基于UC3842变频器辅助电源的设计

摘 要 介绍UC3842工作特性，并设计一种单端反激式、具有多路输出功能的开关电源。详细介绍电源各部分的设计原理及参数的确定，结合UC3842芯片的优点，制作样机。目前该电源已用于变频器内部功能模块供电，实验证明性能稳定可靠，满足设计要求。

关键词 开关电源 反激式 UC3842 变频器

Abstract The characteristic of the UC3842 was introduced in the paper, and design a single-end fly-back switching power supply, it has multi-output function. The design principle and parameter determination of power all parts was described in detail. Combines the advantages of the chip of UC3842, and developed the prototype. At present, the power has used in the inverter for supplying function modules. The experiments proved that the performance is stable and trustiness, also meet the design requirement.Key words Switch power Fly-back UC3842 Inverter

基于UC3842变频器辅助电源的设计

Design of auxiliary power for inverter based on UC3842

引 言

随着电子技术高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备种类也越来越多，它们与人们工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，因此，对电源的要求更加灵活多样[1]。小型化、低成本化的要求使电源趋向于更轻、更薄、更小而效率更高，因此开关电源因其小体积、轻重量、高效率、稳定可靠等特性，得到快速发展及广泛应用。

为满足自行设计的一款交变磁场发生器内部元器件的供电需求，采用UC3842控制芯片设计一种多路输出的单端反激电源，具备小体积、高效率、性能好等优点，不仅节省空间，而且为交变磁场发生器稳定工作提供保障。

1 设计要求

该多路输出的反激式开关电源主要为变频器内部各功能模块的供电而设计。具体指标为：独立的4路15V 、0.2A 输出，1路5V 、1A 输出，1路±15V 、0.5A 输出，1路

12V 、2A 输出。输入为交流电220V 。

2 UC3842概述[2]

UC3842是美国Unitrode 公司的一种高性能固定频率电流模式的PWM 控制集成电路芯片，采用单端大电流图腾柱式输出级，适合驱动功率开关管。该芯片专门为离线式开关电源和DC/DC 变换器应用而设计，具有管脚数量少、外围电路简单、安装调试简便、性能优良等诸多优点。

UC3842的内部结构（见图1），主要由振荡器、误差放大器、电流检测比较器、PWM 锁存器、基准电源、内部偏置电路、欠压锁定电路和输出驱动级等组成。其引脚功能（以8脚双列直插塑料封装为例）如下：1脚为输出/补偿端，是内部误差放大器的输出端，可外接阻容元件进行环路补偿，以确定误差放大器的增益和带宽；2脚为电压反馈输入端，是内部误差放大器的反相输入端；3脚为电流检测（取样）端，对串联在功率开关管源级上的电阻进行采样，当采样电阻上的电压超过给定值1V 时，UC3842就关闭输出端；4脚为RT/CT 端，是外部定时电

*基金项目：盐城工学院联合培养研究生基金（XKY2009081）

作者简介：胡国文（1957-），男，江苏盐城人，教授，硕士生导师，研究方向：电力电子装置及应用，E-mail:hugw@https://www.wendangku.net/doc/153059522.html,

张立生（1984-），男，安徽黄山人，硕士研究生，电力电子与电力传动，研究方向：电源及变频器，E-mail:zls5416@https://www.wendangku.net/doc/153059522.html, 王银杰（1988-），男，汉，山东青岛人，硕士研究生，电气工程，研究方向：新能源发电

胡国文1,2 张立生2 王银杰2

Hu Guowen 1,2

Zhang Lisheng 2 Wang Yinjie 2

（1.盐城工学院 盐城 224000；2.江苏大学电气信息工程学院 镇江 212013）

(1. Yancheng Institute of Technol-ogy, Yancheng 224000; 2. School of Electrical And Information Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013)

