UC2845的應用與PWM變壓器設計

1、UC2845D8和開關電源設計資料及電源維修方法 UC2845芯片資料介紹及維修方法和設計匯總第一節(jié):UC2845D芯片介紹管腳介紹 Unitrode公司的UC2845D(D是貼片)是一種高性能固定頻率電流型控制器,包含誤差放大器、PWM比較器、PWM鎖存器、振蕩器、內部基準電源和欠壓鎖定等單元,其結構圖 UC2845的管腳圖 1腳: 是誤差放大器的輸出端,外接阻容元件用于改善誤差放器的 增益和頻率特性。2腳: 是反饋電壓輸入端,此腳電壓與誤差放大器同相端的2.5V基準 電壓進行比較,產生誤差(控制)電壓,誤差(控制)電壓變大,第6 腳輸出脈沖變窄,占空比降低,抑制輸出電壓的增加,從而使輸 出

2、電壓穩(wěn)定,而控制脈沖寬度,脈寬越寬,電源輸出電壓越高, Vref比較器高低門限為:3.6V/3.4V。 3腳: 電流檢測輸入端。在外圍電路中,在功率開關管(如Mos管)的源 極串接一個小阻值的取樣電阻,將脈沖變壓器的電流轉換成電 壓,此電壓送入3腳,控制脈寬。此外,當電源電壓異常時,功率開 關管的電流增大,當取樣電阻上的電壓超過1V時,縮小脈沖寬度 使電源處于間歇工作狀態(tài),UC2845就停止輸出,有效地保護了功 率開關管。4腳: 定時端,內部振蕩器的工作頻率由外接的阻容時間常數決定， f=1.72(Rt*Ct)當上電后，5VDC通過Rt電阻給Ct充電,使腳電壓近 似線性上升,當電壓上升到2.8

3、V時,在振蕩器內部,將定時電容 器CT上的電壓突然放掉,當電壓下降到1.4V時,電壓又開始上 升,這樣就形成一個鋸齒波電壓。 5腳: 為公共地端。 6腳: 為推挽輸出端,輸出的頻率是振蕩頻率的1/2,內部為圖騰柱式, 上升、下降時間僅為50ns,驅動能力為±1A。7腳: Vcc是電源。VCC比較器上下門限分別為:8.4V/7.6V,UC2845最 小工作電壓為8.2V,此時耗電在1mA以下。輸入電壓可以通過一 個大阻值電阻從高壓降壓獲得。芯片工作后,輸入電壓可在 7.6V36V之間波動,(內部有一個36V的齊納二極管作為穩(wěn)壓管,從VCC連接至地,它的作用是保護集成電路免受系統(tǒng)啟動或運

4、行期間所產生的過高電壓的破壞),低于7.6V就停止工作。工作時耗電約為15mA,此電流可通過反饋電阻提供。當Vcc欠壓,UC2845D8參考電壓輸出端8腳將無+5V輸出,從而導致RC振蕩停止工作。 8腳: 為5V基準電壓輸出端,有50mA的負載能力。 主要特性 用于20-50W的小功率開關電源,管腳少,電路簡單。 1. 單輸出級,可以驅動MOS、晶體管。 2. 自動前饋補償。 3. 鎖存脈寬調制,用于逐周期限流。 4. 具有精密的電壓基準源(±l),電壓調整率可達0.01%。 5. 基準電壓為4.95.1V,電流模式工作頻率可達500kHz。 6. 低啟動電壓和工作電流,啟動電流&l

5、t;1mA,工作電流15mA。 7. 電流圖騰柱輸出,1A。8.有欠電壓鎖定保護和過電流保護功能。芯片原理內部框圖如圖4-5。5V基準內部偏置SR電流取樣比較器PWM鎖存誤差放大器振蕩器VrefTUccGNDCT/RTUFBCOMPISENSEOUTPUTUREFUVLO2RR2.5VDC 圖4-5:UC2845電源控制芯片原理框圖第二節(jié) 開關電源常見故障的維修一.檢查UC2845D8芯片好壞的方法1.可在UC2845D8的腳和腳之間加12V直流電壓,腳接電源正,腳接電源負2.UC2845D8的腳有5V電壓輸出。有間歇式的0-2.5V鋸齒電壓波形。有較寬的脈沖輸出。有2.5V電壓。二.常見的故

