基于PWM芯片UC3842的医疗开关电源设计方案

引言

医疗电源是对安规及EMI、EMC比较高的设备，作为绿色开关电源，将在21世纪给人类社会带来巨大的变化。性能优良的医疗设备系统离不开性能优良的控制模块，而控制模块的性能在很大程度上取决于供电电源的性能，所以高质量的供电电源系统在整个医疗系统中占有相当重要的位置。本文基于UC3842高性能电流模式PWM发生器控制的开关电源适合应用于此类系统。本设计通过小型高频变压器实现输出和输入的完全隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围电路，也降低了电源的成本和体积。电源输出电压稳定，波纹小，不间断性能可靠同时又不会对其他设备产生辐射和传导干扰。

单端反激式变换电路的基本结构

单端反激式变换的典型结构如图一所示。单端是指变压器的磁心仅工作在磁滞回线的一侧;反激是指当开关管导通时，在初级线圈中储存能量，而次级线圈不通，当开关管关闭的时候，初级线圈中的能量通过次级线圈释放给负载。这是一种成本低的调整器，可以做到输入输出部分的完全隔离，有较好的电压调整率。

图一单端反激式变换器UC3842芯片的性能特点

UC3842芯片是Unit rode公司的产品，是一种高性能的单端输出式电流控制型脉宽调制器芯片，其原理框图如图二所示。由5V基准电压源、控制占空比调定的振荡器、电流测定比较器、PWM锁存器、高增益E/A误差放大器和适用于驱动功率MOSFET的大电流推挽输出电路等组成。其主要特点是：

①外接元件少，外围电路简单，价格便宜;

②无需输入变压器，起动电流小(小于1mA);

③具有精密的电压基准源(±1%);

④大电流(1A)PWM输出级，可直接驱动功率MOS管;

⑤有欠电压封锁和过电流保护功能;

⑥工作频率可达500kHz.

图二UC3842原理框图

UC3842芯片能同时满足较好的电气性能和较低的成本，因而被广泛地用于20～80W的小功率开关电源。图二中8脚是其内部基准电压(5V);7脚是其电源端，芯片工作的开启电压为16V，欠压锁定电压为10V; 4脚接振荡电路，产生所需频率的锯齿波RT接在4、8脚之间，CT接在4脚和地之间。1和2脚为补偿端和内部电压比较器的反相输入端，从3脚引入的电流反馈信号与1脚的电压误差信号比较，产生一个PWM(脉宽调制)波，从6脚(输出端)输出该信号，控制功率器件的通断。3脚为电流检测输入端。由于电流比较器输入端设置了1V的电流钳位，当电流过大而使电流检测电阻R9(如图三所示)上的电压超过1V(即3脚电平大于1V)时，将关断PWM脉冲，从而达到过流保护的目的。

开关电源的电路设计

本文用UC3842为核心控制部件，设计了90—264Vac输入、DC12 V输出的单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。变换器的幅频特性由双极点变成单极点，因此增益带宽乘积得到了提高，稳定幅度大，具有良好的频率响应特性。主要的功能模块包括：EMI/EMC电路、启动电路、反馈电路、保护电路、整流电路。以下对各个模块的原理和功能进行分析，开关电源电路原理图如图三所示。

图三开关电源原理图

1、EMI/EMC电路

图四电磁滤波器电路图