摘要：随着4G网络的发展，各城市逐步将基站建设纳入其重点工作，多回路直流电能表作为基站选配件开始被列入基站监测系统的招标项目中，市场前景广阔。DCDC电源作为电能表的关键器件之一，其设计的高性价比，高可靠性至关重要。
关键词：UC2843；隔离式；DCDC电源设计
引言
电能表的辅助电源通常采用集成的DCDC模块，但DCDC模块属于货架产品，其输出电压规格固定，可调整性小。由于集成的DCDC模块尺寸限制，模块输入与输出，输出与输出之间隔离度不高，若采用定制电能表匹配的DCDC模块的方式，设计成本太高，周期较长。因此根据多回路直流电能表功能需求，采用电流模式控制器UC2843及一些分立元器件，设计一款低压宽范围输入的DCDC电源，配套多回路直流电能表使用。
一、系统总体架构
UC2843是一款单电源供电，单路调制输出，带电流正向补偿的高性能固定频率电流模式控制器，专为低压应用而设计。此控制器内部包含PWM比较器、误差放大器、欠压锁定单元和振荡器等单元。为保证DCDC电源输入与输出、输出与输出之间的高隔离度（2.5KVAC/5mA/1min）以及抗干扰度；为解决UC2843采用传统非隔离式设计时，由于输入电压变化较大、纹波大等问题，将主输出与输入采用光耦隔离，主输出与辅输出间通过变压器隔离的方式进行设计。
多回路电能表的输入电压为宽范围的低压输入（电压范围：18V～72V），为保证在输入电压范围内电源能正常工作，针对输入电压对UC2843的供电电路进行处理，提出一种针对宽输入电压范围的隔离式DCDC电源设计方案。
二、关键环节设计
2.1供电控制电路
UC2843的Vcc启动电压门槛为：7.8V-9V，Vcc维持电压为7.0V-8.2V，Vcc钳位电压最小值为30V。为适应Vin为18V-72V的宽输入范围电压，需设计电源供电控制电路。Vin的输入电压范围为18V～72V，R1、R2对Vin的电压进行分压，可调整电阻的取值来确定最低的启动电压Vin，VD3为稳压管，可根据电路需求将VD3的取值固定来确定最大的输出Vcc电压。VD1、VD2为普通的二极管，VD1主要功能为防止输出电压倒灌，VD2的主要功能为保护三极管Q1，避免Q1eb极过压而损坏三极管。
2.2主回路分析
主回路采用单端反激式拓扑，其是升降压斩波电路演变后加隔离变压器构成。下图为以UC2843为核心的单端反激式开关稳压电源应用电路。从应用电路中可看出，电路的反馈采用的是AZ431配合光耦PC817作为参考、取样、隔离，应用电路中将UC2843内部的误差放大器反向输入端2脚直接接地，PC817的三极管发射极直接接地，三极管集电极直接接在误差放大器的输出端1脚，该电路结构可跳过芯片内部的误差放大器，是直接通过1脚来进行应用电路的环路反馈，1脚接收到的反馈信号再与3脚的电流检测输入信号进行比较，通过UC2843内部的锁存脉宽调制器输出PWM驱动信号。
在开关电源设计过程中，控制电路的好坏直接决定电源整体性能。应用电路的原理是采用峰值电流型双环控制，即在电压闭环控制系统中加入峰值电流反馈控制。电流环控制采用UC2843的内部电流环，电压外环采用AZ431和光耦PC817构成的外部误差放大器，电压环产生的误差电压直接送到UC2843的1脚。利用UC2843的1脚做反馈，可简化原本连接在UC2843的1脚和2脚之间的RC网络，缩短误差放大器信号传输时间，使电源的动态响应更快。当应用电路输出端出现过载或短路时，流过反馈回路光耦IC1中二极管端的电流就会迅速增大，UC2843的1脚电压迅速被拉低，当UC2843的1脚电压低1V时，UC2843的6脚就会关闭驱动输出，实现对电路的保护；当应用电路中UC2843的3脚的电压高于1V时，电流限幅电路将开始工作，UC2843的6脚输出驱动脉冲中断，UC2843的3脚的电压低于1V后，UC2843的6脚输出驱动脉冲恢复，开关管VT1的Vds波形出现“打嗝”现象，实现电路的过压、欠压、限流等保护功能。
应用电路输出电压的自动调节过程：①当输出电压升高时，经电阻R5、R11分压后输入到AZ431的2脚参考端的电压也升高，此时，流过光耦IC1内部发光二极管的电流增大，光耦内部的三极管集射极流出的电流也同比增大，三极管集射极电压Uce降低，经过UC2843内部电路的比较计算，UC2843的6脚输出驱动信号的占空比减小，调节输出电压下降；②当输出电压降低时，经电阻R5、R11分压后输入到AZ431的2脚参考端的电压也降低，流过光耦IC1内部发光二极管的电流减小，光耦内部的三极管集射极流出的电流也同比减小，从而三极管集射极电压Uce增高，经过UC2843内部电路的比较计算，UC2843的6脚输出驱动信号的占空比变大，调节输出电压上升。使输出电压保持恒定，达到稳压的目的，使输出电压不受电网电压或负载变化的影响。
三、DCDC电源性能测试
（1）DCDC电源需求参数：①电源输入。电压范围：18Vdc-72Vdc；②电源输出。主输出：﹢12V±3%；负载范围：0~200mA；输出电压纹波小于50mV；辅助输出1：-12V±3%；负载范围：0~200mA；输出电压纹波小于50mV；辅助输出2：+12V±8%；负载范围：50mA；③其它要求。隔离特性：输入、输出2.5kVAC/5mA/1min；主输出、辅助输出22.5kVac/5mA/1min；电磁干扰要求：浪涌2kV；静电6kV；脉冲群2kV。
（2）DCDC电源测试波形：根据DCDC电源设计指标，将+12V作为DCDC电源的主输出，按照上述反馈设计的方法，可选择R5=9.1k，R11=2.4k，R4=1k，R3=750R。通过对实际电路测试，测试结果证明设计的可行性，符合预定的技术指标。
结束语
随着高性能电流型PWM控制器的广泛应用，小型化，高性价比的DCDC电源需求越来越迫切。本文研究基于UC2843的宽范围输入、高隔离度的反激式DCDC电源电路，分析关键电路的实现过程及电路优点，证明了设计的可行性。
参考文献
[1]胡荣强，王闯瑞，等.电流型脉宽调制器UC3842的外围电路的改进[J].电气应用，2010.
[2]赵同贺，等.开关电源设计技术与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2010.
论文作者:徐小朗
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/5
标签：电压论文; 电路论文; 电流论文; 电源论文; 回路论文; 误差论文; 放大器论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;