摘 要： 介紹了一種基于PWM控制芯片UC3844的反激式開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源的反饋回路改進(jìn)設(shè)計(jì)，詳細(xì)討論了新型反饋電路" title="反饋電路">反饋電路的工作過程及設(shè)計(jì)方案，采用光耦" title="光耦">光耦PC817和電壓基準(zhǔn)TL431組成反饋網(wǎng)絡(luò)。該電源性能優(yōu)良，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)壓效果好，負(fù)載調(diào)整率高等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： UC3844；反饋電路；反激式開關(guān)電源
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開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的方向，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品。開關(guān)電源采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)的器件，通過周期性間接工作，控制開關(guān)器件的占空比來調(diào)整輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓。單端反激式開關(guān)電源" title="反激式開關(guān)電源">反激式開關(guān)電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20W～100W，工作頻率在20kHz～200kHz之間，可以同時(shí)輸出不同的電壓，而且具有較好的電壓調(diào)整率[1]。
開關(guān)穩(wěn)壓電源的反饋回路決定了開關(guān)電源的精度和整體性能。傳統(tǒng)的開關(guān)電源反饋回路從變壓器輸入端取電壓，沒有隔離，響應(yīng)慢，抗干擾能力差[2]。
本文介紹一種基于電流型PWM芯片UC3844的開關(guān)電源的反饋回路改進(jìn)，采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器加光電耦合器接法，具體使用TL431加PC817。這種方法由于使用了精密電壓源做控制參考電壓，控制精度非常高，性能穩(wěn)定。
1 UC3844原理與特性
UC3844是安森美公司生產(chǎn)的高性能、固定頻率、電流模式控制器，廣泛應(yīng)用于中小功率的DC-DC開關(guān)電源。該集成電路的特點(diǎn)是：具有振蕩器、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖肌⒏咴鲆嬲`差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的理想器件。
UC3844相對于同系列的UC384x，最大的優(yōu)點(diǎn)是占空比不超過50%，防止開機(jī)瞬間或負(fù)載短路時(shí)，變壓器可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象。UC3844采用DIP-8封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其管腳說明如表1所示[3]。
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2 常用電路的典型結(jié)構(gòu)
基于UC3844的開關(guān)電源的電流反饋電路典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。
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220V交流電壓經(jīng)整流濾波后，得到300V直流電壓，主要功率經(jīng)串聯(lián)于高頻變壓器初級繞組N1，到大功率MOSFET開關(guān)管V1集電極，在UC3844的控制下，開關(guān)管V1周期性地導(dǎo)通和截止。300V直流電壓的另一路經(jīng)R2降壓后，施加到UC3844的供電端（7腳），為UC3844控制器提供啟動(dòng)電源電壓，此設(shè)計(jì)中UC3844采用恒定頻率方式工作。電路啟動(dòng)后，8腳輸出一個(gè)+5.0V的基準(zhǔn)參考電壓，作用于定時(shí)元件R5、C6上，在4腳產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩波形，振蕩頻率=1.8/R4×C6，6腳輸出驅(qū)動(dòng)脈沖激勵(lì)開關(guān)三極管V1在導(dǎo)通和截止之間工作。
UC3844對于輸入電壓的變化立即反映為來自N2電感電流在取樣電阻R3上的電壓變化，不經(jīng)過外部誤差放大器就能在內(nèi)部比較器中改變輸出脈沖寬度。
這種傳統(tǒng)的電流反饋回路結(jié)構(gòu)簡單具有容易布線、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是電路的缺點(diǎn)在于反饋不能直接從輸出電壓取樣，輸出電壓穩(wěn)壓精度不高，當(dāng)電源的負(fù)載變化較大時(shí)很難實(shí)現(xiàn)精確穩(wěn)壓；同時(shí)沒有隔離，抗干擾能力也差，在負(fù)載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應(yīng)慢，不適合精度要求較高或負(fù)載變化范圍較寬的場合，為了解決這些問題，可以采用可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431配合光耦PC817構(gòu)成一種新型精準(zhǔn)的反饋回路。
3 采用光耦和電壓基準(zhǔn)進(jìn)行反饋控制的電路設(shè)計(jì)
為了滿足負(fù)載變化較大時(shí)的供電要求，提高輸出電壓的穩(wěn)定度，設(shè)計(jì)了一種從副邊繞組輸出端取樣進(jìn)行反饋控制的電路，電壓采樣及反饋電路由光耦PC817、TL431及與之相連的阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。電路如圖3所示。
