(推荐)基于UC2844的单端反激电源原理及波形

单端反激拓扑的基本电路

（b）为Q1电流，（c）为次级整流二极管电流，（d）为Q1的Vce电压工作原理如下：当Q1导通时，所有的次级侧整流二极管都反向截止，输出电容(Co、C1)给负载供电。T1相当于一个纯电感，流过Np的电流线性上升，达到峰值Ip。当Q1关断时，所有绕组电压反向，次级侧整流二极管导通，同时初级侧线圈储存的能量传递到次级，提供负载电流，同时给输出电容充电。若次级侧电流在下一周期Q1导通前下降到零，则电路工作于断续模式（DCM），波形如上图（b）（c）（d），反之则处于连续模式（CCM）

电流模式控制芯片UC2844/3844内部框图如下

工作时序图如下

开关电源启动时输出时序不正确的案例：

电动汽车驱动板有两路开关电源，如下图

开关电源1的UC2844启动电路，其输出包含VDD5

开关电源2的UC2844启动电路，其输出包含+5V电路

尽管两路开关电源的启动电路中电容都是200uF，充电电阻是30kΩ，但由于开关电源2中D26的存在，使得开关电源2充电快，先开始工作，导致光耦U24的副边电源+5V比原边电源先建立。

当光耦U24的副边电源比原边电源先建立时，光耦会输出负压（V out+相对于V out-的电压），如下图。

CH1:VDD5电压CH2:+5V电压CH3:U31 pin6CH4：U31 Pin7

光耦的负压会让运放U20输出一段600mV的负压，如下图

U20 Pin1电压

这段负压输入到控制板的比较器U5反向输入端，此时GENERATRIX信号的电压为-470mV，这个电压已经超过了比较器允许的最大负压（器件资料规定输入负压不得大于0.3V），在环境温度超过73℃时，-470mV 的电压会导致比较器U5输出异常。

高温上电报Er004故

障分析报告.docx

SIZE-D旧版开关电源UC2844电路

1、电路正常工作时

（1）启动初始

开始的一段时间Pin1电压维持在7.2V，原因：（1）+15电压较低，反馈电路的光耦U17初级侧的二极管两端电压未达到导通门限，因而U17次级侧阻抗无穷大（开路）（2）2844的Pin2（内部误差放大器“-”端）接地，因此误差放大器输出为高电平，电压由芯片内部决定

注：UC284X/UC384X芯片资料中误差放大器输出高电平的典型值为6.2V，测量其他产品开关电源启动时Pin1电压也都在6V左右，唯有这个电路Pin1电压偏高，但器件资料并没有给出高电平的最大值

CH1:UC2844 Pin1CH2:UC2844 Pin3CH3:MOS驱动CH4：+15V

这段时间

Pin1电压

为7.2V

当Pin1电压为7.2V时，Pin3电压达到1V则电流取样比较器输出翻转为高，驱动关闭。从2844内部框图可以看出当Pin1电压大于4.4V时（2个二极管压降为0.7V*2），电流取样比较器“-”端电压会被稳压二极管钳位到1V。当Pin1电压小于4.4V时，电流取样比较器“-”端电压=（Vcom -1.4）/3。

CH1:UC2844 Pin1CH2:UC2844 Pin3CH3:MOS驱动CH4：+15V

CH1:电流检测电阻上的电压CH2:UC2844 Pin3CH3:MOS驱动

启动时第一个驱动脉冲，电流检测电阻上的电压从0开始

上升，驱动持续时间比较长（10uS左右）

启动时的第二个脉冲

0开始，所以此时电路工作在CCM（电流连续模式），这是因为启动时负载电流比较大（给各电路的储能电容充电）。从下图的电路中可以看到，开关管Q2的电流检测电阻后端接了一个RC滤波，然后才接到UC2844的Pin3，由于经过了滤波，Pin3电压是从0V开始逐渐上升的，并不像电流检测电阻上的电压那样陡峭

开关管电流检测增加RC滤波的原 b因：

（1）变压器初级侧线圈匝与匝之间有分布电容，当MOSFET每次开通时，输入电压会给此电容充电，充电电流会流过开通的MOSFET，导致MOSFET电流上有尖峰，此尖峰会体现在电流检测电阻的电压上，并可能超过UC2844电流取样比较器的门限导致MOSFET误关断，因此需要将此尖峰滤除。输入电压越大，匝间电容充电电流尖峰越大，如下图所示（MOSFET电流采样电阻上的波形，SIZE-D驱动板）

