本實(shí)用新型涉及一種電子電源技術(shù)，尤其涉及一種反激式穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源。

背景技術(shù)：

隨著信息化社會(huì)的日新月異，電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用在各種領(lǐng)域中，不僅發(fā)展速度之快令人驚奇，而且其應(yīng)用范圍也日益廣闊。其中最具代表性為處理醫(yī)療設(shè)備的微弱信號(hào)、信息處理設(shè)備以及通信設(shè)備、工業(yè)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域各種電機(jī)的交直流調(diào)速、材料加工領(lǐng)域中各個(gè)加熱電源的能量輸出控制等。如此發(fā)展的結(jié)果，使此類電子設(shè)置的研究逐漸受到重視。隨著對(duì)技術(shù)要求越來(lái)越高，以電壓驅(qū)動(dòng)的各種全控型高頻大功率器件及其功率模塊也逐漸出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)電源變換技術(shù)再應(yīng)用的電能已經(jīng)達(dá)到全部電能的90％，凡是有電子設(shè)備的場(chǎng)合都要用到電源設(shè)備，小到家用電器、便攜設(shè)備，大到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事工程等。開(kāi)關(guān)電源在很多方面都具有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用范圍也日趨廣泛，它讓電子設(shè)備體積小、重量輕、節(jié)省電能得到了有效實(shí)現(xiàn)。且單端反激式變換器電路拓?fù)浜?jiǎn)單，輸入輸出二者電氣相隔離，有較寬的升降范圍，具有高可靠性。本文從一種單端輸出式的高性能芯片UC3842入手，著重論述了它在單端反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中的應(yīng)用，具體分析了整個(gè)設(shè)計(jì)的電源電路，并詳細(xì)計(jì)算了相關(guān)電路的核心部件變壓器的參數(shù)。

開(kāi)關(guān)電源的工作原理：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)電源，它是指起電壓調(diào)整作用的器件始終以開(kāi)關(guān)方式工作的直流穩(wěn)壓電源。它具有良好的電壓調(diào)整作用，通常采用功率半導(dǎo)體器件來(lái)作為控制開(kāi)關(guān)，整個(gè)輸出電壓的調(diào)整是由對(duì)開(kāi)關(guān)管輸出脈沖信號(hào)的控制的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖1是開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本電路框圖。工作流程是：交流電壓經(jīng)整流電路及濾波電路整流濾波后，變成含有一定脈動(dòng)成份的直流電壓，該電壓進(jìn)人高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，最后再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷骸Ｏ到y(tǒng)電路主要由整流濾波、高頻變換器、調(diào)整方波整流濾波、取樣器、比較器、脈寬調(diào)制、比較器、取樣器、振蕩器、基準(zhǔn)電壓等構(gòu)成，其中脈寬調(diào)制由振蕩器來(lái)調(diào)制，比較器是由基準(zhǔn)電壓來(lái)調(diào)控。這部分電路目前已集成化，制成了各種開(kāi)關(guān)電源用集成電路。開(kāi)關(guān)電源的控制電路的作用是用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，通過(guò)調(diào)整這個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間比例來(lái)可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定。

圖1的傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源存在開(kāi)關(guān)噪聲干擾是開(kāi)關(guān)電源的主要缺點(diǎn)。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)器件總是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這樣一些尖峰、諧振干擾就會(huì)由于交流電壓和電流會(huì)通過(guò)電路中的其他元器件產(chǎn)生。這些干擾不僅會(huì)對(duì)正常工作產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，還會(huì)干擾其他電子設(shè)備。因此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧?duì)這些干擾進(jìn)行抑制消除。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的時(shí)候采取恰當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)抑制屏蔽干擾是至關(guān)重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種反激式穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

