引言

　　隨著電力電子技術的發展。綠色、高效、智能、穩定的電源系統已成為當代電源系統發展的主流和趨勢。開關電源是一種新型電源變換器。它利用變化電場產生變化的磁場，而變化的磁場又產生變化的電場，從而起到變壓作用。根據電磁輻射原理，電磁輻射的能量與頻率f有關，頻率越高，能量越大。因此，如將變壓器開關頻率提高，則在相同功率下，變壓器體積變小，電源效率增高;而在開關電源體積減小、效率增高的同時，又要保證電源系統輸出的穩定性和安全性，這就要求在開關電源輸出上必須加上保護措施，以防止過壓和過流，從而保護后繼用電器。

　　開關電源的設計通常包括電路設計和磁路設計兩部分，電路的設計包括輸入電路、PWM控制電路、輸出電路和過壓過流保護等;磁路的設計主要包括高頻隔離變壓器等。本文以MC3423為輸出過壓保護電路，給出了一種反激式開關電源的設計方法。

　　電路設計

　　1輸入電路設計

　　若輸入電壓一般為AC180V～260V。一次整流濾波后的空載峰值電壓為直流253～368V，交流電流頻率為50Hz，每個線路同期的能量Ein為：

　　其中，Pout為輸出功率;η為電源轉換效率;f為交流電頻率;這樣，根據能量的基本關系，每個周期電網為電源提供的能量為：

　　式中，Vpk是輸入最低交流電壓經整流后的直流峰值電壓Vinmin是最低工作直流電壓值。這樣，有：

　　若Cin取標稱值100μF，耐壓400V。那么，該濾波電容將減小一次整流濾波后的輸出紋波電壓。圖1所示是一個電源輸入電路圖。

　　2PWM控制電路設計

　　UC3842型PWM控制器是一款保護功能比較完善的集成電路，它采用DIP8封裝。具有輸入過壓保護、輸入欠壓保護、輸出過流保護等功能。而且過流保護是用逐個脈沖限流保護方式與過流關閉保護方式共用，通過不同閥值比較器實現保護功能，當出現過載時，這些比較器將短路PWM輸出脈沖，同時打開慢啟動晶體管，并慢啟動電容放電，從而保證故障消除后系統能夠正確的重新啟動，UC3842的PWM產生電路如圖2所示。

　　3輸出過壓保護電路設計

　　MC3423是實現OVP檢測的專用芯片。MC3423一般和晶閘管(SCR)配合使用來構成過壓保護電路(OVP)。OVP用于保護監視電路，以避免其由于過壓或穩壓器故障而造成損壞。當系統發生過壓時，過壓檢測器將觸發SCR導通而短路系統電源，迫使電源進入限流狀態或通過燒斷保險絲來斷開系統供電。保護電壓閾值可通過外接分壓電阻來決定。為了避免被監視電壓由于噪聲而導致OVP誤動。引起保護動作的最小持續時間可通過外接電容來調整。過壓保護電路的作用是在輸出電壓超過設計值時，把輸出電壓限定在安全范圍內。MC3423主要由兩個比較器、一個內部基準電壓發生器、一個恒流源電路和驅動三極管組成，MC3423的內部結構和引腳排列如圖3所示。其引腳功能如下：

　　Vec：芯片供電端，電壓為4.5～40V;

　　Sense1：第一個比較器反相輸入端，可通過分壓電阻接被監視電壓，引腳正常輸出電壓為2.3～2.8V：

　　Sense2：第二個比較器同相輸入端，與電流源輸出腳(腳4)相連，引腳正常輸出電壓為2.3～2.8V;

　　CurrentSource：電流源輸出，引腳正常輸出電流為0.1～0.3mA;

　　RemodeActivation：遠程作用輸入，第二個比較器強制作用腳，引腳電壓應大于14V;

　　IndicatorOutput：過壓指示，三極管集電極開路輸出腳，使用時外接上拉電阻;

　　VEE：接地端;

　　DriveOutput：過壓輸出驅動引腳;當檢測到過壓后，第8腳觸發外接SCR導通，該引腳采用射隨輸出。

　　當輸入超過MC3424的感應電壓后，器件的過壓保護輸出引腳(8腳)將立即輸出一個電壓以觸發SCR導通，以使大電流通過SCR，從而保護用電系統，基于MC3423的OVP電路有兩種接法：

　　其一是當輸出感應檢測電壓接Sense1(2腳)時，3腳和4腳須短路，如檢測到輸出過壓，8腳輸出電壓將觸發SCR導通;

