基于UC3842的单端反激式开关电源的设

基于UC3842的单端反激式开关稳压电源的设计摘要随着电力电子技术的飞速开展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，一般由PWM〔脉冲宽度调制〕控制IC和MOSFET构成。随着电子技术的开展记忆对提高稳压电源的转换效率、减小其体积和重量等方面的深入研究，一种基于脉宽调制器UCC3842的开关电源应运而生，并逐步取代传统的串联线性稳压电源。本文基于控制芯片UC3842设计制作一款新颖的单端反激式、固定电压输出的开关稳压电源，适用于需要较大电流的直流场合。并分析了该电源的工作原理，包括主电路、控制电路、反应电路等。关键词反激式开关稳压电源电流型PWM占空比UC3842AbstractWiththerapiddevelopmentofpowerelectronictechnology,thepowerelectronicequipmentandpeople'sworkandlifeisincreasinglycloserelationship,andelectronicequipmentareinseparablefromreliablepowersupply.Switchingpowersupplyistheuseofmodernpowerelectronictechnology,controlswitchtransistoropenedandshutofftimeratio,maintainastableoutputvoltagepowersupply,generallybyPWM(pulsewidthmodulation)controlICandMOSFETconstitutes.Withthedevelopmentofelectronictechnologytoimprovemanostatmemorytheconversionefficiency,reduceitssizeandweight,athoroughstudyonthebasedonpulsewidthomdulatrosUCC3842switchpoweremerged,andgraduallyreplacetraditionalserieslinearmanostat.BasedonthecontrolchipUC3842designanewone-portflybacktype,fixedvoltageoutputtheswitchingvoltagestabilizer,applicabletoneedbiggercurrentdcoccasion.Andanalyzestheworkingprincipleofthepowersupply,includingthemaincircuitandcontrolcircuit,feedbackcircuit,etc.目录1、绪论31.1开关电源的背景、现状和开展趋势31.2线性电源与开关电源7直流电源7两者比照71.3开关电源的原理8主电路8控制电路8控制电路的分类91.4开关电源的分类121.4.1DC/DC变换131.4.2AC／DC变换151.5开关电源的选用16输出电流的选择16接地171.5.3保护电路171.6UC3842171.6.1简介171.6.2结构介绍20工作原理241.6.4技术参数252、基于UC3842的单端反激式开关电源的设计302.1开关电源的电路组成302.2输入电路各单元的原理及应用电路30防雷单元302.2.2电磁干扰滤波器〔EMI〕342.2.3整流滤波电路40、抑制开关电源产生的干扰47、功率变换电路52、隔离单端反激式变换器电路55、电压反应电路的选用582.2.8UC3842的供电——启动电路65、检测信号的正确采样电路66占空比大于50%时电路的斜坡补偿663开关电源系统的设计693.1启动电路703.2短路过流、过压、欠压保护电路713.3反应电路713.4整流滤波电路723.5并联整流二极管减小尖峰电压734开关电源的市场及其开展展望734.1开关电源的市场需求734.2开关电源的开展展望741、绪论1.1开关电源的背景、现状和开展趋势电源是现代通信、航空航天、生物技术、计算机等高科技领域内电子设备的动力支撑，它被誉为电子设备的心脏，没有平安良好的动力，质量和可靠性就无从谈起。电源产业正成为电子制造业得交点，它应用新技术，立足高起点迅猛向前开展。开关电源〔全称是开关稳压电源〕和线性电源〔全称为晶体管线性稳压电源〕现代电子电源开展的两个主要方面，开关电源以功耗小、效率高、体积小、重量轻的优势几乎席卷了整个电子界。为顺应现代电子技术设备对多种电压和电流的需求，在满足体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强的同时，还应有更好的可靠性和经济型。电源的开展经历了从线性电源、相控电源到开关电源的开展历程。开关稳压电源取代晶体管线性稳压电源已有30多年历史，最早出现的是串联型开关电源，其主电路拓扑与线性电源相仿，但功率晶体管工作于开关状态。后来脉宽调制〔PWM〕控制技术uyoule开展。用以控制开关变换器,得到PWM开关电源，它的特点是用20KHz脉冲频率或脉冲宽度调制。PWM开关电源效率可达65—70%。而线性电源的效率只有30—40%。在发生世界性能源危机的年代，引起了人们的广泛关注。线性电源工作于工频，因此用工作频率为20KHz的PWM开关电源替代，可大幅度节约能源，在电源技术开展史上誉为20KHz革命。随着VLST(Verylagrgescaleintegration)新品尺寸的不断减小，电源的尺寸与微处理器相比要大得多。航天、潜艇、军用开关电源以及用电池的便携式电子设备〔如手提计算机、移动等〕更需要小型化、轻量化的电源。因此对开关电源的提出了小型轻量要求，它包括磁性元件和电容的体积重量要小。此为要求开关电源效率要更高、性能更好、可靠性更高等。40多年来，开关电源经历了三个重要开展阶段[[]蔡宣三[]蔡宣三(2000)."开关电源开展轨迹."电子产品世界(04):42-43.;第一个阶段是功率半导体器件从双极性器件〔BPT、SCR、GTO〕开展为MOS型器件〔功率MOS、FET、IGBT、IGCT等〕，使电力电子系统有可能实现高频化，并大幅度降低导通损耗，电路也更为简单。第二个阶段自20世纪80年代开始，高频化和软开关技术的研究开发，使功率变换器性能更好、重量更轻、尺寸更小。高频化和软开关技术是过去20年国际电力电子界研究的热点之一。第三个阶段从20世纪90年代中期开始，集成电力系统和集成电力电子模块〔IPEM〕技术开始开展，它是当今国际电力电子界亟待解决的新问题之一。开关电源相关技术的研究正处于迅速开展阶段。以下几个方面将是开关电源的开展方向。⑴、小型化、轻量化和高频化开关电源的体积、重量主要由储能元件〔磁性元件和电容〕决定，因此，开关电源的小型化实质上就是尽可能减小储能元件的体积。在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感以及变压器的尺寸，而且还可抑制干扰、改善电源系统的动态性能。故高频化是开关电源的主要开展方向，因此国外各大开关电源制造商都致力于同步开发新型高智能化的元器件，特别是改善二次整流器件的损耗，并在功率铁氧体〔Mn—Zn)材料上加大科技创新，以提高在高频率和较大磁通密度〔Bs)下获得高的磁性能，而电容器的小型化也是一项关键技术。SMT技术的应用使得开关电源取得了长足的进展，在电路板两面布置元器件，以确保开关电源的轻、小、薄。开关电源的高频化就必然对传统的PWM开关技术进行创新，实现ZVS、ZCS的软开关技术已成为开关电源的主流技术，并大幅提高了开关电源的工作效率。对于高可靠性指标，美国的开关电源生产商通过降低运行电流，降低结温等措施以减少器件的应力，使得产品的可靠性大大提高。⑵、高效率和高可靠性开关电源使用的元件大大少于连续工作电源，因此提高了可靠性。