單端反激式開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

單端反激式開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

1關(guān)變換器電路目前，高效高頻開(kāi)關(guān)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的線性調(diào)節(jié)和壓電源，并在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛應(yīng)用。廣義地說(shuō),凡用半導(dǎo)體功率器件作為開(kāi)關(guān),將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的主電路都叫做開(kāi)關(guān)變換器電路。其中,轉(zhuǎn)變時(shí)用自動(dòng)控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)的則稱(chēng)為開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源一般由兩部分組成:一是功率主回路,二是驅(qū)動(dòng)控制電路。驅(qū)動(dòng)控制電路的目的是,調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)電源占空比,使輸出電壓基本上不隨負(fù)載變化或不隨輸入電壓變化而變化。這種方法實(shí)質(zhì)上是對(duì)半導(dǎo)體功率器件的導(dǎo)通脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,稱(chēng)為脈寬調(diào)制法(Pulse-WidthModulation,縮寫(xiě)為PWM)。本文主要利用脈寬調(diào)制式控制芯片3844設(shè)計(jì)單端反激式開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路,同時(shí)提出了一種新型的閉環(huán)反饋穩(wěn)壓方法,給出了實(shí)際電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2變壓器磁激式變換器工作原理單端反激式變換器又稱(chēng)電感儲(chǔ)能式變換器,圖1和圖2分別為其工作原理簡(jiǎn)圖以及原邊副邊電流波形示意圖。當(dāng)高壓開(kāi)關(guān)管Q被PWM脈沖激勵(lì)而導(dǎo)通時(shí),直流輸入電壓施加到高頻變壓器T的原邊繞組上,變壓器原邊電流ILP線性增大,同時(shí)變壓器次級(jí)繞組上感應(yīng)出的電壓使整流管D反向偏置而阻斷,電源能量以磁能形式存儲(chǔ)在電感中。當(dāng)開(kāi)關(guān)管Q截止時(shí),原邊繞組兩端電壓極性反向,副邊繞組上的電壓極性顛倒,使D導(dǎo)通,副邊電流ILs線性減小,儲(chǔ)存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。單端反激式變換器通常采用加氣隙來(lái)解決變壓器磁芯的磁復(fù)位問(wèn)題,因而可增大電源的輸出功率,減少變壓器磁芯損耗,進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)頻率。此外,這種工作方式能較好地消除來(lái)自電網(wǎng)的干擾,降低輸出紋波。所以它在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。3過(guò)流保護(hù)電路UC3844是一種單端輸出電流型控制器,其內(nèi)部框圖如圖3所示。1腳為補(bǔ)償端子,外接RC網(wǎng)絡(luò)可補(bǔ)償誤差放大器的頻率響應(yīng)。2腳是電壓反饋端,取樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端,與2.5V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,產(chǎn)生誤差電壓。3腳為電流檢測(cè)輸入腳,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1V時(shí),電流檢測(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腳外接定時(shí)電阻和電容,用以確定振蕩器的工作頻率為。6腳為輸出端,采用圖騰柱式輸出,輸出平均電流為200mA,最大電流為1A,能直接驅(qū)動(dòng)雙極型功率管或VMOS管。控制器內(nèi)部有5V精密基準(zhǔn)電壓,其啟動(dòng)電壓為16V,關(guān)閉電壓為10V。