中图分类号：

TK01 文献标识码：A 文章编号：1672-7916(2012)04-0043-04

阻和定时电容的公共端。用以确定振荡器的工作频率，公

式为：f=1.72/(C T×R T)；5脚为接地端；6脚为输出端，

其输出信号可直接驱动功率MOSFET的栅极，具有拉电

流和灌电流的双向驱动能力，峰值电流高达1A；7脚为

V CC电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压

为10V；8脚为内部基准电压输出端，具有短路保护功能，

能向外部附加控制电路超过20mA的电流输出。

图1 UC3842内部结构图

3 开关电源的设计

本文设计的辅助电源工作概况：开机后，电压升高，

UC3842启动，输出端产生驱动MOSFET开关管的信号，

使开关管工作于开关状态。当开关管在导通时，变压器的

原边绕组导通，有电流流过变压器的原边，同时电能转化

为磁能被储存；相反，当开关管断开时，被储存的磁能转

化成电能，并在副边回路产生电流，即可为负载供电。然而，

副边的电流作为采样信号反馈给UC3842的检测端，经芯

片处理后作出响应来改变输出PWM的占空比，进而来调

节输出趋于稳定。

电源主要由EMI滤波电路、整流滤波电路、脉宽调

制电路、反馈电路、过流保护电路、输出稳压滤波电路等

组成（见图2）。

3.1 EMI滤波电路

由于开关电源工作时，电源输入线会引入外界干扰，

同时电源本身也是一种干扰源，通过耦合通道对电网、开

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图2 电源原理图

关电源本身和其他设备产生干扰[3]。故如图2在电源输

入端选用典型的EMI滤波器，其内有共模电感和滤波电

容来消除共模干扰及差模干扰。C1、C2选用Y电容，跨

接在输入端，并将电容器的中点接地，能有效地抑制共模

干扰，其容量值约为2.2nF~0.1μF；C3、C4为X电容，

用于滤除差模干扰，其典型值取为：0.01~0.47μF[4]。

3.2 输入整流滤波电路

整流滤波电路采用简单的桥式整流和电容滤波。具

体的参数计算参考文献[5]。输入为220V的交流市电，

滤波电容的取值可以参照k=1μF/W，又考虑到铝电解

电容的容量误差和容量会随时间推移逐渐减少，故选取

220μF/400V。K为每单位输出功率（W）所需输入滤波

电容器容量（μF）的比例系数[5]。

3.3 缓冲吸收电路[4,6]

开关管在关断瞬间会产生很高的电压尖峰脉冲，这不

仅很容易使开关管因电压急剧升高而损坏，而且使电流采

样和输出电压的波形出现很尖的脉冲，影响系统稳定工作。

为此，选用电阻、电容和阻塞二极管构成钳位电路，如图

2中R4、C6和VD1构成的反激变压器吸收电路，C16、

R15和VD4构成开关管的缓冲吸收电路。具体的电容、

电阻及二极管的参数可由文献[7]中的方法得出。3.4 UC3842的启动与驱动电路

UC3842的启动电压为+16V,电源开启后，交流电经过整流滤波后得到的直流电，通过电阻的降压后给C10充电，一旦C10的电压达到16V ，芯片启动产生波形驱动信号，经串联在MOSFET 栅极的阻尼电阻（阻尼电阻可防止开关管自激振荡），驱动开关管的通断。电源进入正常工作后，变压器副边绕组产生的交流电经VD2、VD3整流滤波后为芯片供电。3.5 反馈电路

采用副边的一绕组线圈输出电压作为反馈信号，来调节驱动波形的占空比。副边的绕组电压经VD2和VD3整流滤波之后，得到一个直流电压信号，一方面为芯片提供工作电压；另一方面经电阻分压，为UC3842的2脚提供反馈电压。可调电阻R9可以对多路输出的电压大小进行调节。

3.6 电流检测和过流保护电路[6,8]

