全能满足要求，但是在使用过程中必须加合适的散热器，并在接触器 面上涂上一层导热的硅脂。
2 UC3844 管脚功能简介
UC3844 是电流型单端输出式 PWM 控制芯片，它主要由高频振荡、误差比较、电流 取样比较、脉宽调制锁存、欠压锁定、过压保护等功能电路组成。7、5 脚为正、负电源 供应脚；1 脚为误差放大器输出端，1、2 脚之间的阻容反馈网络，与内部电路构成闭环调 节器；2 脚为误差放大器反相输入端，该端接由输出电压回路来的反馈信号；3 脚为电流 检测比较器输入端，该端接电流或电压检测信号，以实现过流和过压保护；4 脚为振荡定
Po = 24´4 = 96W 。 设 开 关 电 源 的 效 率 h = 85% ， 则 高 频 变 压 器 的 额 定 输 入 功 率
P1 = Po / h = 113W ，设计高频变压器时留出一点余量，可取 Pm = 130W 。
则 Sj = 0.15 130 = 1.71cm2
深圳市伟创电气有限公司
自馈绕组 N2 回路中的整流管 D8 采用 BVY26E 型快速恢复二极管，其中 Uf=0.44V。
绕组两端的有效值电压为 20V 时，经整流滤波后可获得大约 16V 的直流电源，向 UC3844
供电，不难算出
N2
=
140´(20 + 0.44)(1 230 ´ 0.425
0.425)
=
16.8
匝
实取 17 匝。
关键词：电流型 PWM；UC3844；开关电源
Design of the Medium Power Switching Power Supply Based on UC3844
Research and development of test YAN Xue-ming Abstract: The paper expounds a kind of design of new single channel medium-power switching mode power supplies which is based on UC3844 PWM (Pulse Width Modulation) controller, and expounds the general design method of the control-loop design of Flyback SMPS,It can be used as the power module in the fields of controlling such as for electric machinery,It can be used with great generality and has achieved great effect in actual usage. Key words: Current type PWM ；UC3844 ；Switching power supplies
（3）由阻容吸收元件、TVS 和阻塞二极管组成的 R、C、TVS、VD 型钳位电路，如 图 4（c）所示。
公式 5
Ip
=
hU
2P0 Im in× D
max
=
2´96 0.85´ 230 ´ 0.425
=
2.31A
………………………
公式 6
Is = 1.3Ip = 3A …………………………………………………… 公式 7
（4）确定一次绕组匝数 N1 可由下式确定 N1，R 值设定为 0.5，磁铁密度 Bpk 怎么变化都不会超过 0.3T。
深圳市伟创电气有限公司
基于 UC3844 的中功率开关电源设计
研发部中试组 严学明
摘要：本文阐述了一种基于 UC3844 PWM（脉宽调制）控制器的新型单路中功率输
出开关电源电路的设计，并阐述了反激式开关电源控制环路的一种设计方法。可以作为电 机等控制领域的电源模块，具有很好的通用性，在实际应用中取得了很好的效果。
44.8
13.3
13.3
29.0
30.8
EER42
42.0
44.8
15.5
15.5
28.9
30.8
EER49
49.0
53.2
17.2
17.2
36.4
37.6
表 1 -变压器尺寸大小表格
通过计算可知，EER40 型磁心的 Sj = 1.33´1.33 = 1.76cm2 ，与之非常接近。
（2）计算脉冲信号的最大占空比 D max
d = 0.04p N1Is B
………………………………………………
这里 B 取 250mT，把 N1=140， Is =3A 代入可得
公式 10
d = 0.21cm = 2.1mm
每边可留出 0.4mm 的气隙。
（7）开关功率管的选择 本电路的开关功率管采用 MOS 管，MOS 管具有输入阻抗高、开关速度快、通态电阻