6、障:上電后,311V電壓正常,電路無輸出電壓,啟不動,但不燒保險絲。 檢查UC2845D8的第腳供電情況1.第腳沒有電壓或啟動門限電壓<8.4VDC首先:檢查啟動電阻(R203)是否變?yōu)闊o窮大或電阻漏焊和有斷線而不通,穩(wěn)壓二極管(D236)是否擊穿和方向焊反。 其次:用萬用表測4N90的D(漏極)與主繞組一端通否? 最后:用萬用測負載是否有短路現象。2.第腳電壓跳變,第8腳5VDC電壓沒有a.一般為第腳對地有短路,或自饋電壓沒建立起來,檢查是否短路和自饋電路b.用萬用表測第腳與地通否,測啟動繞組與二極管,電容,電阻通斷情況3.第7腳與第8腳同時跳變,一般為次級短路4.第7腳電壓正常第8腳

7、5V正常,第腳電壓跳變,電源不工作一般是開關MOS管斷路或第腳到柵極(G)之間斷路。2.保險絲熔斷,且玻璃管嚴重發(fā)黑。數字萬用表用二極管檔(指針式用RX100檔)對負載部分的主要元件進行在路測量,如整流濾波中的整流二極管擊穿,說明電路存在嚴重短路,一般為交流濾波回路短路、整流二極管短路、直流濾波電容短路和開關管短路。 檢修方法:啟動電路 自饋電路 吸收回路 過流保護回路 過壓保護回路 負載電路 a.啟動電路檢查啟動電阻(R203)是否變?yōu)闊o窮大或電阻漏焊和有斷線而不通,穩(wěn)壓二極管(D236)是否擊穿和方向焊反。b.自饋電路用萬用表測自饋電繞組與二極管,電容,電阻通斷情況,整流二極管(D213)

8、是否擊穿和方向焊反否,電容(C224)短路否, 電容(C225)短路及有無爆裂痕跡和方向焊反否。c. 六個吸收回路(主繞組,功率器件)=2;輸出負載饒組=4R2，C18，D5用于吸收開關管關斷時，變壓器漏感產生的過電壓1.兩個吸收回路(主繞組和付饒組)a.查第一個吸收回路:整流二極管(D201)是否擊穿和方向焊反否,電容(C202)短路和有無爆裂痕跡,放電電阻(R201)燒毀或阻值變成無窮大。b.查第二個吸收回路:MOS管是否燒壞,造成漏極D和S源極短路,電容(C221)有無爆裂痕跡,放電電阻(R234)燒毀或阻值變成無窮大。2.四個吸收回路:(輸出負載饒組,電阻和電容吸收次級整流管的尖峰電壓

9、)a.查第一個吸收回路:電容(C207)短路和有無爆裂痕跡,阻尼電阻(RX201)燒毀或阻值變成無窮大(24V1)。b.查第二個吸收回路:電容(C208)短路和有無爆裂痕跡,阻尼電阻(RX202)燒毀或阻值變成無窮大(24V2)。c.查第三個吸收回路:電容(C209)短路和有無爆裂痕跡,阻尼電阻(RX203)燒毀或阻值變成無窮大(12V)。d.查第四個吸收回路:電容(C210)短路和有無爆裂痕跡,阻尼電阻(RX204)燒毀或阻值變成無窮大(15V)。 f.過壓保護回路 1.穩(wěn)壓二極管(D212)是否擊穿和方向焊反,R238阻值是否正常 2.當輸出電壓+12V加大,R249與R251,R252組