电容、光电耦合器以及功率MOS等元器件的寿命决定开关电源的寿命。因此，要尽可能采用较少的元器件，提高集成度。另外，开关电源的工作效率高，会使自身发热减少、散热容易，从而到达高功率密度、高可靠性。⑶、模块化模块化是开关电源开展的总体趋势，可以采用模块化电源组成分布式电源系统，可以设计成N＋1冗余电源系统，并实现并联方式的容量扩展。⑷、低噪声和良好的动态响应开关电源的缺点之一是噪声大。针对开关电源运行噪声大这一缺点，假设单独追求高频化其噪声也必将随着增大，而采用局部谐振转换电路技术，在理论上即可实现高频化又可降低噪声，但局部谐振转换技术的实际应用仍存在着技术问题，故仍需在这一领域开展大量的工作，以使得该项技术得以实用化。开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的开展方向，现已成为稳压电源的主流产品。采用了控制集成电路的开关电源更具有效率高、输出稳定、可靠性高，并可实现远程控制等功能，是世界电源的开展趋势。随着电力电子技术的不断创新，使开关电源产业有着广阔的开展前景。要加快我国开关电源产业的开展速度，就必须走技术创新之路，走出有中国特色的产学研联合开展之路，为我国国民经济的高速开展做出奉献1.2线性电源与开关电源直流电源线性电源〔Linearpowersupply〕是先将交流电经过变压器降低电压幅值，再经过整流电路整流后，得到脉冲直流电，后经滤波得到带有微小波纹电压的直流电压。要到达高精度的直流电压，必须经过稳压电路进行稳压。开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制〔PWM〕控制IC和MOSFET构成。两者比照[[]张乃国主编电源技术[M].北京，中国电力出版社.1998;24-67;[]张乃国主编电源技术[M].北京，中国电力出版社.1998;24-67;线性电源的电压反应电路是工作在现行状态，开关电源是指用于电压调整的管子工作在饱和和截止区即开关状态的。线性电源一般是将输出电压取样然后与参考电压送入比拟放大器，此电压放大器的输出作为电压调整管的输入，用以控制调整管使其结电压随着输入电压的变化而变化，从而调整其输出电压，但开关电源是通过改变调整管的开和关的时间即占空比来改变输出电压的。从其主要特点上看：线性电源功率器件工作在线性状态，也就是说他一用起来功率器件就是一直在工作，所以也就导致他的工作效率低，一般在50%~60%，而且他必须先将输入高压变低压，一般都是用变压器，也有别的像KX电源，在京整流输出直流电压，从而导致其体积很大，笨重，发热量也很大，但其电源技术很成熟，制作本钱较低，可以到达很高的稳定度，波纹也很小，而且没有开关电源具有的干扰与噪音，而开关电源与之相反。开关电源和线性电源相比，二者的本钱都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源本钱在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为本钱反转点。随着电力电子技术的开展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一本钱反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的开展空间。1.3开关电源的原理开关电源的电路原理框图[[]周志敏，周纪海著.开关电源实用技术设计与应用[M].北京:人民邮电出版社.2003;15-180;[]周志敏，周纪海著.开关电源实用技术设计与应用[M].北京:人民邮电出版社.2003;15-180;图1.1开关电源电路原理框图主电路：交流电压经整流电路滤波电路整流滤波后，变为含有定脉动成分的直流电压，该电压通过功率转换电路进入高频变换器被转换为所需电压值的方波，最后再将这个方波电压经整流滤波变为所需要的直流电压。1.3.2控制电路：[[4]DeischCW[4]DeischCW.SimpleSwitchingControlMethodChangesPowerConverterintoaCurrentSource［C］.Proc.ofthe9thIEEEPowerElectronSpecialists'Conf.,1978:300-306;其主要功能是在输入电压、内部参数、外接负载变化时，调节功率级开关器件的导通时间，使开关电源的输出电压或者电流保持恒定。因此，在开关电源的设计中，控制方法的选择和设计对于开关电源的性能来说是十分重要的。采用不同的检查信号和不同的控制电路会有不同的控制效果。控制电路的分类控制电路是通过调节功率级开关器件的占空比来控制功率输出级输出的。⑴、按照占空比的实现方式，开关电源的控制方式可以分为定频控制和变频控制。①、定频控制即开关周期恒定不变，通过调整一个周期内开关开通的宽度来调节输出电压，即通常所说的脉宽调制〔PulseWidthModulation，PWM〕技术；②、变频控制有定开通时间、定关断时间、迟滞比拟等几种控制方式。定开通时间控制即开关额导通时间不变，通过改变开关的关断时间按来调节占空比；定关断时间控制那么相反，开关的关断时间不变，通过改变开关的开通时间来调节占空比；迟滞比拟的控制方式是对受控量〔输出电压或电流〕设定一个上限和一个下限，当受控量低于下限时开通开关，而当受控量超过上限时关断开关，因此在这种控制方式下开通时间和关断时间都是变化的。⑵、按照检查信号的不同，开关电源可以分为单环控制和双环控制。恒压源单环控制主要是电压型控制；双环控制那么有电流型、V2型等几种控制方式。随着控制理论的开展，一些现代的控制方法，如模糊控制、滑模变结构控制等非线性控制方法也被尝试应用于开关电源的控制电路中。虽然这些控制方法到目前没有得到广泛应用，但是由于其独特的控制性能，应用前景可观。在此，以电感连续导电Buck变换器为例，介绍电压型和电流型控制。电压型控制[[5][5]DanielMMitchell.AnAnalyticalInvestigationofCurrent-InjectedControlforConstant-FrequencySwitchingRegulators［J］.IEEETransactionsonPowerElectronics,1986(7):167-174;图1.2电压型控制电路上图所示为电压型控制Buck变换器，从上图可以看出，电压型控制方法是利用输出电压采样作为控制环的输入信号，将该信号与基准电压Vref进行比拟，并将比拟的结果放大生成误差电压Ve。误差电压Ve与振荡器生成的锯齿波Vsaw进行比拟生成一脉宽与Ve大小成正比的方波，该方波经过锁存器和驱动电路〔图中未画出驱动电路〕驱动开关管导通和关断，以实现开关变换器输出电压的调节。下列图为其对应的主要波形。图1.3电压型控制主要波形图电压型控制方法只检测输出电压一个变量，因而只有一个控制环，所以设计和分析相比照拟简单。由于锯齿波的幅值比拟大，抗干扰能力比拟强。其主要缺点是输入或输出的变化只能在输出改变时才能检测到并反应回来进行纠正，因此响应速度比拟慢。由于电压型控制对负载电流没有限制，因而需要额外的电路来限制输出电流。②、电流型控制[[][]LamHK,LeeTH,LeungFHF,TamPKS.FuzzycontrolofDC-DCswitchingconverters:stabilityandrobustnessanalysis［C］.The27thAnnualConferenceoftheIEEEIndustrialElectronicsSociety,2001,2:899-902;电流型控制〔CurrentModeControl〕又称为CurrentInjection(或Injected)Control或者CurrentProgrammedControl或峰值电流型控制，1978年首次提出。电流型控制同时引入电容电压和电感电流2个状态变量作为控制变量，提高了开关电源PWM控制策略的性能。