max)2
……………………………………………
将η=85%,U Im in = 230V , D max = 42.5% ，f=39KHZ 一并带入上式得到
L1 =
0.85(230´0.425)2 2´96´39´103
= 1.08(mH )
设满载时的峰值电流为 Ip ，在进行短路保护时的过载电流为 Is
………………………
公式 3
那么在一个周期（秒）内传输的能量即为输入功率，其值为
P
=
[(Vdc -1)Ton]2 2TL1
»
(Vdc ×Ton)2 2L1
f
=
P0 h
……………………………… 公式 4
进而推导出高频变压器一次绕组的电感量 L1 最小值计算方程
深圳市伟创电气有限公司
L1
=
h
(Udc
min× D 2P0 f
=
140
匝
（5）确定自馈绕组 N2 和二次绕组 N3 的匝数
一旦一次绕组确定之后，利用下式即可计算 N2，N3 的匝数
N
=
N1(U 0 +Uf )(1 - D max) U Im in× D max
…………………………………………
式中，U0 为一次绕组 N2（N3）两端的电压；
公式 9
Uf 为输出整流二极管的正向压降。
0 引言
开关电源被誉为高效、节能型电源，它代表着稳压电源的发展方向。目前，以电流型 PWM（脉宽调制）控制器为核心的开关电源以其体积小、高性价比、外围电路简单、高 可靠性获得了广泛应用，已成为设计中、小功率开关电源的优选产品。本文设计了一种主 要用于电机控制领域中的新型单路输出反激式开关电源，其电压调整率、负载调整率、电 源效率都非常高。同时采用了线性光耦 HCPL-181、三端可调稳压管 TL431 和运放积分电 路配合控制作为信号反馈，大大提高了瞬态响应速度。
率为 di / dt = (UI -1) / L1, 其中 L1 是初级电感。在导通结束之后，初级线圈电流上升达到
Ip = (UI -1)Ton / L1 , 此时变压器存储在初级的能量为
E
=
L1(Ip)2 2
=
U 2dc×D 2 f 2L1
=
(Udc-1)2T 2on 2L1
»
U 2dc×D2 2 f 2L1
此开关电源的设计输入电压为 DC230V~DC380V 之间。单端反激式开关电源中所产生
的反向电动势 e»170V 。
计算脉冲信号最大占空比的公式为
D
max
=
e
e + Udc
m
in
×100%
即
……………………………………
公式 2
D
max
=
170 170 + 230
×100%
=
42.5%
（3）计算一次绕组的电感量 L1 在每次开关管导通期间，加在变压器一次绕组的电压是恒定的，其电流线性上升，斜
N1
=
(1
+
2 R
)´
U Im in´ D max 2´ Bpk ´ Ae´ f
……………………………………… 公式 8
我们查得数据可知，EER40 高频变压器磁心有效面积 Ae = 1.49cm2 ，带入数据得到
N1
=
(1 +
02.5 ) ´
230´0.425 2´0.3´1.49´10-4 ´39´103
（8）漏极钳位保护电路设计 漏极钳位保护电路主要有 4 种设计方案，如下图 4 所示。
图 4 -4 种无源漏极钳位保护电路
（1）是利用瞬态电压抑制 TVS 和阻塞二极管组成的 TVS、VD 型钳位电路，如图 4 （a）所示。
深圳市伟创电气有限公司
（2）是利用阻容吸收元件和阻塞二极管组成的 R、C、VD 型钳位电路，如图 4（b） 所示。
深圳市伟创电气有限公司
时元器件接入端；6 脚为振荡信号输出端，经一外接电阻直接驱动电源开关管；8 脚为基 准电压输出端子，能提供标准 5V 电压供振荡定时回路。
3 主电路拓补及详细参数
下图 2 为本开关电源的原理图。输入电压为 DC230V~DC380V，输出功率可达 96W， 24V/4A 单路输出，开关频率 f=39KHZ。
下表 1 给出了几组 EER 系列型高频变压器磁心尺寸。
型号
尺寸 Dimension in mm
TYPE
A
B
C
D
E
F
EER28
28.5
34.0
11.4
9.9
21.2
25.0
EER35
35.6
43.2
11.3
11.3
26.5
31.2
EER39
39.1
39.6
12.6
12.5
29.5
29.2
EER40
40.0
二次绕组 N3 回路中选用肖特基二极管 DSEP30-06A，Uf»0.4V，U0=24V。来自深圳市伟创电气有限公司
N3
=
140´(24 + 0.4)(1230´0.425
0.425)
=
20
匝
