1、反激電路的工作原理

開關變換器是指利用半導體功率器件作為開關，將一種電源形態轉變為另一種形態的主電路。反激式開關電源是開關變換器的一種，其主電路如圖1所示。由于變壓器同名端在一側，故輸出電壓上負下正。當驅動信號為高電平時，開關管導通，電壓源給原邊電感充電，電感電流線性上升，直到開關管關斷時刻，原邊電流達到最大值。開關管導通期間，由于二極管承受反向電壓，副邊沒有電流通過。當驅動信號為低電平時，開關管關斷，副邊二極管承受正向電壓開始導通。

給電容充電，同時電容通過電阻放電。電容電壓為上負下正。

圖1反激電路原理圖

反激式變換器有兩種工作模式，一種為連續工作模式，一種為非連續工作模式。在下一個周期的驅動信號來臨前，變壓器副邊電感中的電流已經降低為0，這種工作模式成為電流非連續工作模式。如果在下一個周期的驅動信號來臨前，變壓器副邊電感中的電流沒有降低為0，此種工作模式成為電流斷續模式。處于連續模式和斷續模式之間的是臨界模式，此種狀態下，當下一個周期信號來臨時，電感電流剛好減少為0.為了避免變壓器磁芯飽和，通常設計變壓器工作在非連續工作模式。

反激式變換器主要有以下特點：

（1）高頻變壓器一次繞組的同名端與二次繞組的同名端極性相反，一次繞組非同名端和開關管的驅動端共地，一次繞組的同名端接電壓源的正端。

（2）高頻變壓器相當于一個儲能電感，在開關管導通時變壓器儲存能量，在開關管截止時，將能量傳給二次側。

（3）可在連續模式下或非連續模式下工作。

（4）可以構成直流輸入端的變換器，也可以構成交流輸入的AC/DC變換器。

（5）輸出電壓低于或高于輸入電壓取決于高頻變壓器的匝數比。

（6）增加二次繞組和相關電路可以獲得多路輸出。

（7）反激式變換器一般不需要在輸出整流二極管與濾波電容之間串聯低頻濾波電感。

2、UC3842的工作原理

UC3842是一種高性能、單端輸出、頻率可調的電流型PWM調制器，最大的優點是外接元件少、外圍線路簡易、價格低，廣泛應用于工業產品中的開關電源。

UC3842主要特點有：①振蕩器的頻率控制較精確，可微調；②電流工作模式頻率可達500KHz；③自動前饋補償功能；④閉鎖PWM，逐周電流限制；⑤內置參考源，可欠壓鎖定；⑥大電流圖騰柱輸出，最大可達1A；⑦帶滯后的欠壓鎖定；⑧啟動、工作電流門檻較低。

UC3842內部原理圖如圖2所示

圖2UC3842內部原理圖

由圖示可以看出，UC3842一共有8個引腳，其各個引腳的功能分別為：

①腳是誤差放大器的輸出端，外接阻容元件用于改善誤差放大器的增益和頻率特性；

②腳是反饋電壓輸入端，此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準電壓進行比較，產生誤差電壓，從而控制脈沖寬度；

③腳為電流檢測輸入端，當檢測電壓超過1V時縮小脈沖寬度使電源處于間歇工作狀態；

④腳為定時端，內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定，

f=1.72/（RT×CT）；

⑤腳為公共地端；

⑥腳為推挽輸出端，內部為圖騰柱式，上升、下降時間僅為50ns驅動能力為±1A；

⑦腳是直流電源供電端，具有欠、過壓鎖定功能，芯片功耗為15mW；

⑧腳為5V基準電壓輸出端，有50mA的負載能力。UC3842內部存在兩個控制環路，一個采樣電壓反饋給誤差放大器，跟基準電壓2.5V比較產生誤差放大電壓信號，一個是變壓器初級電流在采樣電阻Rs上產生的采樣電壓，與誤差放大器的輸出電壓比較產生調制PWM的脈沖信號，由于誤差信號實際控制原邊峰值電流的大小，故UC3842為電流型PWM調制器。

圖3UC3842工作時序圖

圖3是UC3842工作時的時序圖。RT、CT產生的充放電波形經過振蕩器整形后變成方波信號，充電時振蕩器輸出低電平，放電時為高電平。在CT充電過程中，RS觸發器置位腳S=“0”，若采樣電阻Rs上的電壓低于輸出繞組反饋補償輸出電壓（經過誤差放大器），使RS觸發器復位腳R=“0”，此時Q

