基于UC3842 单端反激电源的设计与仿真分析

杨彬彬，黄磊，杨鲲，胡猛，项卓

（1.国营芜湖机械厂；2.安徽省航空设备测控与逆向工程实验室，安徽 芜湖 241007）

脉宽调制（PWM）开关电源，具有较高的效率和灵活性。通常应用于要求高效率和多组电源电压输出的场合。开关电源的重量轻，散热效果好。本文基于UC3842设计了一款单端反激开关电源，输入电压为交流220V，输出电压为直流12V 电流2A，电压纹波<±50mV。

1 芯片介绍

UC3842 是Unitrode 公司推出的一款高性能的固定频率电流型脉宽调制器，为8 脚双列直插式封装，内置的功能电路包括欠压锁定电路、可微调振荡电路、精密基准电路、高增益误差放大器、触发操作逻辑电路、PWM 比较器。具有引脚数量少、外围电路简单、性能优良和价格低廉等特点，采用大电流推挽输出，适用于N 沟道MOSFET，工作频率高达500kHz，启动电流小于1mA，它适用于无工频变压器的20 ～80W 的小功率开关电源，其工作温度为0 ～+70℃，最高输入电压为30V，最大输出电流为1A，是驱动MOSFET 的理想器件。其内部原理框图如图1 所示。

图1 UC3842 的内部结构图

2 总体设计原理

单端反激开关电源的总体设计原理框图如图2 所示，主要分为功率电路和控制电路两部分。功率电路主要由交流输入桥式全波整流及滤波电路、DC/DC 开关变换器以及输出整流滤波电路组成。

图2 总体设计框图

控制电路由电压、电流采样电路以及PWM 控制电路组成，通过电压电流双闭环反馈，控制调节占空比，从而保证输出电压符合要求。

3 设计原理

3.1 输入整流滤波电路设计

输入整流滤波电路采用单相桥式整流滤波电路，如图3 所示，输入电压经过桥式整流电路后变成脉动直流电压，再经过大容量滤波电容得到直流高压电。输入额定电压为220V，电压最大值为311V，考虑2 倍裕量，选择整流二极管1N4005（600V/1.0A），输出侧可选择容值为80μF 电解电容。

图3 稳压电源原理图

3.2 反馈回路设计（图4）

图4 反馈回路

反馈回路采用精密稳压源TL431 和线性光耦4N25A。光耦工作在线性放大区，其电流放大系数传输比CTR 为20%。

表1 开关电源技术指标

其中，Uo=12V，Uref=2.5V，Udio= 0.7V，IFmax=10mA。

3.3 UC3842 外围电路设计

工作频率为f=150kHz

选取R17=1.2kΩ,C12=10nF。

假设开关电源效率为75%，则晶体管电流峰值为

其中，Dmax=0.45,Vin_min= 0.8Um

此时，芯片的电流检测端取样电阻的电压需要高于1V，芯片才能正常工作, 所以采样电阻R18、R19取3.3Ω。

3.4 其他开关元件选型

考虑到变压器副边电压不超过45V，D6可选用FR102。考虑到Q1需承受反向耐压，可选择IFR820（500V/2.5A）。

3.5 变压器设计（表2）

表2 变压器技术指标

选磁芯材料和型号。

选用软磁铁氧体JP4、罐形铁芯，取铁芯磁感应强度的变化量△B=1700GS。

磁芯填充系数：KC=1；

铜的填充系数：Kμ=0.3；

电流密度：J=500A/cm2；

选用P 型（ 罐形）2213， 磁芯Ae1=0.635cm2，Ae1=0.297cm2，Ae1Aw1=0.189cm4。

计算变压器初级电感量。

DCM 模式在最大输出功率时，电流临界连续：

计算铁芯上所开气隙的长度δ：

计算变压器原边绕组匝数：

取68 匝，计算匝比，确定各副边绕组匝数：

1V 为输出整流二极管压降。

取5 匝，计算变压器原副边绕组电流有效值。

变压器原边电流峰值为：

变压器各副边电流峰值为：

变压器原边电流有效值为：

变压器各副边电流有效值为：

确定原副边导线线径和股数。

取J=5A/mm2，根据S=I/J 可得，

原副边导线截面积为：

S1=0.0368mm2，S2=0.6388mm2。

考虑集肤效应，在导线100℃时，穿透深度：

N1选用d=0.25mm，S=0.0492mm2，取1 根。

N2选用d=0.45mm，S=0.1590mm2，取5 根。

校核窗口系数

可以绕得下。

4 仿真结果

电路仿真波形如图5 所示。

图5 仿真波形

（1）满载时输出电压波形如图5（a）所示。

（2）满载时UC3842 内部振荡电路输出、MOSFET 驱动电压、电流采样电阻上的电压波形如图5（b）所示。

（3）满载时Vfb 引脚电压波形如图5（c）所示。

（4）满载时整流输出电压如图5（d）所示。

（5）变压器原副边电压如图5（e）所示。

从测试结果可以看出，输出电压稳定在+12V，输出电压的纹波限制在±50mV 内，满足设计要求。

5 结语

本文设计了一种基于UC3842 的单端反激开关电源，介绍了UC3842 内置电路和开关电源总体设计思路，在此基础上详细介绍了该开关电源的各部分电路参数设计方法，经仿真验证切实可行，效果良好，具有一定的实用价值。