（6）计算空气气隙 d
为防止高频变压器发生磁饱和现象而损坏开关功率管，需要在 EER40 型磁心的两个
侧面各留出一定的空气气隙d 。假如磁场集中于气隙处而未向外部泄露，则
图 2 开关电源原理图
4 设计思路
（1）磁心的选择 高频变压器的最大承受功率 Pm 与磁心截面积 Sj (单位是 cm2 )之间存在下述经验公
式
Sj = 0.15 Pm
…………………………………
公式 1
其 中 Sj = CD ， C 为 舌 宽 ； D 为 磁 心 厚 度 ， Pm 单 位 为 W 。 现 实 际 输 出 功 率
1 电流控制型开关电源的基本电路
电流控制型开关电源是在电压控制环的基础上又增加了电流控制环，其工作原理及波 形分别如图 1（a)、（b）所示。Us 为电流检测电阻 RS 的压降，此时 PWM 比较器兼作电 流检测比较器。
深圳市伟创电气有限公司
图 1 电流型 PWM 控制系统框图
电流控制型需通过检测电阻来检测功率开关的开关电流，并且可逐个周期的限制电 流，便于实现过电流保护。固定频率的时钟脉冲将 PWM 锁存器置位，从 Q 端输出的驱动 信号为高电平，使功率开关管 VT 导通，高频变压器一次侧的电流线性地增大。当电流检 测电阻 Rs 上的压降达到并超过 Ur 时，电流检测比较器翻转，输出的低电平信号将锁存器 锁存，从 Q 端输出的驱动信号变为低电平，令开关管关断，直到下一个时钟脉冲使 PWM 锁存器复位。
电流控制型开关电源主要具有以下优点： （1）它属于双闭环控制系统，外环由电压反馈电路构成，内环由电流反馈电流组成， 并且电流反馈电流受电压反馈电路的控制。与电压反馈电路相比，电流反馈电路的增益宽 带（Gain Bandwidth）更大。 （2）对输出电压瞬态变化的响应速度快，当输入电压发生变化时能迅速调整输出电压 达到稳定值。这是因为输入电压的变化会导致一次侧电感电流发生变化，进而使 Us 改变， 无须经过误差放大器，直接通过电流检测比较器就能改变输出脉冲的占空比。 （3）在电压控制环和电流控制环的共同控制下，可提高电压调整率指标。 （4）能简化误差放大器补偿网络设计。 （5）只要开关电流脉冲的峰值达到设定的阀值，PWM 比较器就动作，使功率开关管关 断，维持输出电压稳定。 （6）本身带限电流保护电路，只需改变 Rs 值，即可精确设定限电流阀值。
2 UC3844 管脚功能简介
UC3844 是电流型单端输出式 PWM 控制芯片，它主要由高频振荡、误差比较、电流 取样比较、脉宽调制锁存、欠压锁定、过压保护等功能电路组成。7、5 脚为正、负电源 供应脚；1 脚为误差放大器输出端，1、2 脚之间的阻容反馈网络，与内部电路构成闭环调 节器；2 脚为误差放大器反相输入端，该端接由输出电压回路来的反馈信号；3 脚为电流 检测比较器输入端，该端接电流或电压检测信号，以实现过流和过压保护；4 脚为振荡定
Po = 24´4 = 96W 。 设 开 关 电 源 的 效 率 h = 85% ， 则 高 频 变 压 器 的 额 定 输 入 功 率
P1 = Po / h = 113W ，设计高频变压器时留出一点余量，可取 Pm = 130W 。
则 Sj = 0.15 130 = 1.71cm2
深圳市伟创电气有限公司
自馈绕组 N2 回路中的整流管 D8 采用 BVY26E 型快速恢复二极管，其中 Uf=0.44V。
绕组两端的有效值电压为 20V 时，经整流滤波后可获得大约 16V 的直流电源，向 UC3844
供电，不难算出
N2
=
140´(20 + 0.44)(1 230 ´ 0.425
0.425)
=
16.8
匝
实取 17 匝。
关键词：电流型 PWM；UC3844；开关电源
Design of the Medium Power Switching Power Supply Based on UC3844
Research and development of test YAN Xue-ming Abstract: The paper expounds a kind of design of new single channel medium-power switching mode power supplies which is based on UC3844 PWM (Pulse Width Modulation) controller, and expounds the general design method of the control-loop design of Flyback SMPS,It can be used as the power module in the fields of controlling such as for electric machinery,It can be used with great generality and has achieved great effect in actual usage. Key words: Current type PWM ；UC3844 ；Switching power supplies
