摘要 针对便携式医疗恢复设备领域中电池供电、高阻隔度和高电压输出的要求，规划了一款新式低输入电压供电、双路高压输出阻隔的开关电源。该规划选用锂电池供电，选用依据占空比50%的电流型脉宽调制操控芯片UC3845的反激拓扑结构和光耦反应网络电路，完结双路阻隔正负高压电源输出。电源输入电压为10～14 V，输出电压为双通道+35/-35 V阻隔，功率为14 W，功率是75%，电源模块面积为65 mm×40 mm。仿真与实践测验成果标明，该电源可完结正负高压电源阻隔输出。
关键词 反激;开关电源;电流型脉宽调制;反应电路
跟着社会开展，人口老龄化问题及各种中老年疾病问题也益发严峻，脑卒中现在已经成为人类死亡率和致残率最高的中老年疾病之一，中风患者因为脑部运动中枢受损而导致肢体运动功用损失。现在，医院首要运用高压电影响脉冲输出的恢复医疗设备对患者进行运动恢复医治。为便利患者出院后在家进行恢复训练，需求一种电池供电、阻隔度高和电压输出高的便携式医疗设备，便于患者随身携带。因而，研讨并规划一款低输入电压供电、双路高压输出阻隔、体积小的电源关于规划便携式恢复医疗设备具有重要意义。
近年来跟着功率器材不断更新和脉宽调制技能(Pulse Width Modulation，PWM)的日趋完善，开关电源技能也得到了快速开展。开关电源是一种功率改换的设备，具有小体积、高功率、宽输入电压、阻隔输出、低本钱等长处，被誉为高效节能电源。而反激开关电源是其间本钱最低的电源，其输出功率为10～100 W，可输出不同的电压，电压调整率较好。
本文介绍一种依据电流型PWM芯片UC3845的反激开关电源规划，规划输入电压为10～14 V DC，输出电压为双通道+35/-35 V DC阻隔，功率为14 W，功率是75%，该电路选用可调式精细并联稳压器TL431合作光耦构成的反应回路，比较于传统的离线式结构的开关电源，具有高阻隔度，电路抗干扰才能强、纹波电压小，关于负载改变大和输出电压改变大的状况可较快呼应，并具有较高的安稳性。
1 作业原理与规划目标
图1所示是本开关电源全体框图。首要包含MOS管、反激变压器及输出电路、光耦阻隔反应电路和UC3845芯片及外围电路组成。其间，输出电压通过光耦阻隔反应电路，进入UC3845芯片内置差错放大器(EA)，操控PWM的占空比，然后操控MOS管导通时刻，完结正负双向电源的阻隔和稳压输出。其作业进程为：当MOS开关Q1导通时，一切整流二极管D1、D2都反向截止，输出电容C1、CS给负载供电。此处反激变压器T1相当于一个纯电感，并不是真实的变压器。流过Np的电流线性上升，到达峰值Ip;当MOS开关Q1关断时，一切绕组电压反向。此刻反激电压使输出二极管D1、D2进入导通状况，一起Np 贮存的能量传送到次级，提供给负载电流，一起给输出电容C1、CS充电。
2 电路规划
运用电源规划目标，规划本电源的电路原理如图2所示。
2.1 UC3845外围电路及MOS电路规划
该部分电路UC3845供电可直接运用12 V输入锂电池供电，开关作业频率fsw由衔接芯片RT/CT引脚的电阻电容操控，并有
其间，fsw的单位为kHz，RT的单位为kΩ，CT的单位为μF。规划中RT为2.37 kΩ，CT为1.2 nF，所以依据式(1)可求得fsw为302 kHz。MOS管M1型号为IRFZ44ESPbF，电流模采样电阻Rs为0.33 Ω，其采样的电流通过RC滤波器(R2=1 kΩ，C2=470 pF)滤除高频杂波后输入给UC3845的ISENSE引脚。
2.2 反激变压器参数规划推导
2.2.1 确认变压器初/次级匝数比Np/Ns
本规划变压器磁芯选用型号为EE19-Z。确认开关管可接受的最大关断电压Vms，一起选定管子时尽量使Vms小，确保当有30%的输入直流电压最大值Vdc尖峰叠加在Vms时，开关管的最大耐压值(Vceo，Vcer，Vcev)仍可保存30%的裕量。功率MOS开关管选定型号为 IRFZ44ESPbF，其最大耐压为60 V，导通最大电流为48 A，导通电阻为23 mΩ。所以选定Vms=24 V，运用下式核算变压器初次级匝数比Np/Ns。