10、成的誤差放大器電路,經電阻分壓后得到的取樣電壓加大與精密2.5V電壓進行比較,其差值必然增大,U205光偶的電流If增大,當U0=If *R243與UC2845D8的腳進行比較,產生誤差控制電壓,當誤差電壓>3.6v時,UC2845D8的輸出關斷g. 負載電路二、維修分析工作原理開關電源維修注意事項 在焊接電源初級元件時,一定要在拔掉電源線的情況下操作,否則 將燒壞電源。維修無輸出的電源,通電后再斷電,由于電源不振蕩,300V濾波電容 兩端的電壓放電會極其緩慢,此時,如果要用萬用表的電阻檔,測量 電源電路時,應先對300V濾波電容兩端的電壓進行放電（可用消磁 電阻或烙鐵的電源插頭進行放電

11、）,然后才能測量,不能直接將電容 兩端短路進行放電測量電源電路的電壓,要選好參考電位,因為開關變壓器初級之前 的地為熱地,而開關變壓器之后的地為冷地,二者電位不等。 第三章 單端反激式變換器原理分析l 單端反激式變換器的特點單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器，工作原理如圖所示,當開關管Q1被PWM脈沖激勵而導通時,直流輸入電壓施加到高頻變壓器T的初級繞組上,此時NP相當于一個純電感,流過NP的電流線性上升,電源能量以磁能形式存儲在電感中,次級整流二極管D1截止,輸出電容C給負載供電。(電能轉換為磁能)當開關管Q1截止時,由于電感電流不能突變,初級繞組兩端電壓極性反向, 次級繞組上的電壓極性顛

12、倒使D1導通, 初級儲存的能量傳送到次極,提供負載電流,同時給輸出電容充電。(磁能換為電能)單端反激式變換器通常采用加氣隙來增大可工作的磁場強度H，減少剩余磁感應強度;當反激式變換器處于連續(xù)工作模式時,氣隙可有效防止磁芯飽和，因而可增大電源的輸出功率，減少變壓器磁芯損耗,進一步提高開關頻率。一、調制1.定義: 利用某一種電壓或波形的改變,去控制另一種電壓或波形發(fā)生某種形式的改變。2.調制方式:利用電壓的改變,去控制另一種波形的改變,最后達到能控制輸出電壓的改變,同時能控制輸出電壓穩(wěn)定的一種技術措施。3.脈沖寬度調制方式(PWM:(Pulse Width Modulation):是輸入電壓的變化

13、,使輸出脈沖寬度發(fā)生變化的一種方式。開關管工作周期T是固定不變的。輸出電壓的改變和穩(wěn)定,就是控制開關管調整飽和導通的時間來實現的。脈寬式開關電源都是降壓式的變換器,但采用變壓器隔離的開關電源,可以改變初級與次級繞組匝數比,來決定輸出電壓是升壓還是降壓。占空比的比值就是電壓比的比值,占空比的變化范圍:01。2.交流共模濾波電感的結構和工作原理定義:是在一個磁心上的兩個匝數相等的繞組中再電流方向上的不同,就能起到共模濾波電感的作用。模式:1.差模輸入:就是在共模濾波器的兩個輸入端口,所輸入電壓是有差別的一種輸入模式。 在某一瞬間,兩個輸入端的電壓一個為+,一個為-,兩個繞組產生的磁通是大小相等方向

14、相反,磁芯中就沒有變化的磁通,也沒電感量,也沒感抗,對50HZ的交流電壓沒有阻力,只有繞組的直流電阻存在,直流電阻值為0.1-0.5實際有0.1-0.2W能量損失,可忽略。2.共模輸入:就是在共模濾波器的兩個輸入端口,所輸入電壓是沒有差別的一種輸入模式。 假設共模高頻干擾電壓輸入為+或-,兩個繞組產生的是同一方向變化的磁通,磁芯中就有變化的磁通,就有感抗,電感對共模高頻干擾會有較大的衰減。三、電路原理分析1.交流輸入部分 自恢復保險絲(是一種過流保護器件) A. 原理:在常態(tài)下它的阻值非常低(0.2)，工作電流流過開關時功耗 很小,損耗能量小,當電路電流超過設計值或發(fā)生短路故障時,它的內阻迅速