图1.4电流型设计电路图1.5电流型控制主要波形图由上图可以看出，电流型控制方法和电压型控制方法的主要区别在于：电流型控制方法用开关电流波形代替电压型控制方法的锯齿波作为PWM比拟器的一个输入信号。由上图可以看出反应电路由两局部组成：输出电压u。经采样电路得到反应电压U，反应到误差放大器的反向端，基准电压u。加至误差放大器同向端，构成常规的电压反应，即电压外环：由电阻R。上检测得到的电流反应信号U。和误差放大器的输出us分别加至P州比拟器同向端和反向端，构成了电流内环。PWM比拟器输出加至触发器的R端，时钟振荡器从S端向锁存器输出一系列恒定频率的时钟信号。当功率管导通时，随着电流的增大电流检测信号us也同时增大，直到同U。电压相等时 PWM比拟器输出高电平，使锁存器输出转为低电平，功率管关断。时钟振荡器输出的稳定时钟信号通过锁存器控制着三极管的通断。由此可以看出，由于引入了电流反应，对输出电压有前馈调节作用，提高了系统的动态响应。由于电感电流直接跟随误差电压的变化，输出电压就可以很容易的得到控制。电流内环还使开关电源变换器易于实现并联运行，有利于实现变换器的模块设计。电流控制PwM技术有很多优点，如电压调整率好：回路稳定性好，负载响应快：功耗小：有较好的并联能力等等。1.4开关电源的分类人们在开关电源技术领域是边开发相关电力电子器件，边开发开关变频技术，两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向开展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类，也有AC/ACDC/AC如逆变器DC/DC变换器现已实现模块化，且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化，并已得到用户的认可，但AC/DC的模块化，因其自身的特性使得在模块化的进程中，遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。DC/DC变换[[]侯振义.直流开关电源技术及应用[]侯振义.直流开关电源技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2007;46-135;Dc/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制方式，ton不变，改变Ts(易产生干扰)。其具体电路分以下几类：(1)Buck电路——降压斩波器，其输出平均电压Uo小于输入电压Ui，极性相同。(2)Boost电路——升压斩波器，其输出平均电压Uo大于输入电压Ui，极性相同。(3)Buck—Boost电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。(4)Cuk电路——降压或升压斩波器，其输出平均电压Uo大于或小于输入电压uI，极性相反，电容传输。上述为非隔离型电路〔指输入和删除共地〕。隔离式开关电源的变换器具有多种形式。主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。在设计电源时，设计者采取哪种变换器电路形式，主要根据本钱、要到达的性能指标等因素来决定。各种形式的电源电路的根本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。现简介隔离型电路〔都是用变压器实现电气隔离〕中的正激电路、反激电路。正激电路图1.6正激电路的原理图正激DC/DC变换器具有电路拓补结构简单，输入输出电气隔离，电压升、降范围宽，易于多路输出等优点，因此被广泛应用于中小功率电源变换场合，尤其在供电电源要求低电压大电流的通讯和计算机系统中，正激电路更能显示其优势。电路的简单工作过程为：开关管S开通后，变压器原边电压上正下负，根据同名端，负边电压也为上正下负，因此二极管D1导通，D2截止，电感电流逐渐增长;S关断后，二极管D2导通，D1截止，电感电流通过D2续流。变压器的励磁电流通过磁复位电路降为零，防止磁芯饱和。由于这种电路在开关管S导通时，通过变压器向负载传送能量，所以输出功率范围大，可输出50－200Ｗ的功率。电路使用的变压器结构复杂，体积也较大，正因为这个原因，这种电路的实际应用较少。反激电路[[][]张兰红.基于电流控制技术反激DC/DC变换器研究[D].南京:南京航空航天大学,2001;164-190;图1.7单端反激式开关电源所谓的反激，是指当开关管VT1导通时，高频变压器Ｔ初级绕组的感应电压为上正下负，整流二极管VD1处于截止状态，在初级绕组中储存能量。当开关管VT1截止时，变压器Ｔ初级绕组中存储的能量，通过次级绕组及VD1整流和电容Ｃ滤波后向负载输出。

单端反激式开关电源是一种本钱最低的电源电路，输出功率为20－100Ｗ，可以同时输出不同的电压，且有较好的电压调整率。唯一的缺点是输出的纹波电压较大，外特性差，适用于相对固定的负载。

单端反激式开关电源使用的开关管VT1承受的最大反向电压是电路工作电压值的两倍，工作频率在20－200kHz之间。当今软开关技术使得DC／DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC／DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6、2、10、17)W／cm3，效率为(80～90)％。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为(200—300)kHz，功率密度已到达27W／cm，，采用同步整流器(MOS—FET代替肖特基二极管)，使整个电路效率提高到90％。1.4.2AC／DC变换[[[]丁道宏.电力电子技术[M].北京:航空工业出版社,1995;125-197;AC／DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流〞，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变〞。AC／DC变换器输入为50／60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到平安标准(如uL、CCEE等)及EMC指令〔电池兼容性——其包括产品的电磁干扰性〔EMI〕，另一方面是产品的电磁干扰免疫性〔EMS〕〕的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流输入侧必须加EMC滤涉及使用符合平安标准的元件，这样就限制AC／DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大，限制了Ac／DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率到达一定的满意程度。AC／DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。1.5开关电源的选用[[]周志敏，周纪海.开关电源实用技术一实际与应用(M].北京:人民邮电出版社，2003;[]周志敏，周纪海.开关电源实用技术一实际与应用(M].北京:人民邮电出版社，2003;46-76;输出电流的选择因开关电源工作效率高，一般可到达80％以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为：Ls=K*If式中：Is——开关电源的额定输出电流：If——用电设备的最大吸收电流；K一裕量系数，一般取1．5～1．8。接地开关电源比线性电源会产生更多的干扰，对共模干扰敏感的用电设备，应采取接地和屏蔽措施，按ICEl000．EN61000．