15W三路输出DCDC模块电源的设计

摘要：通过一种UC3843控制小功率多路输出DC/DC模块电源的详细设计过程的介绍，重点讨论了多路输出模块电源设计中与单路输出不同的地方，详细介绍了DC/DC模块电源中常用的新型芯片UC3843的外围电路参数的设计，给出了多路输出模块电源中变压器和耦合电感的工程设计的详细过程及满足各项

性能指标应注意的各种问题。

关键词：DC/DC变换器；多路输出；耦合电感

0 引言

DC/DC模块电源已广泛用于微波通讯、航空电子、地面雷达、消防设备、医疗器械等诸多领域。其中有许多应用场合需要多路输出。如在单片机智能控制器中，单片机供电需要5V，而运放集成电路通常需要12V。在设计多路输出电源时，有许多地方不同于单路输出，需要考虑的问题较多，难度较大。比如，既要考虑变压器管脚限制、多副边变压器设计、各路的稳压电路实现，又要考虑每路轻载及满载时的负载调整率，负载的交叉调节特性。本文通过一个给单片机智能控制器供电的15W三路模块电源的设计实例，

详细说明了多路输出电源的设计特点。

1 电源的设计指标

12V输入，5V/±12V三路输出模块电源的设计指标如表1所列。

表1 设计指标

项目 代号 最小值/Min 标称值/Nom 最大值/Max 单位 Io1(Ro1) 负载电流（电阻） I o2(Ro2) Io3(Ro3) 输入电压范围 Uin Uo1 输出电压 Uo2 Uo3 Ulr1 负载效应 Ulr2 Ulr3 dUm 负载动态特性 dt 效率 Eff 80

2 电源的设计原理

图1是针对单片机主板供电电源所设计的多路输出开关电源原理图。

200 μs ％ 36 5.025 12.00 －12.00 2(2.55) 0.25(48) 0.25(48) 48 72 5.075 12.50 －12.50 ±0.5 ±1.5 ±1.5 ±150 A/Ω A/Ω A/Ω V V V V ％ ％ ％ mV

图1 多路输出开关电源原理图

图1中电感L201，L202，L203是耦合电感，L204是偏置绕组，由于受变压器管脚限制，取自

耦合电感。

电路采用单端正激变换电路，当变换器接通电源时，输入直流电压经电阻R601和12V稳压管D601及三极管V601和V602组成的稳压降压电路后，启动UC3843。进入正常工作后，偏置绕组L204的供电电路开始工作，偏置绕组的输出经二极管D4整流、C601滤波后输出12V电压，高于自供电电压，使二极管D602反偏，启动电路停止工作。偏置绕组为UC3843(IC301)提供工作电压（12V），变换器进入正常工作，在PWM脉宽调制方式下，各路次级绕组的输出经过各路的二极管整流、LC型滤波器滤波后，产生各路的直流输出电压。＋5V输出的电压由电阻器R402和R406分压后，与可编程稳压源TL431（IC401）中的2.5V参考电压比较，然后通过光耦合器(IC101)反馈到UC3843的脚2，控制脉冲的占空比，稳定5V输出。耦合电感L202及L203实现±12V两路稳压。过流保护电阻R101和R102检测到开关管的

过流信号，送入UC3843的脚3，封锁UC3843的输出信号，实现过流保护。

3 设计方案选择

DC/DC模块电源以中小功率为主,功率大都在150W之下,采用的电路拓扑以反激和正激变换器为

主，有时也采用推挽变换器,电源要求体积小，设计时全部采用贴片元件。

3.1 主控芯片选择

主控芯片采用新型脉宽调制集成电路UC3843，是一种电流型控制的专用芯片，图2是UC3843原理框图。它具有欠压锁定电路，低静态电流（1mA），大电流输出，内置能隙参考电压，500kHz工作频率，低R0放大器，电压调整率可达0.01V，非常接近线性稳压电源的调整率，低起动电流仅1mA，启

动电路非常简单等特点。

图2 UC3843原理框图 3.2 稳压方式选择

对单路输出，只在输出端加稳压反馈电路即可，而对多路输出，必须视要求而定：如果各路输出电压精度都要求高，则每路都应设计独立的闭环稳压回路，这样设计难度较大；如果只有一路是重要的负载，其他路负载较轻，并对输出电压精度要求不是很严格，则只须给重要负载所在电路加反馈控制回路，

其余两路开环，依靠耦合电感实现稳压。

3.3 多路输出滤波电感绕制方式选择

本例的三路输出中，5V（Uo1）是比较重要的负载，输出电流最大（2A），12V是运算放大器供电电源，允许电压在1～2V范围变化,电流较小（0.25A），所以，只在5V主路加反馈控制回路，±12V辅路的稳压性能是靠耦合电感来实现。针对本例多路输出的具体情况，输出滤波电感不宜采用独立电感，而应采用耦合电感，即将三路的输出滤波电感绕在一个磁芯上，只有5V主电路受控，输出特性较好，而±12V

两路较差影响不大。

4 电源设计过程 4．1 UC3843外围电路设计

4.1.1 开关频率选择

二次电源产品工作频率一般选择在100kHz～400kHz之间，本例设置开关频率为250kHz，

UC3843工作频率可达500kHz，脚4是Rt/Ct锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端，对于UC3843

而言，

f==250kHz（1）

式中：R是图1中的R304，其值为6.8kΩ； C为图1中的C302，其值为1nF。

4.1.2 过流保护电路设计

图1中R101及R102为过流检测电阻，根据式ISMAX≈1.0V/RS设计R101及R102，这个电阻

要设

得很小，以降低电阻上的损耗,图1中设计为两个10Ω电阻并联。检测电压送入UC3843的脚3。

脚3电压高于1V过流保护电路就动作，使脚6停止输出矩形波，电路停止工作。脚3还要接一

个RC滤波器以抑制开关管的尖峰电流，图1中这个滤波器由R103及C306组成。

4.1.3 反馈误差放大器设计

R302，R303及C305构成积分型调节器，电阻R302和R303的比例关系影响系统的动态特性。R302和R303的比值可以改变UC3843电压误差放大器的放大倍数，对于一定的反馈电压量，可使PWM调节器的输出脉宽不同，从而影响输出电压调节幅度，即影响指标中输出的动态响应调节幅度。积分器的

电容C305的大小影响系统的调节速度，即影响指标中输出的动态响应时间。

4.2 功率器件的选取

变换器的开关器件采用功率MOSFET，依据单管变换器计算电压的经验公式，取

UCEO==144V（2）

式中：Udmax为漏源极的最大电压；

D为占空比。

所以，功率MOSFET的反向电压应选用大于144V的，电流按高频变压器一次绕组的最大电流来

确定。图1中V101选用耐压200V、电流9A的IRF630。

4．3 高频变压器的设计 4.3.1 磁芯的选用

多路输出变压器一般要求有较大的窗口面积，DC/DC模块电源可选用FEY型、FEE型、EUI型等磁芯，对于正激变换器，理论上变压器初级须有复位绕组Nr，这里考虑到变压器脚位的问题，选取高饱

和磁感应强度的磁材,去掉复位绕组,这样使每次磁芯都在磁化曲线的下部工作,避免磁芯饱和。

先确定最大磁感应强度Bm，以计算并初选磁芯型号。

1）考虑高温时饱和磁感应强度Bs会下降，同时为降低高频工作时磁芯损耗，最大工作磁感应强度一般选为0.2～0.25T。这里选取高饱和磁感应强度的磁材RM2.2KD，其Bs为0.44T。

2）磁芯型号的选取有两种方法，一是依据式（3）

AeAw>=（3）

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