摘 要： 介紹了一種基于PWM控制芯片UC3844的反激式開關電源" title="開關電源">開關電源的反饋回路改進設計，詳細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計方案，采用光耦" title="光耦">光耦PC817和電壓基準TL431組成反饋網絡。該電源性能優良，具有結構簡單，穩壓效果好，負載調整率高等優點，具有很高的生產應用價值。
關鍵詞： UC3844；反饋電路；反激式開關電源
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開關電源被譽為高效節能電源，它代表著穩壓電源的方向，現已成為穩壓電源的主流產品。開關電源采用功率半導體器件作為開關的器件，通過周期性間接工作，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓。單端反激式開關電源" title="反激式開關電源">反激式開關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，可以同時輸出不同的電壓，而且具有較好的電壓調整率[1]。
開關穩壓電源的反饋回路決定了開關電源的精度和整體性能。傳統的開關電源反饋回路從變壓器輸入端取電壓，沒有隔離，響應慢，抗干擾能力差[2]。
本文介紹一種基于電流型PWM芯片UC3844的開關電源的反饋回路改進，采用可調式精密并聯穩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，性能穩定。
1 UC3844原理與特性
UC3844是安森美公司生產的高性能、固定頻率、電流模式控制器，廣泛應用于中小功率的DC-DC開關電源。該集成電路的特點是：具有振蕩器、溫度補償的參考、高增益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出，是驅動功率MOSFET的理想器件。
UC3844相對于同系列的UC384x，最大的優點是占空比不超過50%，防止開機瞬間或負載短路時，變壓器可能出現的飽和現象。UC3844采用DIP-8封裝，其內部結構框圖如圖1所示，其管腳說明如表1所示[3]。
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2 常用電路的典型結構
基于UC3844的開關電源的電流反饋電路典型結構如圖2所示。
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220V交流電壓經整流濾波后，得到300V直流電壓，主要功率經串聯于高頻變壓器初級繞組N1，到大功率MOSFET開關管V1集電極，在UC3844的控制下，開關管V1周期性地導通和截止。300V直流電壓的另一路經R2降壓后，施加到UC3844的供電端（7腳），為UC3844控制器提供啟動電源電壓，此設計中UC3844采用恒定頻率方式工作。電路啟動后，8腳輸出一個+5.0V的基準參考電壓，作用于定時元件R5、C6上，在4腳產生穩定的振蕩波形，振蕩頻率=1.8/R4×C6，6腳輸出驅動脈沖激勵開關三極管V1在導通和截止之間工作。
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，不經過外部誤差放大器就能在內部比較器中改變輸出脈沖寬度。
這種傳統的電流反饋回路結構簡單具有容易布線、成本低的優點，但是電路的缺點在于反饋不能直接從輸出電壓取樣，輸出電壓穩壓精度不高，當電源的負載變化較大時很難實現精確穩壓；同時沒有隔離，抗干擾能力也差，在負載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應慢，不適合精度要求較高或負載變化范圍較寬的場合，為了解決這些問題，可以采用可調式精密并聯穩壓器TL431配合光耦PC817構成一種新型精準的反饋回路。
3 采用光耦和電壓基準進行反饋控制的電路設計
為了滿足負載變化較大時的供電要求，提高輸出電壓的穩定度，設計了一種從副邊繞組輸出端取樣進行反饋控制的電路，電壓采樣及反饋電路由光耦PC817、TL431及與之相連的阻容網絡構成。電路如圖3所示。
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對于負載調整率，除了能繼續通過變壓器的電感電流在R8上取樣外，該電路還設計從輸出端電壓取樣，該電路的設計輸出電壓Uout為15V。
輸出電壓經Rup、Rlow分壓后得到采樣電壓，此采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓進行比較，當輸出電壓正常(15V)時，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電位穩定，輸出驅動的占空比不變，輸出電壓穩定在設定值不變。當輸出15V電壓因為某種原因偏高時，經分壓電阻Rup、Rlow分壓值就會大于2.5V，此時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輸出驅動脈沖的占空比下降，輸出電壓降低，這樣就完成了反饋穩壓的過程。
Rup、Rlow、Rbias、Rs的取值要根據實際電路來設計。
3.1 根據TL431特性計算Rup、Rlow、Rbias
TL431是由美國德州儀器（TI）生產的2.5V～36V可調式精密并聯穩壓器。其工作電流范圍寬達0.1mA～100mA，動態電阻典型值為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，根據公式（1）計算，取Rlow的值為10.2kΩ：
根據TL431的特性，Rup、Rlow、Uout、Uref有固定的關系：
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???
??? 上式中，Uref為2.5V，Uout為15V，根據（2）式計算得出Rup＝51kΩ。
??? TL431的工作電流Ika的范圍在1mA～100mA，當Rs的電流接近于零(即PC817的正向電流If為零，Uf小于1.2V)時也必須保證Ika至少為1mA，此時Ubias必然小于1.2V。
??? 
??? 根據公式（3）計算，取Rbias的值為1kΩ。
3.2 根據PC817特性計算Rs
為了取得合適的Rs值，首先根據PC817的Uce與Ic關系曲線確定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）計算得出通過PC817內部發光二級管的最小電流為：
??? 
??? 發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，根據公式(5)，選擇Rs的取值為500Ω。
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4 實驗結果及結論
根據以上的理論分析以及計算結果，搭建一個原理如圖4所示的反激式開關電源，測量數據如表2所示。
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測量數據表示，在直流300V輸入情況下，新型反饋控制電路的紋波（0.3%）比傳統的電流反饋電路的紋波（0.92%）減少67％；同時，新型反饋控制電路的負載調整率和電壓調整率也遠大于傳統的電流反饋電路。
通過測量結果可以得到如下結論：(1)此電路的性能指標明顯好于傳統反饋電路；(2)動態響應快，控制精度高；(3)電源電路結構簡單，成本較低。
上述改善開關電源輸出特性的電路已經成功地應用于開關電源的批量生產中，效果顯著，性能穩定可靠。
參考文獻
[1] 張占松，蔡宣三．開關電源的原理與設計．北京：電子工業出版社，1998.
[2] 周志敏，周紀海，紀愛華．現代開關電源控制電路設計及應用．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．反激型開關電源反饋回路的改進．通信電源技術，2005，22(2)：42-44.