FCC等EMC限制，形状开关电源均采取EMC电磁兼容措施，因此开关电源一般应带有EMC电磁兼容滤波器。如利德华福技术的HA系列开关电源，将其FG端子接大地或接用户机壳，方能满足上述电磁兼容的要求。保护电路开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以防止损坏用电设备或开关电源。1.6UC3842[[]胡君臣.用UC3842芯片设计开关电源[]胡君臣.用UC3842芯片设计开关电源[J].仪表技术,2005,(03);简介：塑料封装外壳：图1.8塑料封装外壳图1.9俯视图UC3842〔电流型脉宽调制器〕是一种高性能的固定频率电流型单端输出脉宽调制器〔PWM〕控制,具有管教数量少，外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点，能通过高频变压器与电网隔离,适于构成无工频变压器的20-50W小功率开关电源.稳压性能好,其电压调整率可达0.01%/V,除具有输入端过压保护与输出端过流保护电路之外,还设有欠压锁定电路〔当电源电压超过16V或低于10V时,集成电路停止工作.〕,使工作稳定可靠.是专为脱线式直流变换电路设计的,其内部结构如图1所示,它集成了振荡器、有温度补偿的高增益误差放大器、电流检测比拟器、图腾柱式输出电路、输入和基准欠电压锁定电路及PWM锁存器电路。该芯片主要有以下性能:(1)可调整振荡器的放电电流以产生精确的占空比;(2)最高开关频率可达500kHz;(3)带锁定的PWM(PulseWidthModulation),可以实现逐个脉冲的电流限制;(4)具有内部可调整的参考电源,可以进行欠压锁定;(5)图腾柱输出电路能够提供大电流输出,输出电流可达1A,可直接对MOSFET进行驱动;(6)带滞环的欠压锁定电路可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡;(7)起动电流和工作电流低,启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA;(8)可直接与MOTOROLA的SENSEFET产品接口；自动反应补偿电路，双脉冲抑制，从而使其有较强的负载响应特性。图1.10UC3842的内部框图电流型脉宽调制器UC3842的主要优点：单端输出，可直接驱动双极型功率管或场效应管；管脚数量少，外围电路简单；电压调整率可达0.01%；工作频率更可高达500kHz；启动电流小于1mA，正常工作电流为12mA；欠压锁定，带滞后；锁存脉宽调制，可逐周限流；并可利用高频变压器实现与电网隔离。它适用于无工频变压器的低于250w的小功率开关电源，其工作温度为0～+70℃，最高输入电压为36V，具有最大电流为1A的拉、灌输出电流。其内部参考图：图1.11UC3842内部结构图结构介绍下列图出示了其内部电路图和引脚图

图1.12UC3842内部电路图及引脚图UC3842采用固定工作频率脉冲宽度可控调制方式，共有8个引脚，各脚功能如下：脚是误差放大器的输出端，外接阻容元件用于改善误差放大器的增益和频率特性②脚是反应电压输入端，此脚电压与误差放大器同相端的2.5V基准电压进行比拟，产生误差电压，从而控制脉冲宽度；③脚为电流检测输入端，当检测电压超过1V时缩小脉冲宽度使电源处于间歇工作状态；④脚为定时端，内部振荡器的工作频率由外接的阻容时间常数决定，f=1.8/(RT×CT)；⑤脚为公共地端；⑥脚为推挽输出端，内部为图腾柱式，上升、下降时间仅为50ns驱动能力为±1A；⑦脚是直流电源供电端，具有欠、过压锁定功能，芯片功耗为15mW；⑧脚为5V基准电压输出端，有50mA的负载能力。表1.1UC3842引脚功能引脚号12345678功能补偿反应电流检测RT/CT地输出VO输入VIVref(2)、其应用电路图如下所示：图1.13UC3842应用电路图UC3842各结构的作用及原理介绍：①、由恒频时钟脉冲置位锁存器,输出脉冲,以驱动功率管导通,使电源回路的电流增大。当电流在采样电阻Rs上的电压降幅值到达Ue时,电流测定比拟器的状态翻转,锁存器复位,驱动撤除,功率管截止。这样逐个检测和调节电流脉冲就可到达控制电源输出的目的。②、UC3842内部具有完备的输入过压保护和欠压锁定功能。当工作电压Ucc大于34V时,稳压管稳压,使内部电路在小于34V下可靠工作;欠压时,依靠滞环比拟器UVLO实现锁定。当Vcc小于开启电压阀值时,整个电路耗电仅1mA,高压可直接由输入电阻Rin降压后为芯片供电,由输入电容推动建立电压。由于启动和关闭阀值之间有6V的差值,可以有效地防止电路在阀值电压附近工作时的振荡。一般设置自馈电的感应绕组,当开关电源正常工作后,转由自馈电供应UC3842,电流将升至15mA。假设将1脚电压降到低于1.4V或将3脚电压升到高于1V,电流测定比拟器输出高电平,PWM锁存器复位,关闭输出,利用这一点,那么还可方便地设UC3842的输出过压保护。③、振荡器振荡器频率由定时元件RT和CT选择值决定。电容CT由5.0V的参考电压通过电阻RT充电，充至约2.8V，再由一个内部的电流宿放电至1.2V。在CT放电期间，振荡器产生一个内部消隐脉冲保持“或非〞没的中间输入为高电平，这导致输出为底状态，从而产生了一个数量可控的输出静区时间。振荡器门限是温度补偿的，放电电流在T=25时被微调并确保在正负10%之内，这些内部电路的优点使振荡器频率及最大输出占空比的变化最小。④、误差放大器其提供了一个有可访问反向输入和输出的全补偿误差放大器。此放大器具有90dB的典型直流电压增益和具有57度相位余量的1.0MHz的增益为1带宽。同相输入在内部偏置于2.5V而不经管脚引出。典型情况下变换器输出电压通过一个电阻分压器分压，并由反向输入监视。最大输入偏置电流为2.0微安，它将引起输出电压误差，后者等于输入偏置电流和等效输入分压起源电阻的乘积。⑤、电流检测电路,如下列图所示。UC3842作为电流模式控制器工作，输出开关导通由振荡器起始，当峰值电感电流到达误差放大器输出〔管脚1〕建立的门限电平时中止。这样在逐周根底上误差信号控制峰值电感电流。所用的电流取样比拟器—脉宽调制锁存配置确保在任何给定的振荡器周期内，仅有一个单脉冲出现在输出端。电感电流通过插入一个与输出开关Q1源级串联的以地位参考的取样电阻Rs转换成电压。此电压由电流取样输入〔管脚3〕监视并与来自误差放大器的输出电平相比拟。正常运行时,检测电阻RS的峰值电流由误差放大器EPA控制,为Is=(Ve-1.4V)P(3RS)。当电源输出过载或者如果输出电压取样丧失时，一样的工作条件将出现。在这些条件下，电流测定比拟器反向输入箝位电压为1V,故最大电流限制在IS=1VPRS,过流及短路保护十分简单。电流检测和限定:图1.14电流检测电路1.6.3工作原理图1.15UC3842原理图〔1〕、电路上电时，外接的启动电路通过引脚7提供UC3842芯片所需的启动电压。在启动电压的作用下，芯片开始工作，脉冲宽度调制电路产生脉冲信号经6脚输出驱动外界的开关功率管工作。开关功率管工作产生的交变信号经取样电路转化为低压直流信号反应到7引脚，维护系统的正常工作〔2〕、电路正常工作后，取样电路反应的低压直流信号经第2引脚送到芯片内部的误差比拟器，与内部基准电压进行比拟，产生的误差信号送往脉宽调制电路，完成脉冲宽度的调制，从而到达稳定输出电压的目的。如果输出电压变高，那么由第2引脚的取样电压也变高，脉宽调制电路会使输出脉冲的宽度变窄，那么开关功率管的导通时间变短，输出电压变低，从而使输出电压稳定；反正，如果输出电压遍地，那么芯片的输出脉冲的宽度变宽，开关功率管的导通时间变长，输出电压变高，以抵消输出电压的降低使之稳定下来；〔3〕、方波震荡电路产生周期固定的方波，周期大小取决于第4引脚的外界充电网络。所产生的方波送往脉冲宽度调制器。作为其工作周期，脉冲宽度调制器输出的脉冲周期不变，而脉冲的宽度是随着反应电压的大小而变化的。