本文基于UC3842高性能電流模式脈沖寬度調制(PWM)發(fā)生器控制的開關電源，適合應用于此類醫(yī)療系統(tǒng)。實驗通過光耦實現(xiàn)輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積，使電源具有輸出電壓穩(wěn)定，紋波小等優(yōu)點。
以UC3842芯片為核心，提出了一種醫(yī)用開關電源設計方案。首先闡述了UC3842的基本原理，在此基礎上提出了單端反激開關電源的原理和設計方法。UC3842是Unitorde公司推出的電流型脈寬調制器，該調制器單端輸出，可以直接驅動雙極型功率管或場效應管，適用于無工頻變壓器的 20~80W小功率開關電源的設計。文章介紹的設計方案采用單端反激式結構，實現(xiàn)寬電壓輸入，穩(wěn)定的直流輸出，具有輸入紋波小，輸出穩(wěn)定，體積小，質量輕，效高，電磁兼容好等優(yōu)點，能夠很好地滿足醫(yī)療設備供電需求。
UC3842 采用固定工作頻率脈沖寬度可控調制方式，共有8 個引腳，各腳功能如下：①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性;②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V 基準電壓進行比較，產生誤差電壓，從而控制脈沖寬度;③腳為電流檢測輸入端， 當檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態(tài);④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，f=1.72/(RT×CT);⑤腳為公共地端;⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns 驅動能力為±1A ;⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW;⑧腳為5V 基準電壓輸出端，有50mA 的負載能力。
用電路元件符號表示電路連接的圖，叫電路圖。電路圖是人們?yōu)檠芯?、工程?guī)劃的需要，用物理電學標準化的符號繪制的一種表示各元器件組成及器件關系的原理布局圖，可以得知組件間的工作原理，為分析性能、安裝電子、電器產品提供規(guī)劃方案。
電路圖是電子工程師必學的基本技能之一，本文集合了穩(wěn)壓電源、DCDC轉換電源、開關電源、充電電路、恒流源相關的經典電路資料，為工程師提供最新鮮的電路圖參考資料，超全超詳細，只能幫你到這了!
一、穩(wěn)壓電源
此穩(wěn)壓電源可調范圍在3.5V～25V之間任意調節(jié)，輸出電流大，并采用可調穩(wěn)壓管式電路，從而得到滿意平穩(wěn)的輸出電壓。
工作原理：經整流濾波后直流電壓由R1提供給調整管的基極，使調整管導通，在V1導通時電壓經過RP、R2使V2導通，接著V3也導通，這時V1、V2、 V3的發(fā)射極和集電極電壓不再變化(其作用完全與穩(wěn)壓管一樣)。調節(jié)RP，可得到平穩(wěn)的輸出電壓，R1、RP、R2與R3比值決定本電路輸出的電壓值。
元器件選擇：變壓器T選用80W～100W，輸入AC220V，輸出雙繞組AC28V。FU1選用1A，F(xiàn)U2選用3A～5A。VD1、VD2選用 6A02。RP選用1W左右普通電位器，阻值為250K～330K，C1選用3300μF/35V電解電容，C2、C3選用0.1μF獨石電容，C4選用 470μF/35V電解電容。R1選用180～220Ω/0.1W～1W，R2、R4、R5選用10KΩ、1/8W。V1選用2N3055，V2選用 3DG180或2SC3953，V3選用3CG12或3CG80。
引言
近年來隨著電源技術的飛速發(fā)展，開關穩(wěn)壓電源與同容量的線性穩(wěn)壓電源相比，具有效率高，功率低，體積小，質量輕等優(yōu)點。進入上世紀90年代以來，開關電源已廣泛應用在各種電子電器設備、通訊、電力檢測設備電源之中。同時在醫(yī)療儀器設備中也得到了越來越廣泛的應用，比如心電圖機，輸液泵，超聲診斷儀，監(jiān)護儀，CT機等等。開關電源的質量好壞直接影響整個醫(yī)療電子設備的可靠性，因此，在醫(yī)療設備的設計中開關電源的設計也越來越得到重視。文章基于 UC3842高性能電流模式脈沖寬度調制(PWM)發(fā)生器控制的開關電源適合應用于此類醫(yī)療系統(tǒng)。實驗通過光耦實現(xiàn)輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積，使電源具有輸出電壓穩(wěn)定，紋波小等優(yōu)點。
1 UC3842芯片介紹
UC3842是美國UNIRODE公司生產，此IC具有引腳少(8腳)，外接元件少，接線簡單，可靠性高，成本低等優(yōu)點。UC3842是電流控制型脈寬調節(jié)器。通常用于單端反激式變換器。。
