UC3842为核心器件的单端反激式开关稳压电源设计

本文基于UC3842高性能电流模式脉冲宽度调制(PWM)发生器控制的开关电源，适合应用于此类医疗系统。实验通过光耦实现输出和输入的隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围电路，也降低了电源的成本和体积，使电源具有输出电压稳定，纹波小等优点。

以UC3842芯片为核心，提出了一种医用开关电源设计方案。首先阐述了UC3842的基本原理，在此基础上提出了单端反激开关电源的原理和设计方法。UC3842是Unitorde公司推出的电流型脉宽调制器，该调制器单端输出，可以直接驱动双极型功率管或场效应管，适用于无工频变压器的 20~80W小功率开关电源的设计。文章介绍的设计方案采用单端反激式结构，实现宽电压输入，稳定的直流输出，具有输入纹波小，输出稳定，体积小，质量轻，效高，电磁兼容好等优点，能够很好地满足医疗设备供电需求。

UC3842 采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8 个引脚，各脚功能如下：①脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性;②脚是反馈电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，从而控制脉冲宽度;③脚为电流检测输入端， 当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态;④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.72/(RT×CT);⑤脚为公共地端;⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns 驱动能力为±1A ;⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW;⑧脚为5V 基准电压输出端，有50mA 的负载能力。

用电路元件符号表示电路连接的图，叫电路图。电路图是人们为研究、工程规划的需要，用物理电学标准化的符号绘制的一种表示各元器件组成及器件关系的原理布局图，可以得知组件间的工作原理，为分析性能、安装电子、电器产品提供规划方案。

电路图是电子工程师必学的基本技能之一，本文集合了稳压电源、DCDC转换电源、开关电源、充电电路、恒流源相关的经典电路资料，为工程师提供最新鲜的电路图参考资料，超全超详细，只能帮你到这了!

一、稳压电源

此稳压电源可调范围在3.5V～25V之间任意调节，输出电流大，并采用可调稳压管式电路，从而得到满意平稳的输出电压。

工作原理：经整流滤波后直流电压由R1提供给调整管的基极，使调整管导通，在V1导通时电压经过RP、R2使V2导通，接着V3也导通，这时V1、V2、 V3的发射极和集电极电压不再变化(其作用完全与稳压管一样)。调节RP，可得到平稳的输出电压，R1、RP、R2与R3比值决定本电路输出的电压值。

元器件选择：变压器T选用80W～100W，输入AC220V，输出双绕组AC28V。FU1选用1A，FU2选用3A～5A。VD1、VD2选用 6A02。RP选用1W左右普通电位器，阻值为250K～330K，C1选用3300µF/35V电解电容，C2、C3选用0.1µF独石电容，C4选用 470µF/35V电解电容。R1选用180～220Ω/0.1W～1W，R2、R4、R5选用10KΩ、1/8W。V1选用2N3055，V2选用 3DG180或2SC3953，V3选用3CG12或3CG80。

引言

近年来随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源与同容量的线性稳压电源相比，具有效率高，功率低，体积小，质量轻等优点。进入上世纪90年代以来，开关电源已广泛应用在各种电子电器设备、通讯、电力检测设备电源之中。同时在医疗仪器设备中也得到了越来越广泛的应用，比如心电图机，输液泵，超声诊断仪，监护仪，CT机等等。开关电源的质量好坏直接影响整个医疗电子设备的可靠性，因此，在医疗设备的设计中开关电源的设计也越来越得到重视。文章基于 UC3842高性能电流模式脉冲宽度调制(PWM)发生器控制的开关电源适合应用于此类医疗系统。实验通过光耦实现输出和输入的隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围电路，也降低了电源的成本和体积，使电源具有输出电压稳定，纹波小等优点。

1 UC3842芯片介绍

UC3842是美国UNIRODE公司生产，此IC具有引脚少(8脚)，外接元件少，接线简单，可靠性高，成本低等优点。UC3842是电流控制型脉宽调节器。通常用于单端反激式变换器。。

UC3842的内部等效电路

1脚和2脚为补偿端和内部电压比较器的反相输入端;3脚为电流检测输入端，外接过流检测电阻，可构成过流保护电路，当3脚电压等于或高于1 V时，电流控制检测比较器输出高电平，复位PWM锁存器，从而关闭输出脉冲;4脚接振荡电路，产生所需频率的锯齿波RT接在4，8脚之间，CT接在4脚和地之间，5脚为地;6脚为输出端，有拉、灌电流能力，能直接驱动双极型功率管或MOS管。7脚是其电源端，芯片工作的开启电压为16 V，欠压锁定电压为10 V;8脚是其内部基准电压(5 V)。