电流检测采用取样电阻R14的电压信号来完成，经R12和C15消除尖峰脉冲后送入引脚3，形成电流的反馈回路并调节输出脉冲。一旦采样电压大于1V 时，UC3842停止输出，起到保护电路的作用。其中R12和C15滤波器的时间常数通常为几百纳秒。3.7 输出滤波电路

输出滤波电路采用整流二极管和滤波电容（见图2），及稳压器来完成，不仅可以得到良好的稳压效果，还有消除纹波的作用。

4 变压器设计

变压器的设计在开关电源设计过程中尤为重要,电源的性能将取决于变压器设计的合理性。如图3所示为变压器的设计基本流程。

4.1 输出功率,最小输入电压及占空比的确定

根据设计多路的输出总和得到输出功率为56W ，输入电压为交流220V(1±10%),最小直流输入电压：（220-22）×1.414=280V ，最大占空比选0.45，预设效率为80%。

由公式（1）可算出原边的峰值电流：

2 1.27PK

P

I A q U

×==× （1）式中，P 电源功率取80W ，q 占空比最大值，U 输入电压最小值），过流保护电路的限流电阻值由公式(2)可得：

1.00.79pk

V

R I =

=Ω （2）4.2 确定电源的工作频率

芯片的振荡频率也就是电源输出的开关频率,大小取决于定时电阻和电容,通常先选定电容值（电阻值规格多比较好配），按照目标频率计算电阻值，由公式(3)可得出：

F rep =1/T =1/(T on +T off ) （3）电容充电时间:T d =0.5465×R t ×C t ，放电时间：

3.8

ln

2.2

d t off t t d t I R T R C I R ×?=?×××?I d 取典型值8.3mA ，所以得出：

req 1

3.80.5465ln

d t t t t t d t F I R R C R C I R =×??

41014

1.72

810z

H R C ≈

=××

式中，R 10取10k Ω，C 14取2.2nF 。4.3 计算原边电感量

有原边峰值电流I PK 、最小电压U 、占空比q 和工作频率f ，可以由公式（4）计算出变压器的原边电感量：

=1.24mH PK U q

L I f

×=

× （4）

4.4 选定磁芯[5]

磁芯选EI 型磁芯，具有漏感小、磁耦合性能好、绕制方便等优点。高频变压器输入功率P= 56W/80%= 70W ，取最大承受功率80W ，根据高频变压器的最大承受功率P M 与磁芯

截面积S J 关系式：J S = DN 。依据参考文献[2]数据可选用EI40考虑变压器饱和问题，磁芯必须留有一定量气隙，考虑气隙长度的合理性，通常选0.2~0.8mm 之间，近似公式：

图3 变压器设计流程图

2

2

max 0.40.78PK gap

e

LI l mm B A π=≈ （5）式中，B max 取150mT ，A e 取161mm 2。

变压器的气隙确定之后，便可以计算变压器原边的匝数：

6max 100.4gap P PK

B l N I π××=

×× （6)

根据副边的输出电压U OUT 并计算出副边匝数(整流二极管的压降取1V)：

(1)(1)

out P S in

N U q N q U ×+×?=

× （7）根据上述步骤设计得变压器主要参数（见表1）。

表1 变压器参数

绕组匝数原边绕组75独立15V(4路)输出

65V 输出2±15V 输出612V 输出

5

导线的选择按照1mm 2

可以导通2.5~3A 的原则选择导线，适当地采用多股并绕。

5 实验结果及分析

图4为电源其中一路5V 输出的电压波形，1通道为5V 直流输出波形，2通道为5V 输出纹波，峰对峰值约为260mV ，比较理想。

6 结语

本文详细地介绍一种普遍适用、多功能输出辅助电源的原理及设计，其输出稳定、性能良好、体积小，适用于变频器、逆变器等。该电源已作为变频电源的辅助电源使用，能稳定为单片机、光耦、继电器、互感器、IPM 等器件供电，验证设计的正确性。

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（上接第42页）

图4 直流输出波形

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