中国组织工程研究与临床康复笫７３眷笏７７期２００９—０４—２３出版
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ＥｎｇｍｅｅｎｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ
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基－于ＵＣ３８４２芯片的医用开关电源设计★
孙延辉
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Ｋａｎｇｆｕ．２００９；１３（１７）：３２７６－３２７８．［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｃｎｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｚｇＩｃｋｆ．ｃｏｍ］
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Ｆｕｓｈｕｎ．１１３００１．
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摘要：以ＵＣ３８４２芯片为核心，提出了一种医用开关电源设计方案。首先阐述了ＵＣ３８４２的基本原理．在此基础上提出了单端反激开关电源的原理和设计方法。ＵＣ３８４２是Ｕｎｉｔｏｒｄｅ公司推出的电流型脉宽调制器，该调制器单端输出．可以直接驱动坝极型功率管或场效应管，适用于无工频变压器的２０－８０Ｗ小功率开关电源的设计。文章介绍的设计方案采用单端反
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关键词：单端反激式开关电源：脉冲宽度调制；电磁兼容
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—８２２５．２００９．１７．０１６
孙延辉．基于ＵＣ３８４２芯片的医用开关电源设计【Ｊ１中国组织工程研究与临床康复，２００９，１３（１７）：３２７６・３２７８［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｏｒｇｈｔｔｐ：／／ｃｎ．ｚｇｌｃｋｆ，ｃｏｍ，１
０引言
近年来随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源与同容量的线性稳压电源相比，具有效率高，功率低，体积小，质量轻等优点。进入上世纪９０年代以来，开关电源已广泛应用在各种电子电器设备、通讯、电力检测设备电源之中。同时在医疗仪器设备中也得到了越来越广泛的应用，比如心电图机，输液泵，超声诊断仪，监护仪，ＣＴ机等等。开关电源的质量好坏
辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁省抚
顺市１１３００１
具有引脚少（８脚），外接元件少，接线简单，可靠性高，成本低等优点。ＵＣ３８４２是电流控
制型脉宽调节别１１。通常用于单端反激式变换
器。其内部结构见图１。
直接影响整个医疗电子设备的可靠性，因此，
在医疗设备的设计中开关电源的设计也越来越得到重视。文章基于ＵＣ３８４２高性能电流模式脉冲宽度调制（ＰＷＭ）发生器控制的开关电源适合应用于此类医疗系统。实验通过光耦实现输出和输入的隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围电路，也降低了电源的成本和体积，使电源具有输出电压稳定，纹波小等优
点。
孙延辉★．女，
１９７８年生，辽宁
省阜新市人，汉族，２００６年辽宁大学毕业，硕士，助教，主要从事应用电子技术方面的教学与研究．
ｃａｍｅｌｉａｌｙ＠ｓｏｈｕ．
ｃｏｍ