本實(shí)用新型包括PFC濾波模塊、FUSE模塊、高壓整流濾波模塊、開(kāi)關(guān)變壓器、RCD箝位、低壓整流濾波模塊、短路保護(hù)模塊、PWM芯片、開(kāi)關(guān)管和取樣反饋電路，交流電源通過(guò)FUSE模塊與所述PFC濾波模塊的輸入端連接，PFC濾波模塊的輸出端通過(guò)高壓整流濾波模塊與開(kāi)關(guān)變壓器的輸入端連接，開(kāi)關(guān)變壓器同時(shí)與RCD箝位和低壓整流濾波模塊的輸入端連接，低壓整流濾波模塊的輸出端與短路保護(hù)模塊連接，所述短路保護(hù)模塊的輸出端為反激式穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的輸出端，所述短路保護(hù)模塊的輸出端與所述取樣反饋電路的信號(hào)輸入端連接，所述取樣反饋電路的信號(hào)輸出端與所述PWM芯片的信號(hào)輸入端連接，所述PWM芯片與所述開(kāi)關(guān)管連接。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型是一種反激式穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型基于電壓型PWM集成控制器UC3842設(shè)計(jì)并制作出單端反激式電源。中運(yùn)用脈寬調(diào)制(PWM)基本原理,采用UC3842作為控制核心器件，以場(chǎng)效應(yīng)管作為開(kāi)關(guān)管來(lái)構(gòu)成設(shè)計(jì)的主體。具體分析了整個(gè)電路的工作原理，對(duì)設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算推導(dǎo)，并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該開(kāi)關(guān)電源具有電壓調(diào)整的特點(diǎn)，并且效率高，是一種性能良好的開(kāi)關(guān)電源，具有推廣使用的價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖3是本實(shí)用新型的PWM芯片中UC3842引腳圖；

圖4是本實(shí)用新型的UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是本實(shí)用新型的啟動(dòng)UC3842細(xì)節(jié)圖；

圖6是本實(shí)用新型的UC3842引腳6連接圖；

圖7是圖4中電流測(cè)定比較器TL431的通斷電路原理圖；

圖8是本實(shí)用新型的MOS管的通斷電路圖；

圖9是本實(shí)用新型的電路拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖2所示：包括PFC濾波模塊、FUSE模塊、高壓整流濾波模塊、開(kāi)關(guān)變壓器、RCD箝位、低壓整流濾波模塊、短路保護(hù)模塊、PWM芯片、開(kāi)關(guān)管和取樣反饋電路，交流電源通過(guò)FUSE模塊與所述PFC濾波模塊的輸入端連接，PFC濾波模塊的輸出端通過(guò)高壓整流濾波模塊與開(kāi)關(guān)變壓器的輸入端連接，開(kāi)關(guān)變壓器同時(shí)與RCD箝位和低壓整流濾波模塊的輸入端連接，低壓整流濾波模塊的輸出端與短路保護(hù)模塊連接，所述短路保護(hù)模塊的輸出端為反激式穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的輸出端，所述短路保護(hù)模塊的輸出端與所述取樣反饋電路的信號(hào)輸入端連接，所述取樣反饋電路的信號(hào)輸出端與所述PWM芯片的信號(hào)輸入端連接，所述PWM芯片與所述開(kāi)關(guān)管連接。

相比于相控整流電源，開(kāi)關(guān)電源性能更加優(yōu)異。開(kāi)關(guān)電源在輸出直流電壓較高時(shí)仍能可靠工作，憑借開(kāi)關(guān)電源的可靠性高在各方面應(yīng)用廣泛。在基于元器件及生產(chǎn)工藝因素良好的情況下，開(kāi)關(guān)電源的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法是決定其可靠性的關(guān)鍵。在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，先結(jié)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)確定系統(tǒng)的主電路拓?fù)洳⒃O(shè)計(jì)出完善的主電路，再對(duì)濾波、整流和保護(hù)控制等部分作相關(guān)的設(shè)計(jì)。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的系統(tǒng)總方框圖如圖2所示:其中，PWM芯片是設(shè)計(jì)中的核心元件,本實(shí)用新型采用UC3842作為寬度脈沖調(diào)制的產(chǎn)生和控制器件。同時(shí)開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)以及主電路的元件參數(shù)也是設(shè)計(jì)的重中之重。