（3）由阻容吸收元件、TVS 和阻塞二极管组成的 R、C、TVS、VD 型钳位电路，如 图 4（c）所示。
公式 5
Ip
=
hU
2P0 Im in× D
max
=
2´96 0.85´ 230 ´ 0.425
=
2.31A
………………………
公式 6
Is = 1.3Ip = 3A …………………………………………………… 公式 7
（4）确定一次绕组匝数 N1 可由下式确定 N1，R 值设定为 0.5，磁铁密度 Bpk 怎么变化都不会超过 0.3T。
深圳市伟创电气有限公司
基于 UC3844 的中功率开关电源设计
研发部中试组 严学明
摘要：本文阐述了一种基于 UC3844 PWM（脉宽调制）控制器的新型单路中功率输
出开关电源电路的设计，并阐述了反激式开关电源控制环路的一种设计方法。可以作为电 机等控制领域的电源模块，具有很好的通用性，在实际应用中取得了很好的效果。
44.8
13.3
13.3
29.0
30.8
EER42
42.0
44.8
15.5
15.5
28.9
30.8
EER49
49.0
53.2
17.2
17.2
36.4
37.6
表 1 -变压器尺寸大小表格
通过计算可知，EER40 型磁心的 Sj = 1.33´1.33 = 1.76cm2 ，与之非常接近。
（2）计算脉冲信号的最大占空比 D max
d = 0.04p N1Is B
………………………………………………
这里 B 取 250mT，把 N1=140， Is =3A 代入可得
公式 10
d = 0.21cm = 2.1mm
每边可留出 0.4mm 的气隙。
（7）开关功率管的选择 本电路的开关功率管采用 MOS 管，MOS 管具有输入阻抗高、开关速度快、通态电阻
max)2
……………………………………………
将η=85%,U Im in = 230V , D max = 42.5% ，f=39KHZ 一并带入上式得到
L1 =
0.85(230´0.425)2 2´96´39´103
= 1.08(mH )
设满载时的峰值电流为 Ip ，在进行短路保护时的过载电流为 Is
………………………
公式 3
那么在一个周期（秒）内传输的能量即为输入功率，其值为
P
=
[(Vdc -1)Ton]2 2TL1
»
(Vdc ×Ton)2 2L1
f
=
P0 h
……………………………… 公式 4
进而推导出高频变压器一次绕组的电感量 L1 最小值计算方程
深圳市伟创电气有限公司
L1
=
h
(Udc
min× D 2P0 f
=
140
匝
（5）确定自馈绕组 N2 和二次绕组 N3 的匝数
一旦一次绕组确定之后，利用下式即可计算 N2，N3 的匝数
N
=
N1(U 0 +Uf )(1 - D max) U Im in× D max
…………………………………………
式中，U0 为一次绕组 N2（N3）两端的电压；
公式 9
Uf 为输出整流二极管的正向压降。
0 引言
开关电源被誉为高效、节能型电源，它代表着稳压电源的发展方向。目前，以电流型 PWM（脉宽调制）控制器为核心的开关电源以其体积小、高性价比、外围电路简单、高 可靠性获得了广泛应用，已成为设计中、小功率开关电源的优选产品。本文设计了一种主 要用于电机控制领域中的新型单路输出反激式开关电源，其电压调整率、负载调整率、电 源效率都非常高。同时采用了线性光耦 HCPL-181、三端可调稳压管 TL431 和运放积分电 路配合控制作为信号反馈，大大提高了瞬态响应速度。
率为 di / dt = (UI -1) / L1, 其中 L1 是初级电感。在导通结束之后，初级线圈电流上升达到
Ip = (UI -1)Ton / L1 , 此时变压器存储在初级的能量为
E
=
L1(Ip)2 2
=
U 2dc×D 2 f 2L1
=
(Udc-1)2T 2on 2L1
»
U 2dc×D2 2 f 2L1
此开关电源的设计输入电压为 DC230V~DC380V 之间。单端反激式开关电源中所产生
的反向电动势 e»170V 。