1.6.4技术参数图1.16封装外形图表1.2UC3842引出端功能表1.3UC3842最大额定值〔除非特别说明外，Tamb=25ºC〕测试电路图如下：图1.18UC3842电特性参数测试电路图表1.4UC3842电特性参数UC3842是开关电源的核心,它能产生频率固定而占空比可调的控制电压,通过改变开关功率管的通断状态,来调节输出电压的上下,实现稳压目的。如由于某种原因使VO升高时,PWM就改变控制电压的占空比,使斩波后的电压均值下降,导致VO下降,最后使VO趋于稳定;反之亦然。2、基于UC3842的单端反激式开关电源的设计2.1开关电源的电路组成开关电源的主要电路是由防雷单元、输入电磁干扰滤波器〔EMI〕、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成。辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。开关电源的电路组成方框图如下[[][]赵同贺，刘军,开关电源设计与应用实例子[M).北京人民邮电出版社，2007;113-176;图2.1开关电源电路组成方框图2.2输入电路各单元的原理及应用电路防雷单元：为了防止有雷击时产生的高压对整个系统的电路产生影响，应在系统的输入端设置防雷单元，从而保护整个系统。防雷单元的电路图如下：图2.2防雷单元电路图其中MOV1、MOV2、MOV3均为压敏电阻;F1、F2、F3均为保险丝图2.3压敏电阻压敏电阻[[][]何希才.毛德柱.新型半导体器件及其应用实例[M].北京:电子工业出版社,2002;46-109;=1\*GB3①“压敏电阻〞意思是在一定电流电压范围内电阻值随着电压而发生变化，或者说“电阻值随电压敏感〞的阻器。英文名称叫做“VoltageDependentResistor〞简写为“VDR〞，或者叫做“Varistor〞。压敏电阻器的电阻材料是半导体，所以它是半导体电阻器的一个品种。现在大量使用的“氧化锌〞〔ZnO〕压敏电阻器，它的主体材料有二价元素〔Zn〕和六价元素氧〔O〕所构成。所以从材料的角度老看，氧化锌压敏电阻器是一种“=2\*ROMANII-Ⅵ族氧化物半导体〞。压敏电阻电路的“平安阀〞作用：压敏电阻的最大特点是当加在它上面的阈值“UN〞时，流过它的电流极小，相当于一只关死的阀门，当电压超过UN时，流过它的电流激增，相当于阀门翻开。利用这一功能，可以抑制电路中经常出现的异常过电压，保护电路免收过电压的损害。压敏电阻的分类：根据使用目的不同，可将其分为两大类：保护用的压敏电阻、电路功能用压敏电阻。考虑到本设计的目的，在此，只讲一下保护用的压敏电阻。根据压敏电阻承受的异常过电压特性的不同，可将压敏电阻区分为浪涌抑制型，高功率型和高能型这三种类型。浪涌抑制型：是指用于抑制雷电过电压和操作过电压等瞬态过电压的压敏电阻器，这种瞬态过电压的出现是随机的，非周期的，电流电压的峰值可能很大。绝大多数压敏电阻器都属于这一类。高功率型：是指用于吸收周期出现的连续脉冲群的压敏电阻器，例如并接在开关电源变换器上的压敏电阻，这里冲击电压周期出现，且周期可知，能量值一般可以计算出来，电压的峰值并不大，但因出现频率高，其平均功率相当大。高能型：指用于吸收发电机励磁线圈，起重电磁铁线圈等大型电感线圈中的磁能的压敏电压器，对这类应用，主要技术指标是能量吸收能力。故在设计防雷单元中应中选用浪涌抑制型的压敏电阻。=4\*GB3④压敏电阻的选用参数要求：我国规定压敏电阻用字母“MY〞表示,如加J为家用,后面的字母W、G、P、L、H、Z、B、C、N、K分别用于稳压、过压保护、高频电路、防雷、灭弧、消噪、补偿、消磁、高能或高可靠等方面.压敏电阻虽然能吸收很大的浪涌电能量,但不能承受毫安级以上的持续电流,在用作过压保护时必须考虑到这一点.压敏电阻的选用,一般选择标称压敏电压V1mA和通流容量两个参数。=1\*ROMANI、所谓压敏电压，即击穿电压或阈值电压。指在规定电流下的电压值,大多数情况下用1mA直流电流通入压敏电阻器时测得的电压值,其产品的压敏电压范围可以从10-9000V不等.可根据具体需要正确选用.一般V1mA=1.5Vp=2.2VAC,式中,Vp为电路额定电压的峰值.VAC为额定交流电压的有效值.ZnO压敏电阻的电压值选择是至关重要的，关系到保护效果与使用寿命，如一台用电器的额定电源电压为220V，那么压敏电阻电值：V1mA=1.5Vp=1.5×1.414×220V=476V,V1mA=2.2VAC=2.2×220V=484V因此压敏电阻的击穿电压可选在470~480V之间。Ⅱ、所谓通流容量,即最大脉冲电流的峰值。是环境温度为25℃情况下,对于规定的冲击电流波形和规定的冲击电流次数而言,压敏电压的变化不超过±10%时的最大脉冲电流值.为了延长器件的使用寿命,ZnO压敏电阻所吸收的浪涌电流幅值应小于手册中给出的产品最大通流量.然而从保护效果出发,要求所选用的通流量大一些好.在许多情况下,实际发生的通流量是很难精确计算的,那么选用2-20KA的产品.如手头产品的通流量不能满足使用要求时,可将几只单个的压敏电阻并联使用,并联后的压敏电不变,其通流量为各单只压敏电阻数值之和.要求并联的压敏电阻伏安特性尽量相同,否那么易引起分流不均匀而损坏压敏电阻值。防雷单元的工作过程：图2.4防雷电路工作电路当有雷击，产生高压经电网导入电源时，由MOV1、MOV2、MOV3：F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时，其阻值降低，使高压能量消耗在压敏电阻上，假设电流过大，F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。电磁干扰滤波器〔EMI〕(1)、电源噪声【[]沙占友[]沙占友(1991)."电源噪声滤波器."自动化仪表(09):36-38;〔2〕、根本电路【[][]林先放.开关电源的抗干扰问题.电源技术应用,2000;(8);图2.5电磁干扰滤波器的根本电路该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈〔亦称共模电感〕"L、滤波电容C1～C4"。L对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流有关，参见下表：表2.1电感量范围与额定电流的关系额定电流I(A)136101215电感量范围L(mH)8～232～40.4～0.80.2～0.30.1～0.150.0～0.08需要指出，当额定电流较大时，共模扼流圈的线径也要相应增大，以便能承受较大的电流。此外，适当增加电感量，可改善低频衰减特性。C1和C2采用薄膜电容器，容量范围大致是0.01uF～0.47uF，主要用来滤除串模干扰。C3、C4跨接在输出端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模干扰,C3和C4亦可并联在输入端，仍选用陶瓷电容，容量范围是2200pF～0.1uF。为减小漏电流，电容量不得超过0.1F，并且电容器中点应与大地接通。C1～C4的耐压值均为630VDC或250VAC。下列图为一种两基复合式EMI滤波器的内部电路，由于采用两级〔亦称两节〕滤波，因此滤除噪声的效果更佳：图2.6两级复合式EMI滤波器为减小体积、降低本钱，开关电源一般采用简易式单级EMI滤波器，典型电路图如下所示：图2.7单片开关电源常用的四种EMI滤波器图(a)与图〔b〕中的电容器C能滤除串模干扰，区别仅是图〔a〕将C接在输入端，图〔b〕那么接C到输出端。图〔c〕、〔d〕所示电路较复杂，抑制干扰的效果更佳。图〔c〕中的L、C1和C2用来滤除共模干扰，C3和C4滤除串模干扰。R3为泄放电阻，可将C3上积累的电荷泄放掉，防止因电荷积累而影响滤波特性；断电后还能使电源的进线端L、N不带电，保证使用的平安性。图〔d〕那么是把共模干扰滤波电容C3和C4接在输出端.为了保证所设计的开关电源有较好的稳定性，在本设计中EMI滤波器采用的电路图如(d)图所示。