其间，Vo为输出电压。本规划中，Vdc=14 V，Vo=35 V，所以可核算次级匝数比Np/Ns为10：36，近似为9/40。
2.2.2 确认最大导通时刻Ton(max)
确保磁芯不饱和且电路一直作业在DCM形式。最大导通时刻Ton(max)核算公式为
本规划开关频率fsw=300 kHz，周期T为3.335μs，依据式(5)可得到Ton(max)=2.852μs，所以得到最大占空比Dmax=Ton(max)/T=0.427 9。
2.2.3 确认初级线圈绕组参数
运用下列公式核算初级绕组电感Lp
依据式(6)可求得Lp为5.2μH，一起运用依据式(5)可求得Ip(max)为6.4 A，初级线圈绕组流经电流有效值可依据式(7)核算。
得到Ip(max)为2.4 A，初级总圆密耳为500×2.4=1 200圆密耳。
2.2.4 确认次级线圈绕组参数
次级绕组线圈电感值的核算公式为
通过核算得到Is(rms)=0.49 A，次级圆密耳为500×0.49=247圆密耳。
2.3 反激变压器及输出电路规划
变压器参数依据上文推导核算，表2所示为依据规划目标核算好的变压器参数。
2.4 光耦阻隔反应电路规划
如图2所示，光耦PC817反应电路担任处理输入输出阻隔问题，PC817三极管侧电路运用输入电源地GROUND，而其二极管侧电路悉数运用输出电源地 COM，完结输入地与输出地的阻隔，一起构成闭环反应操控环。PC817发光二极管阴极接TL431的阴极，三端可调分流基准源TL431，相当于一个内部基准为2.5 V的电压差错放大器。PC817集电极接UC3845内置EA输出补偿引脚COMP，内置EA的反相输入端VFB接地。图2中电阻R7和R9串联接入到+35 V输出电压通道中，TL431的ref引脚接到该两个电阻中心，并运用下式设定两个电阻的阻值，使电阻R9上电压等于TL431的内置基准电压2.5 V。本电路中这两个电阻选定分别是105 kΩ和8.06 kΩ。
该阻隔反应电路作业原理是：当输出电压升高时(即高于35 V时)，会使光耦二极管的电流增大，进而使三极管侧电流增大，因为三极管集电极与UC3845的EA输出端相连，且EA装备成同相放大器，光耦集电极电流增大使其超出EA的电流输出才能，所以UC3845的EA输出引脚COMP电压下降，使PWM占空比D减小，依据式(10)可知，输出电压会下降;反之，当输出电压下降时，反应电路效果后会最终使输出电压升高。
3 仿真与试验成果剖析
选用电源软件Saber进行功用仿真，进行25 ms的瞬态仿真，并将成果列于表3中。图3所示为本规划电源什物图。电路模块尺度为65 mm×40 mm。图4和图5为实践测验输出波形图。
依据实践测验与仿真测验，得到表3所示的仿真和实测成果比照。关于两通道的电压输出，实测与仿真差错分别为1.372 V和0.261 V;关于瞬态直流特性，如图4所示，本规划电源从上电到安稳所需时刻实践测验约为1 s，表3中通道1上升时刻(T1rise)和下降时刻(T2fall)实测与仿真不同较大，首要是因为仿真运用的是抱负条件，与实践电路测验有必定的不同;电源的沟通特性比照中，实践测验纹波要大于仿真数据。别的，通过图5可得到，电源的开关作业周期约为3.3μs，即开关作业频率为302 kHz，与规划目标相同。
4 结束语
本文运用ST公司的电流模芯片UC3845规划一款12 V锂电池输入、双路+35 V/-35 V高电压阻隔输出的开关电源，通过仿真和什物焊接测验标明，该电源可完结正负35 V输出，尽管实践电源电压纹波大于规划目标，但因为是高压输出故不影响体系的运用性能。电源模块面积为65 mm×40 mm，可用于医疗设备等需求高阻隔度、需求电池供电和高电压的仪器规划中。