120V输入电压，最大尖峰411mV 300V输入电压，最大尖峰730mV

（2）在CCM （电流连续模式）状态下，初级侧MOSFET 开通时，次级侧整流二极管反向恢复，反向恢复电流经过变压器反射到初级侧，在MOSFET 电流上形成一个尖峰，如下图所示（电动汽车24V 输入驱动板），此尖峰会超过UC2844电流取样比较器的门限导致MOSFET 误关断，因此同样需要将此尖峰滤除。在DCM （电流不连续模式）时，整流二极管不会有反向恢复电流，则MOSFET 开通时没有电流尖峰。 CH1：电流采样电阻上的电压 CH2：UC2844 Pin3

CCM ，电流采样电阻上的尖峰 DCM ，电流采样电阻的波形无尖峰

关于二极管反向恢复的详细讲解请参考

二极管的反向恢复.

docx

增加RC 滤波的影响：滤波电容容值偏小，电流尖峰不能有效消除；容值偏大会造成电流反馈延时过大，UC2844电流采样脚Pin3的电压低于电流采样电阻的电压，会造成输出限电流/限功率不准，重载或者输出短路时导致MOSFET 、整流二极管损坏。经验案例参考：

电流

尖峰

（2）Pin1电压下降

主反馈（+15V）电压达到11.5V时，UC2844 Pin1电压开始从7.2V往下降，此时光耦U17 Pin1为9.6V，Pin2为8.7V，光耦U17的发光二级管导通（管压降1.0V），Vce电压下降（即UC2844 Pin1电压下降）注：从原理上来说，主反馈电压要达到15V才能使得TL431基准输入电压为2.5V，这样才能保证TL431开始工作，光耦二极管开始导通；而这里主反馈在11.5V时光耦二极管就导通，并不是因为TL431开始工作了，具体原因后文有详细说明

CH1：UC2844 Pin1CH2:U17 Pin1CH3:U17 Pin2CH4:+15V

随着UC2844的Pin1电压降低到低于4.4V，电流取样比较器反相输入端电压不再被钳位到1V，而是随着Pin1电压下降而下降。这样Pin3的电压峰值也逐渐低于1V。

CH1:UC2844 Pin1CH2:UC2844 Pin3CH3:MOS驱动CH4：+15V

这里Pin3电压能达到1V Pin3电压已经低于1V了

（3）稳态时的波形

（1.76-1.4）/3=120mV。从这个图看，Pin3电压达到170mV时驱动关断，与计算的120mV有些偏差。

注：此处计算有错误，关断时内部电流比较器门限电压应该用此时Pin1的瞬时值计算，而不是用有效值

二、新制动单元开关电源电路图（Ver：0）

与SIZE-D的驱动板不同，新制动单元UC2844的Pin1没有通过电阻接到Pin8，从后文可以看出这样做是不太合适的

1、启动时Vcc波形

新制动单元启动时UC2844的电源Vcc先下降再上升，最低到11V左右，由于UC2844欠压锁定的门限最大值为11V，因此这里有可能导致开关电源打嗝。而SIZE-D启动时Vcc下降幅度很小。

新制动单元波形

CH1：UC2844 Pin7（Vcc）CH3：UC2844

Pin6

SIZE-D波形

CH1：UC2844 Pin7（Vcc）

（1）启动时UC2844供电电源Vcc电压值为什么会先降低再上升？

启动时，除了给UC2844供电的辅助绕组外，各输出绕组的滤波电容上电压都很低（0V），因此输出绕组电压被钳位在较低的电压。由于此时辅助绕组输出滤波电容的电压较高（即UC2844电源电压Vcc），整流二极管无法导通，UC2844的工作电流全部来自滤波电容，因此UC2844电源Vcc会有一段时间的下降，直到辅助绕组电压高于滤波电容电压，辅助绕组开始给UC2844供电并给滤波电容补充能量，V CC电压升高。

