醫用開關電源設計方案

本文基于UC3842高性能電流模式脈沖寬度調制（PWM）發生器控制的開關電源，適合使用于此類醫療系統。試驗通過光耦實現輸出和輸入的隔離，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，使電源具有輸出電壓穩定，紋波小等優勢。

以UC3842芯片為核心，提出了一種醫用開關電源設計方案。首先闡述了UC3842的基本原理，在此基礎上提出了單端反激開關電源的原理和設計辦法。UC3842是Unitorde公司推出的電流型脈寬調制器，該調制器單端輸出，可以筆直驅動雙極型功率管或場效應管，適用于無工頻變壓器的20~80W小功率開關電源的設計。文章解析的設計方案采用單端反激式結構，實現寬電壓輸入，穩定的直流輸出，具有輸入紋波小，輸出穩定，體積小，質量輕，效高，電磁兼容好等優勢，能夠很好地滿足醫療設備供電需求。

引言

近年來隨著電源技術的飛速發展，開關穩壓電源與同容量的線性穩壓電源相比，具有效率高，功率低，體積小，質量輕等優勢。進入上世紀90年代以來，開關電源已廣泛使用在各種電子電器設備、通訊、電力測試設備電源之中。同時在醫療儀器設備中也得到了越來越廣泛的使用，比如心電圖機，輸液泵，超聲診斷儀，監護儀，CT機等等。開關電源的質量好壞筆直影響整個醫療電子設備的可靠性，因此，在醫療設備的設計中開關電源的設計也越來越得到重視。文章基于UC3842高性能電流模式脈沖寬度調制（PWM）發生器控制的開關電源適合使用于此類醫療系統。試驗通過光耦實現輸出和輸入的隔離，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，使電源具有輸出電壓穩定，紋波小等優勢。

1UC3842芯片解析

UC3842是美國UNIRODE公司加工，此IC具有引腳少（8腳），外接元件少，接線簡單，可靠性高，成本低等優勢。UC3842是電流控制型脈寬調節器。通常用于單端反激式變換器。其內部結構見圖1。

圖1：UC3842的內部等效電路

圖中1腳和2腳為補償端和內部電壓比較器的反相輸入端；3腳為電流測試輸入端，外接過流測試電阻，可構成過流保護電路，當3腳電壓等于或高于1V時，電流控制測試比較器輸出高電平，復位PWM鎖存器，從而封閉輸出脈沖；4腳接振蕩電路，萌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，5腳為地；6腳為輸出端，有拉、灌電流能力，能筆直驅動雙極型功率管或MOS管。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；8腳是其內部基準電壓（5V）。

2開關電源的結構及工作過程

醫療設備中使用的開關電源基本電路由輸入電路、功率變換電路、輸出電路和控制電路等組成，見圖2。

圖2：開關電源的原理框圖

輸入電路包括整流電路、EMI濾波電路及暫態保護電路。整流電路是把輸入交流變為直流，通常開關電源中的整流電路是采用電容輸入型。EMI濾波電路由電容和線圈組成，其作用是濾除電網中的高頻雜波和同相干擾信號，以及避免電源中萌生的電磁干擾泄露到外面。暫態保護電路具有雷擊保護，開機沖擊電流限制以及輸入過電流保護功能。功率變換電路是開關電源的核心部分，主要由開關電路和變壓器組成。開關晶體管要選用開關速度快，導通和工作時間短的。通常功率開關管的控制方式選擇脈寬調制。輸出電路是把高頻變壓器的次級方波電壓整流成單向脈動電流，并將其平滑成設計要求的低波紋直流電壓。同時，以直流電的輸出電壓為反饋信號，通過隔離的反饋電路，由前級的PWM控制電路進行電壓的調節，達到穩壓的目的。控制電路的主要作用是向驅動電路提供矩形脈沖序列，控制脈沖寬度和頻率，從而達到改變輸出電壓的目的。

3反激式開關電源設計

文章用UC3842為核心器件設計了一個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。開關穩壓電源電路圖見圖3。

圖3：開關穩壓電源電路圖

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