6V的啟動(dòng)與關(guān)閉差值可有效防止電路在門(mén)限值電壓附近工作時(shí)產(chǎn)生振蕩。UC3844的最大的優(yōu)點(diǎn)就是外圍元件少,外電路裝配簡(jiǎn)單,且成本低,適用于20~100W小功率開(kāi)關(guān)電源的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。4新型閉環(huán)反饋試驗(yàn)開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)如圖4所示(含功率主回路)。功率主電路采用反激變換器的方式。變壓器原邊有兩個(gè)繞組,TG1H是開(kāi)關(guān)繞組,用于電能量的傳輸。TG1G是輔助繞組,用于輔助能量的提供,給驅(qū)動(dòng)電路供電。此電路給UC3844提供16V的啟動(dòng)電壓以及12V左右的正常工作電壓。驅(qū)動(dòng)電路主要由TL431、TLP181、LF353、UC3844及一些外圍電路組成。開(kāi)關(guān)電源的單路輸出電壓設(shè)計(jì)為15V。15V反饋電壓經(jīng)過(guò)分壓電路,得到2.5V電壓經(jīng)過(guò)同向跟隨器進(jìn)入LF353的負(fù)輸入端。同時(shí),反饋電壓經(jīng)過(guò)TL431穩(wěn)壓后接到LF353的正向輸入端作為基準(zhǔn)電壓。根據(jù)LF353的特性,當(dāng)檢測(cè)到的電壓和基準(zhǔn)電壓不同時(shí),LF353的輸出電壓就會(huì)發(fā)生跳變。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì),當(dāng)檢測(cè)到的開(kāi)關(guān)電源輸出電壓比15V小時(shí),LF353輸出高電平,光耦TLP181截止;反之,當(dāng)檢測(cè)到值超過(guò)15V,LF353輸出低電平,光耦TLP181導(dǎo)通。這里實(shí)際上給出了一種新型的閉環(huán)反饋穩(wěn)壓方法。利用Multisim7對(duì)這部分電路進(jìn)行仿真,LF353在不同反饋電壓下的輸出電壓分別如圖5和圖6所示。由圖3和圖4可知,UC3844管腳4連接的電容上的鋸齒波先和內(nèi)部參考電平進(jìn)行比較,輸出占空比一樣的PWM波,即鎖存器“置位”信號(hào)。在“置位”信號(hào)的下降沿,與非門(mén)被封鎖,輸出高電平。當(dāng)光耦截止時(shí),三極管Q1也截止,給C3充電。C3電容上電壓和電流反饋輸入值進(jìn)行比較,輸出鎖存器“復(fù)位”信號(hào)。這信號(hào)為高電平時(shí),輸出信號(hào)為低。隨著電容積分過(guò)程的建立,輸出信號(hào)的占空比慢慢增大,使輸出電壓慢慢增長(zhǎng),相當(dāng)于電壓外環(huán)。當(dāng)反饋電壓超過(guò)參考值時(shí),光耦導(dǎo)通,將會(huì)給C3電容放電,其控制過(guò)程與上面所述相反,此時(shí)輸出電壓將降低。因此,電壓環(huán)是外環(huán)控制,電流環(huán)是內(nèi)環(huán)控制。在輸出補(bǔ)償沒(méi)外接的話,即相當(dāng)于不加電壓環(huán)時(shí),只是內(nèi)部1.0mA電流源提供的電流經(jīng)R,2R分流,轉(zhuǎn)變成電壓量,并經(jīng)1.0V穩(wěn)壓管,輸入到電流檢測(cè)比較器,這樣建立的電流環(huán)在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)是占空比恒定的內(nèi)環(huán)。當(dāng)加入了電壓環(huán)后,由電壓量轉(zhuǎn)變的電流參考值就會(huì)隨著電壓的變化而改變電流的參考值,這樣相當(dāng)于雙環(huán)控制。5uc394中的齒輪波采用Multisim7對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行仿真,結(jié)果如圖7和圖8所示。圖7顯示的是連接到UC3844管腳4的電容上的鋸齒波電壓。圖8顯示UC3844輸出的高頻脈沖波?？梢?jiàn),驅(qū)動(dòng)電路中,UC3844輸出頻率約為25kHz的高頻脈沖送至開(kāi)關(guān)電源主電路上的功率開(kāi)關(guān)管,幅值為12V,滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)功率管的要求。6高頻脈沖送至功率管對(duì)開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果分別如圖9、圖10、圖11所示。UC3844啟動(dòng)后,芯片輸出幅值為10.2V、頻率為25kHz的高頻脈沖送至功