图2.8设计中所采用的电路图工作过程：C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制，防止对电源干扰，同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。当电源开启瞬间由于瞬间电流大，加RT1〔热敏电阻〕就能有效的防止浪涌电流。因瞬时能量全消耗在RT1电阻上，一定时间后温度升高后RT1阻值减小〔RT1是负温系数元件〕，这时它消耗的能量非常小，后级电路可正常工作。〔3〕、EMI滤波器的技术参数【[][]王金霞,杨庆江,张慧.开关电源EMI滤波器的设计与仿真[J].现代电子技术,2023,(10);EMI滤波器的主要技术参数有：额定电压、额定电流、漏电流、测试电压、绝缘电阻、直流电阻、使用温度范围、工作温升Tr、插入损耗AdB、外形尺寸、重量等。上述参数中最重要的是插入损耗〔亦称称插入衰减〕，它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标。插入衰减〕，它是评价电磁干扰滤波器性能优劣的主要指标.①、插入损耗〔AdB〕是频率的函数，用dB表示。设电磁干扰滤波器插入前后传输到负载上的噪声功率分P1、P2，有公式：AdB=10㏒〔P1/P2〕(1)假定负载阻抗在插入前后始终保持不变，那么P1=V12/Z，P2=V22/Z。式中V1是噪声源直接加到负载上的电压，V2是在噪声源与负载之间插入电磁干扰滤波器后负载上的噪声电压，且V2﹤﹤V1。带入〔1〕式中得到：AdB=20㏒〔V1/V2〕(2)插入损耗用分贝〔dB〕表示，分贝值愈大，说明抑制噪声干扰的能力愈强。鉴于理论计算比拟繁琐且误差较大，通常是由生产厂家进行实际测量，根据噪声频谱逐点测出所对应的插入损耗，然后会出典型的插入损耗曲线，提供应用户。②、漏电流：计算EMI滤波器对地漏电流的公式为：ILD=2πfCVC(3)式中，ILD为漏电流，f是电网频率。以图d为例，f=50Hz,C=C3+C4=4400Pf,VC是C3、C4上的压降，亦即输出端得对地电压，可取VC≈220V/2=110V。由〔3〕式不难算出，此时漏电流ILD=0.15mA.C3和C4假设选4700pF,那么C=4700Pf*2=9400pF，ILD=0.32mA。显然，漏电流与C成正比。对漏电流的要求是愈小愈好，这样平安性高，一般应为几百毫安至几毫安。③、额定电流：额定电流还与环境温度TA有关：例如，国外有的生产厂家给出了下述经验公式：I=I1(85-TA)/45(4)式中，I1是40°C时的额定电流。举例说明，当TA=50时，I=0.88I1；而当TA=25时，I=1.15I1。这说明，额定电流值随温度的降低而增大，这是由于散热条件改善的缘故。整流滤波电路【[]王兆安.黄俊.电力电子技术[M](第4版).北京:机械工业出版社,2000;】[]王兆安.黄俊.电力电子技术[M](第4版).北京:机械工业出版社,2000;〔1〕、整流电路①、工作原理：图2.9整流电路图2.10整流电路的波形图当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压②、负载上的直流电压和直流电流输出电压是脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效图2.11负载电压波形输出的平均电压为：流过负载的平均电流为：流过二极管的平均电流为：二极管所承受的最大反向电压：滤波电路图2.12滤波电路①、根本概念及原理滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端，起稳定电压的作用；电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联，起稳定电流的作用。经过滤波电路后，既可保存直流分量、又可滤掉一局部交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。②、单相桥式电容滤波整流电路及原理Ⅰ、单相桥式电容滤波整流电路——在负载电阻上并联了一个滤波电容C。Ⅱ、滤波原理假设电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。2.13滤波原理当v2到达当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，二极管关断。图2.14RLC对滤波的影响Ⅲ、电容滤波的计算电容滤波的计算比拟麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即：另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。〔或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。〕〔4〕整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流IO的变化关系曲线。图2.15输出电压随负载的变化由此可见，其输出电压值随着负载电流的变化而不断变化，因此为使其到达真正意义上的恒压值，应进一步进行稳压处理。因为电容滤波是保持电压不恒定不变，故在本设计中选用电容滤波，而不是电感滤波。故整流滤波电路如下所示：图2.16应用的整流滤波电路2.2.4、抑制开关电源产生的干扰〔1〕、产生干扰的原因：图2.17干扰源及电流电压波形开关电路是开关电源的核心也是主要的干扰源之一，它主要由开关管和高频变压器组成。开关管产生的dV/dt具有较大的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这种脉冲干扰产生的主要原因是：①、在开关管导通瞬间，变压器初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一局部能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在漏感中的这局部能量将和开关管本身的极间电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在开关管的关断电压上，形成关断尖峰电压。这个噪声会传导到输人输出端，形成传导干扰。②、输出二极管在正向导通时，PN结内的电荷被积累，二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中V在开关转换时频率很高，即由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在，使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。③、高频变压器初级线圈，开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能产生较大的空间辐射，形成辐射干扰。如图b所示，I1是变压器初级线圈电流，I2是二次线圈电流，VDS是开关管漏源极间电压，VD是二次侧输出二极管上两端电压。开关管关断时产生频率为f1的干扰，而输出二极管反向电流引起频率为f2的干扰。④、干扰的耦合通道：由于变压器的初次级线圈间存在杂散电容，开关电路产生的共模干扰通过变压器在原副边相互传播。相比拟而言，差模干扰路径比拟简单也易于处理。在此主要介绍共模干扰的产生和抑制。〔2〕、开关管和输出二极管的缓冲电路图2.18缓冲电路由于开关管和输出二极管的高速开关引起的干扰，可以通过增加缓冲电路来减小。如上图所示：由于变压器的绕制工艺引起的漏电感以及负载的电感性引起的开关应力过高，可导致开关管的损坏，因此与电感线圈并联RCD缓冲网络可有效抑制开关应力，从而可以选取耐压值较小的开关管，减小了损耗和本钱。上图中C1，R1，D1组成snubber电路，吸收残存在变压器漏感中的能量，能够减小开关管关断时的浪涌电压。