高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源由于具有效率高、體積小、重量輕等突出優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的開關(guān)電源控制電路普遍為電壓型拓?fù)洌?只有輸出電壓單閉控制環(huán)路， 系統(tǒng)響應(yīng)慢， 線性調(diào)整率精度偏低。隨著PWM 技術(shù)的飛速發(fā)展產(chǎn)生的電流型模式拓?fù)浜芸毂淮蠹艺J(rèn)同和廣泛應(yīng)用。電流型控制系統(tǒng)是電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)， 一個(gè)是檢測(cè)輸出電壓的電壓外環(huán)， 一個(gè)是檢測(cè)開關(guān)管電流且具有逐周期限流功能的電流內(nèi)環(huán)， 具有更好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率， 穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)特性也得到明顯改善。UC3842是一款單電源供電， 帶電流正向補(bǔ)償， 單路調(diào)制輸出的高性能固定頻率電流型控制集成芯片。本設(shè)計(jì)采用UC3842 制作一款1 kW 鉛酸電池充電器控制板用的輔助電源樣機(jī)， 并對(duì)其進(jìn)行工作環(huán)境下的測(cè)試。

1 UC3842 的工作原理

UC3842 內(nèi)部組成框圖如圖1所示。其中： 1 腳是內(nèi)部誤差放大器的輸出端， 通常此腳與2 腳之間接有反饋網(wǎng)絡(luò)， 以確定誤差放大器的增益和頻響。2 腳是反饋電壓輸入端， 將取樣電壓加到誤差放大器的反相輸入端， 再與同相輸入端的基準(zhǔn)電壓（ 一般為2.5 V） 進(jìn)行比較， 產(chǎn)生誤差電壓。3 腳是電流檢測(cè)輸入端， 與取樣電阻配合， 構(gòu)成過流保護(hù)電路。當(dāng)電源電壓異常時(shí)， 功率開關(guān)管的電流增大， 當(dāng)取樣電阻上的電壓超過1 V時(shí)， U C3842 就停止輸出， 可以有效地保護(hù)功率開關(guān)管。4 腳外接鋸齒波振蕩器外部定時(shí)電阻與定時(shí)電容， 決定振蕩頻率。5 腳接地。6 腳是輸出端， 此腳為圖騰柱式輸出， 能提供±1A 的峰值電流， 可驅(qū)動(dòng)雙極型功率開關(guān)管或MOSFET.7 腳接電源， 當(dāng)供電電壓低于16 V 時(shí)， UC3842 不工作， 此時(shí)耗電在1 mA 以下。輸入電壓可以通過一個(gè)大阻值電阻從高壓降壓獲得。芯片工作后， 輸入電壓可在10~ 30 V 之間波動(dòng)， 低于10V 則停止工作。工作時(shí)耗電約為15 mA.8 腳是基準(zhǔn)電壓輸出， 可輸出精確的5 V 基準(zhǔn)電壓， 電流可達(dá)50mA.由圖1（ b） 可見， 它主要包括誤差放大器、PWM 比較器、PWM 鎖存器、振蕩器、內(nèi)部基準(zhǔn)電源和欠壓鎖定等單元。U C3842 的電壓調(diào)整率可達(dá)0.01% , 工作頻率為500 kHz.

圖1 UC3842 管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

2 反激變換器的設(shè)計(jì)

此次設(shè)計(jì)的反激變換器是從1 kW 充電器全橋開關(guān)電源初級(jí)側(cè)高壓直流部分取電作為輸入電壓。反激變換器預(yù)定技術(shù)指標(biāo)如下。

輸入電壓： 240~ 380 V DC; 輸出電壓： 12 V DC; 輸出電流： 2 A； 紋波電壓： ±500 mV；輸出功率： 25 W；效率： 85% ；開關(guān)頻率： 65 kHz；占空比：小于40%。

如圖2 所示， 電路由主電路、控制電路、啟動(dòng)電路和反饋電路4 部分組成。主電路采用單端反激式拓?fù)?，它是升降壓斬波電路演變后加隔離變壓器構(gòu)成的，該電路具有結(jié)構(gòu)簡單， 效率高， 輸入電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。工作模式選擇在斷續(xù)模式到臨界模式之間。功率開關(guān)管選用N??MOSFET STP9NK70ZFP（ 700 V, 5 A）。次級(jí)整流二極管選用肖特基二極管SR540（ 40 V, 5 A） .

控制電路是整個(gè)開關(guān)電源的核心， 控制的好壞直接決定了電源整體性能。這個(gè)電路采用峰值電流型雙環(huán)控制，即在電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)中加入峰值電流反饋控制。電路電流環(huán)控制采用UC3842 內(nèi)部電流環(huán)，電壓外環(huán)采用T L431 和光耦PC817 構(gòu)成的外部誤差放大器，誤差電壓直接送到UC3842 的1 腳。誤差電壓與電流比較器的同相輸入端3 腳經(jīng)采樣電阻采集到初級(jí)側(cè)電流進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)輸出端脈沖寬度。2 腳接地。R4, C5 是UC3842 的定時(shí)元件， 決定UC3842 的工作頻率，此設(shè)計(jì)中R4= 5.6 kΩ ，C5= 3300 pF.當(dāng)UC3842 的1 腳電壓低于1 V 時(shí)，輸出端將關(guān)閉；當(dāng)3 腳上的電壓高于1 V 時(shí)，電流限幅電路將開始工作，UC3842 的輸出脈沖中斷。開關(guān)管上波形出現(xiàn)'打嗝'現(xiàn)象，從而可以實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、限流等保護(hù)功能。