15、增加至數千歐,使電路進入開路狀態(tài),立即將電路電流切斷,對電路起到保護作用,自動恢復開關只能進行低電壓過流保護,而不能接在220VAC上,否則將開關燒毀。RT201是壓敏電阻NTC201是熱敏電阻,在開關電源中起過溫保護和軟啟動的作用。低通濾波器 定義:低頻能通過而高頻干擾信號通不過的濾波器,就是能濾掉高頻電壓,又可叫高頻濾波器。b.組成:一般由電容器和電感組成c.作用: 1.防止電網上的高頻干擾信號、抑制浪涌電壓、尖蜂電壓進入開關電源中。2.阻止、限制開關電源所產生的噪聲,高頻電磁干擾信號串入電網上。d.電感e.電容作用:1.電容器的基本作用既是充電和放電。2. 儲能:以電壓形式存儲能量:Ec

16、=1/2V2C,具有隔直流通交流的作用,它兩端的電壓不能突變,電容的容抗是與頻率成反比,頻率越高,它呈現的容抗越小,容抗:Xc=12FC 。3.濾波作用:整流電路將交流變成脈動的直流,在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容,在濾波電路中,電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。利用其充放電特性,使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。在實際中,為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而變化,所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端接電解電容,由于大容量的電解電容一般具有一定的電感,對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除,故在其兩端并聯(lián)了一只容量為0.001-0.lpF的電容,以濾除高頻及脈

17、沖干擾。 4.去耦作用:濾除高頻器件在PCB電源或芯片電源腳上引起的輻射電流,為器件提供一個局部的直流通路,能減低電路中的電流沖擊峰值。 它在減小電源和地平面上紋波、噪聲和毛刺很有效果。減少開關噪聲在板上的傳播并抑制噪聲對其它芯片的干擾。0.1uF以下的陶瓷電容常被用來做去耦電容。5.旁路作用: (Bypass)是指給信號中的某些有害部分提供一條低阻抗的通路。電源中高頻干擾是典型的無用成分,需要將其在進入目標芯片之前提前濾掉,旁路電容主要針對高頻干擾（高是相對的,認為20MHz以上為高頻干擾,20MHz以下為低頻紋波),選用滌綸薄膜電容。注: 電阻主要是用做限流和確定固定電平,即所謂的上拉或下

18、拉?？窕芈房梢赃x用云母、高頻陶瓷電容。諧振分串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振。串聯(lián)諧振產生過電壓,并聯(lián)諧振產生大電流。f.圖1分析,C205,L1,C203組成型低通濾波電路,C205,C203為抗串模干擾元件,用于抑制正態(tài)噪聲,電容選漏電流小的。所以,CLC型濾波電路中電容的容量和電感的感量越大,他們的濾波效果就越好。 g.常用高壓和低壓低通濾波電路二、橋式整流0-265VAC經橋式整流后,直流電壓=265*1.414=374.71V,此電壓分三路:1路:經R203降壓以及C224,C225濾波后為UC2845提供啟動電壓2路:經高頻變壓器初級為開關功率管的漏極提供驅動電壓, D201,C202,R20

19、1是變壓器緩沖網絡吸收回路,用于吸收對變壓器初級的漏電流,次級反饋到初級的尖峰電流進行吸收或二次將漏感反向耦合到次級,吸收開關管關斷時,變壓器漏感產生的過電壓。 3路: R203和R233組成泄放回路,電壓經R203和R233對地放電。當斷電后不要立即焊取電阻和電容,由于電阻較大放電需要一定時間,故要用萬用表量電容兩端的電壓,放電完后才能操作;由于電壓經電阻分壓,故在選濾波電容C224,C225時,注意耐壓值>375*(R233/R203+R233),否則,當電源出現故障時,375V電壓沒電流輸出,C224和C225有可能被擊穿。三、啟動電路要使開關電源工作,首先是振蕩器必須的振蕩,振蕩