UC3842的內部等效電路
1腳和2腳為補償端和內部電壓比較器的反相輸入端;3腳為電流檢測輸入端，外接過流檢測電阻，可構成過流保護電路，當3腳電壓等于或高于1 V時，電流控制檢測比較器輸出高電平，復位PWM鎖存器，從而關閉輸出脈沖;4腳接振蕩電路，產生所需頻率的鋸齒波RT接在4，8腳之間，CT接在4腳和地之間，5腳為地;6腳為輸出端，有拉、灌電流能力，能直接驅動雙極型功率管或MOS管。7腳是其電源端，芯片工作的開啟電壓為16 V，欠壓鎖定電壓為10 V;8腳是其內部基準電壓(5 V)。
2 開關電源的結構及工作過程
醫(yī)療設備中使用的開關電源基本電路由輸入電路、功率變換電路、輸出電路和控制電路等組成。
輸入電路包括整流電路、EMI濾波電路及暫態(tài)保護電路。整流電路是把輸入交流變?yōu)橹绷鳎ǔｉ_關電源中的整流電路是采用電容輸入型。EMI濾波電路由電容和線圈組成，其作用是濾除電網中的高頻雜波和同相干擾信號，以及避免電源中產生的電磁干擾泄露到外面。暫態(tài)保護電路具有雷擊保護，開機沖擊電流限制以及輸入過電流保護功能。功率變換電路是開關電源的核心部分，主要由開關電路和變壓器組成。開關晶體管要選用開關速度快，導通和工作時間短的。通常功率開關管的控制方式選擇脈寬調制。輸出電路是把高頻變壓器的次級方波電壓整流成單向脈動電流，并將其平滑成設計要求的低波紋直流電壓。同時，以直流電的輸出電壓為反饋信號，通過隔離的反饋電路，由前級的PWM控制電路進行電壓的調節(jié)，達到穩(wěn)壓的目的?？刂齐娐返闹饕饔檬窍蝌寗与娐诽峁┚匦蚊}沖序列，控制脈沖寬度和頻率，從而達到改變輸出電壓的目的。
3 反激式開關電源設計
文章用UC3842為核心器件設計了一個單端反激式開關穩(wěn)壓電源。開關電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。開關穩(wěn)壓電源電路圖。
115V的交流輸入電壓經整流濾波后為電路提供直流工作電壓。起動電路由電容C2和電阻R2構成，C2經電阻R2充電，當達到16 V時，UC3842有輸出;使MOS開關Q1導通，能量存貯在變壓器T1中，此時，由于二次側各路整流二極管反向偏置，故能量不能傳到T1的二次側，T1 側的一次側電流通過電阻R10檢測并與UC3842內部提供的1 V基準電壓進行比較，當達到這一電平時Q1關斷。所有變壓器的繞組極性反向，輸出整流二極管正向偏置，存貯在T1中的能量傳輸到輸出電容器中。啟動結束后，反饋線圈的電壓整流后經取樣電阻分壓回送到誤差放大器的反向端(2腳)和UC3842內部的2.5 V基準電壓作比較來調整驅動脈沖寬度。從而改變輸出電壓以實現(xiàn)對輸出的控制。這樣能量周而復始地存貯釋放，給各路輸出端提供電壓。
穩(wěn)壓反饋環(huán)境由R12，光耦合器，TL431等組成。其穩(wěn)壓原理：若輸出電壓因負載變輕而升高時，流過光耦合器的發(fā)光二極管電流增大，其發(fā)光強度增加，反饋至光耦合三極管使CE間電阻變小，使加至1腳的電壓降低，從而使6腳的PWM信號寬度變窄，從而達到穩(wěn)壓的目的。
4 參數設計
在開關電源的設計實現(xiàn)中，高頻變壓器的設計與計算是至關重要的，其工作量也是比較大的，它的設計方法與其他類型的變壓器不同。下面以電源設計功率為70W，效率為η=80%，工作頻率為30kHz為例，說明電路的設計方法。
4.1 變壓器鐵芯設計
采用面積相乘法設計變壓器，由面積相乘法公式
其中Ag為有效鐵芯面積，Aw為窗口面積，Up為原邊電壓，當原邊電壓波動時，取最低輸入電壓。Ip為原邊輸入電流，Us為副邊輸出電壓，Is為副邊輸出電流，Kw為窗口利用系數，一般為0.40，fs為開關頻率(Hz)，△B為磁通密度變化率(T)，j為電流密度，一般取400A/cm2。
鐵氧體磁芯磁感應強度取65%的飽和值：
變壓器效率η為80%：則原邊輸入功率為
。則
Up =220×1.4×0.8=248V
4.2 原副邊繞組匝數計算
原邊繞組每匝伏數
取整流二極管壓降為0.7 V。副邊繞組壓降為0.6 得：5 V副邊繞組匝數匝
，取7匝。
新的反激每匝伏數
±15 V副邊繞組匝數匝
，取22匝。
24 V副邊繞組匝數
匝，取整為33匝。
5 結束語
該電源經使用證明，電源設計合理，工作可靠，性價比高，具有很強的實際應用價值和廣闊的前景。UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅動晶體管和MOSFET，具有管腳數量少，外圍電路簡單，安裝與調試簡便，價格低廉等優(yōu)點。設計結構簡單，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了對醫(yī)療設備供電的功能，對醫(yī)療設備的整體性能提高大有益處。
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