采用電壓模式控制PWM

20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始興起電壓模式控制PWM。這種方法具體是與一些必要的過(guò)電流保護(hù)相結(jié)合，配合使用者的要求進(jìn)行具體的電路設(shè)計(jì)。因其良好的工作特性，在工業(yè)界沿用至今。電壓模式控制具體指的是：根據(jù)脈沖寬度調(diào)整原理，將恒定頻率的三角波上的斜波與電壓誤差放大器采樣放大的慢變化的直流信號(hào)相比較，得到相應(yīng)的脈沖寬度，同時(shí)必須另外附加逐個(gè)脈沖的限流保護(hù)電路。

電壓模式控制主要有五個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一點(diǎn)是脈沖寬度調(diào)制的三角波幅值較大，調(diào)節(jié)時(shí)能夠有效抗噪聲；第二點(diǎn)是電壓模式控制時(shí)占空比調(diào)節(jié)不受限制；第三點(diǎn)是電壓模式控制的電路中多路輸出各電源之間具有良好的調(diào)節(jié)效應(yīng)；第四點(diǎn)是電壓模式控制采用一個(gè)反饋電壓閉環(huán)設(shè)計(jì)，調(diào)試方便；第五點(diǎn)是即便出現(xiàn)輸出負(fù)載的變化較大的情況，電壓模式控制的電路也能很好的進(jìn)行響應(yīng)調(diào)節(jié)。

由UC3842構(gòu)成的單端反激式開(kāi)關(guān)電源

功率場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)簡(jiǎn)介

20世紀(jì)70年代的后期，通過(guò)科學(xué)家們刻苦專研，功率場(chǎng)效晶體管開(kāi)始進(jìn)入人們的視線，把它用于生產(chǎn)生活中。經(jīng)過(guò)十幾年的使用經(jīng)驗(yàn)，人們?yōu)榱烁纳葡嚓P(guān)的性能，開(kāi)始做大量的科學(xué)研究，主要是針對(duì)消除寄生效應(yīng)、降低器件的導(dǎo)通電阻、擴(kuò)大電壓和電流容量以及集成化的驅(qū)動(dòng)電路方面，通過(guò)這些研究取得了很大的進(jìn)展，為今后的晶體管發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。在電力電子器件中，MOSFET種類多樣并且結(jié)構(gòu)繁雜，按其導(dǎo)電溝道不同可分為P、N溝道兩類，其中又有耗盡型和增強(qiáng)型。耗盡型是指當(dāng)柵極電壓為零時(shí)，導(dǎo)電溝道存在于漏源極之間；增強(qiáng)型是指:對(duì)于N(P)溝道器件，當(dāng)柵極電壓大于(小于)零時(shí)，存在導(dǎo)電溝道.在電力電子器件中N溝道增強(qiáng)型器件是主要的MOSFET。

功率場(chǎng)效應(yīng)管也叫電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它是一種單極型的由電壓控制的電力電子器件。其特點(diǎn)有：驅(qū)動(dòng)功率小,開(kāi)關(guān)速度高、具有自關(guān)斷能力、無(wú)二次擊穿、安全工作區(qū)寬等。由于功率場(chǎng)效應(yīng)管易于驅(qū)動(dòng)并且開(kāi)關(guān)頻率可高達(dá)1MHz，因此特別適于高頻化的電力電子裝置。在各種開(kāi)關(guān)電源、DC/DC變換器、各種通信乃至家用電器設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，可以說(shuō)我們的一舉一動(dòng)都有它的貢獻(xiàn)。它局限用于小功率的電力電子裝置的原因是電流、熱容量小且耐壓低。

漏極D、源極S和柵極G是電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管的3個(gè)端子。管子處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)溝道不導(dǎo)電，此時(shí)電源正極接漏極、電源負(fù)接極源極，且柵極和源極之間電壓為零。管子處于開(kāi)通狀態(tài)時(shí)漏、源極之間有電流流過(guò)，此時(shí)是在源極和柵極之間加一正向電壓，并使該正向電壓大于或者等于管子的開(kāi)啟電壓。如果正向電壓超過(guò)開(kāi)啟電壓越大，漏極電流和導(dǎo)電能力也相應(yīng)越大。

