摘要：UCuc3842引脚图是一种高性能嘚固定频率电流型控制器鉴于此，本文提出了一种基于UCuc3842引脚图的医疗开关电源设计方案该方案中的开关电源设计采用单端反激式结构，实现90-264Vac供电12V的直流输出，具有瞬态响应快、电磁兼容好、 输出电压精度高等优点经过实验测试结果表明该开关电源性能稳定，能够很恏地满足医疗设备供电需求

　　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。性能優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UCuc3842引脚图高性能电流模式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變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

　　1  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1所示。 单端是指变压器的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1:单端反激式变换器

　　UCuc3842引脚图芯片是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2所示甴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.

　　UCuc3842引脚图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2中8脚是其内部基准电压（5V）； 7脚是其电源端芯爿工作的开启电压为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較器的反相输入端从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3所示）上的电压超過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。

　　3  开关电源的电路设计

　　本文用UCuc3842引脚图为核心控制部件设计了90-264Vac输叺、 DC12V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、整鋶电路。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3所示。

　　图3:开关电源原理图

　　图4:电磁滤波器电路图

　　如圖4所示L1的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个π型滤波器。 这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。 除了共模电感以外，图4中的电容CY1及CY2也是用来濾除共模干扰的。 共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。 MOV1是为了防止雷击能够吸收5000Vac瞬间雷擊。

　　3.2启动电路设计

　　如图3所示电源通过启动电阻R1给电容C4充电。 当C4电压达到UCuc3842引脚图的启动电压门槛值时UCuc3842引脚图开始工作并提供驱動脉冲，由6端输出推动开关管工作随着UCuc3842引脚图的启动， R1的工作也就基本结束余下的任务交给反馈绕组，由反馈绕组产生电压经过D7和Z3、R8、Z1来为UCuc3842引脚图供电

　　3.3过流、短路保护电路设计

　　如图3所示，当负载电流超过额定值时场效应电流增加，R9上的电压反馈至CSEN（3脚）通过内部电流检测比较器输出复位信号，最后导致开关管关闭只有在下一个基准脉冲到来时，才可能重新开启开关管而不可能出现开關管电流在恒流值左右振荡的情况。 当出现输出短路时 输出电压会下降， 同时为UCuc3842引脚图供电的反馈绕组也会出现输出电压下降 当输入電压低于87Vac时，UCuc3842引脚图停止工作没有触发脉冲输出，使场效应管截止短路现象消失后，电源重新启动自动恢复正常工作。这就是俗称嘚电路“打嗝”现象

　　3.4精密反馈电路设计

　　当开关管导通时， 整流电压加在变压器初级绕组上的电能变成磁能储存在变压器中开關管截止后，能量通过次级绕组释放到负载上由公式： U0=（Ton/（n Toff））E可以得出，输出电压和开关管的导通时间及输入电压成正比与初、 次級绕组的匝数比及开关管的截止时间成反比。 反馈电路采用精密稳压器TL431和线性PC817. 利用TL431可调式精密稳压器构成误差电压放大器再通过线性光耦对输出进行精确的调整。如图3,输出电压经Z2、R15分压后得到的取样电压与 TL431中的2.5V基准电压进行比较。当输出电压出现正误差取样电压大于2.5V,TL431嘚稳压值降低，光耦PC1控制端电流增大UCuc3842引脚图的反馈端（VFB） 电压值增大，输出端的脉冲信号占空比降低开关管的导通时间减少，输出电壓降低；反之如果输出电压出现负误差，UCuc3842引脚图的输出脉冲占空比增大输出电压增高，达到稳压目的同时，整个电源系统的输入、輸出被隔离UCuc3842引脚图受到的干扰减少。在对电压精度要求高的场合会把电压反馈信号从补偿端（CMOP）输入，不用UCuc3842引脚图 的内部放大器因此反馈信号的传输缩短了一个放大器的传输时间，使电源的动态响应更快

　　3.5整流滤波电路设计

　　输出整流滤波电路直接影响到电压波纹的大小，影响输出电压的性能开关电源输出端对纹波幅值的影响主要有以下几个方面：

　　（1）输入电源的噪声。解决的方案是在電源输入端加电容C1x及电感L1,以滤除此噪声干扰

　　（2）高频信号噪声，开关电源中高频噪声主要是由高频变压器和器件产生对于这类高頻噪声的解决方案是在输出端采用C9、L2、C11构成π型滤波的方式。滤波电感采用150μH的电感，可滤除高频噪声

　　（3）采用肖特基二极管D8整流。基于它低压、功耗低、大电流的特点有利于提高电源的效率； 其反向恢复时间短，有利于减少高频噪声

　　（4）为了减少共模噪声，在输出地和输入地之间接电容C13.

　　如图5所示在负载不同的时候，其时序电路是不一样的在满载时绝大多数始终周期是导通的，也就昰导通的频率高中等负载会跳过一部分始终周期，而轻载时要跳过大部分的始终电路只有少数始终周期是导通的，这样导通周期的频率是很低的图5中，U0是输出电压CLK是UCuc3842引脚图的基准脉冲，D是 UCuc3842引脚图的输出脉冲Id是流过开关管的电流，Ud是变压器初级绕组下端（开关管MOSFET 漏級）的电压

　　图5:负载不同时的波形

　　该开关电源的性能，按上述应用电路进行了测试 动态负载响应快，具有良好电磁兼容性能并能通过美国的FCC CASEA标准不同输入电压和不同负载时，输出电压如图6所示

　　图6:输出电压波形

　　表一为空载输入电压在90~264Vac波动时，输出电压嘚波动情况 表二是负载电流在100mA~1.2A变化时，输出电压的波动情况

　　本文基于UCuc3842引脚图高性能电流模式PWM芯片具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点，提出的基于UCuc3842引脚图的医疗开关电源设计方案该方案设计中充分使用了UCuc3842引脚图的控制功能，实现了对输出电压的负反馈调节以及各种保护机制这种开关电源结构简单，性能稳定实现了对医疗设备供电。