近年來隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開關(guān)穩(wěn)壓電源正朝著小型化、高頻化、繼承化的方向發(fā)展，高效率的開關(guān)電源已經(jīng)得到越來越廣泛的應(yīng)用。單端反激式變換器以其電路簡單、可以高效提供直流輸出等許多優(yōu)點，特別適合設(shè)計小功率的開關(guān)電源的優(yōu)點獲得了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的開關(guān)電源普遍采用電壓型脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，而近年電流型PWM技術(shù)得到了飛速發(fā)展。相比電壓型PWM,電流型PWM具有更好的電壓調(diào)整率和負載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性也得以明顯改善，特別是其內(nèi)在的限流能力和并聯(lián)均流能力使控制電路變得簡單可靠。

　　UC3842是由Unitrode公司開發(fā)的新型控制器件，是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比較理想的新型的控制器閉。

　　1 電路設(shè)計和原理
　　1．1 UC3842工作原理

　　UC3842是一種高性能的固定頻率電流型脈寬集成控制芯片，是專為離線式直流變換電路設(shè)計的。其主要優(yōu)點是電壓調(diào)整率可以達到0.01%,工作頻率高達500 kHz,啟動電流小于1 mA,外圍元件少。它適合做20 W~80 W的小型開關(guān)電源。其工作溫度為0 ℃~70℃，輸入電壓30 V,輸出電流1 A,能驅(qū)動雙極型功率管和MOSFET.UC3842采用DIP-8形式封裝。該電路的工作原理是：直流電壓加在Rin上，降壓后加在UC3842的引腳7上，為芯片提供大于16 V的啟動電壓，當芯片啟動后由反饋繞組提供維持芯片正常工作需要的電壓。當輸出電壓升高時，單端反激變壓器Tl的反饋繞組上產(chǎn)生的反饋電壓也升高，該電壓經(jīng)R1和R3組成大分壓網(wǎng)絡(luò)，分壓后送入UC3842的引腳2,與基準電壓比較后，經(jīng)誤差放大器放大，使UC3842引腳6的驅(qū)動脈沖占空比減小，從而使輸出電壓降低，達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。此電路結(jié)構(gòu)簡單，容易布線，成本低。但是，UC3842的采樣電壓不是從輸出端取到的，輸出電壓穩(wěn)壓不高，只適合于用在負載較小的場合。

　　1．2 系統(tǒng)原理

　　本文以UC3842為控制部件，設(shè)計一款A(yù)C 220V輸入，DC 24V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變成單極點，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：啟動電路、過流過壓欠壓保護電路、反饋電路、整流電路。以下對各個模塊的原理和功能進行分析。電路原理圖如圖2所示。
 

　　1．2．1 啟動電路

　　如圖2所示交流電由C16、L1、C15以及C14、C13進行低通濾波，其中C16、C15組成抗串模干擾電路，用于抑制正態(tài)噪聲；C14、C13、L1組成抗共模干擾電路，用于抑制共態(tài)噪聲干擾。它們的組合應(yīng)用對電磁干擾由很強的衰減旁路作用。濾波后的交流電壓經(jīng)D1～D4橋式整流以及電解電容C1、C2濾波后變成3lOV的脈動直流電壓，此電壓經(jīng)R1降壓后給C8充電，當C8的電壓達到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由腳6輸出推動開關(guān)管工作。隨著UC3842的啟動，R1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓給UC3842供電。由于輸入電壓超過了UC3842的工作，為了避免意外，用D10穩(wěn)壓管限定UC3842的輸入電壓，否則將出現(xiàn)UC3842被損壞的情況。
　　1．2．2 短路過流、過壓、欠壓保護電路