因?yàn)楣β蕡?chǎng)效應(yīng)管一般采用單極性多子導(dǎo)電，所以開(kāi)關(guān)時(shí)間很短，又因其很容易達(dá)到1MHz的開(kāi)關(guān)工作頻率而備受關(guān)注。但是在我們生活中只有中小功率器件里存在，原因是功率場(chǎng)效應(yīng)管提高器件阻斷電壓時(shí)必須要加寬器件的漂移區(qū)，這樣使得器件的內(nèi)阻和通態(tài)損耗都隨之顯著增大。

UC3842概述

UC3842是國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電源集成控制器，是由尤尼創(chuàng)(Unitrode)公司開(kāi)發(fā)的新型控制器件。其最大占空比可達(dá)100％，并且它的輸出頻率與振蕩頻率相等，在各種單端反激式變換器很常見(jiàn)，且輸出功率低于100W。UC3842集成芯片采用單一電源供電，單路調(diào)制輸出，且?guī)щ娏鬟M(jìn)行正向補(bǔ)償。根據(jù)它的性質(zhì)我們可以判別它主要用于高頻中小容量的開(kāi)關(guān)電源。傳統(tǒng)離線式反激變換器電路就是由它構(gòu)成。在驅(qū)動(dòng)隔離輸出單端開(kāi)關(guān)時(shí)，想要通過(guò)控制PWM序列的占空比來(lái)達(dá)到電路穩(wěn)定的目的，一般采用的方法是：將內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)誤差與比較器的反向輸入端通過(guò)反饋繞組經(jīng)由電阻分壓得到的信號(hào)相比較，將電流采樣電壓及PI補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)二者與誤差比較器的輸出端相比較。

8腳雙列直插是UC3842的封裝形式，具體管腳排列如圖3所示。各引腳功能如下。1腳(COMP)是補(bǔ)償腳，誤差放大器的頻率特性就靠此腳外接阻容元件用來(lái)補(bǔ)償；2腳(UFB)作為誤差放大器的反相輸入端；3腳(ISEN)是電流檢測(cè)端，此腳用來(lái)接收通過(guò)檢測(cè)電阻流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電源轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)，用它來(lái)調(diào)整輸出電壓并控制PWM鎖存器；4腳(RT/CT)是振蕩器腳，用于外接定時(shí)元件RT,CT；5腳(GND)是接地腳，此腳是控制電路和電源電路的公共接地端；6腳(OUT)是輸出腳，此腳是直接驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管柵極的推挽輸出放大器的圖騰柱式輸出端，最大可有1A的驅(qū)動(dòng)峰值電流，輸出13.5V的高電平，輸出1.5V的低電平；7腳(Vcc)是用于電源的輸出的引腳，此腳外接電源電壓，要保證內(nèi)部工作在34V范圍內(nèi)，UC3842要有10V的關(guān)斷電壓、16V的開(kāi)啟電壓，34V的內(nèi)部的穩(wěn)壓管電壓，UC3842的內(nèi)部電源是由經(jīng)內(nèi)部基準(zhǔn)電壓電路的作用產(chǎn)生的5V基準(zhǔn)電壓提供，內(nèi)部比較器的基準(zhǔn)電壓由經(jīng)過(guò)衰減得到2.5V電壓提供；8腳(VREF)是基準(zhǔn)電壓輸出腳，用于參考電壓的輸出。電容Cr的充電電流正是由此腳通過(guò)電阻Rf提供。

UC3843是專門為離線式開(kāi)關(guān)電源和DC/DC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的芯片，它的優(yōu)點(diǎn)是：外圍電路簡(jiǎn)單，安裝與調(diào)試方便，價(jià)格低廉，管腳數(shù)量少，性能優(yōu)良。有高達(dá)500KHz的工作頻率，小于1mA的啟動(dòng)電流，15mA的正常工作電流，可達(dá)0.01％的電壓調(diào)整率。它適用于無(wú)工頻變壓器的20-80W的小功率開(kāi)關(guān)電源的主要原因是它利用高頻變壓器來(lái)與電網(wǎng)隔離，此芯片的限定工作溫度為0-70度范圍內(nèi)，它允許的最高輸入電壓為30V，允許的最大輸出電流為1A。