20、器要振蕩必須要有一個較小的的啟動電流,較小的的啟動電流又來自較小的的啟動電壓,可是開關電源開機后,馬上建立起來的唯一的一種電壓,就是375V左右的直流電壓,該電壓經啟動電阻R203(200K)直接給UC2845D8的腳供電(正常工作約需15mA電流),此時自饋電沒建立起來,只有靠C225的放電來繼續(xù)啟動,此電容又叫維持啟動電容;開關變壓器的初級繞組感應給自饋電繞組的脈沖電壓,輸出+13V自饋電壓,自饋電建立后,經維持啟動電容C224,C225濾波后,給UC2845D8的腳供電,啟動電阻R203也完成任務,R203還接在電路中,兩端有362V電壓(362/200K=1.85mA電流),此時沒有R

21、203,電路工作可正常工作。四、吸收回路定義:消反沖電路或稱阻尼電路。 組成:由電阻、電容和阻塞二極管組成的鉗位電路。 作用:1:降低沒用的反沖電壓。2:消除高頻振蕩(可以有效地保護開關功率管不受損)。 反沖電壓:是指在斷開有電流的電感電路時,產生的自感電壓,吸 收回路是消耗能量的。 高電壓常用的幾種吸收回路分析a.在電路工作穩(wěn)定后,當開關管Q1截止時,初級繞組的反沖電壓為:上“-”下“+”,并通過二極管D1給電容器C1充電,由于電路中沒有電阻,所以電容器C1充電電流比較大, 電容器C1兩端電壓一下就能上升到150V,電容器C1吸收的能量就比較多。(瞬間充電完成,馬上又放電)電容器C1的電壓為

22、下“+”上“-”,電阻R1也有電流泄漏，它不可能通過二極管D1反向由初級繞組T放電,它就無法振蕩下去,電容器C1上的電壓,只有通過R1放電,將反沖電壓轉換成熱能散發(fā)掉。當開關管Q1導通時,電阻R1仍給電容器C1放電,最后C1兩端電壓下降到約125V?？傊?電容器C2的充電時間,在Q1截止;C2的放電時間在導通和截止整各個過程。b. 當開關管Q1截止時,初級繞組的反沖電壓為:上“-”下“+”,并通過電阻R1給電容器C1充電,C1充電脈沖電流比較大(0.3A),在R1上的瞬時電壓降可達200V至多,瞬時功率達60W,平均功率1-2W。(瞬間充電完成,馬上又放電)電容器C1的電壓為下“+”上“-”,

23、C1通過阻尼電阻R1放電(使高頻自由振蕩成低頻自由振蕩,由于R1消耗使振蕩很快衰減)。當開關管Q1導通時,由電源電壓(300V)給C1充電,在阻尼電阻R1上也要消耗能量。c. 當開關管Q1截止時,MOS的D(漏極)反沖電壓最高達600-800V,通過電阻R1給電容器C1充電,因反沖電壓較高,所以充電電流很大,反沖電壓消耗大,從而達到保護Q1的目的。當開關管Q1導通時,C1所充的電壓就經過Q1放電,為了防止瞬間放電電流過大而加重管子負擔,所以串聯(lián)電阻R1加以限流,C1的兩端電壓不可能全部放掉,還會乘100V左右電壓。d. 當開關管Q1截止時, 反沖電壓通過二極管D1給電容器C1充電,因反沖電壓較

24、高(600-800V),沒有電阻限流,所以充電電流很大,反沖電壓消耗大,從而達到保護Q1的目的(有反沖電壓這一瞬間是充電,其它時間通過R4放電)。當開關管Q1導通時,C1所充的電壓就經過R1放電, C1的兩端電壓不可能全部放掉,還會乘100V左右電壓。e.當開關管Q1截止時,初級繞組的反沖電壓為:上“-”下“+”, 直接給電容器C1充電,由于電路中沒有電阻,所以電容器C1充電電流比較大,電容器C1兩端電壓一下就能上升到很高電壓,電容器C1吸收的能量就比較多,電容器C1的電壓為下“-”上“+”。當開關管Q1導通時,C1所充的電壓就經過MOS管,R1,R2放電轉換成熱能散發(fā)掉,C1的兩端電壓不可能