2 开关电源的结构及工作过程

医疗设备中使用的开关电源基本电路由输入电路、功率变换电路、输出电路和控制电路等组成。

输入电路包括整流电路、EMI滤波电路及暂态保护电路。整流电路是把输入交流变为直流，通常开关电源中的整流电路是采用电容输入型。EMI滤波电路由电容和线圈组成，其作用是滤除电网中的高频杂波和同相干扰信号，以及避免电源中产生的电磁干扰泄露到外面。暂态保护电路具有雷击保护，开机冲击电流限制以及输入过电流保护功能。功率变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关电路和变压器组成。开关晶体管要选用开关速度快，导通和工作时间短的。通常功率开关管的控制方式选择脉宽调制。输出电路是把高频变压器的次级方波电压整流成单向脉动电流，并将其平滑成设计要求的低波纹直流电压。同时，以直流电的输出电压为反馈信号，通过隔离的反馈电路，由前级的PWM控制电路进行电压的调节，达到稳压的目的。控制电路的主要作用是向驱动电路提供矩形脉冲序列，控制脉冲宽度和频率，从而达到改变输出电压的目的。

3 反激式开关电源设计

文章用UC3842为核心器件设计了一个单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。开关稳压电源电路图。

115V的交流输入电压经整流滤波后为电路提供直流工作电压。起动电路由电容C2和电阻R2构成，C2经电阻R2充电，当达到16 V时，UC3842有输出;使MOS开关Q1导通，能量存贮在变压器T1中，此时，由于二次侧各路整流二极管反向偏置，故能量不能传到T1的二次侧，T1 侧的一次侧电流通过电阻R10检测并与UC3842内部提供的1 V基准电压进行比较，当达到这一电平时Q1关断。所有变压器的绕组极性反向，输出整流二极管正向偏置，存贮在T1中的能量传输到输出电容器中。启动结束后，反馈线圈的电压整流后经取样电阻分压回送到误差放大器的反向端(2脚)和UC3842内部的2.5 V基准电压作比较来调整驱动脉冲宽度。从而改变输出电压以实现对输出的控制。这样能量周而复始地存贮释放，给各路输出端提供电压。

稳压反馈环境由R12，光耦合器，TL431等组成。其稳压原理：若输出电压因负载变轻而升高时，流过光耦合器的发光二极管电流增大，其发光强度增加，反馈至光耦合三极管使CE间电阻变小，使加至1脚的电压降低，从而使6脚的PWM信号宽度变窄，从而达到稳压的目的。

4 参数设计

在开关电源的设计实现中，高频变压器的设计与计算是至关重要的，其工作量也是比较大的，它的设计方法与其他类型的变压器不同。下面以电源设计功率为70W，效率为η=80%，工作频率为30kHz为例，说明电路的设计方法。

4.1 变压器铁芯设计

采用面积相乘法设计变压器，由面积相乘法公式

其中Ag为有效铁芯面积，Aw为窗口面积，Up为原边电压，当原边电压波动时，取最低输入电压。Ip为原边输入电流，Us为副边输出电压，Is为副边输出电流，Kw为窗口利用系数，一般为0.40，fs为开关频率(Hz)，△B为磁通密度变化率(T)，j为电流密度，一般取400A/cm2。

铁氧体磁芯磁感应强度取65%的饱和值：

变压器效率η为80%：则原边输入功率为

。则

Up =220×1.4×0.8=248V

4.2 原副边绕组匝数计算

原边绕组每匝伏数

取整流二极管压降为0.7 V。副边绕组压降为0.6 得：5 V副边绕组匝数匝

，取7匝。

新的反激每匝伏数

±15 V副边绕组匝数匝

，取22匝。

24 V副边绕组匝数

匝，取整为33匝。

5 结束语

该电源经使用证明，电源设计合理，工作可靠，性价比高，具有很强的实际应用价值和广阔的前景。UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动晶体管和MOSFET，具有管脚数量少，外围电路简单，安装与调试简便，价格低廉等优点。设计结构简单，性能稳定，实现了对医疗设备供电的功能，对医疗设备的整体性能提高大有益处。