图中１脚和２脚为补偿端和内部电压比较器的反相输入端；３脚为电流检测输入端，外接过流检测电阻，可构成过流保护电路，当３脚电压等于或高于１Ｖ时，电流控制检测比较
中圈分类号：Ｒ３１９．１
文献标识码Ｂ
文章编号１６７３－－８２２５
ｆ２００９）１７－０３２７６－０３收稿日期：２００９０３－１８修日日期：２００９－０３－２３
ｆ２００９０２１７０２４／Ｇ・Ａ、
１
ＵＣ３８４２芯片介绍
ＵＣ３８４２是美国ＵＮＩＲＯＤＥ公司生产，此ｌＣ
器输出高电平，复位ＰＷＭ锁存器，从而关闭输出脉冲；４脚接振荡电路，产生所需频率的锯齿波ＲＴ接在４，８脚之间，ＣＴ接在４脚和地
Ｐ０．Ｂｏｘ１２００，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
３２７６１１０００４
万方数据
ｃｒｌ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ
孙延挥．基于ＵＣ３８４２芯片的医甬于｝关电源设计
之间，５脚为地；６脚为输出端，有拉、灌电流能力，能直接驱动双极型功率管或ＭＯＳ管。７脚是其电源端，芯片工作的开启电压为１６Ｖ，欠压锁定电压为１０Ｖ；８
脚是其内部基准电压（５Ｖ）。２开关电源的结构及工作过程
医疗设备中使用的开关电源基本电路由输入电路、功率变换电路、输出电路和控制电路等组成，见
图２。
输入电路包括整流电路、ＥＭＩ滤波电路及暂态保护
电路。整流电路是把输入交流变为直流，通常开关电源中的整流电路是采用电容输入型。ＥＭＩ滤波电路由电容和线圈组成，其作用是滤除电网中的高频杂波和同相干扰信号，以及避免电源中产生的电磁干扰泄露到
外面。暂态保护电路具有雷击保护，开机冲击电流限
制以及输入过电流保护功能。功率变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关电路和变压器组成。开关晶体管要选用开关速度快，导通和工作时间短的。通常功率开关管的控制方式选择脉宽调制。输出电路是
把高频变压器的次级方波电压整流成单向脉动电流，
并将其平滑成设计要求的低波纹直流电压。同时，以直流电的输出电压为反馈信号，通过隔离的反馈电路，由前级的ＰＷＭ控制电路进行电压的调节，达到稳压的目的。控制电路的主要作用是向驱动电路提供矩形脉冲序列，控制脉冲宽度和频率，从而达到改变输出电
压的目的。
３反激式开关电源设计
文章用ＵＣ３８４２为核一ＩＬ，器件设计了一个单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。开关稳压电源电路图见图３。
万
方数据１１５
Ｖ的交流输入电压经整流滤波后为电路提供
直流工作电压。起动电路由电容Ｃ２和电阻Ｒ２构成，Ｃ２
经电阻Ｒ２充电，当达到１６Ｖ时，ＵＣ３８４２有输出；使
ＭＯＳ开关Ｑ１导通，能量存贮在变压器Ｔ１中，此时，由于二次侧各路整流二极管反向偏置，故能量不能传到Ｔ１的二次侧，Ｔ１侧的一次侧电流通过电阻Ｒ１０检测并
与ＵＣ３８４２内部提供的１Ｖ基准电压进行比较，当达到
这一电平时Ｑ１关断。所有变压器的绕组极性反向，输出整流二极管正向偏置，存贮在Ｔ１中的能量传输到输出电容器中。启动结束后，反馈线圈的电压整流后经取样电阻分压回送到误差放大器的反向端（２脚）和
ＵＣ３８４２内部的２．５Ｖ基准电压作比较来调整驱动脉冲
宽度。从而改变输出电压以实现对输出的控制。这样能量周而复始地存贮释放，给各路输出端提供电压吲。稳压反馈环境由Ｒ１２，光耦合器，ＴＬ４３１等组成。其稳压原理：若输出电压因负载变轻而升高时，流过光耦
合器的发光二极管电流增大，其发光强度增加，反馈
至光耦合三极管使ＣＥ间电阻变小，使加至１脚的电压降低，从而使６脚的ＰＷＭ信号宽度变窄，从而达到稳
压的目的。
４参数设计
在开关电源的设计实现中，高频变压器的设计与计算是至关重要的，其工作量也是比较大的，它的设计方法与其他类型的变压器不同。’下面以电源设计功
率为７０Ｗ，效率为ｑ＝８０％，工作频率为３０ｋＨｚ为例，
说明电路的设计方法。
４．１