25、全部放掉,還會乘100V左右電壓。對圖原理介紹a.吸收回路1:由C202(103/2KV),R201(27K/3W),D201(MUR110R)組成變壓器緩沖網絡吸收回路。并與初級繞組兩端并聯(lián),它主要是消除MOS管截止時,產生的高頻振蕩。當MOS管導通時,初級繞組中的電流,使變壓器儲存磁能,當MOS管截止時,變壓器中的磁能就要轉化為電能,在初級繞組的兩端, 產生下正上負的300多伏的脈沖電壓。由于有較小的寄生電容的存在,變壓器的初級繞組與寄生電容要產生高頻振蕩,向外發(fā)射干擾電磁波。有了該組吸收后路后,自感電壓通過D201給C202充電,把能量儲存在C202電場中,因C202上的電壓不可能通過D

26、201向初級繞組N1放電(截止),所以它就無法振蕩下去,C202上的電壓,只有通過R201放電,將反沖電壓轉換成熱能散發(fā)掉,R201溫度比較高?？傊?C202的沖電時間,只是在MOS管截止的一瞬間,C202的放電時間,是在MOS管截止和導通的整個過程中。b.吸收回路2: MOS管吸收回路:C221(221/2KV),R234(27K 3W),D211(MUR1100R)組成。與MOS管兩端并聯(lián)。當MOS管截止時,初級繞組N1的兩端,產生下正、上負的300多伏的脈沖電壓,這個電壓與直流300V串聯(lián)相加后,這時4N90的漏極D和源極S之間約有600700V的電壓,有了該組吸收回路后,這個很高的脈沖

27、電壓,通過D211給電容器C221充電,將很高的脈沖電壓拉下來當MOS管導通時,電容器C221通過MOS和R234放電,防止瞬間放電電流過大,在電路中串聯(lián)一個限流電阻R234,這樣C221的兩端電壓不可能全部放掉,一般會剩100V左右的電壓。c.吸收回路3: RX201及C207和D206組成24V1次級吸收回路。4: RX202及C208和D208組成24V2次級吸收回路。5: RX203及C209和D209組成12V次級吸收回路。6:RX204及C210和D210組成15V次級吸收回路。(吸收次級整流管的反向尖峰電壓)d.MOS管選型計算4N90導通時,變壓器的磁通量增大,此時便將電能積蓄

28、起來,4N90截止時,便將積蓄的電能釋放,變壓器初級繞組中便有剩磁產生,并通過D201反饋到次級,剩磁釋放完后,初級繞組NP的電壓Vmin =1.414*154=217.756V Vmax=1.414*286 = 404.404VDmin:最小占空比 Lp:初級電感量MOS峰值電壓:Vdsp= Vmax*(1+(R201*Dmin)/(10*Lp) = Vmax*(1+(R201*Dmin)/(10*Lp) =404.404*(1+(20k*0.2)/(10*2.341) = 571.56VMOS峰值電流:Ids = 0.2*N3/N1+0.2*(N4+N5)/N1+1.5*N4/N1+0.4

29、*N6/N1 = 0.2317 (A)時間常數R201*C202比周期T大的多,一般取5倍左右,則 C202 = 5*T/R201 = 5*12.2*10(-6)/20*10(3) = 3 (PF)五、振蕩和輸出頻率1.R240=10K,C226=2.2*10(-6)F,它是決定該電路工作頻率的重要元件,開關頻率:f=1.72*10(3)R240*C226(KHZ)=1.72*10(5)2.2=78.18kHz。 2.輸出電壓頻率為振蕩頻率的一半。六、補償電路 UC2845D8的腳是誤差放大器的輸出端,腳是誤差放大器的輸入負端,內部基準電壓5VDC分壓后,產生一個2.5V的電壓,作為誤差放大器

