基于UC3845的反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

 引言

　　反激式開(kāi)關(guān)電源以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、元器件少等優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)控制及智能儀表的電源中得到廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的調(diào)節(jié)部分通常采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，即在主變換器周期不變的情況下，根據(jù)輸入電壓或負(fù)載的變化來(lái)調(diào)節(jié)功率MOSFET管導(dǎo)通的占空比，從而使輸出電壓穩(wěn)定。脈寬調(diào)制的方法很多，本文中所介紹的是一種高性能的固定頻率電流型脈寬集成控制芯片UC3845。該芯片是專為離線的直流至直流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。其主要特點(diǎn)是具有內(nèi)部振蕩器、高精度誤差比較器、逐周電流取樣比較、啟動(dòng)電流小、大電流圖騰柱輸出等，是驅(qū)動(dòng)MOSFET的理想器件。

　　1 UC3845簡(jiǎn)介

　　UC3845芯片為SO8或SO14管腳塑料表貼元件。專為低壓應(yīng)用設(shè)計(jì)。其欠壓鎖定門限為8.5v（通），7.6V（斷）；電流模式工作達(dá)500千赫輸出開(kāi)關(guān)頻率；在反激式應(yīng)用中最大占空比為0.5;輸出靜區(qū)時(shí)間從50%~70%可調(diào)；自動(dòng)前饋補(bǔ)償；鎖存脈寬調(diào)制，用于逐周期限流；內(nèi)部微調(diào)的參考源；帶欠壓鎖定；大電流圖騰柱輸出；輸入欠壓鎖定，帶滯后；啟動(dòng)及工作電流低。

　　芯片管腳圖及管腳功能如圖1所示。

圖1 UC3845芯片管腳圖

　　1腳：輸出/補(bǔ)償，內(nèi)部誤差放大器的輸出端。通常此腳與腳2之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。

　　2腳：電壓反饋輸入端。此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓（2.5 V）進(jìn)行比較，調(diào)整脈寬。

　　3腳：電流取樣輸入端。

　　4腳：R T/CT振蕩器的外接電容C和電阻R的公共端。通過(guò)一個(gè)電阻接Vref通過(guò)一個(gè)電阻接地。

　　5腳：接地。

　　6腳：圖騰柱式PWM輸出，驅(qū)動(dòng)能力為土1A.

　　7腳：正電源腳。

　　8腳：V ref，5V基準(zhǔn)電壓，輸出電流可達(dá)50mA.

　　2 設(shè)計(jì)方法

　　如圖2為基于U C3845反激式開(kāi)關(guān)電源的電路圖，虛線框內(nèi)為UC3845內(nèi)部簡(jiǎn)化方框圖。

　　1）啟動(dòng)電壓和電容的選擇

　　交流電源115VAC經(jīng)整流、濾波后為一個(gè)紋波非常小的直流高壓Udc,該電壓根據(jù)交流電源范圍往往可得到一個(gè)最大Udcmax， 一 和最小電壓Udcmin 。

　　當(dāng)直流輸入電壓大于1 44V以上時(shí)，U C3845應(yīng)啟動(dòng)開(kāi)始工作，啟動(dòng)電阻應(yīng)由線路直流電壓和啟動(dòng)所需電流來(lái)確定。

根據(jù)UC3845的參數(shù)分析可知，當(dāng)啟動(dòng)電壓低于8.5V時(shí)，UC3845的整個(gè)電路僅消耗lmA的電流，即UC3845的典型啟動(dòng)電壓為8.5V,電流為1mA.加上外圍電路損耗約0.5mA,即整個(gè)電路損耗約1.5mA.在輸入直流電壓為最小電壓 Ddcmmn時(shí)，啟動(dòng)電阻Rin的計(jì)算如下：

圖2 基于UC3845反激式開(kāi)關(guān)電源的電路圖

　　啟動(dòng)過(guò)程完成后，UC3845的消耗電流會(huì)隨著MOSFET管的開(kāi)通增至100mA左右。該電流由啟動(dòng)電容在啟動(dòng)時(shí)儲(chǔ)存的電荷量來(lái)提供。此時(shí)，啟動(dòng)電容上的電壓會(huì)發(fā)生跌落到7.6V以上，要使UC3845fj~保持工作，反饋繞組L 應(yīng)能及時(shí)提供饋電電壓。如電壓低于7.6V欠壓比較器動(dòng)作，PWM輸出低電平。自饋電時(shí)間由UC3845的開(kāi)關(guān)周期決定，取U C3845的振蕩頻率 54kHz.啟動(dòng)電容的容量可由下式計(jì)算得到：

 [!--empirenews.page--]2）反饋繞組的匝數(shù)計(jì)算

　　Ns=Np（Vcc+0.8）（1一Dmax）/（UdcminiDmax ），NP其中為變壓器初級(jí)匝數(shù)。

　　3）濾波

　　為濾除供電端的高頻信號(hào)，Vcc對(duì)地接一個(gè)瓷片電容，在PCB布線時(shí)要注意，不能有電感成分的介入，以免產(chǎn)生干擾，引成電路不穩(wěn)定。

　　4）占空比D

　　UC3845會(huì)根據(jù)輸入電壓的變化來(lái)調(diào)整其工作的占空比。根據(jù)UC3845的參數(shù)要求，設(shè)UC3845對(duì)應(yīng)最低直流電壓輸入時(shí)最大占空比Dmax=0.5.

