基于PWM芯片UC3842的医疗开关电源设计方案

如图四所示，共模电感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，图四中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模干扰的。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瞬间雷击。

2、启动电路

如图三所示，电源通过启动电阻R1给电容C4充电。当C4电压达到UC3842的启动电压门槛值时，UC3842开始工作并提供驱动脉冲，由6端输出推动开关管工作。随着UC3842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UC3842供电。

3、过流、短路保护电路

如图三所示，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，而不可能出现开关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UC3842供电的反馈绕组也会出现输出电压下降。当输入电压低于87Vac时，UC3842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。这就是俗称的电路“打嗝”现象。

4、精密反馈电路

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，开关管截止后，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、次级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和线性光耦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。如图三，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的稳压值降低，光耦PC1控制端电流增大，UC3842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，输出电压降低；反之，如果输出电压出现负误差，UC3842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、输出被隔离，UC3842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UC3842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。

5、整流滤波电路

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。解决的方案是在电源输入端加电容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功率管器件产生。对于这类高频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.

6、导通时序

如图五所示，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，也就是导通的频率高，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。图五中，U0是输出电压，CLK是UC3842的基准脉冲，D是UC3842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漏级）的电压。

图五负载不同时的波形

实验结果

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，输出电压如图六所示。

图六输出电压波形

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

结束语

UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动晶体管和MOSFET，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。本设计中充分使用了UC3842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，对提高医疗设备整体性能大有益处。