单端反激式开关电源电路级和电压反馈环的设计

开关电源凭借其高效节能、体积小巧等优势，已成为现代电子设备供电的主流选择。相较于传统的工频变压器电源，开关电源摒弃了笨重的工频变压器，通过高频开关动作实现电能转换，极大地提高了电源效率并减小了体积。单端反激式开关电源作为开关电源家族中的一员，因其电路结构简单、输入输出电气隔离以及成本低廉等特性，在小功率电源应用领域占据着重要地位。从手机充电器到工业控制设备的辅助电源，单端反激式开关电源广泛应用于各种场景。而在其设计过程中，电路级设计和电压反馈环设计是确保电源性能稳定、输出电压精准的关键环节。

单端反激式开关电源工作原理

单端反激式变换器的工作过程犹如一场有序的电能 “接力赛”。当主开关管(如 MOSFET)在控制信号的驱动下导通时，直流输入电压迅速施加到高频变压器的初级绕组。此时，变压器初级绕组如同一个能量 “储存罐”，电流线性上升，电能以磁场能的形式被存储在变压器中。而次级绕组由于感应电压的极性，使得整流二极管反向截止，次级回路处于断开状态，负载无法从次级获得能量。

当主开关管截止时，变压器初级绕组中的电流迅速归零，磁场发生变化。根据电磁感应定律，变压器次级绕组的电压极性反转，整流二极管导通，变压器将之前储存的磁场能转化为电能，通过整流二极管输送给负载，直至下一个开关周期开始。如此周而复始，实现了从输入直流电压到稳定输出直流电压的转换。这种工作模式下，变压器不仅承担了电压变换的任务，还在开关管导通和截止期间分别扮演了能量储存和释放的角色 。

开关电源电路级设计

主电路设计

单端反激式开关电源的主电路是整个电源系统的 “动力引擎”。其输入通常接整流滤波后的直流电压，该直流电压经过主开关管与高频变压器初级绕组相连。主开关管的选型至关重要，需依据电源的功率等级、输入电压范围以及开关频率等因素综合确定。例如，在小功率应用中，常选用低导通电阻、快速开关速度的 MOSFET 作为主开关管，以降低导通损耗和开关损耗。高频变压器则是主电路的核心部件，其设计涉及多个参数的计算，如初级电感量、匝数比等。初级电感量决定了变压器在开关管导通期间存储能量的大小，匝数比则直接影响输出电压的高低 。

RC 吸收回路

在感性负载的电路世界里，开关管关断瞬间犹如一场 “电气风暴”。当主开关管突然截止时，高频变压器初级绕组的漏感会产生一个极高的自感电动势，若不加以抑制，这个尖峰电压足以击穿开关管，对电路造成毁灭性打击。RC 吸收回路便是这场 “风暴” 中的 “平息者”。它由电阻和电容串联组成，一端连接在开关管的漏极与源极之间，另一端接地。当尖峰电压出现时，电容迅速充电，吸收部分能量，电阻则在电容放电时将能量以热能的形式消耗掉，从而有效钳位尖峰电压，保护开关管的安全。同时，RC 吸收回路还能抑制电路中因电压变化率(dv/dt)过大对器件产生的冲击，确保电路稳定运行 。

控制芯片(以 UC3843 为例)

UC3843 作为一款高性能固定频率电流模式控制器，宛如单端反激式开关电源的 “智慧大脑”。其管脚功能丰富且各司其职，1 管脚用于补偿端口，外接 RC 网络可对误差放大器的频率响应进行精细调整;2 管脚为电压反馈输入端口，通过该端口输入的反馈电压与内部 2.5V 基准电压进行比较，产生误差电压，进而调整输出脉冲占空比;3 管脚是电流取样输入端口，通过检测主开关管的电流，实现过流保护等功能;4 管脚连接定时电阻和电容，精准确定振荡器的工作频率;5 管脚接地，为芯片提供稳定的参考电位;6 管脚作为输出端口，输出具有足够驱动能力的脉冲信号，直接驱动主开关管的导通与截止;7 管脚接入电源 VCC，为芯片正常工作提供能量;8 脚输出稳定的 5V 参考电压，为其他电路模块提供基准 。

UC3843 专为离线和直流至直流变换器应用而设计，具有诸多卓越特性。其电压调整率可达 0.01%，意味着输出电压极为稳定;工作频率高达 50kHz，能够适应高频开关电源的设计需求;启动电流低于 1mA，大大降低了电源启动时的功耗;外围元件少，极大地简化了电路设计和布局，降低了成本 。

电压反馈环的设计

电压反馈模块

电压反馈环如同开关电源的 “稳压器官”，确保输出电压稳定在设定值附近。电压反馈电路类型多样，基本反馈电路结构简单，但稳压精度有限;改进型基本反馈电路在一定程度上提升了性能;配稳压管的光耦反馈电路利用光耦实现电气隔离，增强了稳定性;而配 TL431 的精密光耦反馈电路则凭借其出色的稳压性能脱颖而出。

在配 TL431 的精密光耦反馈电路中，TL431 型可调式精密并联稳压器宛如一位精准的 “电压裁判”。它通过对输出电压进行采样，并与自身内部的 2.5V 基准电压进行严格比较，根据比较结果输出相应的电压信号，控制光耦中发光二极管的电流。光耦则如同一个 “电气隔离使者”，将输出端的电压变化信号以光信号的形式传输到输入端，进而调节控制芯片的反馈电压，实现对输出电压的精准调整。对于多路输出的开关电源，将主输出作为主要反馈信号的同时，把其他各路辅助输出按照一定比例反馈到 TL431 的 2.5V 基准端，如同为整个电源系统建立了一个全方位的 “电压监测网络”，极大地提高了多路输出式开关电源的整体稳定性 。

电流反馈环与电压反馈环的协同

电流反馈环与电压反馈环并非孤立工作，而是紧密协作，如同电源系统中的 “双保险”。电流环通过电流检测电阻将开关管的电流转化为电压反馈信号，与电压控制环检测的电压信号一同送入控制芯片进行比较和处理。当负载发生变化或输入电压波动时，电流环能够迅速响应，对开关管的电流进行调整，而电压环则从宏观上对输出电压进行稳定控制。两者相互配合，使开关电源在面对各种复杂工况时，都能确保输出电压的稳定和电流的合理分配，提高了电源的动态响应速度和抗干扰能力 。

结论

单端反激式开关电源的电路级和电压反馈环设计是一项综合性、系统性的工程。通过精心设计电路级的各个模块，如主电路、RC 吸收回路以及合理选用控制芯片，为电源的稳定运行奠定了坚实基础。而精准设计的电压反馈环，尤其是采用配 TL431 的精密光耦反馈电路，以及电流反馈环与电压反馈环的协同工作，使得开关电源能够在各种复杂的工作条件下，输出稳定、精准的直流电压。随着电子技术的不断发展，单端反激式开关电源的设计也将不断优化和创新，以满足日益增长的高效、节能、小型化的电源需求 。