多路隔離輸出的車(chē)載輔助電源設(shè)計(jì)

1、多路隔離輸出的車(chē)載輔助電源設(shè)計(jì)反激變換器具有結(jié)構(gòu)容易、輸入輸出電氣隔離、調(diào)整范圍寬、易于多路輸出等特點(diǎn)，因而適合于設(shè)備內(nèi)的輔助。本文所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)是一種小型車(chē)載電源，通過(guò)蓄電池供電，為車(chē)內(nèi)的主控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等提供所需的輔助電源，此電源具有多組隔離輸出、結(jié)構(gòu)容易、性能牢靠、成本低廉等特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)電源的控制電路可分為電壓控制型和控制型，前者是一個(gè)單閉環(huán)電壓控制系統(tǒng)，系統(tǒng)響應(yīng)慢，很難達(dá)到較高的電壓調(diào)節(jié)率；后者是一個(gè)電壓、電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，較電壓控制型有不行比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文所設(shè)計(jì)的電源挑選了uc3842電流型控制器作為隔離開(kāi)關(guān)的核心。1 uc3842 控制器簡(jiǎn)介uc3842是

2、一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可挺直驅(qū)動(dòng)，具有管腳數(shù)量少、外圍電路容易、安裝與調(diào)試簡(jiǎn)便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)高頻與供電電源隔離，十分適于2050w的小功率的輔助電源，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)l所示。它具有兩個(gè)控制環(huán)路，一個(gè)是輸出電壓反饋誤差，用于同基準(zhǔn)電壓比較后產(chǎn)生誤差電壓；另一個(gè)是變壓器原邊中的電流在采樣上產(chǎn)生的電壓與誤差電壓舉行比較調(diào)整調(diào)制脈沖的寬度，這些都是在時(shí)鐘所限定的固定頻率下工作。其主要特點(diǎn)如下。1)良好的負(fù)載調(diào)節(jié)率 由于誤差放大器可特地用于控制因?yàn)樨?fù)載變幻造成的輸出電壓變幻。2)電壓調(diào)節(jié)率好，可達(dá)到0 01v 這是因?yàn)檩斎腚妷旱淖兓每闪⒖谭从碁樽儔浩髟呺娏鞯淖兓?，它?/p>

3、經(jīng)過(guò)任何誤差放大器就能在中轉(zhuǎn)變輸出脈沖寬度，再加上一級(jí)輸出電壓至誤差放大器控制，能夠使電壓調(diào)節(jié)率更好。3)過(guò)流庇護(hù)電路的簡(jiǎn)化因?yàn)椴蓸与娮枭系男盘?hào)對(duì)應(yīng)變壓器原邊電流的峰值，所以形成逐個(gè)脈沖限流電路，只要采樣電阻上電壓達(dá)到1v，脈寬調(diào)制器就立刻關(guān)閉，而這種峰值電流檢測(cè)技術(shù)可以敏捷地、精確地限制輸出的最大電流。4)誤差放大器補(bǔ)償電路容易，穩(wěn)定度提高并充實(shí)了頻率響應(yīng)這是因?yàn)椴蓸与娮枭蠙z測(cè)的峰值電流值能代表其平均值大小，囫圇電路可以看作一個(gè)誤差電壓控制源，變換器由雙極點(diǎn)變?yōu)閱螛O點(diǎn)。5)采納電流環(huán)的自動(dòng)穩(wěn)流電流峰值控制可充實(shí)開(kāi)關(guān)調(diào)整系統(tǒng)的穩(wěn)定性和瞬態(tài)特性，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)影響時(shí)，只要被檢測(cè)的電流發(fā)生變幻，就