　　由于輸入電壓的不穩(wěn)定，或者一些其他的外在因素，有時會導致電路出現(xiàn)短路、過壓、欠壓等不利于電路工作的現(xiàn)象發(fā)生，因此，電路必須具有一定的保護功能。如圖2所示，如果由于某種原因，輸出端短路而產(chǎn)生過流，開關(guān)管的漏極電流將大幅度上升，R9兩端的電壓上升，UC3842的腳3上的電壓也上升。當該腳的電壓超過正常值0．3V達到1V(即電流超過1．5A)時，UC3842的PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。這時，UC3842的腳6無輸出，MOS管S1截止，從而保護了電路。如果供電電壓發(fā)生過壓(在265V以上)，UC3842無法調(diào)節(jié)占空比，變壓器的初級繞組電壓大大提高，UC3842的腳7供電電壓也急劇上升，其腳2的電壓也上升，關(guān)閉輸出。如果電網(wǎng)的電壓低于85V，UC3842的腳1電壓也下降，當下降lV(正常值是3．4V)以下時，PWM比較器輸出高電平，使PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出。如果人為意外地將輸出端短路，這時輸出電流將成倍增大，使得自動恢復(fù)開關(guān)RF內(nèi)部的熱量激增，它立即斷開電路，起到過壓保護作用。一旦故障排除，自動恢復(fù)開關(guān)RF在5s之內(nèi)快速恢復(fù)阻抗。因此，此電路具有短路過流、過壓、欠壓三重保護。
　　1．2．3 反饋電路

　　反饋電路在各種電子電路中都獲得普遍的應(yīng)用，反饋是將放大器輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，回收到放大器輸入端與輸入信號進行比較（相加或相減），并用比較所得的有效輸入信號去控制輸出，這就是放大器的反饋過程。凡是回收到放大器輸入端的反饋信號起加強輸入原輸入信號的，使輸入信號增加的稱正反饋。反之則為負反饋。按其電路結(jié)構(gòu)又分為：電流反饋電路和電壓反饋電路。正反饋電路多應(yīng)用在電子振蕩電路上，而負反饋電路則多應(yīng)用在各種高低頻放大電路上。因應(yīng)用較廣，負反饋對放大器性能有四種影響：1.負反饋能提高放大器增益的穩(wěn)定性。2.負反饋能使放大器的通頻帶展寬。3.負反饋能減少放大器的失真。4.負反饋能提高放大器的信噪比。5.負反饋對放大器的輸出輸入電阻有影響。
　　反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431和線性光耦PC817。利用TL43l可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進行的調(diào)整。如圖2所示，R4、R5是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻，它們決定輸出電壓的高低，和TL431一并組成外部誤差放大器。當輸出電壓升高時，取樣電壓VR7也隨之升高，設(shè)定電壓大于基準電壓(TL431的基準電壓為2．5V)，使TL431內(nèi)的誤差放大器的輸出電壓升高，致使片內(nèi)驅(qū)動三極管的輸出電壓降低，也使輸出電壓Vo下降，Vo趨于穩(wěn)定；反之，輸出電壓下降引起設(shè)置電壓下降，當輸出電壓低于設(shè)置電壓時，誤差放大器的輸出電壓下降，片內(nèi)的驅(qū)動三極管的輸出電壓升高，終使得UC3842的腳1的補償輸入電流隨之變化，促使片內(nèi)對PWM比較器進行調(diào)節(jié)，改變占空比，達到穩(wěn)壓的目的。R7、R8的阻值是這樣計算的：先固定R7的阻值，再計算R8的阻值，即

　　1．2．4 整流濾波電路

　　輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能。開關(guān)電源輸出端中對波紋幅值的影響主要有以下幾個方面。
　　(1)輸入電源的噪聲，是指輸入電源中所包含的交流成分。解決的方案是在電源輸入端加電容C5，以濾除此噪聲干擾。
　　(2)高頻信號噪聲，開關(guān)電源中對直流輸入進行高頻的斬波，然后通過高頻的變壓器進行傳輸，在這個過程中，必然會摻人高頻的噪聲干擾。還有功率管器件在開關(guān)的過程中引起的高頻噪聲。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用π型濾波的方式。濾波電感采用150μH的電感，可濾除高頻噪聲。
　　(3)采用快速恢復(fù)二極管D6、D7整流?；诘蛪?、功耗低、大電流的特點，有利于提高電源的效率，其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲。
　　2 并聯(lián)整流二極管減小尖峰電壓