变压器铁芯设计采用面积相乘法设计变压裂引，
由面积相乘法公式Ａ９。
Ａ：—Ｕｐｌｐ＋—Ｕ，ＳＩ￥，其中凡为有效
２｜Ｉ＜ｗ，ｓ△刨
铁芯面积，Ａ。为窗口面积，乩为原边电压，当原边电压波动时，取最低输入电压。『ｐ为原边输入电流，仉为副边输出电压，『ｓ为副边输出电流，，（ｗ为窗１３利用系
数，一般为０．４０，，ｓ为开关频率（Ｈｚ），凹为磁通密度
３２７７
２７易２ｗ眦ｃ尺职硼
孙毽簿ｉ基于ＵＣ３８４２芯片的医隔开关电源设计
变化率（Ｔ），伪电流密度，一般取４００Ａ，ｃｍ２。
铁氧体磁芯磁感应强度取６５％的饱和值：
ＵＣ３８４２是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动晶体管和ＭＯＳＦＥＴ，具有管脚数量
一
凹＝３６０ｘ０．６５＝２３４ｍＴ
少，外围电路简单，安装与调试简便，价格低廉等优点。设计结构简单，性能稳定，实现了对医疗设备供电的功能，对医疗设备的整体性能提高大有益处【４’１５ｌ。
４ｃｍ４
变压器效率ｒ１为８０％：则原边输入功率为
１７０ｘｒｌ００＝８８Ｗａ则
月ｇＡｗ＝ｊｊｉｉｊ：乏函ｊｉ８石８ｉ＋ｊ五７五０五＿；了再孓而＝。．７。３
积Ａａ为１１０ｍｍ２，窗１３面积为１４３
低：
Ｕｐ２２２０ｘ１．４×０．８２２４８Ｖ
ｍｍ２。
６参考文献
【１１
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４．２原副边绕组匝数计算
雌＝硒Ｕｐ＝丽斋蔫％丽＝１６０
１６０…～原边绕组每匝伏数：急＝２１６４＿８０８＝ｏ．９２５
『ｖ。
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嘲
Ｖ
同
【８ｌ
取整流二极管压降为Ｏ．７Ｖ。副边绕组压降为Ｏ．６得：
５
匝。
新的反激每匝伏数：＿６．－３＝０．９
±１５
匝，取２２匝。
２４
Ｖ副边绕组匝数＝警＝６．８匝，Ｖ副边绕组匝数＝型学＝２１．４
ｖ副边绕组匝数＝兰≥兰三；竺＝
ＷＬ．ＬｉａｏｎｉｎｇＧｏｎｇｘｕｅｙｕａｎＹｕａｎｂａｏ．２００２；２２（２）：１１—１２．冯文丰Ｌ．ＴＯＰ开关电源的设计与制作【Ｊ】．辽宁工学院院撤．２００２，２２（２）：１１－１２．
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匝，取取７
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ＩｎｄｕｓｔｒｙＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇ
曲学基．工增益．曲敬铠．稳定电源电路设计【Ｍ】一Ｅ京：电子工业出版
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整为３３匝。
Ｖ副边绕组匝数＝型学＝３２．５匝，取
５结束语
该电源经使用证明，电源设计合理，工作可靠，性价比高，具有很强的实际应用价值和广阔的前景。
Ｊｉｓｈｕ．２００７；２４（３）：４３－４６．
何力：升，罗毗能萆Ｊ：ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ—ＧＸ系列单片开关电源应用设计【Ｊ】通信电源技术，２００７．２４（３）：４３－４６．
【１２ｌＹａｎｇｗＧＳｈｕｉｄｉａｎｃｈａｎｇＺｉｄｏｎｇｈｕａ．２００６；２７（￥１）：２１１－２１４．
杨卫刚．采＿｝｝ｊＴＯＰＳｗｉｔｃｈ－ＧＸ芯』Ｉ的单端反激式开关电源的设计【Ｊ】．水电Ｊ自动化．２００６．２７（Ｓ１）：２１１—２１４．
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刘继芝．陈星弼，乍定．‘种＿｝ｔｊ丁－开芙｝Ｕ源启动电路的新型自偏置高压器件结构【Ｊ】半导体学报，２００６，２７（１）：１３２．１３６．
