醫(yī)用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

　　本文基于UC3842高性能電流模式脈沖寬度調(diào)制（PWM）發(fā)生器控制的開(kāi)關(guān)電源，適合應(yīng)用于此類(lèi)醫(yī)療系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)光耦實(shí)現(xiàn)輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡(jiǎn)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(wěn)定，紋波小等優(yōu)點(diǎn)。

　　以UC3842芯片為核心，提出了一種醫(yī)用開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案。首先闡述了UC3842的基本原理，在此基礎(chǔ)上提出了單端反激開(kāi)關(guān)電源的原理和設(shè)計(jì)方法。UC3842是Unitorde公司推出的電流型脈寬調(diào)制器，該調(diào)制器單端輸出，可以直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或場(chǎng)效應(yīng)管，適用于無(wú)工頻變壓器的 20~80W小功率開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。文章介紹的設(shè)計(jì)方案采用單端反激式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)寬電壓輸入，穩(wěn)定的直流輸出，具有輸入紋波小，輸出穩(wěn)定，體積小，質(zhì)量輕，效高，電磁兼容好等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿(mǎn)足醫(yī)療設(shè)備供電需求。

　　引言

　　近年來(lái)隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源與同容量的線性穩(wěn)壓電源相比，具有效率高，功率低，體積小，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入上世紀(jì)90年代以來(lái)，開(kāi)關(guān)電源已廣泛應(yīng)用在各種電子電器設(shè)備、通訊、電力檢測(cè)設(shè)備電源之中。同時(shí)在醫(yī)療儀器設(shè)備中也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，比如心電圖機(jī)，輸液泵，超聲診斷儀，監(jiān)護(hù)儀，CT機(jī)等等。開(kāi)關(guān)電源的質(zhì)量好壞直接影響整個(gè)醫(yī)療電子設(shè)備的可靠性，因此，在醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)也越來(lái)越得到重視。文章基于 UC3842高性能電流模式脈沖寬度調(diào)制（PWM）發(fā)生器控制的開(kāi)關(guān)電源適合應(yīng)用于此類(lèi)醫(yī)療系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)通過(guò)光耦實(shí)現(xiàn)輸出和輸入的隔離，不僅提高了電源的效率，簡(jiǎn)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(wěn)定，紋波小等優(yōu)點(diǎn)。

　　1 UC3842芯片介紹

　　UC3842是美國(guó)UNIRODE公司生產(chǎn)，此IC具有引腳少（8腳），外接元件少，接線簡(jiǎn)單，可靠性高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。UC3842是電流控制型脈寬調(diào)節(jié)器。通常用于單端反激式變換器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

　　圖1：UC3842的內(nèi)部等效電路

　　圖中1腳和2腳為補(bǔ)償端和內(nèi)部電壓比較器的反相輸入端；3腳為電流檢測(cè)輸入端，外接過(guò)流檢測(cè)電阻，可構(gòu)成過(guò)流保護(hù)電路，當(dāng)3腳電壓等于或高于1 V時(shí)，電流控制檢測(cè)比較器輸出高電平，復(fù)位PWM鎖存器，從而關(guān)閉輸出脈沖；4腳接振蕩電路，產(chǎn)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，能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或MOS管。7腳是其電源端，芯片工作的開(kāi)啟電壓為16 V，欠壓鎖定電壓為10 V；8腳是其內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（5 V）。

　　2 開(kāi)關(guān)電源的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

　　醫(yī)療設(shè)備中使用的開(kāi)關(guān)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(jiàn)圖2。

　　圖2：開(kāi)關(guān)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(tài)保護(hù)電路。整流電路是把輸入交流變?yōu)橹绷鳎ǔｉ_(kāi)關(guān)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(wǎng)中的高頻雜波和同相干擾信號(hào)，以及避免電源中產(chǎn)生的電磁干擾泄露到外面。暫態(tài)保護(hù)電路具有雷擊保護(hù)，開(kāi)機(jī)沖擊電流限制以及輸入過(guò)電流保護(hù)功能。功率變換電路是開(kāi)關(guān)電源的核心部分，主要由開(kāi)關(guān)電路和變壓器組成。開(kāi)關(guān)晶體管要選用開(kāi)關(guān)速度快，導(dǎo)通和工作時(shí)間短的。通常功率開(kāi)關(guān)管的控制方式選擇脈寬調(diào)制。輸出電路是把高頻變壓器的次級(jí)方波電壓整流成單向脈動(dòng)電流，并將其平滑成設(shè)計(jì)要求的低波紋直流電壓。同時(shí)，以直流電的輸出電壓為反饋信號(hào)，通過(guò)隔離的反饋電路，由前級(jí)的PWM控制電路進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。控制電路的主要作用是向驅(qū)動(dòng)電路提供矩形脈沖序列，控制脈沖寬度和頻率，從而達(dá)到改變輸出電壓的目的。

　　3 反激式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　文章用UC3842為核心器件設(shè)計(jì)了一個(gè)單端反激式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。開(kāi)關(guān)電源控制電路是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖見(jiàn)圖3。

　　圖3：開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源電路圖