工程师不可不知的开关电源关键设计（四）(2)

　　二、基于UC3845的反激式开关电源设计

　　引言

　　反激式开关电源以其结构简单、元器件少等优点在自动控制及智能仪表的电源中得到广泛的应用。开关电源的调节部分通常采用脉宽调制（PWM）技术，即在主变换器周期不变的情况下，根据输入电压或负载的变化来调节功率MOSFET管导通的占空比，从而使输出电压稳定。脉宽调制的方法很多，本文中所介绍的是一种高性能的固定频率电流型脉宽集成控制芯片UC3845。该芯片是专为离线的直流至直流变换器应用而设计的。其主要特点是具有内部振荡器、高精度误差比较器、逐周电流取样比较、启动电流小、大电流图腾柱输出等，是驱动MOSFET的理想器件。

　　1 UC3845简介

　　UC3845芯片为SO8或SO14管脚塑料表贴元件。专为低压应用设计。其欠压锁定门限为8.5v（通），7.6V（断）；电流模式工作达500千赫输出开关频率；在反激式应用中最大占空比为0.5;输出静区时间从50%~70%可调；自动前馈补偿；锁存脉宽调制，用于逐周期限流；内部微调的参考源；带欠压锁定；大电流图腾柱输出；输入欠压锁定，带滞后；启动及工作电流低。

　　芯片管脚图及管脚功能如图1所示。

　　图1 UC3845芯片管脚图

　　1脚：输出/补偿，内部误差放大器的输出端。通常此脚与脚2之间接有反馈网络，以确定误差放大器的增益和频响。

　　2脚：电压反馈输入端。此脚与内部误差放大器同向输入端的基准电压（2.5 V）进行比较，调整脉宽。

　　3脚：电流取样输入端。

　　4脚：R T/CT振荡器的外接电容C和电阻R的公共端。通过一个电阻接Vref通过一个电阻接地。

　　5脚：接地。

　　6脚：图腾柱式PWM输出，驱动能力为土1A.

　　7脚：正电源脚。

　　8脚：V ref，5V基准电压，输出电流可达50mA.

　　2 设计方法

　　如图2为基于U C3845反激式开关电源的电路图，虚线框内为UC3845内部简化方框图。

　　1）启动电压和电容的选择

　　交流电源115VAC经整流、滤波后为一个纹波非常小的直流高压Udc，该电压根据交流电源范围往往可得到一个最大Udcmax， 一 和最小电压Udcmin 。

　　当直流输入电压大于1 44V以上时，U C3845应启动开始工作，启动电阻应由线路直流电压和启动所需电流来确定。

　　根据UC3845的参数分析可知，当启动电压低于8.5V时，UC3845的整个电路仅消耗lmA的电流，即UC3845的典型启动电压为8.5V，电流为1mA.加上外围电路损耗约0.5mA，即整个电路损耗约1.5mA.在输入直流电压为最小电压 Ddcmmn时，启动电阻Rin的计算如下：

　　图2 基于UC3845反激式开关电源的电路图

　　启动过程完成后，UC3845的消耗电流会随着MOSFET管的开通增至100mA左右。该电流由启动电容在启动时储存的电荷量来提供。此时，启动电容上的电压会发生跌落到7.6V以上，要使UC3845fj~保持工作，反馈绕组L 应能及时提供馈电电压。如电压低于7.6V欠压比较器动作，PWM输出低电平。自馈电时间由UC3845的开关周期决定，取U C3845的振荡频率 54kHz.启动电容的容量可由下式计算得到：

　　2）反馈绕组的匝数计算

　　Ns=Np（Vcc+0.8）（1一Dmax）/（UdcminiDmax ），NP其中为变压器初级匝数。

　　3）滤波

　　为滤除供电端的高频信号，Vcc对地接一个瓷片电容，在PCB布线时要注意，不能有电感成分的介入，以免产生干扰，引成电路不稳定。

　　4）占空比D

　　UC3845会根据输入电压的变化来调整其工作的占空比。根据UC3845的参数要求，设UC3845对应最低直流电压输入时最大占空比Dmax=0.5.

