基于UC2845單端正激式開關電源設計

摘 要：本文論述一種采用UC2845為控制芯片的開關電源，介紹了正激式變壓器的工作原理，并給出相關設計電路。

關鍵詞：UC2845；單端正激；開關電源

開關電源是利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管占空比來維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，其中高頻開關式直流穩(wěn)壓電源具有效率高、小型化、輸出穩(wěn)定、高可靠性等突出優(yōu)點，在工業(yè)設備、軍工裝備、科研儀器、LED照明等領域得到廣泛應用。

1 UC2845芯片

UC2845是一種高性能單端輸出式電流控制型脈寬調(diào)制器芯片，為設計人員只需最少的外部器件就能獲得成本效益高的方案。該集成電路的特點包括可微調(diào)的振蕩器、可精準控制占空比、參考欠壓鎖定、高效益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，采用固定工作頻率脈沖寬度可控調(diào)制方式，是驅動功率MOSFET的理想器件。

2 開關電源設計

⑴系統(tǒng)參數(shù)及電路設計。本文設計的電路參數(shù)為：輸入電壓為市電220V/50HZ，輸出電壓為直流5V/40A，工作頻率50～100KHz。整個電路由EMI濾波電路、整流濾波電路、高頻變壓器、電流檢測和反饋補償電路等幾部分組成，其原理圖如圖1所示：

⑵單端正單端正激式變壓器原理。本文采用單端正激式。所謂單端，是指高頻變壓器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側，磁同單向變化。所謂正激，在開關功率管導通時，后級整流二極管D2導通，依同名端工作關系，初級線圈上的電能通過磁芯耦合傳輸給次級繞組，并通過后級整流二極管傳遞到輸出端；在開關功率管關斷時，續(xù)流二極管和儲能電感構成放電回路，繼續(xù)對負載供能。

⑶UC2845外圍電路設計。振蕩器頻率由接在UC2845的4腳上的電阻R20和電容C12決定，振蕩器頻率為：f=1.72/（R20*C12），假若工作頻率小于20KHz進入音頻范圍，則噪聲較大，紋波增大；若開關頻率較高時，開關損耗增大，系統(tǒng)效率降低，且電路對EMC的要求增大。因此確定工作頻率時要折衷考慮，R20選值為4.7K，C12選值為2.7nF，輸出開關頻率為67.8KHz。

為了降低功耗，UC2845采用兩條供電電路，一條是啟動時通過R7、R8、R9供電，另一條是啟動后輔助電源供電。由于電源正常工作情況下的驅動電流很大，所以由變壓器分一個繞組進行供電，可以降低功耗，C5起儲能和濾波作用，因為UC2845的瞬態(tài)驅動功率較大，所以C5取值就比較大為100uF，R7、R8、R9為3個470K電阻并聯(lián)。

⑷EMI濾波電路。為減小體積、降低成本，一般采用簡易式單級EMI濾波器，能有效抑制開關電源的電磁干擾，L1、CX1和CX2用來濾除共模干擾，CY1和CY2濾除差模干擾。R1、R2為泄放電阻，可將電容上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性，斷電后還能使電源的進線端L、N不帶電，保證使用的安全性。

⑸反饋電路設計。過流保護電路是由R21、R22、R23以及C11組成。R22、R23上的電壓反映了電流瞬時值，當開關電源發(fā)生過電流時，Q1漏極的電流會增大，URS會增大，URS接入UC2845的保護輸入端3腳，當URS=1V時，UC2845芯片的輸出脈沖將關斷。通過調(diào)節(jié)R21和R22、R23分壓比可以改變開關管的限流值，實現(xiàn)電流瞬時值的逐周期保護比較，屬于限流式保護。

輸出電壓通過穩(wěn)壓器TL431和光電耦合器PC817C反饋到UC2845的2腳，調(diào)節(jié)分壓電阻R34、R35和R37，可以調(diào)節(jié)輸出電壓，達到較高的穩(wěn)壓精度。當輸出電壓穩(wěn)定時，UC2845的2腳電壓Vfb=2.5V，故Ic=2.5V/1k=2.5mA，由PC817C的特性圖表知If=2mA。根據(jù)經(jīng)驗，If一般取2―20mA，R38一般選取幾百歐，另外，TL431的正常工作電流為1-100mA，Iref=2uA，通常讓IR35≥100Iref=0.2mA，則R7≤2.5V/0.2mA=12.5K，以忽略Iref，但分壓電阻也不宜取得太小，以免功耗過大，R37并在R35上，是為了輸出滿載時，調(diào)整輸出電壓。

⑹設計技巧。吸收回路的設計：變壓器一次側兩端、輔助繞組整流二極管兩端、輸出整流二極管兩端和續(xù)流二極管兩端均設計有相應的RC吸收回路，避免過高的尖峰擊穿管子和燒壞電路器件。輸出電容的均流問題：因為輸出的40A電流，由輸出電容提供，為使各輸出電容提供的電荷盡可能相等，PCB布線采用輸出電容均流的布線技巧。

3 小結

在開關電源的設計中，UC2845是整個變換器的關鍵部分，其核心是PWM控制單元，為設計人員只需最少的外部器件就能獲得成本效益高的方案。并且高頻開關電源變壓器和濾波電感可以實現(xiàn)開關電源小型化、輕量化、提高可靠性的關鍵。

[參考文獻]

[1]謝自美.電子線路綜合設計[M].華中科技大學出版社.2008.

[2]張占松，蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].電子工業(yè)出版社.1998.

[3]何希才.新型開關電源設計與應用[M].科學出版社出版.2001.