电源是一切电子设备的动力心脏,其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。开关电源以其效率高、体积小等优点,在通信、计算机及家用电器等领域得到广泛应用,特别是目前便携式设备市场需求巨大,DC－DC开关电源的需求也越来越大,性能要求也越来越高。因此设计和开发开高性能的开关电源具有很大的市场前景。本文以UC3842为PWM控制器设计了一种48V转+5V,15V开关电源。

UC3842是由Unitrode公司开发的新型控制器件,是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器,其结构原理图如图1所示,主要由振荡器、误差放大器、电流取样比较器、脉宽调制锁存器等功能模块构成。由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是比较理想的新型的控制器。

电上电时,外接的启动电通过引脚7提供芯片需要的启动电压。在启动电源的作用下,芯片开始工作,脉冲宽度调制电产生的脉冲信号经6脚输出驱动外接的开关功率管工作。功率管工作产生的信号经取样电转换为低压直流信号反馈到3脚,系统的正常工作。电正常工作后,取样电反馈的低压直流信号经2脚送到内部的误差比较放大器,与图2系统原理图内部的基准电压进行比较,产生的误差信号送到脉宽调制电,完成脉冲宽度的调制,从而达到稳定输出电压的目的。如果输出电压由于某种原因变高,则2脚的取样电压也变高,脉宽调制电会使输出脉冲的宽度变窄,则开关功率管的导通时间变短,输出电压变低,从而使输出电压稳定,反之亦然。锯齿波振荡电产生周期性的锯齿波,其周期取决于4脚外接的ＲC网络。所产生的锯齿波送到脉冲宽度调制器,作为其工作周期,脉宽调制器输出的脉冲周期不变,而脉冲宽度则随反馈电压的大小而变化。

本文所设计的小功率开关电源预定的技术指标如下：输入电压：Vin=48V（允许20%的波动）;主输出：+5VDC@2A,电压精度0．5%,纹波系数小于0．5%（峰峰值20mV）;辅助输出1：+,电压精度2%,纹波系数小于0．15%（峰峰值20mV）;辅助输出2：－,电压精度2%,纹波系数小于为0．35%（峰峰值50mV）;输出功率：PO=25W;效率：80%;开关频率f=50kHz;最大占空比：40%。

如图2所示,电采用典型的直流降压斩波电,主要由PWM主控器电、功率管及驱动电、输出电、电压反馈电、电流采样及滤波电以及上电切换电等部分组成。

根据指标要求,绕变压器时为了给变压器留有足够的余量,电压波动按20%计算,当输入电压+48V时,则最小输入电压Vin（min）=43．2V,最大输入电压Vin（max）=52．8V。取开关频率f=50kHz,则T=20s。取转换效率=80%,最大占空比Dmax=40%。则tomax=20×40%=8s。

电力MOSFET是近年来发展最快的全控型电力电子器件之一。它的显著特点是用栅极电压来控制漏极电流,因此所需驱率小、驱动电简单;又由于是靠多数载流子导电,没有少数载流子导电所需的存储时间,是目前开关速度最高的电力电子器件,在小功率电力电子装置中,是应用最为广泛的器件,因此开关管选取电力MOSFET。

可以计算输出电压分别为+5V、15V时二极管承受的反相电压116．0V、32．6V。因此选用型号为SＲ560和SＲ160肖特基二极管。

由肖特基二极管的结电容在几百皮法左右,结电容在导通时容易积累电荷,当副边电流减为零时,结电容会通过电感线圈放电,从而产生振荡。为了防止这种情况的发生,在+5V输出端肖特基二极管两端併上较大的电容,以增大振荡周期,减少高频振荡,如图2所示。

输出整流滤波电直接影响到电压波纹的大小,影响输出电压的性能,这里要采用型滤波,取L=10H,选用1000F/35V的铝电解电容,如图2所示。

MOS管驱动电有栅极驱动电阻ＲG、下拉电阻Ｒ2、稳压二极管VD组成3部分组成,如图2所示。ＲG选用33、1/4W的电阻。下拉电阻Ｒ2可以MOS管关断时的可靠关断,这里选取20K的电阻［9］。由于MOS管的VGS＜20V,因此这里选取18V的稳压管,1N4746。

设计电源切换电目的是为了减小uc3842的分压电阻的功耗,如图2所示。刚上电时由分压电阻Ｒ8给uc3842提供电源,此后当整个电工作起来之后,由辅助线提供电源,即当辅助线的通电源改由Vi提供。原理描述：Ｒ10与稳压管VD2构成15V、2mA的稳压源,给LM393提供15V的电源,Ｒ3、Ｒ6分压构成11V的比较电压,用于设定电压切换门限,V1、V2三极管这里起开关作用;Ｒ2为限流电阻,Ｒ1为开关管的基极偏置电阻;LM393用于比较辅助线圈与电压切换门限,当辅助线圈电压高于电压切换门限时LM393输出低电平控制开关管关断;VD3为18V稳压二极管为了uc3842钳位uc3842的电源电压,uc3842在18V以下工作;VD1为整流二极管,防止uc3842上电电源倒灌,Ｒ7为下拉电阻,防止D2反向漏电电流造成比较电误操作,C1、C2、C10分别为去耦电容;Ｒ4、Ｒ5为限流电阻,防止外部强驱动电源直接接入。

（3）+5V输出滤波之后的波形如图5、图6所示。从图5可以看出电压稳定在+5V;从图6可以看出电压纹波在50mV以内,满足指标要求。

从图7中可以看出电压稳定在+15V,精度已经达到了5%以内要求;从图8中可以看出此的电压纹波也达到了20mV,达到了1%的纹波要求。

从图9中可以看出电压稳定在－15V,精度已经达到了5%以内要求;从图9中可以看出此的电压纹波也达到了50mV,达到了1%的纹波要求。

针对小功率开关电源的要求,本文以UC3842为PWM控制器,采用电阻,TL431和线性光耦等元器件构成电压采样反馈电,设计了一种48V转+5V,15V开关稳压电源,性能达到了预期指标要求,该产品具有精度高、纹波小、效率高、性能可靠等优点,可广泛应用于各类小功率变换场合。