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３２７８Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ１２００，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
１１０００４
ｃ，Ｉ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ
万方数据
基于UC3842芯片的医用开关电源设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孙延辉， Sun Yan-hui
辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁省抚顺市,113001中国组织工程研究与临床康复
JOURNAL OF CLINICAL REHABILITATIVE TISSUE ENGINEERING RESEARCH2009,13(17)2次
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本文读者也读过(7条)
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中国组织工程研究与临床康复笫７３眷笏７７期２００９—０４—２３出版
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ＳｕｎＹＨ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｄｉｃａｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇｍｏｄｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ
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Ｋａｎｇｆｕ．２００９；１３（１７）：３２７６－３２７８．［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｃｎｈｔｔｐ：／／ｅｎ．ｚｇＩｃｋｆ．ｃｏｍ］
Ｕｎｉｖｅｒｓ吼
Ｆｕｓｈｕｎ．１１３００１．
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ｃａｍｅｌｉａｌｙ＠ｓｏｈｕ．ｔｏｍ
摘要：以ＵＣ３８４２芯片为核心，提出了一种医用开关电源设计方案。首先阐述了ＵＣ３８４２的基本原理．在此基础上提出了单端反激开关电源的原理和设计方法。ＵＣ３８４２是Ｕｎｉｔｏｒｄｅ公司推出的电流型脉宽调制器，该调制器单端输出．可以直接驱动坝极型功率管或场效应管，适用于无工频变压器的２０－８０Ｗ小功率开关电源的设计。文章介绍的设计方案采用单端反
黼Ｒｅｃｅ…ｉｖｅｄ：２啪００９－０抛３－１。８凳嚣曩筹趋淼瓣衾鬻懿籼埙黼臌测、’籼微坤删、’腿轻解葡蛾粉腊骶’
关键词：单端反激式开关电源：脉冲宽度调制；电磁兼容
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３—８２２５．２００９．１７．０１６
孙延辉．基于ＵＣ３８４２芯片的医用开关电源设计【Ｊ１中国组织工程研究与临床康复，２００９，１３（１７）：３２７６・３２７８［ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｒｔｅｒ．ｏｒｇｈｔｔｐ：／／ｃｎ．ｚｇｌｃｋｆ，ｃｏｍ，１
０引言
近年来随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源与同容量的线性稳压电源相比，具有效率高，功率低，体积小，质量轻等优点。进入上世纪９０年代以来，开关电源已广泛应用在各种电子电器设备、通讯、电力检测设备电源之中。同时在医疗仪器设备中也得到了越来越广泛的应用，比如心电图机，输液泵，超声诊断仪，监护仪，ＣＴ机等等。开关电源的质量好坏