　　整流二極管是一種用于將交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔艿陌雽w器件。通常它包含一個PN結(jié)，有陽極和陰極兩個端子。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。P區(qū)的載流子是空穴，N區(qū)的載流子是電子，在P區(qū)和N區(qū)間形成一定的位壘。外加使P區(qū)相對N區(qū)為正的電壓時，位壘降低，位壘兩側(cè)附近產(chǎn)生儲存載流子，能通過大電流，具有低的電壓降（典型值為0.7V），稱為正向?qū)顟B(tài)。若加相反的電壓，使位壘增加，可承受高的反向電壓，流過很小的反向電流（稱反向漏電流），稱為反向阻斷狀態(tài)。整流二極管具有明顯的單向?qū)щ娦?。整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高，反向漏電流小，高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造（摻雜較多時容易反向擊穿）。這種器件的結(jié)面積較大，能通過較大電流（可達上千安），但工作頻率不高，一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻半波整流電路，如需達到全波整流需連成整流橋使用。
　　在大功率的整流電路中，次級整流橋電路存在較大雜散電感，輸出整流管在換流時，由于電路中存在寄生振蕩，整流管會承受較大的尖峰電壓，尖峰電壓的存在提高了對整流二極管的耐壓要求，也將帶來額外的電路損耗。整流橋的寄生振蕩產(chǎn)生于變壓器的漏感(或附加的諧振電感)與變壓器的繞組電容和整流管的結(jié)電容之間。
　　當副邊電壓為零時，在全橋整流器中4只二極管全部導通，輸出濾波電感電流處于自然續(xù)流狀態(tài)。而當副邊電壓變化為高電壓Vin/K(K為變壓器變比)時，整流橋中有兩只二極管要關(guān)斷，兩只二極管繼續(xù)導通。這時候變壓器的漏感(或附加的諧振電感)就開始和關(guān)斷的整流二極管的電容諧振。即使采用快恢復(fù)二極管，二極管依然會承受至少兩倍的尖峰電壓，因此，必須采用有效的緩沖電路，有許多文獻對此作了研究，歸納起來有5種方式：RC緩沖電路，RCD緩沖電路，主動箝位緩沖電路，第三個繞組加二極管箝位緩沖電路，原邊側(cè)加二極管箝位緩沖電路。在這里提出另一種減小二極管尖峰電壓有效的方法：即整流二極管并聯(lián)，其具體的電路圖如圖3所示。

　　并且這種方法在大功率全橋移相DC／DC電源變換器的項目中得到了應(yīng)用，實驗波形驗證了該方法，實驗結(jié)果如圖4所示，其中圖4(a)是整流橋電壓波形，可以看出，由于變壓器的漏感和二極管的結(jié)電容以及變壓器的繞組電容之間發(fā)生的高頻振蕩，使二極管存在很高的尖峰電壓；圖4(b)是采用并聯(lián)整流二極管之后整流橋電壓波形，明顯尖峰電壓減小很多，驗證了該方法的有效性。

　　3 實驗結(jié)果及分析

　　對設(shè)計的電路進行了實驗，圖5示出了實驗波形。圖5(a)上波形為UC3842的腳4三角波振蕩波形，下波形為UC3842的腳6驅(qū)動開關(guān)管的PWM波；圖5(b)上波形為滿載時輸出電壓直流分量Vdc，下波形為交流紋波Vripp。

　　4 結(jié)語

　　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(qū)動晶體管和MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點，在100W以下的開關(guān)電源中有很好的應(yīng)用前景。