30、的輸入正端。1.當、腳短路時,構成一個電壓跟隨器,輸出一個2.5V的不變電壓。2.當、腳之間接一個電容,作用是完成高頻負反饋,能有效的消除高頻寄生振蕩。3.當、腳之間接一個電阻,作用是完成直流負反饋,R1阻值越小,負反饋就越深,誤差放大器的放大倍數就越小,頻帶就越寬,靜態(tài)工作點就越穩(wěn)定,溫度特性也越好。七、電路是怎樣保護的?1.輸出端短路而產生過流,開關MOS管的漏極電流將大幅度上升,R235,R236兩端的電壓也上升,UC2845的3腳上的電壓也上升,當3腳上的電壓超過正常值0.3V達到1V(即電流超過0.66A=1V/1.5)時,UC2845的PWM比較器輸出高電平,使PWM鎖存器復位,關

31、閉輸出,即UC2845的6腳無輸出,MOS管截止,從而保護電路。2.輸入供電電壓過壓(超過265V) 265VAC經橋式整流后,直流電壓=265*1.414=374.71V,變壓器初級繞組電壓大大提高,UC2845的7腳供電電壓也急劇上升,大于18V時,D236被擊穿,UC2845的2腳電壓也上升關閉輸出,從而保護電路,同時D212也被擊穿,MOS管截止。3.輸入供電電壓欠壓(低于125V) 125VAC經橋式整流后,直流電壓=125*1.414=176.75V,變壓器初級繞組電壓很低,UC2845的7腳供電電壓也低,當低于7.6V,UC2845不工作。 第四章 單端反激式變壓器的設計原理分析

32、一、設計舉列1:1.高頻變壓器的參數設計本沒計的目標是完成一個交流輸入電壓范圍為220(1±20)V，輸出為24V500mA、±15V600mA、5V2A的多級輸出，效率=75,最大占空比D=O5,工作頻率f=50kHz的開關穩(wěn)壓直流電源。單端反激式工關電源中變壓器不僅作為變壓器使用，同時又作為儲能電感，它的設計方法與其他類型的變壓器不同。其設計參數豐要有以下3項:(1)求出原邊繞組電感量；(2)選擇規(guī)格、尺寸合適的高頻變壓器磁芯；(3)計算原副邊繞組匝數。1.1: 計算原邊電感量Lp及變壓器氣隙考慮到輸入電壓有±20的波動，即要求該單端反激開關電源在交流電壓18

33、0260V范圍內都能正常工作。輸出功率Po=24×0.5+15×0.6×2+5×2=40W取反激變壓器最大占空比Dmax=0.5Vs應取最小值:Vs(min)=180×1.4-20=232V其中20V為直流紋波及整流橋壓降之和。初級繞組流過的峰值電流Ip為式中: Ip=2*P0Vs*Dmax (1) Ip=2*40232*0.5 =0.69A 2假設電壓Vs波動下限為7,Vs(min)232(1-0.07)=216V,則次級繞組的電感: Lp=Vs（min）* Dmax* TIp (3) Lp=216*0.50.69*50*103 =3.13m

34、H 4即工作磁感應強度變化值取飽和值Bs的一半，查閱R2KB鐵氧體磁性能表可知，其飽和磁感應強度Bs=3500GS，則:B=12 Bs=1750Gs,磁芯有效截面積A=9725mm2代入各值計算可得其所需氣隙長度可由下式計算式中:Ae為磁心有效截面積 = 0.4*L p *Ip2Ae B210-8=1.8712.978=0.63mm （5）1.2: 次級繞組匝數初級繞組匝數計算公式為N1= L p *IpAe*B*108= 3.13* 0.6997.25* 1750*108=128 6將41中得到的各量代入得N1=128匝。次級繞組匝數的計算公式(24V) 式中:VD為整流二極管正向壓降。代入