辽宁石油化工大学信息与控制工程学院，辽宁省抚
顺市１１３００１
具有引脚少（８脚），外接元件少，接线简单，可靠性高，成本低等优点。ＵＣ３８４２是电流控
制型脉宽调节别１１。通常用于单端反激式变换
器。其内部结构见图１。
直接影响整个医疗电子设备的可靠性，因此，
在医疗设备的设计中开关电源的设计也越来越得到重视。文章基于ＵＣ３８４２高性能电流模式脉冲宽度调制（ＰＷＭ）发生器控制的开关电源适合应用于此类医疗系统。实验通过光耦实现输出和输入的隔离，不仅提高了电源的效率，简化了外围电路，也降低了电源的成本和体积，使电源具有输出电压稳定，纹波小等优
点。
孙延辉★．女，
１９７８年生，辽宁
省阜新市人，汉族，２００６年辽宁大学毕业，硕士，助教，主要从事应用电子技术方面的教学与研究．
ｃａｍｅｌｉａｌｙ＠ｓｏｈｕ．
ｃｏｍ
图中１脚和２脚为补偿端和内部电压比较器的反相输入端；３脚为电流检测输入端，外接过流检测电阻，可构成过流保护电路，当３脚电压等于或高于１Ｖ时，电流控制检测比较
中圈分类号：Ｒ３１９．１
文献标识码Ｂ
文章编号１６７３－－８２２５
ｆ２００９）１７－０３２７６－０３收稿日期：２００９０３－１８修日日期：２００９－０３－２３
ｆ２００９０２１７０２４／Ｇ・Ａ、
１
ＵＣ３８４２芯片介绍
ＵＣ３８４２是美国ＵＮＩＲＯＤＥ公司生产，此ｌＣ
器输出高电平，复位ＰＷＭ锁存器，从而关闭输出脉冲；４脚接振荡电路，产生所需频率的锯齿波ＲＴ接在４，８脚之间，ＣＴ接在４脚和地
Ｐ０．Ｂｏｘ１２００，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
３２７６１１０００４
万方数据
ｃｒｌ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ
孙延挥．基于ＵＣ３８４２芯片的医甬于｝关电源设计
之间，５脚为地；６脚为输出端，有拉、灌电流能力，能直接驱动双极型功率管或ＭＯＳ管。７脚是其电源端，芯片工作的开启电压为１６Ｖ，欠压锁定电压为１０Ｖ；８
脚是其内部基准电压（５Ｖ）。２开关电源的结构及工作过程
医疗设备中使用的开关电源基本电路由输入电路、功率变换电路、输出电路和控制电路等组成，见
图２。
输入电路包括整流电路、ＥＭＩ滤波电路及暂态保护
电路。整流电路是把输入交流变为直流，通常开关电源中的整流电路是采用电容输入型。ＥＭＩ滤波电路由电容和线圈组成，其作用是滤除电网中的高频杂波和同相干扰信号，以及避免电源中产生的电磁干扰泄露到
外面。暂态保护电路具有雷击保护，开机冲击电流限
制以及输入过电流保护功能。功率变换电路是开关电源的核心部分，主要由开关电路和变压器组成。开关晶体管要选用开关速度快，导通和工作时间短的。通常功率开关管的控制方式选择脉宽调制。输出电路是
把高频变压器的次级方波电压整流成单向脉动电流，
并将其平滑成设计要求的低波纹直流电压。同时，以直流电的输出电压为反馈信号，通过隔离的反馈电路，由前级的ＰＷＭ控制电路进行电压的调节，达到稳压的目的。控制电路的主要作用是向驱动电路提供矩形脉冲序列，控制脉冲宽度和频率，从而达到改变输出电
压的目的。
３反激式开关电源设计
文章用ＵＣ３８４２为核一ＩＬ，器件设计了一个单端反激式开关稳压电源。开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环控制系统。开关稳压电源电路图见图３。
万
方数据１１５
Ｖ的交流输入电压经整流滤波后为电路提供
直流工作电压。起动电路由电容Ｃ２和电阻Ｒ２构成，Ｃ２
经电阻Ｒ２充电，当达到１６Ｖ时，ＵＣ３８４２有输出；使
ＭＯＳ开关Ｑ１导通，能量存贮在变压器Ｔ１中，此时，由于二次侧各路整流二极管反向偏置，故能量不能传到Ｔ１的二次侧，Ｔ１侧的一次侧电流通过电阻Ｒ１０检测并
