基于PWM芯片UC3842的醫(yī)療開關(guān)電源設(shè)計方案

如圖四所示，共模電感L1的差值電感與電容CX1及CX2構(gòu)成了一個π型濾波器。這種濾波器對差模干擾有較好的衰減。除了共模電感以外，圖四中的電容CY1及CY2也是用來濾除共模干擾的。共模濾波的衰減在低頻時主要由電感器起作用，而在高頻時大部分由電容CY1及CY2起作用。MOV1是為了防止雷擊，能夠吸收5000Vac瞬間雷擊。

2、啟動電路

如圖三所示，電源通過啟動電阻R1給電容C4充電。當(dāng)C4電壓達(dá)到UC3842的啟動電壓門檻值時，UC3842開始工作并提供驅(qū)動脈沖，由6端輸出推動開關(guān)管工作。隨著UC3842的啟動，R1的工作也就基本結(jié)束，余下的任務(wù)交給反饋繞組，由反饋繞組產(chǎn)生電壓經(jīng)過D7和Z3、R8、Z1來為UC3842供電。

3、過流、短路保護(hù)電路

如圖三所示，當(dāng)負(fù)載電流超過額定值時，場效應(yīng)電流增加，R9上的電壓反饋至CSEN（3腳），通過內(nèi)部電流檢測比較器輸出復(fù)位信號，最后導(dǎo)致開關(guān)管關(guān)閉。只有在下一個基準(zhǔn)脈沖到來時，才可能重新開啟開關(guān)管，而不可能出現(xiàn)開關(guān)管電流在恒流值左右振蕩的情況。當(dāng)出現(xiàn)輸出短路時，輸出電壓會下降，同時為UC3842供電的反饋繞組也會出現(xiàn)輸出電壓下降。當(dāng)輸入電壓低于87Vac時，UC3842停止工作，沒有觸發(fā)脈沖輸出，使場效應(yīng)管截止。短路現(xiàn)象消失后，電源重新啟動，自動恢復(fù)正常工作。這就是俗稱的電路“打嗝”現(xiàn)象。

4、精密反饋電路

當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，整流電壓加在變壓器初級繞組上的電能變成磁能儲存在變壓器中，開關(guān)管截止后，能量通過次級繞組釋放到負(fù)載上。由公式：U0=（Ton/（n Toff））E可以得出，輸出電壓和開關(guān)管的導(dǎo)通時間及輸入電壓成正比，與初、次級繞組的匝數(shù)比及開關(guān)管的截止時間成反比。反饋電路采用精密穩(wěn)壓器TL431和線性光耦PC817.利用TL431可調(diào)式精密穩(wěn)壓器構(gòu)成誤差電壓放大器，再通過線性光耦對輸出進(jìn)行精確的調(diào)整。如圖三，輸出電壓經(jīng)Z2、R15分壓后得到的取樣電壓，與TL431中的2.5V基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓出現(xiàn)正誤差，取樣電壓大于2.5V，TL431的穩(wěn)壓值降低，光耦PC1控制端電流增大，UC3842的反饋端（VFB）電壓值增大，輸出端的脈沖信號占空比降低，開關(guān)管的導(dǎo)通時間減少，輸出電壓降低；反之，如果輸出電壓出現(xiàn)負(fù)誤差，UC3842的輸出脈沖占空比增大，輸出電壓增高，達(dá)到穩(wěn)壓目的。同時，整個電源系統(tǒng)的輸入、輸出被隔離，UC3842受到的干擾減少。在對電壓精度要求高的場合，會把電壓反饋信號從補(bǔ)償端（CMOP）輸入，不用UC3842的內(nèi)部放大器。因此反饋信號的傳輸縮短了一個放大器的傳輸時間，使電源的動態(tài)響應(yīng)更快。

5、整流濾波電路

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。開關(guān)電源輸出端對紋波幅值的影響主要有以下幾個方面：

（1）輸入電源的噪聲。解決的方案是在電源輸入端加電容C1x及電感L1，以濾除此噪聲干擾。

（2）高頻信號噪聲，開關(guān)電源中高頻噪聲主要是由高頻變壓器和功率管器件產(chǎn)生。對于這類高頻噪聲的解決方案是在輸出端采用C9、L2、C11構(gòu)成π型濾波的方式。濾波電感采用150μH的電感，可濾除高頻噪聲。

（3）采用肖特基二極管D8整流?；谒蛪?、功耗低、大電流的特點，有利于提高電源的效率；其反向恢復(fù)時間短，有利于減少高頻噪聲。

（4）為了減少共模噪聲，在輸出地和輸入地之間接電容C13.

6、導(dǎo)通時序

如圖五所示，在負(fù)載不同的時候，其時序電路是不一樣的。在滿載時絕大多數(shù)始終周期是導(dǎo)通的，也就是導(dǎo)通的頻率高，中等負(fù)載會跳過一部分始終周期，而輕載時要跳過大部分的始終電路，只有少數(shù)始終周期是導(dǎo)通的，這樣導(dǎo)通周期的頻率是很低的。圖五中，U0是輸出電壓，CLK是UC3842的基準(zhǔn)脈沖，D是UC3842的輸出脈沖，Id是流過開關(guān)管的電流，Ud是變壓器初級繞組下端（開關(guān)管MOSFET漏級）的電壓。

圖五負(fù)載不同時的波形

實驗結(jié)果

該開關(guān)電源的性能，按上述應(yīng)用電路進(jìn)行了測試，動態(tài)負(fù)載響應(yīng)快，具有良好電磁兼容性能并能通過美國的FCC CASEA標(biāo)準(zhǔn)。不同輸入電壓和不同負(fù)載時，輸出電壓如圖六所示。

圖六輸出電壓波形

表一為空載輸入電壓在90～264Vac波動時，輸出電壓的波動情況。表二是負(fù)載電流在100mA～1.2A變化時，輸出電壓的波動情況。

結(jié)束語

UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動晶體管和MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價格低廉等優(yōu)點。本設(shè)計中充分使用了UC3842的控制功能，實現(xiàn)了對輸出電壓的負(fù)反饋調(diào)節(jié)以及各種保護(hù)機(jī)制。這種開關(guān)電源結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，實現(xiàn)了對醫(yī)療設(shè)備供電，對提高醫(yī)療設(shè)備整體性能大有益處。