一種多路輸出反激式開關電源的設計

一種多路輸出反激式開關電源的設計

電流型dm開關的特點近年來，隨著供電技術的快速發(fā)展，開關的穩(wěn)壓電源已經朝著高頻和商品化的方向發(fā)展。高頻開關穩(wěn)壓電源與線性電源相比,具有如下的優(yōu)點:(1)效率高;(2)體積小、重量輕;(3)穩(wěn)壓范圍廣;(4)性能靈活,驅動能力強;(5)可靠性高,當開關損壞時,也不會有危及負載的高電壓出現。而傳統(tǒng)的開關電源普遍采用電壓型PWM技術。電流型PWM是近年興起的新技術,與電壓型PWM比較,電流型PWM開關電源具有更好的電壓和負載調整率,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性得以明顯改善,特別是其內在的限流能力和并聯均流能力可以使控制電路簡單可靠。目前,小功率開關電源正從電壓控制模式向電流控制模式方向轉化。本文給出了一種用于電機控制的新型多輸出反激電源的設計。該設計基于UC3842高性能電流型PWM控制器。電壓反饋和電流反饋雙閉環(huán)串級結構,使輸出電壓能夠很好地穩(wěn)定,電壓調整率和負載調整率都較高。1氧漂系統(tǒng)中小型企業(yè)電流型PWM控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)采用電流電壓雙閉環(huán)串級控制結構。內環(huán)是電流環(huán),外環(huán)是電壓環(huán)?？刂圃硎?給定的電壓Ug與從輸出反饋回的電壓Ur進行比較,得到的電壓誤差經電壓調節(jié)器輸出作為另一個給定的電壓信號Ue。該信號與經電阻采樣反映電流變化的信號Us進行比較,輸出一個占空比可調節(jié)的PWM脈沖信號,從而使得輸出的電壓信號V0保持恒定。2反沖態(tài)矩陣基于u42的多路輸出2.1反激式變換器UC3842是由美國UNIRODE公司生產。此IC具有引腳少(8腳)、外接元件少、接線簡單、可靠性高、成本極低等優(yōu)點。UC3842是電流控制型脈寬調制器,通常用于單端反激式變換器,輸出功率限制在100W以下。該芯片主要有以下性能:(1)可調整振蕩器的放電電流以產生精確的占空比;(2)最高開關頻率可達500kHz;(3)帶鎖定的PWM,可以實現逐個脈沖的電流限制;(4)具有內部可調整的參考電源,可以進行欠壓鎖定;(5)圖騰柱輸出電路能夠提供大電流輸出,輸出電流可達1A,可直接對MOSFET進行驅動;(6)帶滯環(huán)的欠壓鎖定電路可有效地防止電路在閉值電壓附近工作時的振蕩;(7)起動電流和工作電流低,啟動電流小于1mA,正常工作電流為15mA。2.2反激式開關電路如圖2所示,Ql導通時,繞組Np的電流線性增長,電感儲能增加,能量存貯在變壓器一次側,此時,由于二次側各路整流二極管反向偏置,故能量不能傳到變壓器的二次側。Ql關斷時,繞組Np的電流通路被切斷,變壓器的繞組極性反向,輸出整流二極管正向偏置,變壓器中的磁場能量通過繞組N2和VD向輸出端釋放,能量傳輸到輸出電容器中。在反激電路中,變壓器起著儲能元件的作用,相當于一對耦合電感。反激式開關電路可以工作于電流連續(xù)和不連續(xù)兩種模式。電路工作于連續(xù)模式時:電路工作在不連續(xù)模式下時:可見輸出電壓值與負載RL的方根成正比,在負載開路的情況下,輸出電壓出現飄升。為避免輸出電壓隨負載漂移,需引入反饋補償環(huán)節(jié)。本文基于UC3842控制芯片,采用電流電壓雙閉環(huán)串級控制結構,能夠很好地解決該問題。2.3u404啟動電路圖3所示多路輸出開關電源是專為電機控制設計的。主電路采用單端反激式變換電路。220V交流輸入電壓經橋式整流、電容濾波變?yōu)橹绷骱?供給單端反激式變換電路。反激式變換電路結構具有電氣隔離,易于多路輸出,外接元器件少,可靠性高等優(yōu)點。其中12V/0.2A、24V/1A、±15V/0.5A的輸出繞組分別為UC3842、繼電器和其它模擬電路供電。5V/2A輸出是重要的一路輸出信號,它除了用于穩(wěn)壓外,還為電機控制用的數字板電源提供5V電源。