断续模式下基于UC2845的反激开关电源设计

黄莉莉

南京康尼机电股份有限公司 江苏南京 210038

反激式开关电源具有效率高、体积小、输出稳定、比模块电源成本低等优点，近年来在轨道交通等领域应用广泛[1]。

反激式开关电源有两种运行模式：电感电流连续模式（CCM）和电感电流断续模式（DCM）。DCM模式变压器体积更小，运用更广泛。本文讨论DCM模式下的反激式开关电源设计。

1 反激式开关电源工作原理

反激式开关电源是指使用反激高频变压器隔离输入输出回路的开关电源。开关管Q导通时，变压器原边电感电流上升，变压器储存能量，输出电容Co向负载功能；开关管Q截止时，变压器次级向负载供能。

2 电源设计电路图

本文设计的电源电路图如图1所示。输入电压经EMI滤波电路后，通过整流桥VBR1及C5转化为直流电压；该电压作为UC2845的工作输入电压，控制输出电压（+15V）。电路用UC2845作为MOS管驱动芯片。

图1 基于UC2845的反激开关电源原理图

2.1 设计要求

本文设计的反激式开关电源的具体指标如下：输入为交流90-242V；输出为1路直流5V/3A输出、1路直流15V/1A输出。开关频率63kHz，总输出功率为30W，效率80%，输出纹波峰-峰值不大于输出电压的5%。

2.2 控制芯片选择

设计中选用美国Unitrode公司生产的一款高性能固定频率电流型控制器芯片UC2845，具有电流反馈和电压反馈双环控制的特点，能够通过调整占空比来适应负载变化造成的输出电压变化[2-3]。

2.3 EMI滤波电路

图1的EMI滤波器中，L2、C1、C4抑制共模干扰，L1、C2、C3抑制差模干扰。共模电感L2通常取10-33mH；C1、C4电容范围 1-3nF；C2、C3电容范围 0．1-0．33uF。

2.4 缓冲电路

MOS管关断瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲，影响系统稳定性。本文通过采用R12、C16、D4组成的RCD缓冲吸收电路消除尖峰。

2.5 电流取样和过流保护

电源的电流取样由取样电阻R11来完成，通过电流采样完成过流保护。R10、C10为滤波电路，滤除开关管开通电流尖峰，防止误触发。

2.6 反馈电路

图1中输出电压+15V被电阻R13、R14分压后，以电压的形式反馈给UC2845的1脚调整输出占空比，稳定输出电压。

2.7 变压器设计

（1）确定VOR和VDSMAX。如图1所示，MOS管Q1关断时，输入电压VBR1与次级反射电压nV+15V（即VOR）共同叠加在MOS管的D、S两端。DCM模式低压满载时，最大占空比Dmax为0．45。Dmax越小，VOR越小，MOS管的应力越小，次级整流管的电压应力增大。因此，应保证MOS管有足够裕量的情况下，尽可能增大Dmax，降低次级整流管的电压应力。综上，选择耐压值为600V的MOS管。

（2）确定初级电感Lm。根据以下公式确定最恶劣条件下（最低输入电压、满载）的变压器初级电感Lm：

fsw为开关频率；h为工作效率；

（3）磁芯及绕组匝数。选择磁芯EI28，根据磁芯计算出初级电感匝数52匝及主反馈回路绕组匝数8匝、+5V回路绕组匝数3匝、IC供电辅助绕组匝数8匝。

（4）确定绕组线径。根据次级绕组RMS电流公式，计算出+15V回路绕组线径为0．66mm；+5V回路绕组线径为1．15mm；辅助绕组线径为0．2mm。

3 实验结果及分析

为检验所设计的开关电源性能，在实验室中完成样机试制并测试。图2左侧为输出绕组+15V的电压波形，由图可看出，+5V的响应时间为10ms，+15V的响应时间为65ms，输出电压响应时间较快且输出稳定。图2右侧为输出绕组+15V的电压纹波，由图中可以看出，纹波电压峰-峰值分别为200mV和400mV，纹波电压小，满足设计所提要求

图2 输出绕组+15V电压和纹波图

4 结语

本文设计了一种基于UC2845，工作在断续模式下的反激式开关电源，并实验验证了电源功能及性能。实验结果表明，所设计的电源结构简单，输出电压性能稳定，电源纹波小，响应时间快。