輸出低電平“0”，UC3842輸出高電平Q1導通；當采樣電阻電壓高于反饋補償輸出電壓時，RS觸發器復位R=“1”，此時觸發器翻轉，Q

輸出高電平“1”經過或門后，UC3842輸出低電平，Q1截止。截止后采樣電阻電壓低于輸出繞組反饋補償輸出電壓，RS觸發器復位R=“0”，此時觸發器處于輸出保持狀態，Q1仍舊截止。

當CT開始放電時，RS觸發器置位腳S=“1”，此時觸發器置位，則Q輸出低電平“0”，但是經過或門后，或門輸出為“1”，此時Q1仍舊截止。

當下一個充電狀態開始時，RS觸發器置位腳S=“0”，R此時也為“0”，觸發器保持輸出狀態，Q

輸出低電平“0”，此時經過或門后，Q1開始導通。通過以上UC3842的正常工作狀態的描述，可以看出，電流采樣電阻電壓和輸出繞組反饋電壓共同決定了Q1開關狀態。

3、電路參數設計

3.1、整流電路的設計

開關電源的輸入是市電，需要通過濾波以及整流環節得到直流電壓作為反激式電源的輸入。圖4所示整流電路原理圖。220V交流電通過橋式整流電路的整流以及電容C1的濾波得到約310V的直流電。

圖4整流電路原理圖

實際電路運行過程中，由于各種原因會產生電磁干擾，因此需要在市電和整流橋之間添加雙向濾波電路，在避免電網對電源造成的同時也避免了電源對電網造成的干擾。圖5所示為電磁干擾濾波電路原理圖，其中C1、C2用來抑制差模干擾，L、C3、C4用來抑制共模干擾，具體的選取規則可以參考表1進行。

由于仿真電路中模型比較理想化，不存在共模干擾和差模干擾，故在仿真模型搭建過程中省略了電磁干擾濾波電路。

3.2、啟動電路的設計

本文設計了供電繞組給UC3842供電，但是在電路達到穩態以前，供電繞組無法給芯片供電，因此需要設計啟動電路。常規的做法是采用阻容串聯電路提供啟動電壓，等到電路達到穩態后，由供電繞組供電。

圖4為阻容供電電路。由圖4可知，電源通過r1對電容c2充電，當電容電壓到達16V以后，芯片啟動。此后由于電阻r1提供的電流不足以使芯片正常工作，電容c2上電壓下降到14V，即供電繞組電壓，芯片由供電繞組供電。為了使電路正常工作，當電容電壓達到16V以后，充電電流必須大于啟動電流且小于UC3842的工作電流，

當電阻不滿足上述條件時，芯片可能無法啟動或者電容電壓持續上升導器件損壞。

3.3、UC3842外圍電路設計

圖7UC3842外圍電路

圖7所示為UC3842芯片的外圍電路。為使電路工作在預定的工作狀態，需要設置芯片的外部元件參數。本次設計的反激式開關電源工作在50KHz，根據芯片的數據手冊可知，芯片的工作頻率：

故本文選擇r7=10k，c6=3.3n，電路工作在52.1KHz情況下，非常接近預定頻率。芯片的1、2腳之間需要接阻容并聯電路進行環路補償，可根據數據手冊選擇電阻150k，電容100p.2腳需要接反饋電壓，選擇47k和10k電阻串聯分壓，進而提供反饋電壓。電阻的選擇不宜過大也不宜過小。電阻過大，由于芯片分流的作用將導致反饋電壓不準確；電阻太小將增大損耗，降低電路的效率。6腳串聯一個20Ω左右的電阻驅動開關管。

3.5、輸出電路的設計

圖8輸出電路原理圖

圖9供電回路

圖9所示為供電回路電路圖，它是輸出電路的一部分，供電電壓設計為14V，輸出電壓經二極管給分壓電容充電。當RC啟動電路中電容電壓低于14V時，供電繞組對電容充電，使其保持恒定。當電容電壓高于14V時，由于二極管承受反壓，充電回路斷開，僅僅有分壓電容供電。

4、仿真與試驗

本文基于上述分析設計了一個反激式開關電源，并且在開關電源仿真軟件saber中搭建了仿真模型進行仿真。Saber模擬及混合信號仿真軟件是美國Synopsys公司的一款EDA軟件，被譽為全球最先進的系統仿真軟件，其仿真結果更接近實際結果，因此具有較高的可靠性。本文在saber中搭建了仿真模型，驗證了設計的正確性。

圖10仿真程序總圖

從以上波形可以看出，輸出電壓和電流波形都出現了階躍，這是因為沒有達到啟動電壓之前芯片沒有啟動，到達啟動電壓之后，芯片啟動，仿真波形出現階躍現象。總之仿真波形達到了預設的目標，本文提出的開關電源設計模型完全正確。