電源是一切電子設備的動力心臟，其性能的優劣直接關系到整個系統的安全性和可靠性指標。開關電源以其效率高、體積小等優點，在通信、計算機及家用電器等領域得到廣泛應用，特別是目前便攜式設備市場需求巨大，DC－DC開關電源的需求也越來越大，性能要求也越來越高。因此設計和開發開高性能的開關電源具有很大的市場前景。本文以UC3842為PWM控制器設計了一種48V轉+5V，±15V開關電源。

1、UC3842器件介紹及工作原理

UC3842是由Unitrode公司開發的新型控制器件，是國內應用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調制器，其結構原理圖如圖1所示，主要由振蕩器、誤差放大器、電流取樣比較器、脈寬調制鎖存器等功能模塊構成。由于結構上有電壓環、電流環雙環系統，因此，無論開關電源的電壓調整率、負載調整率和瞬態響應特性都有提高，是比較理想的新型的控制器。

電路上電時，外接的啟動電路通過引腳7提供芯片需要的啟動電壓。在啟動電源的作用下，芯片開始工作，脈沖寬度調制電路產生的脈沖信號經6腳輸出驅動外接的開關功率管工作。功率管工作產生的信號經取樣電路轉換為低壓直流信號反饋到3腳，維護系統的正常工作。電路正常工作后，取樣電路反饋的低壓直流信號經2腳送到內部的誤差比較放大器，與圖2系統原理圖內部的基準電壓進行比較，產生的誤差信號送到脈寬調制電路，完成脈沖寬度的調制，從而達到穩定輸出電壓的目的。如果輸出電壓由于某種原因變高，則2腳的取樣電壓也變高，脈寬調制電路會使輸出脈沖的寬度變窄，則開關功率管的導通時間變短，輸出電壓變低，從而使輸出電壓穩定，反之亦然。鋸齒波振蕩電路產生周期性的鋸齒波，其周期取決于4腳外接的ＲC網絡。所產生的鋸齒波送到脈沖寬度調制器，作為其工作周期，脈寬調制器輸出的脈沖周期不變，而脈沖寬度則隨反饋電壓的大小而變化。

圖1 UC3842結構原理圖

2、開關電源設計

本文所設計的小功率開關電源預定的技術指標如下：輸入電壓：Vin=48V（允許20%的波動）;主輸出：+5VDC@2A，電壓精度0．5%，紋波系數小于0．5%（峰峰值20mV）;輔助輸出1：+15VDC@500mA，電壓精度2%，紋波系數小于0．15%（峰峰值20mV）;輔助輸出2：－15VDC@500mA，電壓精度2%，紋波系數小于為0．35%（峰峰值50mV）;輸出功率：PO=25W;效率：η≥80%;開關頻率f=50kHz;最大占空比：40%。

如圖2所示，電路采用典型的直流降壓斬波電路，主要由PWM主控器電路、功率管及驅動電路、輸出電路、電壓反饋電路、電流采樣及濾波電路以及上電切換電路等部分組成。

2．1、變壓器參數計算

根據指標要求，繞變壓器時為了給變壓器留有足夠的余量，電壓波動按20%計算，當輸入電壓+48V時，則最小輸入電壓Vin（min）=43．2V，最大輸入電壓Vin（max）=52．8V。取開關頻率f=50kHz，則T=20μs。取轉換效率η=80%，最大占空比Dmax=40%。則tomax=20×40%=8μs。

2．2、開關管選取

電力MOSFET是近年來發展最快的全控型電力電子器件之一。它的顯著特點是用柵極電壓來控制漏極電流，因此所需驅動功率小、驅動電路簡單;又由于是靠多數載流子導電，沒有少數載流子導電所需的存儲時間，是目前開關速度最高的電力電子器件，在小功率電力電子裝置中，是應用最為廣泛的器件，因此開關管選取電力MOSFET。

所選取的MOSFET管的耐壓值應大于：KTVo+Vin（max）=100．8V;平均電流：IAV=1/2*DIP=0．772A，綜合考慮這里選擇MOS開關管IＲF640，18A/200V的管子，其導通電阻為0．15Ω。

