一种基于UC2844的单端反激式高频稳压开关电源

摘要：本文设计了一种以UC2844电流型PWM控制器控制，多路输出的单端反激式开关电源。根据UC2844的电流控制模式给出以单端反激式拓扑结构和峰值电流PWM技术为基础的设计方法，通过测试得到的信号波形说明了本方法设计出的开关电源可以减小纹波和提高电源效率，保证电压的稳定输出。
关键词：电流型PWM控制器；反激式开关电源；UC2844

0 引言
    随着电力电子技术的高速发展，功率器件的不断更新，PWM技术的发展日趋完善，使开关电源在通讯、航空、航天、工业自动化及仪表仪器等领域得到了广泛的发展。其中，以电流型PWM(脉宽调制)控制器为核心的高频开关电源由于具有体积小、重量轻、效率高、线路简洁、可靠性高以及具有较强的自动均衡各路输出负载的能力等优点，非常适合用于中小功率的场合，越来越受到市场的青睐。
    本文设计了一种以单端反激式拓扑结构和峰值电流PWM技术设计的新式开关电源，它可以更加有效地减小纹波和提高电源效率，保证了稳定电压的输出。

1 反激式高频稳压开关电源的设计
    电源电路主要由单端反激式变换电路和PWM控制电路两部分组成。设计的目的是将交流电压经过整流滤波后的直流电压转换成两路24V和3．3V的输出，实现对负载的供电。整体思路是：电流型PWM控制器UC2844通过对电流电压的检测，改变输出电流信号，调整变换器中的开关管导通与截止，从而改变变换器中的峰值电流，达到调节输出电压的目的，保证24V和3．3V的稳定输出。在整个设计中，以UC2844为核心的反馈控制电路是关键，具有动态响应快、外围电路简单等优点，可以精准、快速地调节输出电压。系统框图如图1所示。

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2 电流型PWM控制器UC2844
    电流型PWM控制器系统框图如图2所示。

    该系统采用了电流电压双闭环串级结构，内部是电流环，外部是电压环。控制原理是：给定的电压Vi与从输出反馈回的电压Vr进行比较，得到的电压误差经电压调节器输出作为另一个给定的电压信号Ve，该信号与经电阻采样反映电流变化的信号Vs进行比较，输出一个可调节占空比的PWM脉冲信号，从而使得输出的电压信号Vo保持恒定。电流型PWM控制器的优点是：电压调整率好、负载调整率好、系统稳定性好。
    UC2844是Unitrode公司生产的一种高性能固定频率电流型PWM控制器，主要包括误差放大器、PWM比较器、PWM锁存器、振荡器、内部基准电压和欠压锁定单元等几部分。UC2844是单端输出，可直接驱动晶体管和MOSFET，具有管脚数量少、外围电路简单、安装和调试简单、性能优良、价格低廉等优点。

3 反激式开关电源的控制原理
    电源电路采用了电流PWM控制模式，就使反激式电路形成了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统，就可以通过开关电源的PWM调制器迅速调整脉冲占空比，从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节，达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是：在输入电压和负载电流变化较大时，具有更快的动态响应速度，自动限制负载电流，补偿电路简单。反激电路适应于小功率开关电源。
    单端反激式开关电源是以开关管的周期性导通与截止为主要特征。开关导通时，在变压器的原边线圈一侧储存电能，与副边线圈相连的超快恢复二极管处于反偏压状态，所以二极管截止，在变压器次级线圈中无电流流过，即没有能量传递给负载。开关管截止时，变压器副边电感线圈中的电压极性反转，使二极管导通，给输出电容充电，同时负载也有电流流过。[!--empirenews.page--]
    要求开关管K1413至少能承受1000V的高压，同时还必须在漏极增加嵌位电路，吸收尖峰电压，保护开关管。嵌位电路由瞬态电压抑制二极管TVS和超快恢复二极管组成。当开关管导通时，原边电压上端为正，下端为负，使得超快恢复二极管截止，嵌位电路不起作用。在开关管截止瞬间，原边电压变为下端为正，上端为负，此时TVS导通，电压被限制在200V左右。原理图如图3所示。

 

4 电源电路性能分析
    PWM控制器UC2844及外围电路构成了双环反馈控制系统。UC2844的工作过程为：直流电压经限流电阻R15抬升电位至16V后启动UC2844工作；将流过原边线圈电流的反馈信号与UC2844内部的误差放大器输出的信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感电流随误差电压的变化而变化，保持了输出电压的恒定。根据实际给定的定时元件参数值计算得出UC2844的工作频率*****，其中R12是定时电阻，C8是定时电容。如图4所示。

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    反激式高频变压器开关电源的电路图见图3。开关管门极驱动信号与原副边电压波形如图5及图6所示，图7为高频开关变压器原边电压波形，由图可以看到开关管导通时间占空比非常小，反激式高频开关稳压电源能够正常工作。(图5、图6直流电压用24V模拟)。
　

5 结束语
    利用UC2844设计制作的开关稳压电源具有良好的性能指标，动态响应快、频率响应特性好、稳定幅度大、冲击小。负载调整率改善明显，电压调节范围宽，纹波电压小，系统稳定，能很好地满足微机的工作要求。