單端反激開關穩壓電源設計與制作

管尚書，趙雨桐，宋桂英

（河北工業大學 電氣工程學院，天津 300401）

0 引 言

當前，隨著開關電源性能要求的不斷提高，對其技術設計提出了更高的要求。反激變換器具有輸入電壓范圍寬、結構簡單和性能穩定等優點，廣泛應用于電源設計。本文基于UC3844設計了單端反激開關穩壓電源，取得了良好的穩壓效果[1]。

1 單端反激開關穩壓電源的設計要求

單相交流輸入220 V±15%，輸出直流電壓、電流分別為12 V和2.5 A[2]。設計框圖如圖1所示。

圖1 單端反激開關穩壓電源設計原理

2 整流電路

2.1 交流輸入優化電路

交流輸入優化電路中，將220 V交流電從9500-5///3端口輸入后，采用熔斷器F1和熱敏電阻N1進行過載保護和短路保護，開關SW1控制通斷。為減小輸入電源的噪聲干擾，提高安全性，在二極管整流橋之前增設安規電容和共模濾波電感LF1。安規電容的特點是即使失效后，也不會導致電擊，不危及人身安全。其中，CX1（X型安規電容）跨接在L與N（零線）之間，抑制差模干擾；CY1和CY2（均為Y型安規電容）分別跨接在L與FG之間、N與FG（接地線）之間，抑制共模干擾[3]。之后，利用共模濾波電感LF1再次濾除干擾，為整流電路的輸入提供有效保障。

2.2 整流電路

整流電路選用電容濾波的單相不可控整流電路，整流橋選用普通整流二極管1N4007，交流電壓經D1～D4整流及大電容C1濾波后，得到大小約為311 V的直流電壓。綜合考慮經濟因素及其他因素，最終選擇大小為82 μF的濾波電容C1。由于二極管1N4007的最高反向承受電壓為1 000 V，最大電流平均值為1 A，因此二極管選用1N4007。

3 反激電路

3.1 反激電路仿真圖及分析

反激電路仿真圖及分析如圖2所示。

結果：反激電路的輸出波形未達到預期效果。

分析：（1）反激電路利用變壓器儲能工作，而Multisim軟件中的變壓器沒有儲能功能；（2）Multisim軟件中沒有高頻變壓器（開關管開關頻率為幾十千赫茲）。

為了驗證Multisim軟件中的變壓器沒有儲能功能，做了仿真圖。由仿真波形可知，當輸出高電平變為0時，輸出立即變為0。而當變壓器有儲能，輸出由高變低時，二次側應感應到反電壓，但仿真中并沒有顯示。

圖2 反激電路仿真

3.2 反激電路參數選擇

3.2.1 開關器件參數選擇及選型

根據UC3844的4管腳接入的RC值，可得PWM波頻率為153.3kHz，開關器件承受最大電壓值為393 V，開關器件的額定電壓為786～1 179 V，額定電流范圍為0.50～0.66 A。本文最終選擇了TO-220F封裝的7N65 MOSFET作為開關器件[4]。

3.2.2 肖特基二極管參數選擇及選型

流過每個肖特基二極管的電流平均值為1.25 A，有效值為1.77 A。由于肖特基二極管承受的最大電壓為45.5 V，考慮安全裕量，肖特基二極管的額定電壓為91.0～136.5 V，額定電流為1.69～2.25 A。本文最終選擇了SR3100肖特基二極管（最大耐壓值100 V，正向平均電流最大值3 A）。

3.3 RCD吸收電路

RCD吸收電路由二極管D5、電容C2和電阻R10構成。相比于RC電路，RCD吸收電路具有更好的過電壓抑制作用。

4 控制電路集成芯片UC3844及PWM產生電路仿真

4.1 UC3844芯片簡介

UC3844是一種高性能的電流模式控制器，是MOSFET驅動功率的理想器件，可實現精確的占空比和可微調的振蕩器功能。UC3844芯片采用單電源供電、單路輸出的技術方案，主要包含欠壓鎖定、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調制鎖存和高頻振蕩等功能電路。

4.2 PWM產生電路仿真

Multisim中只有3844芯片的外形，內部沒有其模型參數，不可用于仿真。因此，未能得出仿真結果。

5 反饋控制

電路的反饋穩壓原理如圖3所示。當輸出電壓升高時，經電阻R11、R10和R12分壓后，接到TL431參考輸入端（誤差放大器的反向輸入端）的電壓隨之升高，導致TL431端的電壓Vka下降，而流經光耦二極管的電流if變大。電壓下降電流升高，造成光耦集射極瞬態電阻值變小，UC3844引腳1的電平變小，導致PWM鎖存器發生復位，脈沖變窄，MOSFET功率管的導通時間變短。受此影響，次級線圈和自饋線圈輸入端的能量變小，進一步導致輸出電壓Vo變低。反之亦然，使輸出電壓可以保持穩定。

6 電路測試

穩壓電源測試數據如表1和表2所示。

表1 空載時電壓調整范圍

圖3 由TL431及光耦組成的輸出電壓反饋電路

通過調節501電位器，由表1中的數據可知，空載時的電壓調整為11.18～12.87 V，調整范圍較小，穩壓范圍有限[5]。

表2 穩壓數據

由表2中的數據可知，無論是輕載還是滿載，輸出電壓均為12.00 V，穩壓電源都能穩定可靠工作，體現了精密反饋的重要意義。

7 結 論

本文設計了一種基于UC3844的單端反激開關穩壓電源，在單相交流輸入220 V±15%的情況下，輸出直流電壓12 V、電流2.5 A。空載穩壓達到11.18～12.87 V。經輸入優化電路和整流電路得到直流信號后，經反激電路高頻變壓器，配合可調式精密并聯穩壓器TL431和光耦FL817構成反饋回路，產生PWM脈沖，直接驅動MOSFET功率管[6]。負載運行時，隨著負載的加重，占空比逐漸增大，輸出電壓穩定在12.00 V，無波動。實驗結果表明，單端反激式開關電源具有體積小、重量輕和輸出電壓紋波小等優點，且穩定性高，輕載和滿載均能可靠運行，即使電網電壓浮動時，電源也能正常工作，達到了預期效果。