摘 要： 介紹了一種基于PWM控制芯片UC3844的反激式開關電源" title="開關電源">開關電源的反饋回路改進設計,，詳細討論了新型反饋電路" title="反饋電路">反饋電路的工作過程及設計方案，采用光耦" title="光耦">光耦PC817和電壓基準TL431組成反饋網(wǎng)絡,。該電源性能優(yōu)良,，具有結構簡單，穩(wěn)壓效果好,，負載調整率高等優(yōu)點,，具有很高的生產(chǎn)應用價值。
關鍵詞： UC3844,；反饋電路,；反激式開關電源
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開關電源被譽為高效節(jié)能電源，它代表著穩(wěn)壓電源的方向,，現(xiàn)已成為穩(wěn)壓電源的主流產(chǎn)品,。開關電源采用功率半導體器件作為開關的器件，通過周期性間接工作,，控制開關器件的占空比來調整輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓,。單端反激式開關電源" title="反激式開關電源">反激式開關電源是一種成本最低的電源電路，輸出功率為20W～100W，工作頻率在20kHz～200kHz之間,，可以同時輸出不同的電壓,，而且具有較好的電壓調整率[1]。
開關穩(wěn)壓電源的反饋回路決定了開關電源的精度和整體性能,。傳統(tǒng)的開關電源反饋回路從變壓器輸入端取電壓,，沒有隔離，響應慢,，抗干擾能力差[2],。
本文介紹一種基于電流型PWM芯片UC3844的開關電源的反饋回路改進，采用可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器加光電耦合器接法,，具體使用TL431加PC817,。這種方法由于使用了精密電壓源做控制參考電壓，控制精度非常高,，性能穩(wěn)定,。
1 UC3844原理與特性
UC3844是安森美公司生產(chǎn)的高性能、固定頻率,、電流模式控制器,，廣泛應用于中小功率的DC-DC開關電源。該集成電路的特點是：具有振蕩器,、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器、電流取樣比較器和大電流圖騰柱輸出,，是驅動功率MOSFET的理想器件,。
UC3844相對于同系列的UC384x，最大的優(yōu)點是占空比不超過50%,，防止開機瞬間或負載短路時,，變壓器可能出現(xiàn)的飽和現(xiàn)象。UC3844采用DIP-8封裝,，其內(nèi)部結構框圖如圖1所示,，其管腳說明如表1所示[3]。
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2 常用電路的典型結構
基于UC3844的開關電源的電流反饋電路典型結構如圖2所示,。
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220V交流電壓經(jīng)整流濾波后,，得到300V直流電壓，主要功率經(jīng)串聯(lián)于高頻變壓器初級繞組N1,，到大功率MOSFET開關管V1集電極,，在UC3844的控制下，開關管V1周期性地導通和截止,。300V直流電壓的另一路經(jīng)R2降壓后,，施加到UC3844的供電端（7腳）,，為UC3844控制器提供啟動電源電壓，此設計中UC3844采用恒定頻率方式工作,。電路啟動后，8腳輸出一個+5.0V的基準參考電壓,，作用于定時元件R5,、C6上，在4腳產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩波形,，振蕩頻率=1.8/R4×C6,，6腳輸出驅動脈沖激勵開關三極管V1在導通和截止之間工作。
UC3844對于輸入電壓的變化立即反映為來自N2電感電流在取樣電阻R3上的電壓變化,，不經(jīng)過外部誤差放大器就能在內(nèi)部比較器中改變輸出脈沖寬度,。
這種傳統(tǒng)的電流反饋回路結構簡單具有容易布線、成本低的優(yōu)點,，但是電路的缺點在于反饋不能直接從輸出電壓取樣,，輸出電壓穩(wěn)壓精度不高，當電源的負載變化較大時很難實現(xiàn)精確穩(wěn)壓,；同時沒有隔離,，抗干擾能力也差，在負載變化大和輸出電壓變化大的情況下響應慢,，不適合精度要求較高或負載變化范圍較寬的場合,，為了解決這些問題，可以采用可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL431配合光耦PC817構成一種新型精準的反饋回路,。
3 采用光耦和電壓基準進行反饋控制的電路設計
為了滿足負載變化較大時的供電要求,，提高輸出電壓的穩(wěn)定度，設計了一種從副邊繞組輸出端取樣進行反饋控制的電路,，電壓采樣及反饋電路由光耦PC817,、TL431及與之相連的阻容網(wǎng)絡構成。電路如圖3所示,。