下图为辅助绕组整流二极管阳极电压波形，启动时阳极电压低于阴极电压（即UC2844电源Vcc电压）

（2）为什么新制动单元的Vcc电压降幅比SIZE-D大很多？

对比新制动单元和SIZE-D电路主要有三点不同

①新制动单元UC2844的 Vcc滤波电容为47uF，SIZE-D则为220uF。这样在UC2844启动之前，SIZE-D

的滤波电容储存的能量较多，启动后电压下降较慢。

②新制动单元驱动电阻为10Ω，SIZE-D为100Ω，两者MOS管型号不同，但其输入电容Ciss相同，因

此SIZE-D驱动电流较小，Vcc负载比新制动单元小，SIZE-DVcc电压下降慢。

③变压器有一路绕组给Vcc供电，新制动单元Vcc限流电阻为10Ω，SIZE-D为36Ω，新制动单元Vcc

供电电流比SIZE-D大，这一点新制动单元优于SIZE-D。

综上，针对（1）、（2）做对比试验

新制动单元，滤波电容加大为100uF，启动时Vcc最低为

13.3V。

SIZE-D滤波电容减小为47uF，启动时Vcc最低为12.9V，

仍高于47uF滤波电容值的新制动单元。

(2)更改新制动单元MOS驱动电阻为100Ω，启动时Vcc最低仍为11V，表明此电阻对Vcc电压无影响。原因：MOS门极电压升到15V所需要的电量是一定的，亦即UC2844输出的能量是一定的，驱动电阻只是决定了电压上升的快慢，并不改变UC2844负载大小

2、UC2844 Pin1（电压反馈）波形

稳定工作时的波形（高分辨率模式）

CH1：UC2844 Pin1CH2：UC2844 Pin3CH3：MOS驱动

从上面的波形可以看出，UC2844 Pin1电压波动很大，有约1ms的时间为0V，即反馈光耦U10（CTR

为200~400）处于饱和导通的状态，这段时间内MOSFET驱动完全关闭。从原理图上看，UC2844的Pin1与Pin8之间没有接电阻，光耦次级侧电流I C完全靠UC2844 Pin1提供，但是UC2844 Pin1的拉电流能力（误差放大器输出为高电平时的输出电流）很小（如下图所示），导致光耦次级I C很小，当主反馈电压偏高时，光耦I F增大，使得初、次级满足I F*CTR>I C，光耦饱和导通。

UC2844内部误差放大器特性

尝试在UC2844 的Pin1、Pin8之间接电阻，当Pin1电压低于Pin8电压（5V）时，Pin8可以通过此电阻给光耦次级侧提供电流，增大Ic，使光耦不进入饱和导通状态。通过实验对比可以看出加电阻确实可以使光耦一直工作在放大区，这样可以明显减小输出电压的纹波（实验中测试的是UC2844电源Vcc）（1）加电阻2kΩ，稳态时波形如下，UC2844 Pin1电压在2.48V左右

CH1：UC2844 Pin1 CH2：MOS驱动

（2）加电阻4.7kΩ，稳态时波形如下，UC2844电源Vcc纹波150mV，Pin1电压2V左右

CH1：UC2844 Pin7（Vcc）CH2：MOS驱动CH3：UC2844 Pin1

（3）未加电阻时波形如下，UC2844电源Vcc纹波高达530mV

CH1：UC2844 Pin7（Vcc）CH2：MOS驱动CH3：UC2844 Pin1

三、电动汽车低压驱动板开关电源

低压驱动板上有2两路开关电源，输入电压都是24V低压，但负载不同，电路设计不一样。

1、开关电源1启动波形

（1）第一个驱动，持续时间长，电流检测电阻上的电压已经达到1.2V。由于输入电压只有24V，变压器匝间电容几乎不会引起MOSFET开通时的电流尖峰

CH1：电流检测电阻电压CH2：Isense电压

2、稳态时的波形（DCM）

由于变压器有漏感，等效为与变压器原边绕组串联，MOS开通时漏感会储存能量，当MOS关断时漏感储存的能量不能传递到副边，此部分能量需要寻找泄放途径，就会在MOS电压上形成尖峰。在DCM状态，电流较小，因此MOS关断时尖峰电压较低，如下图为49V

CH1：MOS管电压Vds CH2：次级侧+17U整流二极管电压