本文給出了一種用于電機控制的新型多輸出反激電源的設計。該設計基于UC3844高性能電流型PWM控制器。電壓反饋和電流反饋雙閉環串級結構，使輸出電壓能夠很好地穩定，電壓調整率和負載調整率都較高。光耦H11A1和三端可調穩壓管TL431配合控制大大提高了瞬態響應速度。RCD（剩余電流保護裝置）吸收回路和開關管保護電路能很好地消除漏感，使元件穩定可靠地工作。

　　一、電流型PWM控制原理及優點

　　1、電流型PWM控制原理

　　電流型PWM控制系統框圖如圖1所示。

　　該系統采用電流電壓雙閉環串級控制結構，內環是電流環，外環是電壓環。控制原理是：給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進行比較，得到的電壓誤差經電壓調節器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue。該信號與經電阻采樣反映電流變化的信號Us進行比較，輸出一個占空比可調節的PWM脈沖信號，從而使得輸出的電壓信號V0保持恒定。

　　2、電流型PWM控制的優點

　　a）電壓調整率好

　　輸入電壓的變化立即引起電感電流的變化，電感電流的變化立即反映到電流控制回路而被抑制，不像電壓控制要經過輸出電壓反饋到誤差放大器，然后再調節的復雜過程，所以響應快。如果輸入電壓的變化是持續的，電壓反饋環也起作用，因而可以達到較高的線形調整率。

　　b）負載調整率好

　　由于電壓誤差放大器可專門用于控制占空比，以適應負載變化造成的輸出電壓的變化，因而可大大改善負載調整率。

　　c）系統穩定性好

　　從控制理論的角度講，電壓控制單閉環系統是一個無條件的二階穩定系統。而電流控制雙閉環系統是一個無條件的一階穩定系統，系統穩定性好。

　　二、電流型PWM控制芯片UC3844簡介

　　UC3844是電流型單端輸出式PWM控制芯片，它主要由高頻振蕩、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調制鎖存、欠壓鎖定、過壓保護等功能電路組成。圖2為UC3844內部結構框圖和引腳圖。引腳1為誤差放大器補償端，引腳2接電壓反饋信號，引腳3接電流檢測信號，引腳4外接時間電阻RT及CT用來設置振蕩器的頻率，引腳5為接地端，引腳6為推挽輸出端，可提供大電流圖騰柱輸出，引腳7接芯片工作電壓，引腳8提供5V的基準電壓。

　　UC3844的工作原理是：反饋電壓和2.5V基準電壓之差，經誤差放大器E/A放大后作為門限電壓，與反饋電流經采樣后的電壓一起送到電流感應比較器。當電流取樣電壓超過門限電壓后，比較器輸出高電平觸發RS觸發器，然后經或非門輸出低電平，關斷功率管，并保持這種狀態直至OSC（振蕩器）輸出脈沖到觸發器和或非門為止。這段時間的長短由OSC輸出脈沖寬度決定。PWM信號的上升沿由OSC決定，下降沿由功率開關管電流和輸出電壓共同決定。反轉觸發器限制PWM的占空比調節范圍在0~50%之內。

　　三、主電路設計

　　1、主電路拓撲

　　圖3所示多路輸出開關電源是專為電機控制設計的。主電路采用單端反激式變換電路。220V交流輸入電壓經橋式整流、電容濾波變為直流后，供給單端反激式變換電路。反激式變換電路結構具有電氣隔離、易于多路輸出、外接元器件少、可靠性高等優點。其中12V/0.2A、24V/1A、？15V/0.5A的輸出繞組分別為UC3844、繼電器和其他模擬電路供電。5V/2A輸出是重要的一路輸出信號，它除了用于穩壓外，還為電機控制用的數字板電源提供5V電源。