下面從三個部分來闡述電路的工作過程:(1)UC3842的啟動R3為UC3842AN的啟動電阻,UC3842AN的啟動電壓為16V,當7腳的輸入電壓高于34V時,UC3842AN內部的穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在34V。芯片啟動后,變壓器有耦合輸出,12V供電繞組有12V輸出,由D5、D6、D7、C26、C23、C24構成的電路為UC3842AN提供正常工作時的電壓。(2)開關脈沖的生成UC3842芯片4腳和8腳間接時間電阻R12,4腳和5腳接時間電容C33,8腳5V基準電壓經R12給C33充電,振蕩工作頻率KHZ,C33單位為(μF,R12單位為KΩ。采樣電阻R17上的電壓反映了變壓器T1原邊繞組上的電流大小。當開關管Q1導通時,R17上的電流逐漸增大,它上面的壓降增加,通過R13將這個電壓反饋到芯片3腳,該電壓與電流比較器的另一端進行比較,當這個壓降達到一定值時,鎖存器復位,開關管截止。正常運行時,R17的峰值電壓由誤差放大器控制,滿足:I為檢測電流,Ue為誤差放大器的輸出電壓,UC3842的內部電流感應比較器反向輸入端箝位為1V,因此最大限制電流為。為了抑制開關管Q1導通時產生的電流尖峰,該電路設計了由R13、C32組成的濾波器,其時間常數近似等于電流尖峰持續(xù)時間,約為幾百納秒。(3)占空比調節(jié)變壓器5V輸出通過三端可調穩(wěn)壓管TL431和光耦H11A1以電壓反饋的形式反饋到UC3842的2腳。當5V輸出繞組的電壓大于5V時,加在三端可調穩(wěn)壓管上的參考電壓升高,流過光耦器件H11A1中二極管的電流增大,三極管上的電流也相應地增大,即UC3842的2腳電壓升高,誤差放大器輸出電壓降低,占空比減小,流過開關管的峰值電流減小,使得輸出電壓降低。5V輸出電壓小于5V時的情況與述過程正好相反。3主要電路參數的設計3.1開關管保護電路在反激變換器中,由于高頻變壓器兼作儲能電感用,因而氣隙大,漏感亦較大。一方面,會產生開關管關斷時很高的電壓尖峰,另一方面,整流二極管反向恢復會引起開關管開通時的電流尖峰。為了解決這個問題,本設計采用R18、C36、D15構成的無源箝位電路消除電路中存在的漏感。該電路簡單方便,容易實現,在小功率的情況下能達到較好的抑制效果。當開關管Q1關斷時,變壓器漏感能量轉移到電容C36上然后電阻R18將這部分能量消耗掉。Q1導通過程中,電容C36沒有放電到零,那么Q1的漏源電壓上升的一段時間內,電容不起作用,有利于反激過沖。(2)開關管保護電路R16、D14、C35構成的開關管保護電路可以消除開關管漏源間產生的反峰電壓。Q1關斷時,Q1上電流下降,變壓器漏感會阻止電流減小,一部分電流繼續(xù)流過Q1,另一部分通過D14對C35充電。C35的存在減緩了漏源間電壓的上升。C35越大,漏源間電壓上升得越慢,這樣可以降低開關管的損耗。在選用續(xù)流二極管D14時,選擇了肖特基二極管。這種二極管在峰值電流為3A時,導通電壓通常很小。3.2ccm模式下的器設計單端反激式變壓器可工作在電流連續(xù)模式(CCM)和電流不連續(xù)模式(DCM)。在不同的工作模式下,變壓器的設計是不一樣的。這里將變壓器設計在工作于CCM模式下。根據開關管導通時的伏秒數應等于關斷時的伏秒數,可推導出原邊匝數與副邊匝數比為:其中α為額定工作狀態(tài)時的工作比。UP1為變壓器的輸入電壓,220V交流輸入電壓經整流濾波后得到約300V高壓,所以UP1取300V,UP1為5V繞組輸出電壓。單端反激式開關電源變壓器的臨界電感:Lmin為臨界電感,T為UC3842的工作周期。通常,反激式開關電源變壓器初級電感。4帶載電源測試對設計的電路進行實驗,并得出了實驗波形和測試數據。通過實驗5V為一路的輸出紋波,測得峰值為30mV?？梢钥闯?該電源5V穩(wěn)壓效果好,且紋波不超過0.6%。表1和表2為該開關電源空載和帶載測試結果,其中5V帶載3Ω,?15V分別帶載30Ω,24V帶載15Ω。實驗表明該開關電源紋波小,負載調整率高,穩(wěn)壓效果好。5rcd吸收回路變量特性本文作者的創(chuàng)新點:利用UC3842設計制作的多路輸出單端反激式開關電源具有良好的性能指標,動態(tài)響應快,頻率響應特