计算脉冲信号最大占空比的公式为
D
max
=
e
e + Udc
m
in
×100%
即
……………………………………
公式 2
D
max
=
170 170 + 230
×100%
=
42.5%
（3）计算一次绕组的电感量 L1 在每次开关管导通期间，加在变压器一次绕组的电压是恒定的，其电流线性上升，斜
N1
=
(1
+
2 R
)´
U Im in´ D max 2´ Bpk ´ Ae´ f
……………………………………… 公式 8
我们查得数据可知，EER40 高频变压器磁心有效面积 Ae = 1.49cm2 ，带入数据得到
N1
=
(1 +
02.5 ) ´
230´0.425 2´0.3´1.49´10-4 ´39´103
（8）漏极钳位保护电路设计 漏极钳位保护电路主要有 4 种设计方案，如下图 4 所示。
图 4 -4 种无源漏极钳位保护电路
（1）是利用瞬态电压抑制 TVS 和阻塞二极管组成的 TVS、VD 型钳位电路，如图 4 （a）所示。
深圳市伟创电气有限公司
（2）是利用阻容吸收元件和阻塞二极管组成的 R、C、VD 型钳位电路，如图 4（b） 所示。
深圳市伟创电气有限公司
时元器件接入端；6 脚为振荡信号输出端，经一外接电阻直接驱动电源开关管；8 脚为基 准电压输出端子，能提供标准 5V 电压供振荡定时回路。
3 主电路拓补及详细参数
下图 2 为本开关电源的原理图。输入电压为 DC230V~DC380V，输出功率可达 96W， 24V/4A 单路输出，开关频率 f=39KHZ。
下表 1 给出了几组 EER 系列型高频变压器磁心尺寸。
型号
尺寸 Dimension in mm
TYPE
A
B
C
D
E
F
EER28
28.5
34.0
11.4
9.9
21.2
25.0
EER35
35.6
43.2
11.3
11.3
26.5
31.2
EER39
39.1
39.6
12.6
12.5
29.5
29.2
EER40
40.0
二次绕组 N3 回路中选用肖特基二极管 DSEP30-06A，Uf»0.4V，U0=24V。来自深圳市伟创电气有限公司
N3
=
140´(24 + 0.4)(1230´0.425
0.425)
=
20
匝
（6）计算空气气隙 d
为防止高频变压器发生磁饱和现象而损坏开关功率管，需要在 EER40 型磁心的两个
侧面各留出一定的空气气隙d 。假如磁场集中于气隙处而未向外部泄露，则
图 2 开关电源原理图
4 设计思路
（1）磁心的选择 高频变压器的最大承受功率 Pm 与磁心截面积 Sj (单位是 cm2 )之间存在下述经验公
式
Sj = 0.15 Pm
…………………………………
公式 1
其 中 Sj = CD ， C 为 舌 宽 ； D 为 磁 心 厚 度 ， Pm 单 位 为 W 。 现 实 际 输 出 功 率
1 电流控制型开关电源的基本电路
电流控制型开关电源是在电压控制环的基础上又增加了电流控制环，其工作原理及波 形分别如图 1（a)、（b）所示。Us 为电流检测电阻 RS 的压降，此时 PWM 比较器兼作电 流检测比较器。
深圳市伟创电气有限公司
图 1 电流型 PWM 控制系统框图
电流控制型需通过检测电阻来检测功率开关的开关电流，并且可逐个周期的限制电 流，便于实现过电流保护。固定频率的时钟脉冲将 PWM 锁存器置位，从 Q 端输出的驱动 信号为高电平，使功率开关管 VT 导通，高频变压器一次侧的电流线性地增大。当电流检 测电阻 Rs 上的压降达到并超过 Ur 时，电流检测比较器翻转，输出的低电平信号将锁存器 锁存，从 Q 端输出的驱动信号变为低电平，令开关管关断，直到下一个时钟脉冲使 PWM 锁存器复位。
电流控制型开关电源主要具有以下优点： （1）它属于双闭环控制系统，外环由电压反馈电路构成，内环由电流反馈电流组成， 并且电流反馈电流受电压反馈电路的控制。与电压反馈电路相比，电流反馈电路的增益宽 带（Gain Bandwidth）更大。 （2）对输出电压瞬态变化的响应速度快，当输入电压发生变化时能迅速调整输出电压 达到稳定值。这是因为输入电压的变化会导致一次侧电感电流发生变化，进而使 Us 改变， 无须经过误差放大器，直接通过电流检测比较器就能改变输出脉冲的占空比。 （3）在电压控制环和电流控制环的共同控制下，可提高电压调整率指标。 （4）能简化误差放大器补偿网络设计。 （5）只要开关电流脉冲的峰值达到设定的阀值，PWM 比较器就动作，使功率开关管关 断，维持输出电压稳定。 （6）本身带限电流保护电路，只需改变 Rs 值，即可精确设定限电流阀值。