　　其二是當輸出感應檢測電壓接Sense2(3腳)時，3腳和4腳須斷路，此時如檢測到輸出過壓，8腳輸出電壓將觸發SCR導通。

　　MC3423的OVP應用電路如圖4所示。

　　該過壓保護電路的輸入可通過R1和R2分壓后由Sense1引腳輸入，R2應小于10kΩ，R2過大會引起電路漂移，R2通常可取2.7kΩ;這樣，根據閥值電壓：

　　，即可得出R1。圖4中的Rg為SCR觸發限流電阻(取RG=470Ω)。可控硅采用2N6400，它的正向導通電流為16A，浪涌電流為160A，采用TO-220封裝。

　　許多情況下，MC3423都用于噪聲復雜的環境，為防止假過壓保護而影響負載的正常運行，可利用MC3423具有的可編程延遲功能，來在MC-3423的3腳和4腳接陶瓷電容到地，并通過電容充放電來檢測是否由噪聲引起的過壓保護。如果電容未放電完，過壓狀態已消失，即認定是由于噪聲引起的過壓，此時電路不產生動作。

　　磁路設計

　　高頻電源變壓器一般有功率傳送、電壓變換和絕緣隔離三個功能。功率傳送有兩種方式：第一種是變壓器功率傳送方式，即加在原邊繞組的電壓在磁芯中產生磁通變化，使副邊繞組產生感應電壓，從而使功率從原邊傳送到副邊;第二種是電感器功率傳送方式，也就是在原邊繞組輸入電能使磁芯激磁并轉變為磁能儲存起來，然后通過去磁使副邊繞組感應電壓，并變成電能釋放給負載。高頻變壓器通過原邊繞組和副邊繞組匝數的不同，可實現原邊和副邊電壓的隔離。

　　設計變壓器時，第一步是計算變壓器初級電感峰值電流。假設δmax=0.25，輸入的交流最低電壓為180V，那么Vinmin="180x1".4-22=230V，22V為輸出電壓紋波和整流器的壓降。則變壓器初級峰值電流：

　　，因此，其開關管可選擇MTP3N60場效應管，它的VDS=600V、ID=3.9A、Pt=100W、VGS=20V;

　　接下來第二步是確定最小占空比δmin，然后是計算變壓器初級電感量

　　，接著選擇并確定磁芯及骨架尺寸，再計算空氣隙Lg和變壓器初級線圈的匝數L1，最后再計算各次級線圈的繞組。

　　整體電路設計

　　該電路設計可分為四部分：輸入電路、PWM控制電路、輸出保護電路和直流輸出電路，圖5所示是整個開關電源電路的原理圖。其中輸入電路直接可將交流220V/50Hz整流濾波成為300V直流電壓，然后通過開關管MTP3N60將高頻變壓器初級300V直流電壓逆變成高頻方波并由整流二極管1620和濾波電容再次整流濾波以輸出DC+5V和DC+12V。其中PC817、TL431屬于輸出反饋回路，當輸出過大時，TL431導通，光耦PC817也隨之導通。從而控制UC3842第2腳的輸入電壓，而反饋輸入電壓則可改變UC3842第6腳輸出的PWM信號占空比，從而控制次級輸出平均直流電壓以使之達到穩定。MC3423為過壓保護電路，過壓時，MC3423第8腳的輸出電壓將觸發SCR2N6400導通，從而起到分流作用以保護負載。

　　測試

　　測試時，先給UC3842外加16V電源，以測試PWM系統是否起振，然后觀測第4腳是否輸出2.5V平均直流電壓(為頻率68kHz±1O%的鋸齒波)，之后，可將變壓器初級輸出引腳斷開，測試300V直流電壓。此時連接UC3842第7腳Vcc的電壓應為16V;接著測試變壓器+5V輸出端是否有30V/70kHz左右的脈沖電壓和+12V輸出端是否有46V/140kHz左右的脈沖電壓;再給輸出端加+12V可變直流電壓，測試MC3423第8腳，調整直流電壓略高于+12V。再次測試MC3423第8腳的輸出;然后再給輸出端加+5V可變直流電壓，測試PC817各引腳電壓，調整直流電壓略高于+5V，再次測試PC817各引腳電壓;下來將整機電路連接完整，確認無誤時可短時間加電，斷開交流電源，檢查集成電路、三極管、二極管是否由發熱現象，電解電容是否有發熱或突起現象，如有則須查明原因并更換元器件。

　　該電路的測試結果為：當輸出+5V時，紋波為37mV，輸出+12V時的紋波為66mV，線性調整率為0.0085%/V，負載調整率為1.785%/A。加上負載后測試，其+5V輸出的最大電流為2.86A，最高效率為95.3%;+12V輸出時的最大電流為2.81A，最高效率為93%，設計通過。

　　結束語

　　本文分電路和磁路兩部分給出了一種基于MC3423的OVP反激式開關電源的設計方法。同時給出了整個開關電路的電路圖和測試結果。根據測試結果證明，本設計可以滿足設計要求。