与ＵＣ３８４２内部提供的１Ｖ基准电压进行比较，当达到
这一电平时Ｑ１关断。所有变压器的绕组极性反向，输出整流二极管正向偏置，存贮在Ｔ１中的能量传输到输出电容器中。启动结束后，反馈线圈的电压整流后经取样电阻分压回送到误差放大器的反向端（２脚）和
ＵＣ３８４２内部的２．５Ｖ基准电压作比较来调整驱动脉冲
宽度。从而改变输出电压以实现对输出的控制。这样能量周而复始地存贮释放，给各路输出端提供电压吲。稳压反馈环境由Ｒ１２，光耦合器，ＴＬ４３１等组成。其稳压原理：若输出电压因负载变轻而升高时，流过光耦
合器的发光二极管电流增大，其发光强度增加，反馈
至光耦合三极管使ＣＥ间电阻变小，使加至１脚的电压降低，从而使６脚的ＰＷＭ信号宽度变窄，从而达到稳
压的目的。
４参数设计
在开关电源的设计实现中，高频变压器的设计与计算是至关重要的，其工作量也是比较大的，它的设计方法与其他类型的变压器不同。’下面以电源设计功
率为７０Ｗ，效率为ｑ＝８０％，工作频率为３０ｋＨｚ为例，
说明电路的设计方法。
４．１
变压器铁芯设计采用面积相乘法设计变压裂引，
由面积相乘法公式Ａ９。
Ａ：—Ｕｐｌｐ＋—Ｕ，ＳＩ￥，其中凡为有效
２｜Ｉ＜ｗ，ｓ△刨
铁芯面积，Ａ。为窗口面积，乩为原边电压，当原边电压波动时，取最低输入电压。『ｐ为原边输入电流，仉为副边输出电压，『ｓ为副边输出电流，，（ｗ为窗１３利用系
数，一般为０．４０，，ｓ为开关频率（Ｈｚ），凹为磁通密度
３２７７
２７易２ｗ眦ｃ尺职硼
孙毽簿ｉ基于ＵＣ３８４２芯片的医隔开关电源设计
变化率（Ｔ），伪电流密度，一般取４００Ａ，ｃｍ２。
铁氧体磁芯磁感应强度取６５％的饱和值：
ＵＣ３８４２是一种高性能的固定频率电流型控制器，单端输出，可直接驱动晶体管和ＭＯＳＦＥＴ，具有管脚数量
一
凹＝３６０ｘ０．６５＝２３４ｍＴ
少，外围电路简单，安装与调试简便，价格低廉等优点。设计结构简单，性能稳定，实现了对医疗设备供电的功能，对医疗设备的整体性能提高大有益处【４’１５ｌ。
４ｃｍ４
变压器效率ｒ１为８０％：则原边输入功率为
１７０ｘｒｌ００＝８８Ｗａ则
月ｇＡｗ＝ｊｊｉｉｊ：乏函ｊｉ８石８ｉ＋ｊ五７五０五＿；了再孓而＝。．７。３
积Ａａ为１１０ｍｍ２，窗１３面积为１４３
低：
Ｕｐ２２２０ｘ１．４×０．８２２４８Ｖ
ｍｍ２。
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雌＝硒Ｕｐ＝丽斋蔫％丽＝１６０
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嘲
Ｖ
同
【８ｌ
取整流二极管压降为Ｏ．７Ｖ。副边绕组压降为Ｏ．６得：
５
匝。
新的反激每匝伏数：＿６．－３＝０．９
±１５
匝，取２２匝。
２４
Ｖ副边绕组匝数＝警＝６．８匝，Ｖ副边绕组匝数＝型学＝２１．４
ｖ副边绕组匝数＝兰≥兰三；竺＝
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Ｖ副边绕组匝数＝型学＝３２．５匝，取
５结束语
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３２７８Ｐ．Ｏ．Ｂｏｘ１２００，Ｓｈｅｎｙａｎｇ
１１０００４
ｃ，Ｉ．ｚｇｌｃｋｆ．ｃｏｍ
万方数据
基于UC3842芯片的医用开关电源设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孙延辉， Sun Yan-hui
辽宁石油化工大学信息与控制工程学院,辽宁省抚顺市,113001中国组织工程研究与临床康复
JOURNAL OF CLINICAL REHABILITATIVE TISSUE ENGINEERING RESEARCH2009,13(17)2次
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