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對于負載調整率,，除了能繼續(xù)通過變壓器的電感電流在R8上取樣外，該電路還設計從輸出端電壓取樣,，該電路的設計輸出電壓Uout為15V,。
輸出電壓經(jīng)Rup、Rlow分壓后得到采樣電壓,，此采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓進行比較,，當輸出電壓正常(15V)時，采樣電壓與TL431提供的2.5V參考電壓相等,，則TL431的K極電位不變,，流過光耦PC817二極管的電流不變,，流過光耦CE的電流不變，UC3844的腳2電位穩(wěn)定,，輸出驅動的占空比不變,，輸出電壓穩(wěn)定在設定值不變。當輸出15V電壓因為某種原因偏高時,，經(jīng)分壓電阻Rup,、Rlow分壓值就會大于2.5V，此時TL431的K極電位下降,，流過光耦PC817二極管的電流增大,，從而流過光耦CE的電流增大，UC3844的腳1電位下降,，腳6輸出驅動脈沖的占空比下降,，輸出電壓降低，這樣就完成了反饋穩(wěn)壓的過程,。
Rup,、Rlow、Rbias,、Rs的取值要根據(jù)實際電路來設計,。
3.1 根據(jù)TL431特性計算Rup、Rlow,、Rbias
TL431是由美國德州儀器（TI）生產(chǎn)的2.5V～36V可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器,。其工作電流范圍寬達0.1mA～100mA，動態(tài)電阻典型值為0.22Ω,，輸出雜波低[4],。
TL431參考輸入端的電流參考值為1.8μA，為了避免此端電流影響分壓比和避免噪聲的影響,，通常取流過電阻Rlow的電流為參考輸入端電流的100倍以上,，根據(jù)公式（1）計算，取Rlow的值為10.2kΩ：
根據(jù)TL431的特性,，Rup,、Rlow、Uout,、Uref有固定的關系：
??? 
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??? 上式中,，Uref為2.5V，Uout為15V,，根據(jù)（2）式計算得出Rup＝51kΩ,。
??? TL431的工作電流Ika的范圍在1mA～100mA，當Rs的電流接近于零(即PC817的正向電流If為零,，Uf小于1.2V)時也必須保證Ika至少為1mA,，此時Ubias必然小于1.2V,。
??? 
??? 根據(jù)公式（3）計算，取Rbias的值為1kΩ,。
3.2 根據(jù)PC817特性計算Rs
為了取得合適的Rs值,，首先根據(jù)PC817的Uce與Ic關系曲線確定PC817A二極管正向電流If[5]。UC3844的誤差放大器輸出電壓擺幅0.8V
??? PC817的電流傳輸比CTR=0.8～1.6,，按公式（4）計算得出通過PC817內(nèi)部發(fā)光二級管的最小電流為：
??? 
??? 發(fā)光二極管能承受的最大電流為50mA，TL431最大電流為100mA,，故取流過Rs的IfMAX為50mA,，根據(jù)公式(5)，選擇Rs的取值為500Ω,。
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4 實驗結果及結論
根據(jù)以上的理論分析以及計算結果,，搭建一個原理如圖4所示的反激式開關電源，測量數(shù)據(jù)如表2所示,。
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測量數(shù)據(jù)表示,，在直流300V輸入情況下，新型反饋控制電路的紋波（0.3%）比傳統(tǒng)的電流反饋電路的紋波（0.92%）減少67％,；同時,，新型反饋控制電路的負載調整率和電壓調整率也遠大于傳統(tǒng)的電流反饋電路。
通過測量結果可以得到如下結論：(1)此電路的性能指標明顯好于傳統(tǒng)反饋電路,；(2)動態(tài)響應快,，控制精度高；(3)電源電路結構簡單,，成本較低,。
上述改善開關電源輸出特性的電路已經(jīng)成功地應用于開關電源的批量生產(chǎn)中，效果顯著,，性能穩(wěn)定可靠,。
參考文獻
[1] 張占松，蔡宣三．開關電源的原理與設計．北京：電子工業(yè)出版社,，1998.
[2] 周志敏,，周紀海，紀愛華．現(xiàn)代開關電源控制電路設計及應用．北京：人民郵電出版社,，2005.
[3] Anon．Current Mode PWM．Controller.Unitrode公司資料：UC1844/2844/3844.
[4] Anon．TL431,，A,，B Series．MOTOROLA公司資料：TL431，A,，B Series.
[5] Anon．High Density Mounting Type Photo coupler．SHARP公司資料：PC817 Series.
[6] 王闖瑞．反激型開關電源反饋回路的改進．通信電源技術,，2005，22(2)：42-44.