刘 俊，孙胜麟，李世军

（湖南工程学院 电气信息学院，湘潭 411101）

0 引 言

随着电力电子技术的不断发展，开关电源也进入了一个快速发展的阶段，具体的发展趋势可以概括为以下几个方面：①高频化；②数字化；③模块化；④软开关技术；⑤非隔离DC－DC技术；⑥有源功率因数校正技术.在建设资源节约型和环境友好型社会的背景下，开关电源因为具有安全环保、高效节能和短小轻薄等优点，已经成为本学科一个主要的研究重点.

本文设计了一种新型的反激式开关电源，该电源具有多个输出端，能同时提供24V／1A、12V／0.2A、±15V／0.5A、5V／2A等多个电压输出.实验结果表明，该电源具有良好的性能.因此，该开关电源的工程应用前景良好，实用价值也较高.同时，本设计也为其它开关电源的开发提供了一定的借鉴和参考作用.

1 电流型PWM控制系统分析

控制系统框图如图1所示.该系统采用电流电压双闭环串级控制结构，内环是电流环，外环是电压环，控制原理是：给定的电压Ug与从输出反馈回的电压Ur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Ue，该信号与经电阻采样反映电流变化的信号Us进行比较，输出一个占空比可调节的PWM脉冲信号，从而使得输出的电压信号V0保持恒定［1］.

图1 控制系统框图

2 UC3844芯片简介

UC3844是电流型PWM控制芯片，内部结构和引脚如图2所示.脚1为误差放大器补偿端，脚2接电压反馈信号，脚3接电流检测信号，脚4外接时间电阻RT及CT用来设置振荡器的频率，脚5为接地端，脚6为推挽输出端，可提供大电流图腾柱输出，脚7接芯片工作电压，脚8提供5V的基准电压［2］.

UC3844芯片工作原理：误差放大器将反馈电压与基准电压之差放大后作为阈值电压，再与反馈电流采样电压一起送至电流检测比较器.当采样电压大于阈值电压时，比较器输出一个高电平来触发RS触发器.当或非门输出低电平时，功率管关闭.此状态一直要保持到振荡器的输出脉冲再次送到或非门和触发器，持续时间是由振荡器输出脉冲的宽度决定.振荡器控制了脉冲信号的上升沿，输出电压与功率开关管电流联合控制了脉冲信号的下降沿.反转触发器限制PWM的占空比调节范围为0～50%.

图2 UC3844内部结构框图和引脚图

3 反激式开关电源参数设计

图3为设计的反激式开关电源原理图.输入的220V交流经过整流、滤波后提供给主电路.图中12 V／0.2A、24V／1A、±15V／0.5A 输 出 端 为UC3844芯片、继电器和其它模拟电路供电，5V／2 A输出端组除了为电机控制用的数字板供电外，还有稳压作用.

图3 由UC3844构成的开关电源原理图

3.1 电压反馈电路

PWM控制系统中，电压环的作用是在输入电压或负载扰动的情况下，保持输出稳定.如图3所示，开关电源5V／2A输出端电压通过元件TL431和H11A1反馈到了UC3844芯片的2引脚上.正常工作时，流入TL431的电流为0，①脚的输出电压为2.5V，H11A1上的电压为1.2V，电流由公式（1）、（2）、（3）：

由公式（4）可知，在R7、R8、R9阻值确定的情况下，当5V／2A输出端电压大于5V时，电流ID会增加，R11上（即芯片2引脚上）的电压也相应的增加，引起误差放大器输出电压降低，占空比减小，峰值电流也随之减小，从而达到降低输出电压的目的.当5 V／2A输出端电压小于5V时，情况正好相反.

3.2 UC3844芯片的启动和开关脉冲的生成

UC3844启动电压为16V，R3是启动电阻.芯片正常工作时，由D5、D6、D7、C26、C23、C24等元件构成的电路提供电压.

开关脉冲由R12、C33等元件构成的电路产生.8引脚的5V基准电压经R12给C33充电，C33在充放电过程中产生自激振荡，频率

3.3 电流的检测与限制

正常工作时，误差放大器决定了采样电阻R17上的峰值电压.流经R17上的检测电流，式中，Ue是误差放大器的输出电压.芯片的电流比较器反向端箝位电压为1V，最大限制电流为

当开关管导通时，R17上的电压会增加，并通过R13反馈到芯片3引脚上.由电流比较器进行比较，当超过一定值时，开关管就会截止.同时，开关管导通时会产生尖峰电流.为此专门设计了由R13、C32等元件组成的滤波器来抑制.

3.4 漏感消除电路

（1）RCD吸收回路

为了消除漏感，本文设计了由R18、C36、D15等元件构成的无源箝位电路.该电路简单方便，抑制漏感效果良好.

开关管断开时，漏感被转移至C36、R18上.开关管导通时，C36没有放电到零.在开关管漏源电压上升时间内，电容将不起作用，这有利于反激过冲.

（2）开关管保护电路

保护电路由R16、D14、C35等元件构成，其中续流二极管D14选择肖特基二极管.

开关管的漏源间电压波形如图4所示.漏极电压在Toff（开关管关断时间）内上升到2Vi（变压器原边输入电压），电流也由IP／2（设一半的电流流过C35）减到0.因此有

在开关管关断时，为了使C35上电压为0.在Ton这段时间内，C35应对R16放电到总电荷的5%以内，所以有：

图4 开关管漏源间电压波形图

3.5 变压器参数设计

（1）磁心的选择

（2）输入和5V输出端组匝数比

（3）初级电感

（4）气隙长度

（5）初次级绕组匝数

（6）绕组线径

4 实验结果

对设计的开关电源进行测试，并得出了测试数据和实验波形.表1和表2分别是该开关电源空载和带负载时的测试数据，其中5V输出端带负载3Ω，±15V输出端带负载30Ω，24V输出端带负载15Ω.图5是该开关电源5V输出端的电压波形，测得峰值电压约为30mV.实验表明该开关电源具有良好的稳压效果，其输出电压纹波小，负载调整率高.

表1 实测数据1（空载）

表2 实测数据2（带负载）

图5 5V输出纹波图

［1］刘 俊，楚 君，等.基于UC3842的多输出开关电源设计［J］.微计算机信息，2009，13：189－191.

［2］刘 俊，楚 君，等.一种双环控制多输出电源的设计与应用［J］.微计算机信息，2008（7）：127－129.

［3］何希才.新型开关电源设计与应用［M］.北京：科学出版社，2001.