4、立刻反映到控制電路中，使之自動(dòng)調(diào)整，而不會(huì)象單環(huán)調(diào)壓系統(tǒng)那樣要等輸出電壓發(fā)生變幻后，才調(diào)整控制端，雙閉環(huán)控制系統(tǒng)很好地提高了穩(wěn)壓電源的響應(yīng)速度。6)欠壓鎖定電路其開(kāi)啟電壓為16v，關(guān)閉電壓為10v,uc3842的電源可以由高壓直流電通過(guò)一個(gè)降壓電阻來(lái)提供，6v的啟動(dòng)關(guān)閉電壓回差可以有效地防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)的振蕩：在uc3842的輸入端設(shè)有一個(gè)36v齊納管，保證內(nèi)部電路肯定工作在36v以下，防止可能高壓帶來(lái)的損壞。7)圖騰柱式輸出 uc3842輸出給開(kāi)關(guān)管的平均電流為±200ma，最大峰值電流可達(dá)l.oa，輸出低電平為16v，輸出高電平為134v，故適合驅(qū)動(dòng)雙極晶體管或者mo

5、sfet。芯片內(nèi)部設(shè)置有pwm鎖存器，可保證輸出端在每個(gè)振蕩周期內(nèi)僅浮現(xiàn)一個(gè)單控制脈沖，防止噪聲干擾和功率管的超功耗。2 電路設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的多路輸出反激變換器，輸人為24v鉛酸蓄電池，直流輸出有4路(+145v×2、+5v、一14 5v)，一路溝通母線方式輸出(14 5v)，可以擴(kuò)展多路隔離輸出。設(shè)計(jì)原理2所示。2.1 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)由r11、c7、c8組成芯片啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)，由蓄電池直流電提供應(yīng)芯片腳7大于16v的電壓，使得uc3842開(kāi)頭正常工作。22工作頻率設(shè)定uc3842的工作頻率由式(1)設(shè)定，即式中：r為腳4與腳8間電阻，ct為腳4接地。uc3842的工作頻率很寬，

6、最高工作頻率為500khz。本設(shè)計(jì)?。簉t=43 k,ct=lnf；則fs=42khz。23 高頻變壓器的設(shè)計(jì)高頻變壓器具有儲(chǔ)能、隔離的作用，所以在反激變換器設(shè)計(jì)中，變壓器的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。在磁芯大小、原邊值、氣隙大小、原邊線圈的匝數(shù)以及各個(gè)耦合繞組的繞法等問(wèn)題都需要認(rèn)真計(jì)算和考慮。為了削減變壓器的體積和降低損耗，普通采納高頻低耗的磁芯。高性能功率鐵氧體磁芯具有高初始磁導(dǎo)率i、低矯頑力hc、高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度鼠、低剩磁bt、高電阻率p和高居里溫度c，等優(yōu)點(diǎn)。磁導(dǎo)率高，則變壓器工作時(shí)勵(lì)磁電流就小；矯頑力低，則磁滯損耗比較??；飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、剩磁低，則變壓器工作時(shí)磁通變幻范圍可以較大，相應(yīng)減小了變壓器

7、的體積；電阻率高，則高頻工作時(shí)渦流損耗比較?。痪永餃囟雀撸儔浩鞴ぷ鳒囟瓤梢韵鄳?yīng)提高。但是，以上各項(xiàng)要求在同一種磁性材料中不行能同時(shí)得到滿足，要視詳細(xì)應(yīng)用舉行挑選。本設(shè)計(jì)選用國(guó)產(chǎn)ncd lp2材料的鐵氧體磁芯，它主要適用于20150 khz的中高頻開(kāi)關(guān)電源中，在此頻率范圍內(nèi)材料具有很低的磁芯損耗，且損耗呈負(fù)溫度系數(shù)，因而可有效抑制變雎器的溫升。eer28型磁芯形狀3所示，形狀尺寸如表l所列，性能如表2所列。在磁芯里增強(qiáng)氣隙有兩個(gè)作用：一是使得磁滯回線傾斜，可以降低磁導(dǎo)率，以便在挑選一定線圈匝數(shù)時(shí)，可以得到所設(shè)計(jì)的變壓器的電感值；二是可以在增大線圈電流值的狀況下磁芯也不易飽和。變壓器原邊電感是個(gè)