2．3、整流二極管的選取

整流二極管的選取肖特基二極管，根據二極管承受的反相電壓的計算公式：

可以計算輸出電壓分別為+5V、±15V時二極管承受的反相電壓116．0V、32．6V。因此選用型號為SＲ560和SＲ160肖特基二極管。

由肖特基二極管的結電容在幾百皮法左右，結電容在導通時容易積累電荷，當副邊電流減為零時，結電容會通過電感線圈放電，從而產生振蕩。為了防止這種情況的發生，在+5V輸出端肖特基二極管兩端併上較大的電容，以增大振蕩周期，減少高頻振蕩，如圖2所示。

2．4、輸出濾波電路

輸出整流濾波電路直接影響到電壓波紋的大小，影響輸出電壓的性能，這里要采用π型濾波，取L=10μH，選用1000μF/35V的鋁電解電容，如圖2所示。

2．5、MOS管的驅動電路

MOS管驅動電路有柵極驅動電阻ＲG、下拉電阻Ｒ2、保護穩壓二極管VD組成3部分組成，如圖2所示。ＲG選用33Ω、1/4W的電阻。下拉電阻Ｒ2可以保證MOS管關斷時的可靠關斷，這里選取20K的電阻［9］。由于MOS管的|VGS|＜20V，因此這里選取18V的穩壓管，1N4746。

2．7、上電電源切換電路

設計電源切換電路目的是為了減小uc3842串聯的分壓電阻的功耗，如圖2所示。剛上電時由分壓電阻Ｒ8給uc3842提供電源，此后當整個電路工作起來之后，由輔助線圈給uc3842提供電源，即當輔助線圈電壓高于11V時，自動切斷Ｒ8與uc3842的通路電源改由Vi提供。原理描述：Ｒ10與穩壓管VD2串聯構成15V、2mA的穩壓源，給LM393提供15V的電源，Ｒ3、Ｒ6分壓構成11V的比較電壓，用于設定電壓切換門限，V1、V2三極管這里起開關作用;Ｒ2為限流電阻，Ｒ1為開關管的基極偏置電阻;LM393用于比較輔助線圈與電壓切換門限，當輔助線圈電壓高于電壓切換門限時LM393輸出低電平控制開關管關斷;VD3為18V穩壓二極管為了保護uc3842鉗位uc3842的電源電壓，保證uc3842在18V以下工作;VD1為整流二極管，防止uc3842上電電源倒灌，Ｒ7為下拉電阻，防止D2反向漏電電流造成比較電路誤操作，C1、C2、C10分別為去耦電容;Ｒ4、Ｒ5為限流電阻，防止外部強驅動電源直接接入。

3、測試結果與分析

（1）MOS柵極電壓驅動波形如圖3所示。圖3MOS柵極電壓驅動波形

（2）電流采樣電阻上的電壓波形如圖4所示。

（3）+5V輸出濾波之后的波形如圖5、圖6所示。從圖5可以看出電壓穩定在+5V;從圖6可以看出電壓紋波限制在50mV以內，滿足指標要求。

（4）+15V輸出濾波之后的波形如圖7、圖8所示。

從圖7中可以看出電壓穩定在+15V，精度已經達到了5%以內要求;從圖8中可以看出此路的電壓紋波也達到了20mV，達到了1%的紋波要求。

（5）－15V輸出濾波之后的波形如圖9、圖10所示

從圖9中可以看出電壓穩定在－15V，精度已經達到了5%以內要求;從圖9中可以看出此路的電壓紋波也達到了50mV，達到了1%的紋波要求。

4、結論

針對小功率開關電源的要求，本文以UC3842為PWM控制器，采用電阻，TL431和線性光耦等元器件構成電壓采樣反饋電路，設計了一種48V轉+5V，±15V開關穩壓電源，性能達到了預期指標要求，該產品具有精度高、紋波小、效率高、性能可靠等優點，可廣泛應用于各類小功率變換場合。