一種基于UC2844的單端反激式高頻穩(wěn)壓開關電源

摘要：本文設計了一種以UC2844電流型PWM控制器控制，多路輸出的單端反激式開關電源。根據(jù)UC2844的電流控制模式給出以單端反激式拓撲結構和峰值電流PWM技術為基礎的設計方法，通過測試得到的信號波形說明了本方法設計出的開關電源可以減小紋波和提高電源效率，保證電壓的穩(wěn)定輸出。
關鍵詞：電流型PWM控制器；反激式開關電源；UC2844

0 引言
    隨著電力電子技術的高速發(fā)展，功率器件的不斷更新，PWM技術的發(fā)展日趨完善，使開關電源在通訊、航空、航天、工業(yè)自動化及儀表儀器等領域得到了廣泛的發(fā)展。其中，以電流型PWM(脈寬調制)控制器為核心的高頻開關電源由于具有體積小、重量輕、效率高、線路簡潔、可靠性高以及具有較強的自動均衡各路輸出負載的能力等優(yōu)點，非常適合用于中小功率的場合，越來越受到市場的青睞。
    本文設計了一種以單端反激式拓撲結構和峰值電流PWM技術設計的新式開關電源，它可以更加有效地減小紋波和提高電源效率，保證了穩(wěn)定電壓的輸出。

1 反激式高頻穩(wěn)壓開關電源的設計
    電源電路主要由單端反激式變換電路和PWM控制電路兩部分組成。設計的目的是將交流電壓經(jīng)過整流濾波后的直流電壓轉換成兩路24V和3．3V的輸出，實現(xiàn)對負載的供電。整體思路是：電流型PWM控制器UC2844通過對電流電壓的檢測，改變輸出電流信號，調整變換器中的開關管導通與截止，從而改變變換器中的峰值電流，達到調節(jié)輸出電壓的目的，保證24V和3．3V的穩(wěn)定輸出。在整個設計中，以UC2844為核心的反饋控制電路是關鍵，具有動態(tài)響應快、外圍電路簡單等優(yōu)點，可以精準、快速地調節(jié)輸出電壓。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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2 電流型PWM控制器UC2844
    電流型PWM控制器系統(tǒng)框圖如圖2所示。

    該系統(tǒng)采用了電流電壓雙閉環(huán)串級結構，內部是電流環(huán)，外部是電壓環(huán)。控制原理是：給定的電壓Vi與從輸出反饋回的電壓Vr進行比較，得到的電壓誤差經(jīng)電壓調節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號Ve，該信號與經(jīng)電阻采樣反映電流變化的信號Vs進行比較，輸出一個可調節(jié)占空比的PWM脈沖信號，從而使得輸出的電壓信號Vo保持恒定。電流型PWM控制器的優(yōu)點是：電壓調整率好、負載調整率好、系統(tǒng)穩(wěn)定性好。
    UC2844是Unitrode公司生產(chǎn)的一種高性能固定頻率電流型PWM控制器，主要包括誤差放大器、PWM比較器、PWM鎖存器、振蕩器、內部基準電壓和欠壓鎖定單元等幾部分。UC2844是單端輸出，可直接驅動晶體管和MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝和調試簡單、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。

3 反激式開關電源的控制原理
    電源電路采用了電流PWM控制模式，就使反激式電路形成了穩(wěn)定性很好的雙環(huán)路反饋(輸出直流電壓隔離取樣反饋外回路和初級線圈充磁峰值電流取樣反饋內回路)控制系統(tǒng)，就可以通過開關電源的PWM調制器迅速調整脈沖占空比，從而在每一個周期內對前一個周期的輸出電壓和初級線圈充磁峰值電流進行有效調節(jié)，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。這種反饋控制電路的最大特點是：在輸入電壓和負載電流變化較大時，具有更快的動態(tài)響應速度，自動限制負載電流，補償電路簡單。反激電路適應于小功率開關電源。
    單端反激式開關電源是以開關管的周期性導通與截止為主要特征。開關導通時，在變壓器的原邊線圈一側儲存電能，與副邊線圈相連的超快恢復二極管處于反偏壓狀態(tài)，所以二極管截止，在變壓器次級線圈中無電流流過，即沒有能量傳遞給負載。開關管截止時，變壓器副邊電感線圈中的電壓極性反轉，使二極管導通，給輸出電容充電，同時負載也有電流流過。[!--empirenews.page--]
    要求開關管K1413至少能承受1000V的高壓，同時還必須在漏極增加嵌位電路，吸收尖峰電壓，保護開關管。嵌位電路由瞬態(tài)電壓抑制二極管TVS和超快恢復二極管組成。當開關管導通時，原邊電壓上端為正，下端為負，使得超快恢復二極管截止，嵌位電路不起作用。在開關管截止瞬間，原邊電壓變?yōu)橄露藶檎?，上端為負，此時TVS導通，電壓被限制在200V左右。原理圖如圖3所示。

4 電源電路性能分析
    PWM控制器UC2844及外圍電路構成了雙環(huán)反饋控制系統(tǒng)。UC2844的工作過程為：直流電壓經(jīng)限流電阻R15抬升電位至16V后啟動UC2844工作；將流過原邊線圈電流的反饋信號與UC2844內部的誤差放大器輸出的信號進行比較，從而調節(jié)占空比使輸出的電感電流隨誤差電壓的變化而變化，保持了輸出電壓的恒定。根據(jù)實際給定的定時元件參數(shù)值計算得出UC2844的工作頻率*****，其中R12是定時電阻，C8是定時電容。如圖4所示。

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    反激式高頻變壓器開關電源的電路圖見圖3。開關管門極驅動信號與原副邊電壓波形如圖5及圖6所示，圖7為高頻開關變壓器原邊電壓波形，由圖可以看到開關管導通時間占空比非常小，反激式高頻開關穩(wěn)壓電源能夠正常工作。(圖5、圖6直流電壓用24V模擬)。
　

5 結束語
    利用UC2844設計制作的開關穩(wěn)壓電源具有良好的性能指標，動態(tài)響應快、頻率響應特性好、穩(wěn)定幅度大、沖擊小。負載調整率改善明顯，電壓調節(jié)范圍寬，紋波電壓小，系統(tǒng)穩(wěn)定，能很好地滿足微機的工作要求。