　　2、高頻變壓器設計

　　單端反激式變壓器可工作在CCM（電流連續模式）和DCM（電流斷續模式）。在不同的工作模式下，變壓器的設計是不一樣的。這里將變壓器設計在工作于CCM模式下。

　　根據開關管導通時的伏秒數應等于關斷時的伏秒數，可推導出原邊匝數與副邊匝數比為：

　　式中：A為額定工作狀態時的工作比;UP1為變壓器輸入電壓，220V交流輸入電壓經整流后得到約300V高壓，所以UP1取300V;UP2為5V繞組輸出電壓。單端反激式開關電源變壓器的臨界電感為：

　　高頻變壓器磁心氣隙為：

　　3、漏感消除電路

　　1）RCD吸收回路

　　在反激變換器中，由于高頻變壓器兼作儲能電感用，因而氣隙大，漏感亦較大。一方面，會產生開關管關斷時很高的電壓尖峰，另一方面，整流二極管反向恢復會引起開關管開通時的電流尖峰。為了解決這個問題，本設計采用R18、C36、D15構成的無源鉗位電路消除電路中存在的漏感。該電路簡單方便，容易實現，在小功率的情況下能達到較好的抑制效果。

　　開關管Q1關斷時，變壓器漏感能量轉移到電容C36上，然后電阻R18將這部分能量消耗掉。Q1導通過程中，C36沒有放電到0，那么Q1的漏源電壓上升的一段時間內，電容不起作用，有利于反激過沖。

　　2）開關管保護電路

　　R16、D14、C35構成的開關管保護電路可以消除開關管漏源間產生的反峰電壓。Q1關斷時，Q1上電流下降，變壓器漏感會阻止電流減小，一部分電流繼續流過Q1，另一部分通過D14對C35充電。C35的存在減緩了漏源間電壓的上升。C35越大，漏源間電壓上升得越慢，這樣可以降低開關管的損耗。

　　在選用續流二極管D14時選擇了肖特基二極管。這種二極管在峰值電流為3A時，導通電壓通常很小。

　?四、控制電路設計

　　1、UC3844的啟動和振蕩頻率的設定

　　R3為UC3844AN的啟動電阻，UC3844AN的啟動電壓為16V，當引腳7的輸入電壓高于34V時，UC3844AN內部的穩壓管將電壓穩定在34V。芯片啟動后，變壓器有耦合輸出，12V供電繞組有12V輸出，由D5、D6、D7、C26、C23、C24構成的電路為UC3844AN提供正常工作時的電壓。

　　UC3844芯片引腳4和引腳8之間接時間電阻R12，引腳4和引腳5接時間電容C33，引腳8的5V基準電壓經R12給C33充電，振蕩工作頻率f=1.72/（C33R12）（kHz），C33單位為LF，R12單位為k8。

　　2、電壓反饋電路

　　在PWM雙環控制系統中，電壓環的作用是穩定輸出電壓，在輸入電壓或負載擾動下保持輸出穩定。圖3左下角電路為5V電壓反饋電路。

　　變壓器5V輸出通過三端可調穩壓管TL431和光耦H11A1以電壓反饋的形式反饋到UC3844的引腳2。當5V輸出繞組的電壓大于5V時，加在三端可調穩壓管上的參考電壓升高，流過H11A1中二極管的電流增大，三極管上的電流也相應地增大，即UC3844的引腳2電壓升高，誤差放大器輸出電壓降低，占空比減小，流過開關管的峰值電流減小，使輸出電壓降低。5V輸出電壓小于5V時的情況與上述過程相反。

　　3、電流反饋電路

　　采樣電阻R17上的電壓反映了變壓器T1原邊繞組上的電流大小。當開關管Q1導通時，R17上的電流逐漸增大，壓降增加，通過R13將該電壓反饋到芯片引腳3，該電壓與電流比較器的另一端進行比較，當此壓降達到一定值時，鎖存器復位，開關管截止。

　　正常運行時，R17的峰值電壓由誤差放大器控制，滿足

　　五、實驗結果

　　對設計的電路進行了實驗。圖4為此開關電源5V輸出的電壓紋波。

　　測得峰值為30mV，紋波不超過0.6%。表1為該開關電源空載和帶載能力測試結果，其中5V帶載38，？15V分別帶載308，24V帶載158。實驗表明該開關電源紋波小，負載調整率高，穩壓效果好。