基于PWM芯片UC3842的醫(yī)療開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

基于UC3842高性能電流模式PWM芯片，提出一種醫(yī)療開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)AC-DC給醫(yī)療設(shè)備供電，采用單端反激式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)90-264Vac供電，12V的直流輸出，具有瞬態(tài)響應(yīng)快、電磁兼容好、輸出電壓精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足醫(yī)療設(shè)備供電需求。

引言

醫(yī)療電源是對(duì)安規(guī)及EMI、EMC比較高的設(shè)備，作為綠色開關(guān)電源，將在21世紀(jì)給人類社會(huì)帶來巨大的變化。性能優(yōu)良的醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)離不開性能優(yōu)良的控制模塊，而控制模塊的性能在很大程度上取決于供電電源的性能，所以高質(zhì)量的供電電源系統(tǒng)在整個(gè)醫(yī)療系統(tǒng)中占有相當(dāng)重要的位置。本文基于UC3842高性能電流模式PWM發(fā)生器控制的開關(guān)電源適合應(yīng)用于此類系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)通過小型高頻變壓器實(shí)現(xiàn)輸出和輸入的完全隔離，不僅提高了電源的效率，簡(jiǎn)化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積。電源輸出電壓穩(wěn)定，波紋小，不間斷性能可靠同時(shí)又不會(huì)對(duì)其他設(shè)備產(chǎn)生輻射和傳導(dǎo)干擾。

單端反激式變換電路的基本結(jié)構(gòu)

單端反激式變換的典型結(jié)構(gòu)如圖一所示。單端是指變壓器的磁心僅工作在磁滯回線的一側(cè)；反激是指當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，在初級(jí)線圈中儲(chǔ)存能量，而次級(jí)線圈不通，當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉的時(shí)候，初級(jí)線圈中的能量通過次級(jí)線圈釋放給負(fù)載。這是一種成本低的調(diào)整器，可以做到輸入輸出部分的完全隔離，有較好的電壓調(diào)整率。

圖一單端反激式變換器UC3842芯片的性能特點(diǎn)

UC3842芯片是Unit rode公司的產(chǎn)品，是一種高性能的單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，其原理框圖如圖二所示。由5V基準(zhǔn)電壓源、控制占空比調(diào)定的振蕩器、電流測(cè)定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等組成。其主要特點(diǎn)是：

①外接元件少，外圍電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜；

②無需輸入變壓器，起動(dòng)電流?。ㄐ∮?mA）；

③具有精密的電壓基準(zhǔn)源（±1%）；

④大電流（1A）PWM輸出級(jí)，可直接驅(qū)動(dòng)功率MOS管；

⑤有欠電壓封鎖和過電流保護(hù)功能；

⑥工作頻率可達(dá)500kHz.

圖二UC3842原理框圖

UC3842芯片能同時(shí)滿足較好的電氣性能和較低的成本，因而被廣泛地用于20～80W的小功率開關(guān)電源。圖二中8腳是其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（5V）；7腳是其電源端，芯片工作的開啟電壓為16V，欠壓鎖定電壓為10V； 4腳接振蕩電路，產(chǎn)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。1和2腳為補(bǔ)償端和內(nèi)部電壓比較器的反相輸入端，從3腳引入的電流反饋信號(hào)與1腳的電壓誤差信號(hào)比較，產(chǎn)生一個(gè)PWM（脈寬調(diào)制）波，從6腳（輸出端）輸出該信號(hào)，控制功率器件的通斷。3腳為電流檢測(cè)輸入端。由于電流比較器輸入端設(shè)置了1V的電流鉗位，當(dāng)電流過大而使電流檢測(cè)電阻R9（如圖三所示）上的電壓超過1V（即3腳電平大于1V）時(shí)，將關(guān)斷PWM脈沖，從而達(dá)到過流保護(hù)的目的。

開關(guān)電源的電路設(shè)計(jì)

本文用UC3842為核心控制部件，設(shè)計(jì)了90—264Vac輸入、DC12 V輸出的單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。變換器的幅頻特性由雙極點(diǎn)變成單極點(diǎn)，因此增益帶寬乘積得到了提高，穩(wěn)定幅度大，具有良好的頻率響應(yīng)特性。主要的功能模塊包括：EMI/EMC電路、啟動(dòng)電路、反饋電路、保護(hù)電路、整流電路。以下對(duì)各個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行分析，開關(guān)電源電路原理圖如圖三所示。

圖三開關(guān)電源原理圖

1、EMI/EMC電路

圖四電磁濾波器電路圖