(UC1846)推挽式开关电源设计

基于UC1846的推挽式开关电源的设计

王先永，尹斌，吴海新，顾元强

河海大学，南京，(210098）

E-mail: Hongxian1682002@

摘 要：本文为压力传感器设计了一款供电开关电源。该电源选用推挽作为DC/DC 变换拓扑，采用电流模式PWM 控制器UC1846来实现控制电路的设计。文章内容主要包括芯片UC1846的特点、主电路、变压器的详细设计过程、控制回路电路和保护电路，并且给出试验波形。

关键词：UC1846，推挽变换器，开关电源

1.引言

推挽变换器是最早的拓扑之一，可有多个输出，输出端与输入端不共地，输出电压可高于或低于直流输入电压，因而一直被广泛用应且在大多数的情况下远行良好。然而，当输出功率大幅度增加或两个双晶体管因温度升高而存储时间不同、导通时间不相等时，高频变压器将出现磁通不平衡现象，最终导致变压器磁心饱和，开关管损坏。虽然文献【1】提出解决磁通不平衡的方法：磁心加气隙、增加初级绕组电阻、使用MOSFET 功率开关管，但是，推挽变换器仍然失去了优势。大约8年前，一种电压和电流同时被检测的新型控制模式，特别是专为该模式设计的新型PWM 芯片－UC1846出现，解决了推挽磁通不平衡问题]

1[，使

得推挽变换器在输入低电压、输出大电流用应场合重新获得了生机。

本文基于UC1846电流模式控制芯片，采用推挽变换器拓扑开发一款DC27V/DC12V ，输出8A 的直流电源，内容涉及UC1846的功能特点，变压器的详细设计过程，主控制回路电路，保护电路，及主要试验波形。

2.芯片介绍

UC1846是Intorde 公司推出的电流脉宽调制芯片，该芯片双端输出，能直接驱动双极型功率管或场效应管。芯片内部结构方块图如图1所示，封装引脚如图2所示。该芯片主要优点是功能齐全，良好的线性调整率，自动前馈补偿，强大的带载响应特性，欠压保护，软启动，终端锁机保护

]

3[。

UC1846采用精度为±1％的5.1V 基准电源，能提供30mA 的电流，可以作为电路中电压和电流的给定基准。该芯片专门设置了一个电流测定放大器，增益为3。E/A 放大器为误差放大器，输出经二极管和0.5V 偏压后送至比较器反相端，比较器的同相端为3倍后的电流测定信号。与其它电流控制芯片不同，振荡器的锯齿波信号没有输入到比较器，为此比较器后增设一个锁存器。关闭信号经与300mV 相比教后，也送到锁存器，锁存器由锯齿波作为复位时钟脉冲。

电流测定放大器输出由内电路限定在3.5V ，因此，电流测定信号输入电压值约为1.2V 以内。根据1.2V 数值可以选定电流测定环节参数。

振荡器的振荡频率由外接的电阻T R 和电容T C 决定，振荡器频率可达1MHz ，因此脉宽调制器A 、B 输出端的工作频率可达500kHz 。开关频率同电阻T R 和电容T C 的关系如下：

T

T s C R f 2

.2=

T R 值从1k Ω～500k Ω，T C 值不能小于100Pf 。

时钟窄脉冲作为与非门的第三输入信号，使与非门的反相输出端在时钟脉宽时段内始终为高电平，而A 、B 始终为低电平。这样，即使由于故障原因控制使导通时间达到半个周期，两个导通脉冲间仍留有一定的死区，从而防止两个开关管同时导通。

图1 UC1846内部结构方框图

图2 UC1846封装引脚

3．主电路

图3是本电源的主电路原理图，输入电压为＋27V ，经过推挽变压器降压、全波整流、LC 滤波后获得12V 的输出。主开关管的漏源极加RCD 吸收网络，抑制开关管关断瞬间因漏感引起的电压尖峰。输出整流管加RC 吸收电路，抑制其反向恢复阶段引起的高频振荡。

图3 主电路原理图

4. 变压器的设计

变压器是开关电源的重要组成部分，它对电源的效率和工作可靠性，以及整个系统性能都起着非常重要的作用。 （1） 磁心选择

额定输出功率为W W P o 96812=∗=,假定变换器的效率为80％，则输入功率为

W W P i 1208.0/96==。根据传输功率与铁氧体磁心尺寸的关系，选择磁心的型号为

1-21EI 。 （2） 绕组匝数

原边绕组匝数03.310)2/)((8

max 1min =Δ×Δ−=

B

A T D U V N e s i P 匝，取3匝。 式中min i U 为最低直流输入电压，取20V ；max D 是最大占空比，考虑到死区时间，取0.9；1U Δ是开关管的导通压降，取0.5V ，s T 为系统开关周期，取20us,

B Δ是磁通的最大变化范围，取0.36T 。e A 是铁心磁路有效截面积，1-21EI 磁心的2

61.1cm A e =。

副边绕组匝数04.25

.0)5.0/(min max =−∗−=i P

o S U N D U N 匝，取2匝。

（3） 线径选择

原边绕组峰值电流

]

1[ A U P I i o

P 5.756

.1min

== 取原边绕组电流密度为400圆密耳，则初级半绕组所需圆密耳数为30005.7400=×圆密耳，考虑集肤效应及绕制方便选三股线并绕，每股为1000圆密耳，由文献【1】可选AWG20#导线，其圆密耳为1020。导线实际可通过的电流值为

A 65.7400

3

1020=×。

副边绕组峰值电流A I N N I P S

P

s 25.11==

按初级电流密度的标准，次级绕组所需圆密耳数为450025.11400=×圆密耳，考虑集肤效应及绕制方便选四股线并绕，每股为1125圆密耳，可选AWG19#导线，其圆密耳为1290。导线实际可通电流为

A 9.124004

1290=×

（4） 核算窗口使用系数

窗口使用系数14.0≈=

W

Cu

o A A K 式中A cu 是变压器所有铜线总的截面积，A w 是磁心窗口面积，为1.64cm 2

。 o K 远小于0.4，窗口完全能够容的下绕组。 （5） 核算磁芯饱和

磁心饱和出现在输入电压和占空比最大时，

2

B Δ=s e i f A N D V 1max

max 2=280mT 式中V max i 为最大输入电压，30V 。