一种新颖的单端反激式隔离开关稳压电源的设计及应用

    摘要：本文介绍了一种新颖的单端反激式隔离开关稳压电源的设计原理，并将此开关稳压电源应用于15k大功率开关电源的控制、驱动及保护电路中。试验证明：该电源简单实用，工作稳定，性能可靠。

    关键词：开关电源  斜率补偿  脉宽调制

1 引言

在大功率开关电源中，经常需要几组隔离电源对控制、开关管的门极驱动和保护电路进行单独供电。简单实用，性能可靠的隔离稳压电源将是开关电源可靠运行、性能优良的保证。正因如此，我们选择了UC3842PWM控制器作为隔离开关稳压电源的核心器件，并力求电源简单实用、性能可靠。

2 UC3842PWM控制器简介

    UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动双极型晶体管和OSFET，具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离，适于构成无工频变压器的（20～50）W小功率开关电源。由于器件设计巧妙，构成电路所需的元件极少，非常符合“适用、够用、好用”的原则。在一些只有直流电压供电的场合，更是起着不可或缺的作用，有着很好的应用前景。

其内部电路主要有以下性能：

●最高开关频率可达500kHz。

●采用图腾柱输出电路，能够提供大电流输出，输出电流可达1A，可直接对双极型晶体管和MOSFET进行驱动。

●内部有高稳定度的基准电压源，典型值为5.0V，允许有±0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/℃

●稳压性能好。其电压调整率可达0.01％/V,能同第二代线性集成稳压器相媲美。启动电流小于1mA，正常工作电流为15mA。

●带锁定的PWM，可以进行逐个脉冲的电流限制。

●具有内部可调整的参考电源，可以进行欠压锁定。

图1为UC3842PWM控制器的内部结构框图。其内部基准电路产生＋5V基准电压作为UC3842内部电源，经衰减得2.5V电压作为误差放大器基准，并可作为电路输出5V/50mA的电源。振荡器产生方波振荡，振荡频率取决于外接定时元件，接在4脚与8脚之间的电阻R与接在4脚与地之间的电容C共同决定了振荡器的振荡频率，f=1.8/RC。反馈电压由2脚接误差放大器反相端。1脚外接RC网络以改变误差放大器的闭环增益和频率特性；6脚输出驱动开关管的方波为图腾柱输出。3脚为电流检测端，用于检测开关管的电流，当3脚电压≥1V时，UC3842就关闭输出脉冲，保护开关管不至于过流损坏。UC3842PWM控制器设有欠压锁定电路，其开启阈值为16V，关闭阈值为10V。正因如此，可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡。

3 单端反激式隔离开关稳压电源的原理与设计

图2为单端反激式隔离开关电源电路原理图。当开关管V导通时，变压器原边电压近似为输入电压，但副边因整流管反偏而无电流流过，变压器储存磁场能量。当开关管V关断时，各线圈电压反向，整流管正向导通，变压器储存的能量通过整流管向负载释放。单端变压器必须满足的一个条件是要保证磁通复位，即变压器工作磁通必须在每个周期都回到原来的位置，否则将导致磁芯经过多个周期后逐渐达到饱和而烧毁开关管。

图3为单端反激式隔离开关电源实际电路原理图。由于大功率电源中有＋24V的直流电压，所以本电源的输入电压取为24V。7815经一发光二极管抬升电位后启动UC3842工作，反馈线圈12的电压整流后经取样电阻分压回送到UC3842的误差放大器反向端来调整驱动脉冲宽度，从而改变输出电压。根据实际给定的定时元件的数值，UC3842的工作频率为166.7kHz。R4=0.5Ω为电流检测电阻，其上的检测信号经低通滤波器后与斜率补偿信号相加送到UC3842的3脚，当开关管流过的电流超过2A时，UC3842关断，从而保护了开关管不致损坏。采用斜率补偿后，电路在任何占空比条件下也变得稳定。与开关管并联的电容C4是为了消除开关管的尖峰电压。变压器采用印刷电路板变压器，不需要人工绕线，简化了变压器的制作过程，同时使整个电源的体积减小，使线圈之间完全耦合（见图4），并能根据需要很方便地增加或减少输出的组数。变压器变比为1，原边线圈和副边线圈成对叠放（为耦合得更好），再加上一组反馈线圈。由此来保证输出多组隔离的24V稳定电压。

4 实验分析及结论

图5为UC3842的4脚三角波振荡波形（Ch1）和6脚驱动开关管的方波（Ch2），图6为检测电阻（R4）的电流波形。图4为原、副边绕组电压波形，这是轻载条件下的波形，振荡是由高频变压器和C4谐振引起的，加载后，振荡幅度将明显减小，不影响整个系统的性能。这些波形及其测试值与理论上的波形及计算值基本符合。此开关电源已应用于15kW直流稳压开关电源中，试验证明完全符合预定的性能指标要求。