　　當(dāng)輸入直流電壓在144V和177V范圍內(nèi)，UC3845的占空比的范圍為：

5）調(diào)制頻率f

　　振蕩器OSC的頻率由定時(shí)元件RT和CT選擇值決定。電容CT由參考電壓V ref（=5V）通過(guò)電阻R充電，充至2.8V,再由內(nèi)部電流宿放電到1.2V,形成鋸齒波脈沖信號(hào)，如圖3.不管在大RT 小CT還是大CT小RT,振蕩器充電時(shí)鎖存器置位輸入方波為低電平，放電時(shí)輸入方波為高電平。

　　當(dāng)鎖存器置位輸入方波為高電平時(shí)，或非門輸出始終為低電平，封鎖PWM,這段時(shí)問(wèn)由內(nèi)部振蕩器OSC放電過(guò)程時(shí)間決定。在鎖存器置位輸入方波下降沿同時(shí)，如或非門其他三個(gè)輸入信號(hào)輸入無(wú)效電平時(shí)，或非門輸出為高電平，MOSFET管導(dǎo)通。

　　其他三個(gè)輸入信號(hào)分別為：一個(gè)為電流取樣比較器輸出，一個(gè)為誤差放大器輸出，一個(gè)為輸入欠壓比較器輸出。

　　為濾除參考端的高頻信號(hào)，V 對(duì)地接一個(gè)瓷片電容，在PCB布線時(shí)要注意，不能有電感成分的介人，以免產(chǎn)生干擾，引成電路振蕩打隔。

　　OSC振蕩頻率f=1.8/（RtCt）， 當(dāng)取RT=33kf2,CT=1000PF,f=-54kHz.

　　6）電流取樣比較

　　在圖2中，MOSFET管導(dǎo)通時(shí)，Udc =Ldi/dt,變壓器電感電流以斜率Udc/L線性增長(zhǎng)，L為變壓器的初級(jí)電感。在MOSFET管的源極與地間串接一個(gè)無(wú)感取樣電阻Rs，將變壓器的初級(jí)電流轉(zhuǎn)換成取樣電壓Ud =RS i.在輸出同樣的功率下，輸入直流電壓越小，變壓器一次電流也越大，通過(guò)MOSFET管的電流也越大。為保護(hù)M0SFET管不致?lián)p壞， 需計(jì)算電感峰值電流Ip=2P/（UdcminUmax ）。選擇功率MOSFET管的最大峰值電流Icmax應(yīng)大于1.3Ip.

　　取樣電壓Ud經(jīng)RC濾波后，送到UC3845的3腳。當(dāng)該電壓超過(guò)lV時(shí)，比較器輸出高電平，送到RS鎖存器的復(fù)位端，PWM輸出為低電平，使PWM的占空比減小，從而限制電感峰值電流。

　　無(wú)感取樣電阻尺。的電阻值為：Rs=l/Ip,功率1W.而RC濾波器的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間，否則引起電源輸出的不穩(wěn)定。取R=lk,C=470PF.

　　7）誤差比較器

　　Vref經(jīng)電阻分壓為2.5V接至誤差比較器的正端，而負(fù)端（2腳）接外部監(jiān)測(cè)電壓輸入。誤差比較器（1腳）輸出用于外部回路的補(bǔ)償，如圖2,輸出電壓因兩個(gè)二極管壓降而失調(diào)（=1.4V），并在連接到取樣比較器反向輸入端之前被三分。2腳和1腳間接一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償。取R 11=150kQ,C11=100PF.

　　外部監(jiān)測(cè)電壓輸入端（2腳）可用于對(duì)輸出回路引入電壓反饋環(huán)節(jié)，如對(duì)主輸出回路5V的穩(wěn)定度要求不高，可將饋電電壓引入，以監(jiān)測(cè)輸出回路過(guò)電壓。Vcc經(jīng)電阻分壓接到UC3845~b部監(jiān)測(cè)電壓輸入端，當(dāng)由于某種原因，輸出回路電壓升高時(shí)， 外部監(jiān)測(cè)電壓輸入端大于2.5V, 誤差比較器輸出小于2.5V,結(jié)合電流取樣比較輸入電壓，PWM輸出為低電平， 使PWM的占空比減小， 輸出回路電壓減小。如果對(duì)主回路輸出5V電壓的精度有要求。應(yīng)采用反饋電路由光耦PC817、TL431及與之相連的阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。其控制原理如下：

　　主回路5V輸出輸出電壓經(jīng)電阻分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與TL43 l提供的2.5V參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓正常（5V）時(shí)，采樣電壓與TL43l提供的2.5V參考電壓相等則TL431的K極電位不變，流過(guò)光耦二極管的電流不變，流過(guò)光耦的電流不變，UC3845的2腳輸入電壓不變，1腳電位穩(wěn)定，6腳輸出PWM驅(qū)動(dòng)的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。

　　當(dāng)輸出5V電壓因?yàn)槟撤N原因偏高時(shí)，經(jīng)電阻分壓值就會(huì)大于2.5V,則TL431的K極電位下降，流過(guò)光耦二極管的電流增大，則流過(guò)光耦的電流增大，UC3845的2腳輸入電壓上升到大于2.5V,l腳電位下降，6腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖PWM的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了主回路輸出電壓反饋穩(wěn)壓的作用。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　實(shí)踐證明，基于UC3845的反激式開(kāi)關(guān)電源具有輸入電壓范圍寬、輸出電壓精度高、負(fù)載的調(diào)整效率高等特點(diǎn)。本電源應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)電測(cè)儀表中，收到了良好的效果，具有一定的推廣價(jià)值。