电容CZ的取值如下:C2=IPtf/2(0.7*Vceo)式中，IP为原边电流最大值，tf为集电极电流下降时间，Vceo为所用开关管耐压额定值。R1的取值必须保证在最大输人电压和最小负载电流时C2的充分放电，取值如下:R1=0.5toff/C2在本电路中，D1采用肖特基二极管FR107，c1取103/IkV，R1取47k/2W。②、上图中C2，R2，D2组成开关缓冲电路，减小开关管的dV/dt，即减小由此产生的干扰。③、上图中C3，R3组成输出二极管的缓冲电路，减小di/dt，另外输出二极管应采用肖特基或者超快速恢复二极管。〔3〕、高频变压器的设计和选择变压器是开关电源的最关键器件之一。变压器不仅要设计合理，在制作上也很有讲究。一个好的变压器既要满足带负载能力，还要能起到减小和抑制干扰的作用。①、首先应根据输出负载的大小选择变压器的类型和磁芯的型号【[][]毛照中,李连玉,杨琛.一种反激式开关电源高频变压器的设计方法[J].科技致富向导,2023,(02);在单端反激式变换器电路中，变压器初级绕组只在B—H待佐曲线[磁滞回线)的一个方向上被驱动，因此，在设计时注意不要使其饱和所选择的磁芯一定要有足够大的有效体积，通常应用空气隙来扩大其有效体积传输变压器有效体积v的计算公式如下：ILamx最大负载电流‘L：变压器次级绕组的电感量；：空气的导磁率。其值为15：所选磁芯的磁性材料的相对导磁率Bmax：磁芯的最大磁通密度。相对导磁率从应尽可能选得大一些，以防止由于喂制磁充尺寸和线径，以及铜损和铁损引起磁芯温升过高。②、确定变压器的线径及线数。依据Bobbin的槽宽并以电流密度6A/mm2为参考，综合考虑电流的趋肤效应，决定变压器的线径及线数。③、根据电路的拓扑结构和设计要求，计算初次级绕组的电感量和匝数，反激式电源还应计算变压器气隙的大小，气隙的大小决定了变压器的带负载能力，同时也会影响变压器漏感的大小。而漏感是产生干扰的一个重要原因，在满足带负载能力的情况下，漏感以小些为好。、④、变压器的屏蔽层。在EMI干扰较强的情况下，常在变压器的初次级之间参加一层屏蔽层，如图6，通过参加屏蔽层切断了初次级间杂散电容的路径，让其都对地形成电容，其屏蔽效果非常好，可以大为减小EMI，同时对于电网串入的瞬态干扰也有一定的抑制作用。但变压器的制作工艺和本钱都上升。屏蔽层有铜层和绕线层两种，铜层的效果最正确。图2.19参加屏蔽层得变压器2.2.5、功率变换电路【[][]潘腾,林明耀(PanTeng,LinMingyao).基于TOP224Y芯片的单端反激式开关电源(AFlybackswitchingpowersupplybasedonTOP224Y)[J].电力电子技术(PowerElectronics),2003,37(2):20-22.〔1〕、MOS管的工作原理：目前应用最广泛的绝缘栅场效应管是MOSFET〔MOS管〕，是利用半导体外表的电声效应进行工作的。也称为外表场效应器件。由于它的栅极处于不导电状态，所以输入电阻可以大大提高，最高可达105欧姆，MOS管是利用栅源电压的大小，来改变半导体外表感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。〔2〕、常见的原理图：图2.20功率变换电路的原理图(3)、工作原理：R4、C3、R5、R6、C4、D1、D2组成缓冲器，和开关MOS管并接，使开关管电压应力减少，EMI减少，不发生二次击穿。在开关管Q1关断时，变压器的原边线圈易产生尖峰电压和尖峰电流，这些元件组合一起，能很好地吸收尖峰电压和电流。从R3测得的电流峰值信号参与当前工作周波的占空比控制，因此是当前工作周波的电流限制。当R5上的电压到达1V时，UC3842停止工作，开关管Q1立即关断。R1和Q1中的结电容CGS、CGD一起组成RC网络，电容的充放电直接影响着开关管的开关速度。R1过小，易引起振荡，电磁干扰也会很大；R1过大，会降低开关管的开关速度。Z1通常将MOS管的GS电压限制在18V以下，从而保护了MOS管。Q1的栅极受控电压为锯形波，当其占空比越大时，Q1导通时间越长，变压器所储存的能量也就越多；当Q1截止时，变压器通过D1、D2、R5、R4、C3释放能量，同时也到达了磁场复位的目的，为变压器的下一次存储、传递能量做好了准备。IC根据输出电压和电流时刻调整着⑥脚锯形波占空比的大小，从而稳定了整机的输出电流和电压。C4和R6为尖峰电压吸收回路。〔4〕、其他常见的功率变换电路【[][]葛黄徐,杨仁刚,唐云峰.一种单端反激式多路输出IGBT驱动电源设计[A].中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会论文集〔中册〕[C],2023;①、推挽式功率变换电路：图2.21推挽式功率变换电路Q1和Q2将轮流导通。②、有驱动变压器的功率变换电路：图2.22有启动变压器的功率变换电路T2为驱动变压器，T1为开关变压器，TR1为电流环为减小开关电源的体积及本钱，本设计中选用：图2.23设计中使用的功率放大电路2.2.6、隔离单端反激式变换器电路图2.24隔离单端反激式变换器电路单端反激式变换器工作原理示意图上图所示。当加到原边主功率开关管的鼓励脉冲为高电平使功率开关管导通时，直流输人电压加在原边绕组两端，由于此时副边绕组相位是上负下正，整流管Dl反向偏置截止，原边电感储存能量;当鼓励脉冲为低电平使功率开关管截止时，原边绕组两端电压极性反向，副边绕组相位变为上正下负，整流管正向偏置导通，变压器储存的能量向副边释放。在此开关过程中，高频变压器既起变压隔离作用，又起电感储能作用。〔1〕、单端反激式变换器电路中的开关晶体管在单端反激式变换器电路中。所使用的开关晶体管必须符合两个条件，即在晶体管截止时，要能承受集电极尖峰电压，在晶体管导通时，要能承受集电极的尖峰电流。晶体管截止时所承受的尖峰电压按下面的公式进行计算：公式中，Vin是输入电路整流滤波后的直流电压，δmax是最大工作占空比。所谓占空比指的是晶体管导通的时间与晶体管的一个工作周期(导通时间十截止时间)之比。为了限制晶体管的集电极平安电压，工作占空比应保持在相对地低一些，一般要低于50％，即δmax＜0.5。在实际设计时，一般取o．4左右，这样它就限制了集电极峰值电压，Vc《mn＜2．2vm。因此，在单端反激式变换器电路设计中，晶体管的工作电压一般在800V以上，通常按900v计算可平安可靠地工作。按如下粗算考虑：交流输入电压180一260V，取260V，260v乘以1．4(有效值)，即是整流后的直流电压*260×L4＝354V，360V再乘以2．2露800V，实际取矿Mmf；900V即可。第二个设计准那么是必须满足晶体管在导遏时的集电极电流的需求。公式中IL是变压器初级绕组的峰值电流而n是变压器初级与次级间的匝数比。为了导出用变换器输出功率和输入电压表达集电慑峰值工作电流的公式，变压器绕组传递的能量Pm可用下式表示：公式中，是变换器的效率。略去推导过程，由输出功率和输入电压表达的晶体管工作电流的公式为：假定变换器的效率V是0.8，最大工作占空比入f＝0.4〔2〕、单端反激式变换器电路中的变压器绕组由于在单端反激式变换器电路中，变压器初级绕组只在B—H待佐曲线[磁滞回线)的一个方向上被驱动，因此，在设计时注意不要使其饱和，更为详尽的分析和设计将在第五章给出。在这里，我们只是强调一下，所选择的磁芯一定要有足够大的有效体积，通常应用空气隙来扩大其有效体积传输变压器有效体积v的计算公式如下：Ilamx最大负载电流‘L：变压器次级绕组的电感量；：空气的导磁率。其值为15：所选磁芯的磁性材料的相对导磁率Bmax：磁芯的最大磁通密度。相对导磁率从应尽可能选得大一些，以防止由于喂制磁充尺寸和线径，以及铜损和铁损引起磁芯温升过高。2.2.7、电压反应电路的选用对于电流型脉宽控制器UC3842，有三种常用的稳定输出电压电路，现先逐一介绍：〔1〕、输出电压直接分压作为误差放大器的输入【[][]刘武祥,金星,刘群.