基于UC3845的非隔離反激式輸出可調(diào)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于UC3845芯片的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案。該開(kāi)關(guān)電源通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)／模電路進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)，采用合理有效的濾波和穩(wěn)壓元件配合UC3845芯片工作。該電源產(chǎn)品的DC—DC轉(zhuǎn)換效率高達(dá)91％，輸出紋波電壓小于0．45 V。在該設(shè)計(jì)中，修改并確認(rèn)了UC3845芯片的振蕩頻率系數(shù)的計(jì)算方法，提出了改善輸出信號(hào)波形的具體有效措施。其低成本、高效高質(zhì)的電路設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品的調(diào)試方法具有一定的推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞：UC384．5；開(kāi)關(guān)電源；紋波電壓；電壓調(diào)節(jié)

0 引言
開(kāi)關(guān)電源具有功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，體積小等優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、家用電器、儀器儀表等電子電路中應(yīng)用廣泛。本文設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源要求只有一組輸出電壓，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍在25～36 V之間，輸出電壓紋波不超過(guò)0．8 V，輸出最大功率不低于70 W。在開(kāi)關(guān)電源的各種典型結(jié)構(gòu)中，反激式開(kāi)關(guān)電源硬件電路簡(jiǎn)單，輸出電壓既可高于輸入電壓，又可低于輸入電壓，非常適合用于輸出功率在200 W以下的開(kāi)關(guān)電路。因此設(shè)計(jì)方案采用了非隔離式反激變換器構(gòu)成開(kāi)關(guān)電路，選用電流模式控制芯片UC3845為功率開(kāi)關(guān)管提供驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)寬幅穩(wěn)壓和高效轉(zhuǎn)換的功能。

1 非隔離反激式變換器電路原理
反激式變換器有兩種不同形式，非隔離反激式變換器(見(jiàn)圖1)和隔離反激式變換器(見(jiàn)圖2)。非隔離反激式變換器只有一個(gè)輸出電壓，適合于只有一組輸出且不用隔離的電源，變換器只需要處理一個(gè)繞組電感。隔離反激式變換器可以在變壓器次級(jí)有多個(gè)繞組，方便地輸出多組與輸入電壓隔離的輸出電壓，并且可以通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器的變比得到大小不同的輸出電壓。但與非隔離反激式變換器相比，多個(gè)繞組的變壓器磁芯元件將是電源設(shè)計(jì)中的一大關(guān)鍵。

對(duì)于非隔離反激式變換器，輸出電壓和輸入電壓沒(méi)有隔離，輸出電壓不低于輸入電壓。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電壓加在電感上，電流以某斜率上升，并儲(chǔ)存能量在電感中；當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)斷的時(shí)候，電感電流經(jīng)過(guò)二極管放電。

2 UC3845工作原理介紹
UC3845是安森美半導(dǎo)體公司的高性能固定頻率電流模式控制器。該控制器是專(zhuān)為離線(xiàn)和DC-DC變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它可以使設(shè)計(jì)者使用最少的外部元件即而獲得高成本效益的解決方案。UC3845具有高達(dá)500 kHz的開(kāi)關(guān)頻率、大圖騰柱輸出電流等特性，是開(kāi)關(guān)電源電路中驅(qū)動(dòng)功率MOSFET管的理想器件。
UC3845芯片具有雙列直插8管腳塑料封裝以及14管腳塑料表面貼封裝兩種形式，芯片內(nèi)部電路具有振蕩器、高增益誤差放大器、電流取樣比較器、PWM所存電路、5 V基準(zhǔn)電路、欠壓鎖定電路和電流圖騰柱輸出電路等，如圖3所示。

(1)5 V基準(zhǔn)電路。該部分電路由芯片工作電壓欠壓鎖定提供，作為芯片內(nèi)部電源，經(jīng)分壓衰減得到2．5 V作為誤差放大器的比較基準(zhǔn)；另外基準(zhǔn)電路也提供5 V參考電壓給第8(14)管腳。
(2)振蕩器。振蕩器電路產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率最大為1 MHz，由管腳4(7)與管腳8(14)之間的RT以及管腳4(7)與GND之間連接的CT決定。計(jì)算公式推導(dǎo)如下：
fosc=k／(RTCT) (1)
UC3845在RT=10 kΩ，CT=3．3 nF時(shí)，振蕩頻率fosc=52 kHz。代入式(1)，得到k=1．72。
因此，UC3845芯片的振蕩電路頻率表達(dá)式可以表示如下：
fosc=1．72／(RTCT) (2)
(3)高增益誤差放大器。UC3845內(nèi)部提供一個(gè)可訪(fǎng)問(wèn)反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。由電壓反饋端2(3)管腳輸入的反饋電壓與2．5 V進(jìn)行比較，產(chǎn)生的誤差電壓用于調(diào)節(jié)脈沖寬度。該誤差電壓經(jīng)1管腳輸出接RC網(wǎng)絡(luò)，用于改變?cè)鲆婧皖l率特性進(jìn)行外部回路補(bǔ)償。

(4)電流取樣比較器。電感電流通過(guò)與輸出開(kāi)關(guān)Q1源極串聯(lián)的參考取樣電阻R轉(zhuǎn)換成電壓。此電壓有電流取樣輸入管腳3(5)監(jiān)視，并與來(lái)自誤差放大器的輸出電平進(jìn)行比較。當(dāng)取樣電壓大于1 V時(shí)，輸出脈沖關(guān)閉，使開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，起到過(guò)流保護(hù)的作用。為了抑制電流波形前的尖脈沖，通常在電流取樣輸入管腳與取樣電阻之間增加RC濾波器消除尖脈沖引起的不穩(wěn)定性。RC濾波器的時(shí)間常數(shù)接近尖脈沖的持續(xù)時(shí)間。典型應(yīng)用電路如圖5所示。
(5)PWM鎖存電路。UC3845的電流取樣比較器和脈沖寬度鎖存電路配置可確保在任何給定的振蕩周期內(nèi)，輸出端僅有一個(gè)單脈沖輸出。即輸出端的每個(gè)控制脈沖不會(huì)超過(guò)一個(gè)振蕩周期，也就是所謂的逐脈沖控制。
(6)欠壓鎖定電路。UC3845采用兩個(gè)欠壓鎖定比較器，以保證在輸出級(jí)被驅(qū)動(dòng)之前集成電路已經(jīng)工作。正電源電壓Vcc和參考輸出電壓Vref各自由分離的具有滯后特性的比較電路監(jiān)視，防止工作在各自門(mén)限值時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤輸出動(dòng)作。Vcc比較器的上下門(mén)限分別為8．4 V和7．6 V；Vref比較器的上下門(mén)限為3．6 V和3．4 V。
(7)輸出電路。UC3845采用兩個(gè)NPN型晶體管連接的圖騰柱式輸出電路。晶體管A的集電極接電源Vcc，發(fā)射極接晶體管B的集電極，晶體管B的集電極接地。兩個(gè)晶體管的基極分別接前級(jí)控制，晶體管的連接處為輸出端。A管導(dǎo)通則B管截止，輸出高電平；B管導(dǎo)通A管截止，輸出低電平；兩管均截止時(shí)輸出為高阻狀態(tài)。