　　当输入直流电压在144V和177V范围内，UC3845的占空比的范围为：

　　5）调制频率f

　　振荡器OSC的频率由定时元件RT和CT选择值决定。电容CT由参考电压V ref（=5V）通过电阻R充电，充至2.8V，再由内部电流宿放电到1.2V，形成锯齿波脉冲信号，如图3.不管在大RT 小CT还是大CT小RT，振荡器充电时锁存器置位输入方波为低电平，放电时输入方波为高电平。

　　当锁存器置位输入方波为高电平时，或非门输出始终为低电平，封锁PWM，这段时问由内部振荡器OSC放电过程时间决定。在锁存器置位输入方波下降沿同时，如或非门其他三个输入信号输入无效电平时，或非门输出为高电平，MOSFET管导通。

　　其他三个输入信号分别为：一个为电流取样比较器输出，一个为误差放大器输出，一个为输入欠压比较器输出。

　　为滤除参考端的高频信号，V 对地接一个瓷片电容，在PCB布线时要注意，不能有电感成分的介人，以免产生干扰，引成电路振荡打隔。

　　OSC振荡频率f=1.8/（RtCt）， 当取RT=33kf2，CT=1000PF，f=-54kHz.

　　6）电流取样比较

　　在图2中，MOSFET管导通时，Udc =Ldi/dt，变压器电感电流以斜率Udc/L线性增长，L为变压器的初级电感。在MOSFET管的源极与地间串接一个无感取样电阻Rs，将变压器的初级电流转换成取样电压Ud =RS i.在输出同样的功率下，输入直流电压越小，变压器一次电流也越大，通过MOSFET管的电流也越大。为保护M0SFET管不致损坏， 需计算电感峰值电流Ip=2P/（UdcminUmax ）。选择功率MOSFET管的最大峰值电流Icmax应大于1.3Ip.

　　取样电压Ud经RC滤波后，送到UC3845的3脚。当该电压超过lV时，比较器输出高电平，送到RS锁存器的复位端，PWM输出为低电平，使PWM的占空比减小，从而限制电感峰值电流。

　　无感取样电阻尺。的电阻值为：Rs=l/Ip，功率1W.而RC滤波器的时间常数接近尖脉冲的持续时间，否则引起电源输出的不稳定。取R=lk，C=470PF.

　　7）误差比较器

　　Vref经电阻分压为2.5V接至误差比较器的正端，而负端（2脚）接外部监测电压输入。误差比较器（1脚）输出用于外部回路的补偿，如图2，输出电压因两个二极管压降而失调（=1.4V），并在连接到取样比较器反向输入端之前被三分。2脚和1脚间接一个RC网络进行环路补偿。取R 11=150kQ，C11=100PF.

　　外部监测电压输入端（2脚）可用于对输出回路引入电压反馈环节，如对主输出回路5V的稳定度要求不高，可将馈电电压引入，以监测输出回路过电压。Vcc经电阻分压接到UC3845~b部监测电压输入端，当由于某种原因，输出回路电压升高时， 外部监测电压输入端大于2.5V， 误差比较器输出小于2.5V，结合电流取样比较输入电压，PWM输出为低电平， 使PWM的占空比减小， 输出回路电压减小。如果对主回路输出5V电压的精度有要求。应采用反馈电路由光耦PC817、TL431及与之相连的阻容网络构成。其控制原理如下：

　　主回路5V输出输出电压经电阻分压后得到采样电压，此采样电压与TL43 l提供的2.5V参考电压进行比较，当输出电压正常（5V）时，采样电压与TL43l提供的2.5V参考电压相等则TL431的K极电位不变，流过光耦二极管的电流不变，流过光耦的电流不变，UC3845的2脚输入电压不变，1脚电位稳定，6脚输出PWM驱动的占空比不变，输出电压稳定在设定值不变。

　　当输出5V电压因为某种原因偏高时，经电阻分压值就会大于2.5V，则TL431的K极电位下降，流过光耦二极管的电流增大，则流过光耦的电流增大，UC3845的2脚输入电压上升到大于2.5V，l脚电位下降，6脚输出驱动脉冲PWM的占空比下降，输出电压降低，这样就完成了主回路输出电压反馈稳压的作用。

　　3 结束语

　　实践证明，基于UC3845的反激式开关电源具有输入电压范围宽、输出电压精度高、负载的调整效率高等特点。本电源应用于网络电测仪表中，收到了良好的效果，具有一定的推广价值。