該芯片電路開(kāi)關(guān)頻率可調(diào)節(jié)、可電流和電壓反饋雙環(huán)控制、負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整均較高。主要是由PWM鎖存器電路、圖騰柱輸出電路、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路、有溫度補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測(cè)比較器、振蕩器等組成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。該芯片主要有以下性能。第一個(gè)性能是振蕩器的放電電流，讓占空比更加精確；第二個(gè)性能是調(diào)整最高開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)500KHz；第三個(gè)性能是逐個(gè)脈沖的電流限制用帶鎖定的PWM來(lái)實(shí)現(xiàn)；第四個(gè)性能是因內(nèi)部的參考電源可調(diào)整，因而可以進(jìn)行欠電壓鎖定；第五個(gè)性能是能夠提供大電流輸出，輸出電流可高達(dá)1A，可直接對(duì)功率場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；第六個(gè)性能是在閾值電壓附近工作時(shí)的振蕩由欠壓鎖定電路有效防止。

UC3842主要具有兩種功能：峰值電流限制保護(hù)和輸入欠壓保護(hù)。開(kāi)關(guān)電源的輸出過(guò)流或短路就是通過(guò)這一峰值電流的限制來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。本設(shè)計(jì)就是利用的輸入欠電壓保護(hù)。欠電壓保護(hù)功能主要是靠UC3842內(nèi)部固有的欠壓鎖定電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)?shù)臀婚T檻電壓高于提供給UC3842的工作電壓時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)被欠壓鎖定電路封鎖，此時(shí)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷。

反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理

根據(jù)前文具體器件功能的介紹，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總電路圖如附錄3所示。

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源工作原理分析

(1)通過(guò)啟動(dòng)電阻來(lái)啟動(dòng)UC3842。如圖5所示。

(2)通過(guò)UC3842引腳6輸出的PWM信號(hào)來(lái)控制功率場(chǎng)效應(yīng)管的通斷，部分電路如圖6所示。當(dāng)輸出的PWM信號(hào)為高電平時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，輸入電源給變壓器充電；當(dāng)輸出的PWM信號(hào)為低電平時(shí)，功率場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷，能量通過(guò)磁場(chǎng)被變壓器傳輸?shù)酱渭?jí)線圈輸出。

(3)當(dāng)設(shè)定值比輸出電壓高時(shí)TL431反向?qū)ǎ瑫r(shí)光耦二極管也導(dǎo)通，光耦二極管的4腳為低電平輸出,即UC3842的引腳1為低電平輸出。此時(shí)UC3842的引腳6為PWM低電平輸出，輸出電壓降低，功率場(chǎng)效應(yīng)管關(guān)斷。

相反，當(dāng)設(shè)定值比輸出電壓低時(shí)TL431反向截止，同時(shí)光耦二極管也關(guān)斷，光耦二極管的4腳為高電平輸出，即UC3842的引腳1為高電平輸出。此時(shí)UC3842的引腳6為PWM高電平輸出，功率場(chǎng)效應(yīng)管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓相應(yīng)也增大。TL431的通斷如圖7所示。

通過(guò)以上闡述，電壓可以在設(shè)定值處穩(wěn)定。

當(dāng)流過(guò)功率場(chǎng)效應(yīng)管的電流過(guò)大時(shí)，相應(yīng)UC3843的輸入電壓也會(huì)增高，UC3843的引腳6輸出低電平，功率場(chǎng)效應(yīng)管處于關(guān)斷狀態(tài)，從而進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。部分電路如圖8所示。

反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算

開(kāi)關(guān)電源比較核心的問(wèn)題就是高頻變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)，現(xiàn)在針對(duì)設(shè)計(jì)要求我們來(lái)一步步設(shè)計(jì)相應(yīng)的各參數(shù)。

相關(guān)技術(shù)參數(shù)

本實(shí)用新型的輸入電壓設(shè)定在200VAC到240VAC之間,由此可以算出整流后的電壓范圍:

輸出電壓設(shè)定為12V；

最大輸出電流為5A；

關(guān)于輸出功率的計(jì)算如下:

Po＝Vout×Iout＝12V×5A＝60W (2)

效率n為80％；

關(guān)于輸入功率的計(jì)算如下：

占空比的最大值為Dmax＝45％；

平均輸入電流為：

輸入的峰值電流為：

啟動(dòng)電阻設(shè)定

由UC3843芯片的基本特性可知，1mA為UC3842的最大啟動(dòng)電流,由此可以算出啟動(dòng)電阻：

由上式知，啟動(dòng)電阻小于267千歐，本設(shè)計(jì)取200KΩ

故啟動(dòng)電阻可為200KΩ/1W

開(kāi)關(guān)頻率的設(shè)定

UC3843芯片的開(kāi)關(guān)頻率計(jì)算公式為令R＝8.2K,C＝3.3NF，此時(shí)開(kāi)關(guān)頻率為：

變壓器參數(shù)計(jì)算

此變壓器的電壓輸出有兩種，第一種是主輸出12V；第二種是給UC3842供電的16V輔助繞組輸出電壓。

變壓器電感(初級(jí)側(cè)):

由于已經(jīng)達(dá)到了60W輸出的功率，故選擇EE28磁芯。

EE28的磁芯為Ae＝89(mm2),取ΔB＝0.2T

63.6千赫茲的開(kāi)關(guān)頻率,一個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間計(jì)算如下：

由此可以算出初級(jí)線圈繞組的匝數(shù)：

故選用113匝。

匝伏比為：

根據(jù)12V的次級(jí)線圈輸出電壓，1V的線圈壓降和1.5V的二極管壓降可得出次線圈的匝數(shù)：

故次級(jí)線圈的匝數(shù)為6。

根據(jù)16V的輔助繞組輸出電壓，1V的線圈壓降和1.5V的二極管的壓降可得出輔助繞組線圈的匝數(shù)：

故輔助繞組為8匝。

電流強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

當(dāng)初級(jí)線圈的線徑為0.3時(shí)電流強(qiáng)度為：

當(dāng)變壓器線圈的電流強(qiáng)度低于6時(shí)，線圈溫度最合適，故此參數(shù)設(shè)定是符合要求的。

因?yàn)檩o助繞組的電流較小，選取0.3毫米的線徑。

當(dāng)次級(jí)線圈的輸出電壓為12V，線徑為0.5毫米，其采用兩組3股并線時(shí)的電流強(qiáng)度為：

故次級(jí)線圈的線徑為0.5mm是符合要求的.

故變壓器的具體參數(shù)設(shè)定為：

1->2:φ0.3x 1x 57T

6->9:φ0.5x 3x6T

7->10:φ0.5x 3x6T

2->3:φ0.3x 1x 56T

5->4:φ0.3x 1x 8T

MOS管的選擇

MOS管主要是根據(jù)導(dǎo)通電阻、驅(qū)動(dòng)電壓、反向電壓及最大電流的參數(shù)來(lái)選擇。綜合成本及實(shí)現(xiàn)功能的難易度，最優(yōu)選擇為220VAC的輸入及600V的功率場(chǎng)效應(yīng)管反向電壓，選取IRFBC40晶體管作為本電路板的功率場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管。UC3843芯片的16V工作電壓、輸出16V的MOS管驅(qū)動(dòng)信號(hào)和4.5V的MOS管導(dǎo)通電壓是符合要求的。而IRFBC40最大電流Imax為25A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.18A的峰值電流,故選擇IRFBC40是符合設(shè)計(jì)要求的。

RCD箝位電路設(shè)計(jì)

MOS管的最大反向電壓VDSS為600V，故電容兩端電壓的箝位為：

V_CLAMP＝0.9×V_DSS-V_INMAX＝0.9×600-340＝200V (18)

取2％的初級(jí)電感為初級(jí)繞組的漏感:

L_LK＝5％×L_P＝1％×1.7mH＝17uH (19)