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對于負(fù)載調(diào)整率，除了能繼續(xù)通過變壓器的電感電流在R8上取樣外，該電路還設(shè)計(jì)從輸出端電壓取樣，該電路的設(shè)計(jì)輸出電壓Uout為15V。
輸出電壓經(jīng)Rup、Rlow分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓進(jìn)行比較，當(dāng)輸出電壓正常(15V)時(shí)，采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓相等，則TL431的K極電位不變，流過光耦PC817二極管的電流不變，流過光耦CE的電流不變，UC3844的腳2電位穩(wěn)定，輸出驅(qū)動(dòng)的占空比不變，輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值不變。當(dāng)輸出15V電壓因?yàn)槟撤N原因偏高時(shí)，經(jīng)分壓電阻Rup、Rlow分壓值就會(huì)大于2.5V，此時(shí)TL431的K極電位下降，流過光耦PC817二極管的電流增大，從而流過光耦CE的電流增大，UC3844的腳1電位下降，腳6輸出驅(qū)動(dòng)脈沖的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了反饋穩(wěn)壓的過程。
Rup、Rlow、Rbias、Rs的取值要根據(jù)實(shí)際電路來設(shè)計(jì)。
3.1 根據(jù)TL431特性計(jì)算Rup、Rlow、Rbias
TL431是由美國德州儀器（TI）生產(chǎn)的2.5V～36V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器。其工作電流范圍寬達(dá)0.1mA～100mA，動(dòng)態(tài)電阻典型值為0.22Ω，輸出雜波低[4]。
TL431參考輸入端的電流參考值為1.8μA，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Rlow的電流為參考輸入端電流的100倍以上，根據(jù)公式（1）計(jì)算，取Rlow的值為10.2kΩ：
根據(jù)TL431的特性，Rup、Rlow、Uout、Uref有固定的關(guān)系：
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??? 上式中，Uref為2.5V，Uout為15V，根據(jù)（2）式計(jì)算得出Rup＝51kΩ。
??? TL431的工作電流Ika的范圍在1mA～100mA，當(dāng)Rs的電流接近于零(即PC817的正向電流If為零，Uf小于1.2V)時(shí)也必須保證Ika至少為1mA，此時(shí)Ubias必然小于1.2V。
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??? 根據(jù)公式（3）計(jì)算，取Rbias的值為1kΩ。
3.2 根據(jù)PC817特性計(jì)算Rs
為了取得合適的Rs值，首先根據(jù)PC817的Uce與Ic關(guān)系曲線確定PC817A二極管正向電流If[5]。UC3844的誤差放大器輸出電壓擺幅0.8V
??? PC817的電流傳輸比CTR=0.8～1.6，按公式（4）計(jì)算得出通過PC817內(nèi)部發(fā)光二級管的最小電流為：
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??? 發(fā)光二極管能承受的最大電流為50mA，TL431最大電流為100mA，故取流過Rs的IfMAX為50mA，根據(jù)公式(5)，選擇Rs的取值為500Ω。
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4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論
根據(jù)以上的理論分析以及計(jì)算結(jié)果，搭建一個(gè)原理如圖4所示的反激式開關(guān)電源，測量數(shù)據(jù)如表2所示。
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測量數(shù)據(jù)表示，在直流300V輸入情況下，新型反饋控制電路的紋波（0.3%）比傳統(tǒng)的電流反饋電路的紋波（0.92%）減少67％；同時(shí)，新型反饋控制電路的負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率也遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的電流反饋電路。
通過測量結(jié)果可以得到如下結(jié)論：(1)此電路的性能指標(biāo)明顯好于傳統(tǒng)反饋電路；(2)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，控制精度高；(3)電源電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低。
上述改善開關(guān)電源輸出特性的電路已經(jīng)成功地應(yīng)用于開關(guān)電源的批量生產(chǎn)中，效果顯著，性能穩(wěn)定可靠。
參考文獻(xiàn)
[1] 張占松，蔡宣三．開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)．北京：電子工業(yè)出版社，1998.
[2] 周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛華．現(xiàn)代開關(guān)電源控制電路設(shè)計(jì)及應(yīng)用．北京：人民郵電出版社，2005.
[3] Anon．Current Mode PWM．Controller.Unitrode公司資料：UC1844/2844/3844.
[4] Anon．TL431，A，B Series．MOTOROLA公司資料：TL431，A，B Series.
[5] Anon．High Density Mounting Type Photo coupler．SHARP公司資料：PC817 Series.
[6] 王闖瑞．反激型開關(guān)電源反饋回路的改進(jìn)．通信電源技術(shù)，2005，22(2)：42-44.