基于PWM芯片UC3842的醫療開關電源設計方案

基于UC3842高性能電流模式PWM芯片，提出一種醫療開關電源設計方案。該設計AC-DC給醫療設備供電，采用單端反激式結構，實現90-264Vac供電，12V的直流輸出，具有瞬態響應快、電磁兼容好、輸出電壓精度高等優點，能夠很好地滿足醫療設備供電需求。

引言

醫療電源是對安規及EMI、EMC比較高的設備，作為綠色開關電源，將在21世紀給人類社會帶來巨大的變化。性能優良的醫療設備系統離不開性能優良的控制模塊，而控制模塊的性能在很大程度上取決于供電電源的性能，所以高質量的供電電源系統在整個醫療系統中占有相當重要的位置。本文基于UC3842高性能電流模式PWM發生器控制的開關電源適合應用于此類系統。本設計通過小型高頻變壓器實現輸出和輸入的完全隔離，不僅提高了電源的效率，簡化了外圍電路，也降低了電源的成本和體積。電源輸出電壓穩定，波紋小，不間斷性能可靠同時又不會對其他設備產生輻射和傳導干擾。

單端反激式變換電路的基本結構

單端反激式變換的典型結構如圖一所示。單端是指變壓器的磁心僅工作在磁滯回線的一側；反激是指當開關管導通時，在初級線圈中儲存能量，而次級線圈不通，當開關管關閉的時候，初級線圈中的能量通過次級線圈釋放給負載。這是一種成本低的調整器，可以做到輸入輸出部分的完全隔離，有較好的電壓調整率。

圖一單端反激式變換器UC3842芯片的性能特點

UC3842芯片是Unit rode公司的產品，是一種高性能的單端輸出式電流控制型脈寬調制器芯片，其原理框圖如圖二所示。由5V基準電壓源、控制占空比調定的振蕩器、電流測定比較器、PWM鎖存器、高增益E/A誤差放大器和適用于驅動功率MOSFET的大電流推挽輸出電路等組成。其主要特點是：

①外接元件少，外圍電路簡單，價格便宜；

②無需輸入變壓器，起動電流小（小于1mA）；

③具有精密的電壓基準源（±1%）；

④大電流（1A）PWM輸出級，可直接驅動功率MOS管；

⑤有欠電壓封鎖和過電流保護功能；

⑥工作頻率可達500kHz.

圖二UC3842原理框圖

UC3842芯片能同時滿足較好的電氣性能和較低的成本，因而被廣泛地用于20～80W的小功率開關電源。圖二中8腳是其內部基準電壓（5V）；7腳是其電源端，芯片工作的開啟電壓為16V，欠壓鎖定電壓為10V； 4腳接振蕩電路，產生所需頻率的鋸齒波RT接在4、8腳之間，CT接在4腳和地之間。1和2腳為補償端和內部電壓比較器的反相輸入端，從3腳引入的電流反饋信號與1腳的電壓誤差信號比較，產生一個PWM（脈寬調制）波，從6腳（輸出端）輸出該信號，控制功率器件的通斷。3腳為電流檢測輸入端。由于電流比較器輸入端設置了1V的電流鉗位，當電流過大而使電流檢測電阻R9（如圖三所示）上的電壓超過1V（即3腳電平大于1V）時，將關斷PWM脈沖，從而達到過流保護的目的。

開關電源的電路設計

本文用UC3842為核心控制部件，設計了90—264Vac輸入、DC12 V輸出的單端反激式開關穩壓電源。開關電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環控制系統。變換器的幅頻特性由雙極點變成單極點，因此增益帶寬乘積得到了提高，穩定幅度大，具有良好的頻率響應特性。主要的功能模塊包括：EMI/EMC電路、啟動電路、反饋電路、保護電路、整流電路。以下對各個模塊的原理和功能進行分析，開關電源電路原理圖如圖三所示。

圖三開關電源原理圖

1、EMI/EMC電路

圖四電磁濾波器電路圖