反射電壓VOR為：

由此可得箝位電阻為：

故選擇兩個(gè)30K電阻并聯(lián)組成此箝位電阻。

要保證吸收漏感能量時(shí)自身有足夠小的脈動(dòng)電壓，箝位電容的值就要保證足夠大。在電子技術(shù)的設(shè)計(jì)中一般取箝位電壓的百分之五到百分之十作為脈沖電壓,當(dāng)取箝位電壓的5％時(shí)，箝位電容為：

可取68Nf作為箝位電容，箝位電容兩端的耐壓值為630V。

過(guò)流保護(hù)設(shè)計(jì)

UC3842的引腳3為過(guò)流反饋腳，當(dāng)輸入電壓高于1V時(shí)，MOS管的驅(qū)動(dòng)輸出關(guān)斷。

75％的電流反饋的取樣電阻即為取樣電樣：

取樣電阻的最大功率Pmax為:

所以選取0.68R 1W的金屬氧化膜電阻作為本設(shè)計(jì)的電流反饋取樣電阻。

輸入與輸出電容

輸入電容Cin:

Cin＝(1.5～3)Pin＝(1.5～3)×75＝(112.5～225)uF (25)

取輸入電容為100UF/400V.

輸出電容Cout:

Cout＝(200～300)Iout＝(200～300)×5＝(1000～1500)uF (26)

故可選取三個(gè)470/25V鋁電解電容進(jìn)行并聯(lián)形成此輸出電容。

同時(shí)采用并聯(lián)1UF、100NF、10NF的小陶瓷電容來(lái)濾除高頻雜波。

輸出二極管的選擇

根據(jù)二極管的最大電流、正向壓降以及反向壓降來(lái)選擇輸出二極管。

因?yàn)檩敵鲭娏餍枰_(dá)到5A,所以本設(shè)計(jì)采用三個(gè)二極管并聯(lián)且每個(gè)二極管的最大電流至少為2A。

二極管的最小反向耐壓為：

根據(jù)這個(gè)參數(shù)可以選用HER303，因?yàn)镠ER303的反向電壓為200V，最大電流為3A，符合設(shè)計(jì)要求。

反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

構(gòu)成的反激開(kāi)關(guān)電源的反饋系統(tǒng)是采用EL817與431二者相配合。具體的拓?fù)淙鐖D9所示。

根據(jù)TL431的參考電平2.5V可計(jì)算出輸出電壓Vout：

令Rlower＝1.3K：

取阻值為4.99K的R1。

光耦二極管的電流設(shè)置5mA。

具體電流如下：

式子中1V是指光耦二極管的導(dǎo)通電壓。

由上可得：

可取1.5K。

結(jié)論

本實(shí)用新型以PWM集成電路UC3842為核心，通過(guò)查閱大量的圖文資料設(shè)計(jì)了一種高頻率單端反激式開(kāi)關(guān)電源。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證輸出電壓為12.01V,是符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)于此設(shè)計(jì)如何選取此開(kāi)關(guān)電源電路拓?fù)?，如何設(shè)計(jì)變壓器和電感，以及如何設(shè)計(jì)功率驅(qū)動(dòng)電路、控制電路及保護(hù)電路都是通過(guò)嚴(yán)格的制作要求來(lái)實(shí)現(xiàn)。此開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)器件是采用MOSFET，整個(gè)裝置的輸出電壓是通過(guò)控制開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通的占空比來(lái)規(guī)劃調(diào)整。為了減小電源的體積重量以及在功率調(diào)節(jié)上實(shí)現(xiàn)便捷高效的功能，能進(jìn)行遠(yuǎn)程控制也是開(kāi)關(guān)電源的發(fā)展前景，因此在電力電子技術(shù)革新中，高壓功率集成電路的應(yīng)用和發(fā)展得到了世界電子技術(shù)的矚目。這種集成電路開(kāi)關(guān)電源外部電路簡(jiǎn)單且所用電路元件少，設(shè)計(jì)巧妙且體積小，加之其安全可靠，因此具有廣闊的應(yīng)用前景，在電子技術(shù)的發(fā)展上是不可取代的存在。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征及本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。