斷續模式下基于UC2845的反激開關電源設計

黃莉莉

南京康尼機電股份有限公司 江蘇南京 210038

反激式開關電源具有效率高、體積小、輸出穩定、比模塊電源成本低等優點，近年來在軌道交通等領域應用廣泛[1]。

反激式開關電源有兩種運行模式：電感電流連續模式（CCM）和電感電流斷續模式（DCM）。DCM模式變壓器體積更小，運用更廣泛。本文討論DCM模式下的反激式開關電源設計。

1 反激式開關電源工作原理

反激式開關電源是指使用反激高頻變壓器隔離輸入輸出回路的開關電源。開關管Q導通時，變壓器原邊電感電流上升，變壓器儲存能量，輸出電容Co向負載功能；開關管Q截止時，變壓器次級向負載供能。

2 電源設計電路圖

本文設計的電源電路圖如圖1所示。輸入電壓經EMI濾波電路后，通過整流橋VBR1及C5轉化為直流電壓；該電壓作為UC2845的工作輸入電壓，控制輸出電壓（+15V）。電路用UC2845作為MOS管驅動芯片。

圖1 基于UC2845的反激開關電源原理圖

2.1 設計要求

本文設計的反激式開關電源的具體指標如下：輸入為交流90-242V；輸出為1路直流5V/3A輸出、1路直流15V/1A輸出。開關頻率63kHz，總輸出功率為30W，效率80%，輸出紋波峰-峰值不大于輸出電壓的5%。

2.2 控制芯片選擇

設計中選用美國Unitrode公司生產的一款高性能固定頻率電流型控制器芯片UC2845，具有電流反饋和電壓反饋雙環控制的特點，能夠通過調整占空比來適應負載變化造成的輸出電壓變化[2-3]。

2.3 EMI濾波電路

圖1的EMI濾波器中，L2、C1、C4抑制共模干擾，L1、C2、C3抑制差模干擾。共模電感L2通常取10-33mH；C1、C4電容范圍 1-3nF；C2、C3電容范圍 0．1-0．33uF。

2.4 緩沖電路

MOS管關斷瞬間會產生很高的電壓尖峰脈沖，影響系統穩定性。本文通過采用R12、C16、D4組成的RCD緩沖吸收電路消除尖峰。

2.5 電流取樣和過流保護

電源的電流取樣由取樣電阻R11來完成，通過電流采樣完成過流保護。R10、C10為濾波電路，濾除開關管開通電流尖峰，防止誤觸發。

2.6 反饋電路

圖1中輸出電壓+15V被電阻R13、R14分壓后，以電壓的形式反饋給UC2845的1腳調整輸出占空比，穩定輸出電壓。

2.7 變壓器設計

（1）確定VOR和VDSMAX。如圖1所示，MOS管Q1關斷時，輸入電壓VBR1與次級反射電壓nV+15V（即VOR）共同疊加在MOS管的D、S兩端。DCM模式低壓滿載時，最大占空比Dmax為0．45。Dmax越小，VOR越小，MOS管的應力越小，次級整流管的電壓應力增大。因此，應保證MOS管有足夠裕量的情況下，盡可能增大Dmax，降低次級整流管的電壓應力。綜上，選擇耐壓值為600V的MOS管。

（2）確定初級電感Lm。根據以下公式確定最惡劣條件下（最低輸入電壓、滿載）的變壓器初級電感Lm：

fsw為開關頻率；h為工作效率；

（3）磁芯及繞組匝數。選擇磁芯EI28，根據磁芯計算出初級電感匝數52匝及主反饋回路繞組匝數8匝、+5V回路繞組匝數3匝、IC供電輔助繞組匝數8匝。

（4）確定繞組線徑。根據次級繞組RMS電流公式，計算出+15V回路繞組線徑為0．66mm；+5V回路繞組線徑為1．15mm；輔助繞組線徑為0．2mm。

3 實驗結果及分析

為檢驗所設計的開關電源性能，在實驗室中完成樣機試制并測試。圖2左側為輸出繞組+15V的電壓波形，由圖可看出，+5V的響應時間為10ms，+15V的響應時間為65ms，輸出電壓響應時間較快且輸出穩定。圖2右側為輸出繞組+15V的電壓紋波，由圖中可以看出，紋波電壓峰-峰值分別為200mV和400mV，紋波電壓小，滿足設計所提要求

圖2 輸出繞組+15V電壓和紋波圖

4 結語

本文設計了一種基于UC2845，工作在斷續模式下的反激式開關電源，并實驗驗證了電源功能及性能。實驗結果表明，所設計的電源結構簡單，輸出電壓性能穩定，電源紋波小，響應時間快。