8、很重要的參數(shù)，它的值贏接影響囫圇電源的性能，原邊線圈的導(dǎo)線應(yīng)盡可能粗，這樣可以有效地削減集膚效應(yīng)。所加的氣隙不能太小，否則磁芯易飽和；同時(shí)也不能太大，否則將引起原邊漏感增大而致使線圈發(fā)熱，增大損耗。反激變壓器的各個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)如下。首先確定輸出功率，設(shè)定工作的占空比(此處取o33)。在確定工作頻率的基礎(chǔ)上可得輸出功率po為式中：lp為變壓器原邊電感值；ipk為原邊電感電流峰值。變換器工作在斷續(xù)狀態(tài)模式，則有式中：為最大占空比)為開(kāi)通時(shí)光；vin為原邊輸入電壓值。由式(2)和(3)可得由于輸出電壓為一方波，一個(gè)導(dǎo)通周期的伏秒特性與原邊匝數(shù)的關(guān)系為式中：bw為變壓器磁芯的工作磁通密度，對(duì)于磁芯工作磁

9、通密度，普通由飽和值bs打算，取值稍低于磁化曲線的拐點(diǎn)，bw取值過(guò)高則易使得磁芯飽和，取值過(guò)低則降低變壓器的利用率，此處取bw=o6bs；ae為變壓器磁芯的有效截面積。對(duì)于二次側(cè)的各個(gè)繞組按輸入最低電壓vin-min和最大占空比計(jì)算，則式中：voi為輸出支路電壓；vd為二次側(cè)整流壓降；vl為繞組壓降，可忽視不計(jì)；ni為相應(yīng)輸出支路的匝數(shù)。在不考慮邊緣磁通和磁芯磁阻的前提下，變壓器磁芯氣隙長(zhǎng)度由式(7)確定，即按照所設(shè)計(jì)電路：po=20 w，vin=2426v，fs=42 khz，dmax=o33，采樣電阻rs=0125的要求；可以計(jì)算出ipk=5 a，lp=38h，g=046mm，n1=13，

10、n2=17(+145 v反饋支路)，n3=17(一145 v支路)，n4=17(單路+14 5v)，n5=7(單路+5v)，n6=17(14.5 v溝通母線)。變壓器原邊用26awg漆包線(兩股)，副邊均采納單股26awg漆包線。2.4 緩沖庇護(hù)電路的設(shè)計(jì)在所設(shè)計(jì)的電路中rl0、d3、c4組成的緩沖庇護(hù)網(wǎng)絡(luò)，可以有效地防止功率開(kāi)關(guān)管關(guān)斷過(guò)程中承受大的反壓。由式(8)可得各個(gè)參數(shù)的詳細(xì)數(shù)值。式中：vds是mosfet的漏源極間的最大電壓值；is是漏極最大電流值。此電路中vds=42v，is=5 a，由此可得r10=30，c4=68 nf，pr10=3w 。3 實(shí)驗(yàn)分析基于以上的設(shè)計(jì)步驟，研制了實(shí)

11、驗(yàn)樣機(jī)并舉行了實(shí)驗(yàn)。圖4中分離為反激變換器工作在斷續(xù)模式(dcm)下的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形、vds電壓波形和采樣電阻上的波形。由圖4可知，在開(kāi)關(guān)管上加上緩沖庇護(hù)電路后，使得開(kāi)關(guān)管所承受的應(yīng)力大大減小，vds。的波形越發(fā)趨近于抱負(fù)狀況，很好地起到了對(duì)開(kāi)關(guān)管的庇護(hù)作用。圖5中分離為反激變換器工作在延續(xù)模型(ccm)下的開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形、vds電壓波形和采樣電阻上的波形。由圖5可知，變壓器原邊電流的升高率在兩種工作狀態(tài)下是全都的，可以看到在額定負(fù)載和輕載下電路自身的調(diào)整作用的穩(wěn)定性和精確性。電壓調(diào)節(jié)率的測(cè)試結(jié)果如表3所列，所設(shè)計(jì)的反激變換器在不同的負(fù)載條件下，反饋支路輸出電壓的變幻率控制在15以?xún)?nèi)，為所需供電設(shè)備提供了優(yōu)良的穩(wěn)壓電源。如表4所列，當(dāng)電路工作在輸入電壓24v額定功率時(shí)，測(cè)得變換器的效