基于UC3842的反激式开关电源的控制环路设计[J].电子技术应用,2007,(12);图2.25输出电压直接分压采样如上图所示，输出电压Vo经R2及R4分压后作为采样信号，输人UC3842脚2(误差放大器的反向输人端)。误差放大器的正向输入端接UC3842内部的2.5V的基准电压。当采样电压小于2.5V时，误差放大器正向和反向输出端之间的电压差经放大器放大后，调节输出电压，使得UC3842的输出信号的占空比变大，输出电压上升，最终使输出电压稳定在设定的电压值。R3与CI并联构成电流型反应。这种电路的优点是采样电路简单，缺点是输人电压和输出电压必须共地，不能做到电气隔离。势必引起电源布线的困难，而且电源工作在高频开关状态，容易引起电磁干扰，必然带来电路设计的困难，所以这种方法很少使用。〔2〕、辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入【[][]杨永清.基于UC3844的单端反激开关电源设计[J],移动电源与车辆,2023,(04);如下列图所示，当输出电压升高时，单端反激式变压器T的辅助绕组上产生的感应电压也升高，该电压经过D2，D3，C5，Cl4、C13和R15组成的整流、滤波和稳压网络后得到一直流电压，给UC3842供电。同时该电压经R2及R4分压后作为采样电压，送人UC3842的脚2，在与基准电压比拟后，经误差放大器放大，使脚6输出脉冲的占空比变小，输出电压下降，到达稳压的目的。同样，当输出电压降低时，使脚6输出脉冲的占空比变大，输出电压上升，最终使输出电压稳定在设定的值。图2.26辅助电压输出电压分压采样这种电路的优点是采样电路简单，副边绕组、原边绕组和辅助绕组之间没有任何的电气通路，容易布线:缺点是并非从副边绕组直接得到采样电压，稳压效果不好，实验中发现，当电源的负载变化较大时，根本上不能实现稳压。该电路适用于针对某种固定负载的情况。〔3〕、采用线性光藕改变误差放大器的输入误差电压【[][]陈懿,童朝南,韩建军.采用UC3844的反激式开关电源反应回路的改进与设计[J].电子技术应用,2023,(06);如下列图所示，该开关电源的电压采样电路有两路:一是辅助绕组的电压经D1，D2，C1，C2，C3，R9组成的整流、滤波和稳压后得到16V的直流电压给UC3842供电，另外，该电压经R2及R4分压后得到一采样电压，该路采样电压主要反映了直流母线电压的变化；另一路是光电藕合器、三端可调稳压管Z和R4，R5，R6，R7，R8组成的电压采样电路，该路电压反映了输出电压的变化;当输出电压升高时，经电阻R7及R8分压后输入Z的参考电压也升高稳压管的稳压值升高，流过光藕中发光二极管的电流减小，流过光电三极管的电流也相应的减小，误差放大器的输人反应电压降低，导致uC3842脚6输出驱动信号的占空比变小，于是输出电压下降，到达到稳压的目的。图2.27采用辅助电源采样和光耦采样综合该电路因为采用了光电耦合器，实现了输出和输人的隔离，弱电和强电的隔离，减少了电磁干扰，抗干扰能力较强，而且是对输出电压采样，有很好的稳压性能。缺点是外接元器件增多，增加了布线的困难，增加了电源的本钱。〔4〕、采用线性光耦改变误差放大器的增益如图5所示，该电压采样及反应电路由R2，R5，R6，R7，R8，C1，光电藕合器、三端可调稳压管Z组成。当输出电压升高时，输出电压经R7及R8分压得到的采样电压(即Z的参考电压)也升高，Z的稳压值也升高，流过光耦中发光二极管中的电流减小，导致流过光电三极管中的电流减小，相当于C1并联的可变电阻的阻值变大(该等效电阻的阻值受流过发光二极管电流的控制)，误差放大器的增益变大，导致UC3842脚6输出驱动信号的占空比变小，输出电压下降，到达稳压的目的。当输出电压降低时，误差放大器的增益变小，输出的开关信号占空比变大，最终使输出电压稳定在设定的值。图2.28采用光耦改变误差放大器的增益因为，UC3842的电压反应输人端脚2接地，所以，误差放大器的输人误差总是固定的，改变的是误差放大器的增益(可将线性光祸中的光电三极管视为一可变电阻)，其等效电路图如下列图所示：图2.29改变误差放大器增益的等效电路该电路通过调节误差放大器的增益而不是调节节误差放大器的输人误差来改变误差放大器的输出，从而改变开关信号的占空比。这种拓扑结构不仅外接元器件较少，而且在电压采样电路中采用了三端可调稳压管，使得输出电压在负载发生较大的变化时，输出电压根本上没有变化。实验证明与上述三种反应电路相比，该电路具有很好的稳压效果。在本设计中采用利用TL431线性稳压器(三端可调稳压管)和PC817线性光耦构成反应环图2.30设计中采用的控制电路利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器，再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如上图所示，R4、R5是精密稳压源的外界控制电阻，它们决定输出电压的上下，和TL431一并组成外部放大器。当输出电压升高时，取样电压VR7也随之升高，设定电压大于基准电压〔TL431的基准电压为2.5V〕，使TL431内的误差放大器的输出电压升高，致使UC3842内驱动三极管输出电压降低，也使输出电压V0下降，最后V0趋于稳定；反之，输出电压下降引起设置电压下降，当输出电压低于设置电压时，误差放大器的输出电压下降，UC3842内的驱动三极管的输出电压升高，最终使得UC3842的脚1的补偿输入电流随之变化，促使UC3842内对PWM比拟气进行调节，改变占空比，到达稳定的目的。R4、R5的阻值是这样计算的：先固定R5的阻值，再计算R4的阻值，即：R4=〔V0-VBEF〕/IbIb=VBEF/R52.2.8UC3842的供电——启动电路：电路图如下所示【[][]何艳丽,陈鸣,王克城,侯建国.基于UC3844的反激稳压电源的设计及分析[J].电源技术应用,2023,(04);图2.31启动电路刚开机时,220V交流电压首先经过EMI滤除射频干扰,再经过桥式整流和滤波,产生约直流电压。然后经R2降压后向UC3842提供+16V启动电压。R1是限流电阻,C1为滤波电容。进入正常状态后,自馈线圈N2上的高频电压经过VD1、C3整流滤波,就作为UC3842的正常工作电压。电容C2储存的能量要能满足电源开始正常

工作的需要，使得UC3842第7脚有稳定、充足的输入供应。即电容C2的放电时间要大于UC3

842输出脉冲的高电平持续时间。否那么，电源将出现打嗝现象。因此，电容C2的容量和

质量的选取非常重要。在参考文献中曾经看到，有的作者C2曾用100μF铝电解电容，经常发现

电源打嗝；测量反应端电压，总是太低，以至于反应端的整流二极管都没有工作，说明反应端电压幅度不够。原因在于C2容量不够，不能提供足够的能量来使UC3842充分工作，因此

，容量最好在100μF以上。2.2.9、检测信号的正确采样电路【[]朱小龙,滕国仁.脉宽集成控制器UC3842在开关电源中的应用.华北矿业高等专科学校学报.[]朱小龙,滕国仁.脉宽集成控制器UC3842在开关电源中的应用.华北矿业高等专科学校学报.2001.06;图2.32电流检测和限制上图中功率管开通时检测电流Is会产生电流尖峰该尖峰将影响电路的稳定性,所以必须在RS和3脚之间加一小的RC滤波器来滤去电流尖峰,RC滤波器的时间常数近似等于电流尖峰持续时间,通常为几百纳秒。2.2.10占空比大于50%时电路的斜坡补偿【[][]韦枫,吴金.基于斜波补偿的电流模式PWMDC-DC系统稳定性分析[J].电子器件,2003,26(4):461-462;UC3842是电流控制型器件,它的最大缺点是当占空比D大于50%时,电路不能稳定工作,此时必须进行斜坡补偿。〔1〕误差电压Ue处的斜坡补偿其原理下列图a所示。△In为第n次开通前电流扰动信号,m1和m2分别为电流上升和下降率,实线为稳定情况,虚线为参加扰动后的情况,可以推出:第