35、數據， N2=V0 +VD*1-Dmax*N1V Smin Dmax=24+1*1-0.5*128232*0.5 (7) =13.79次級繞組取N2=14匝。取UC3842的工作電壓為15V，式中的lV為整流管的導通壓降。N6=15+1 24+1*N2=8.96 (8)則反饋繞組取9匝，二、設計舉列2:1.設計參數要求輸入電壓有±30的波動，即要求該單端反激開關電源在交流電壓154286VAC范圍內都能正常工作。輸出負載有4組,其中三組互相隔離 24VDC 0.2A 24VDC 0.2A 12VDC 1.5A 15VDC 0.4A2. 功率、直流電壓、輸入電流、輸出負載、空氣隙、電容

36、值的確定輸出功率:Po = 24×0.2+24×0.2+12×1.5+15×0.4= 33.6 (W)輸入總功率: Pi=P0=33.60.85=39.5W =85% (1) 輸入最低和最高直流電壓:Vmin = 154*1.414= 217.756V Vmax = 286*1.414 = 404.404V輸入有效電流: Ids=PiVmin=39.5217.756 =0.181A (2) 輸入最大電流: Imax=IdsDmax=0.1810.4 =0.4538 A (3)輸入回路平均電流: Idc=Ids*Dmax=0.181*0.4 =0.0724

37、 A (4)空氣隙: =4*10-7*N12*AeLp=4*10-7*942*111.242.452 =1.23452.452=0.4898 mm (5)電解電容:C201 = 2* Pi = 80f/450V (實際選用:C201= 68f/450V)對于5-10W的開關電源,電容可選4.710f。10-50W的開關電源,按2.03.0f/W的容量選用。50-100W的開關電源,按2.53.5f/W的容量選用。如果濾波電容容量太小,則會使直流電壓紋波太大,容易引起開關管損壞,導致功率因數下降,諧波含量增加,電容器靜電容量的允許偏差可為±10%,最好為±5%。C>47

38、f,一般要求漏電電流:I<3*(CU)1/2 (A)電容的負載電阻 Rlc=VminIdc=217.7560.0724=3007.6 (6)3.工作頻率和周期的確定 f=1.72*103Rt Ct=1.72*10310*103*2.2*10-6=1.72*1052.2=78.18KHz (7) T=1f=178.18Khz=12.79s (8) 4.占空比和導通時間的確定 占空比最大占空比Dmax<0.5, 故選 Dmax=0.4導通時間 TON=T*Dmax =12.79*0.4 =5.11s (9) 5.鐵氧體磁芯的選型和介紹鐵氧體磁芯型號:EI32,制作時空氣隙每邊各留0.5

39、mm。EI32磁芯尺寸:B = 21.5(mm) C = 10.8±0.2 (mm) D = 10.8±0.2 (mm)磁感應強度:Bs = 2000GS磁芯有效截面積:Ae = C*D(mm2) = (10.8)*(10.8-0.5) = 111.24 (mm2)窗口面積:Be = (B-C)/4*D = (21.5-10.8)/4*10.8 = 28.89(mm2)6.計算變壓器初、次級繞組匝數和輸出電壓Vs確定初級繞組N1的匝數和電感量飽和磁通密度在100時,查表Bs=286(mT),對一般形狀、材質的鐵氧體,當工作頻率78.18KHz時,65%的飽和值Bs=286*

40、0.65=186(mT),變壓器的感應電壓從217.756V到404.404V的變動,磁感應強度也發(fā)生變化 N1=Vmin*1.3*1.9*Ton*10-6Bs*Ae =154*1.3*1.9*5.110.186*111.24 =93.94 取94匝 (11) 初級電感量:Lp=Vmin*Ton*10-6Imax=217.756*5.11*10-60.4538 =2.452mH (12) 反饋繞組N2UC2845D8的工作電壓為12V,加上整流二極管D213的管壓降1.75V,反饋繞組N2的供電電壓為13.75VVs1=12+1.750.4=34.375 V (13) N2=Vs1*Ton*104Bs*Ae =34.375*5.11*1042000*111.24 =1756.5222.48 =7.89 取8 匝 (14) 次級繞組N3 輸出電壓=2