反饋電路采用精密穩(wěn)壓源TL431 和線性光耦PC817 構(gòu)成外部誤差電壓放大器。并將輸出電壓和初級(jí)側(cè)隔離。如圖2 所示， R11、R12 是精密穩(wěn)壓源的外接控制電阻， 決定輸出電壓的高低， 和T L431 一并組成外部誤差放大器。當(dāng)輸出電壓Vo 升高時(shí)， 取樣電壓VR 13 也隨之升高， 設(shè)定電壓大于基準(zhǔn)電壓（TL431 的基準(zhǔn)電壓為2.5 V） , 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(dòng)三極管的輸出電壓降低， 使輸出電壓Vo 下降， 最后V o 趨于穩(wěn)定； 反之， 輸出電壓下降引起設(shè)定電壓下降， 當(dāng)輸出電壓低于設(shè)定電壓時(shí)， 誤差放大器的輸出電壓下降， 片內(nèi)驅(qū)動(dòng)三極管的輸出電壓升高， 最終使UC3842 的腳1 的補(bǔ)償輸入電流隨之變化， 促使片內(nèi)對(duì)PWM 比較器進(jìn)行調(diào)節(jié)， 改變占空比， 達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

從TL431 技術(shù)資料可知， 參考輸入端的電流為2 μA, 為了避免此端電流影響分壓比和避免噪聲的影響， 通常取流過電阻R13 的電流為T L431 參考輸入端電流的100 倍以上[ 6] , 所以：

這里選擇R13= 10 k Ω，根據(jù)TL431 的特性可以計(jì)算R12:

其中， TL431 參考輸入端電壓Uref= 2.5 V。

TL431 的工作電流Ika 范圍為1~ 150 mA, 當(dāng)R9 的電流接近于零時(shí)， 必須保證I ka 至少為1 mA, 所以：

其中， 發(fā)光二極管的正向壓降Uf= 1.2 V。

UC3842 的誤差放大器輸出電壓擺幅0.8 V< Vo< 6 V, 三極管集射電流I c受發(fā)光二極管正向電流If 控制， 通過PC817 的Vce與I c關(guān)系曲線（ 圖3） 可以確定PC817 二極管正向電流I f .由圖3可知， 當(dāng)PC817 二極管正向電流I f 在7 mA 左右時(shí)， 三極管的集射電流I c在7 mA 左右變化， 而且集射電壓Vce 在很寬的范圍內(nèi)線性變化， 符合UC3842 的控制要求。

圖3 PC817 集射極電壓Vce與二極管正向電流If 的關(guān)系圖

PC817 的電流傳輸比CTR= 0. 8~ 1. 6, 當(dāng)I c= 7mA 時(shí)， 考慮最壞的情況， 取CT R= 0.8, 此時(shí)要求流過發(fā)光二極管最大電流：

所以：

其中， Uka為TL431 正常工作時(shí)的最低工作電壓， Uka = 2.5 V.發(fā)光二極管能承受的最大電流為50 mA,TL431 最大電流為150 mA, 故取流過R9 的最大電流為50 mA。

R9 的取值要同時(shí)滿足式（ 5） 和式（ 6） , 即162< R9< 949, 可以選用750Ω 。 4 基于MOS 管最大耐壓值的反激變壓器設(shè)計(jì)

由變換器預(yù)定技術(shù)指標(biāo)可知變壓器初級(jí)側(cè)電壓Vdcmin= 240 V, Vdcmax= 380 V, 預(yù)設(shè)效率η= 85%, 工作頻率f = 65 kHz, 電源輸出功率P out= 25 W。

變壓器的輸入功率：

根據(jù)面積乘積法來確定磁芯型號(hào)， 為了留有一定裕量， 選用錳鋅鐵氧體磁芯EE25/ 20, 電感量系數(shù)A L=1 750 nH/ N2 , 初始磁導(dǎo)率μi= 2 300, 有效截面積A e= 42. 2 mm2 .

因?yàn)樗x的MOS 管的最大耐壓值V MOSmax= 700 V.在150 V 裕量條件下所允許的最大反射電壓：

最大占空比：

初級(jí)電流：

初級(jí)最大電感量：

其中， f 是開關(guān)頻率， Hz.

初次級(jí)匝數(shù)比：

初級(jí)匝數(shù)：

其中， 磁感應(yīng)強(qiáng)度Bw= 0?? 23 T ; 由于此變換器設(shè)計(jì)在斷續(xù)工作模式k= 1（ 連續(xù)模式k= 0.5）。

磁芯氣隙：

次級(jí)匝數(shù)：

輔助繞組匝數(shù)：

其中， Va 是輔助繞組電壓， V .

為了減小變壓器漏感， 采用夾心式繞法， 初級(jí)繞組分N p1 （ 78 T ） 和N p2 （ 78 T） 兩部分繞制， 如圖4 所示， Np1 繞在骨架最里層， 次級(jí)繞組N s繞在N p1和N p2之間， 輔助繞組繞Na 在最外層。

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