基于UC3845的非隔离反激式输出可调开关电源设计

摘要：介绍了一种基于UC3845芯片的开关稳压电源设计方案。该开关电源通过单片机控制数／模电路进行输出电压调节，采用合理有效的滤波和稳压元件配合UC3845芯片工作。该电源产品的DC—DC转换效率高达91％，输出纹波电压小于0．45 V。在该设计中，修改并确认了UC3845芯片的振荡频率系数的计算方法，提出了改善输出信号波形的具体有效措施。其低成本、高效高质的电路设计以及产品的调试方法具有一定的推广价值。
关键词：UC384．5；开关电源；纹波电压；电压调节

0 引言
开关电源具有功耗小，效率高，稳压范围宽，体积小等优点，在通信设备、家用电器、仪器仪表等电子电路中应用广泛。本文设计的开关电源要求只有一组输出电压，输出电压调节范围在25～36 V之间，输出电压纹波不超过0．8 V，输出最大功率不低于70 W。在开关电源的各种典型结构中，反激式开关电源硬件电路简单，输出电压既可高于输入电压，又可低于输入电压，非常适合用于输出功率在200 W以下的开关电路。因此设计方案采用了非隔离式反激变换器构成开关电路，选用电流模式控制芯片UC3845为功率开关管提供驱动电流，实现宽幅稳压和高效转换的功能。

1 非隔离反激式变换器电路原理
反激式变换器有两种不同形式，非隔离反激式变换器(见图1)和隔离反激式变换器(见图2)。非隔离反激式变换器只有一个输出电压，适合于只有一组输出且不用隔离的电源，变换器只需要处理一个绕组电感。隔离反激式变换器可以在变压器次级有多个绕组，方便地输出多组与输入电压隔离的输出电压，并且可以通过调节变压器的变比得到大小不同的输出电压。但与非隔离反激式变换器相比，多个绕组的变压器磁芯元件将是电源设计中的一大关键。

对于非隔离反激式变换器，输出电压和输入电压没有隔离，输出电压不低于输入电压。在一个开关周期内，开关导通时，电压加在电感上，电流以某斜率上升，并储存能量在电感中；当开关关断的时候，电感电流经过二极管放电。

2 UC3845工作原理介绍
UC3845是安森美半导体公司的高性能固定频率电流模式控制器。该控制器是专为离线和DC-DC变换器应用而设计的，它可以使设计者使用最少的外部元件即而获得高成本效益的解决方案。UC3845具有高达500 kHz的开关频率、大图腾柱输出电流等特性，是开关电源电路中驱动功率MOSFET管的理想器件。
UC3845芯片具有双列直插8管脚塑料封装以及14管脚塑料表面贴封装两种形式，芯片内部电路具有振荡器、高增益误差放大器、电流取样比较器、PWM所存电路、5 V基准电路、欠压锁定电路和电流图腾柱输出电路等，如图3所示。

(1)5 V基准电路。该部分电路由芯片工作电压欠压锁定提供，作为芯片内部电源，经分压衰减得到2．5 V作为误差放大器的比较基准；另外基准电路也提供5 V参考电压给第8(14)管脚。
(2)振荡器。振荡器电路产生方波振荡，振荡频率最大为1 MHz，由管脚4(7)与管脚8(14)之间的RT以及管脚4(7)与GND之间连接的CT决定。计算公式推导如下：
fosc=k／(RTCT) (1)
UC3845在RT=10 kΩ，CT=3．3 nF时，振荡频率fosc=52 kHz。代入式(1)，得到k=1．72。
因此，UC3845芯片的振荡电路频率表达式可以表示如下：
fosc=1．72／(RTCT) (2)
(3)高增益误差放大器。UC3845内部提供一个可访问反相输入和输出的全补偿误差放大器。由电压反馈端2(3)管脚输入的反馈电压与2．5 V进行比较，产生的误差电压用于调节脉冲宽度。该误差电压经1管脚输出接RC网络，用于改变增益和频率特性进行外部回路补偿。

(4)电流取样比较器。电感电流通过与输出开关Q1源极串联的参考取样电阻R转换成电压。此电压有电流取样输入管脚3(5)监视，并与来自误差放大器的输出电平进行比较。当取样电压大于1 V时，输出脉冲关闭，使开关管关断，起到过流保护的作用。为了抑制电流波形前的尖脉冲，通常在电流取样输入管脚与取样电阻之间增加RC滤波器消除尖脉冲引起的不稳定性。RC滤波器的时间常数接近尖脉冲的持续时间。典型应用电路如图5所示。
(5)PWM锁存电路。UC3845的电流取样比较器和脉冲宽度锁存电路配置可确保在任何给定的振荡周期内，输出端仅有一个单脉冲输出。即输出端的每个控制脉冲不会超过一个振荡周期，也就是所谓的逐脉冲控制。
(6)欠压锁定电路。UC3845采用两个欠压锁定比较器，以保证在输出级被驱动之前集成电路已经工作。正电源电压Vcc和参考输出电压Vref各自由分离的具有滞后特性的比较电路监视，防止工作在各自门限值时出现错误输出动作。Vcc比较器的上下门限分别为8．4 V和7．6 V；Vref比较器的上下门限为3．6 V和3．4 V。
(7)输出电路。UC3845采用两个NPN型晶体管连接的图腾柱式输出电路。晶体管A的集电极接电源Vcc，发射极接晶体管B的集电极，晶体管B的集电极接地。两个晶体管的基极分别接前级控制，晶体管的连接处为输出端。A管导通则B管截止，输出高电平；B管导通A管截止，输出低电平；两管均截止时输出为高阻状态。

3 开关电源设计
3．1 开关电源系统组成
图6所示开关电源电路可以很好地满足设计要求。储能元件L1、功率开关管Q1组成开关稳压器，UC3845构成开关的电流控制电路。220 V电网电压经过交流变压为18 V左右的交流信号U2，再经过桥式整流、滤波、稳压后，为UC3845提供工作电压。整流滤波后的直流电压正极经过L1接入开关管Q1的漏极。当Q1导通时，输入整流电压经L1，Q1漏源极、R7组成回路，输入整流电压全部加在L1两端，从而使电能转变为磁能储存于L1。当Q1截至时，L1产生的自感电势与输入整流电压串联连接，通过二极管D1向负载供电。Q1导通时间正比于L1存储能量，因此通过UC3845控制功率开关管通断占空比，可以使输出电压可控。