高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的單端反激設(shè)計(jì)

高頻開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源的單端反激設(shè)計(jì)

1、體積小、重量小電源是能源電子技術(shù)的重要領(lǐng)域。其中，高頻開關(guān)直壓電源具有效率高、體積小、重量輕等特點(diǎn)，獲得了廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源的控制電路可以分為電壓控制型和電流控制型,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)到較高的線形調(diào)整率精度,后者,較電壓控制型有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。2、流型脈寬調(diào)制器本文采用單端反激式。所謂單端,是指高頻變壓器的磁芯僅工作在磁滯回線的一側(cè),并且只有一個(gè)輸出端。所謂反激,是指開關(guān)功率管導(dǎo)通時(shí),后級整流二極管截止,電能將儲(chǔ)存在高頻變壓器的初級電感線圈中;當(dāng)開關(guān)功率管關(guān)斷時(shí),后級整流二極管導(dǎo)通,初級線圈上的電能通過磁芯的藕合傳輸給次級繞組,并經(jīng)過后級整流二極管輸出。UC3842簡介。UC3842是國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的一種電流控制型脈寬調(diào)制器。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈電流的信號與誤差放大器輸出信號進(jìn)行比較,從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng),因此,無論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高,是比較理想的控制器。同時(shí),UC3842是單電源供電,帶電流正向補(bǔ)償,單路調(diào)制輸出的集成芯片,主要用于高頻中小容量開關(guān)電源,用它構(gòu)成的電路在驅(qū)動(dòng)開關(guān)管時(shí),通常將誤差比較器的反向輸入端通過反饋電路經(jīng)電阻分壓得到的信號與內(nèi)部2.5V基準(zhǔn)進(jìn)行比較,誤差比較器的輸出端與反向輸入端用RC元件接成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),誤差比較器的輸出端與電流采樣電壓進(jìn)行比較,從而控制PWM序列的占空比,達(dá)到電路穩(wěn)定的目的。它主要包括高頻振蕩、誤差比較、欠壓鎖定、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存等功能電路。芯片工作起動(dòng)電壓是16V,關(guān)閉電壓是10V,6V的起動(dòng)與關(guān)閉電壓差可有效防止電路在閥值電壓附近工作而引起的振蕩。芯片起動(dòng)電流為1mA,所以,芯片可以對高壓用電阻降壓起動(dòng),待起動(dòng)完成后由饋電繞組供電。還提供5V的基準(zhǔn)電壓,帶載能力50mA。在UC3842的輸入端與地之間,還有34V的穩(wěn)壓管,一旦輸入端出現(xiàn)高壓,該穩(wěn)壓管就被反向擊穿,將供電電壓鉗位于34V,保護(hù)芯片不致?lián)p壞。如圖所示為開關(guān)電源的電路。3、供電工作原理3.1橋式流的ds-d4交流電(AC110～220V/50Hz)由J2-1進(jìn)入,經(jīng)過R2送至由D1-D4組成的橋式整流,并由C1濾波,把交流電變換為直流電(當(dāng)輸入交流電110V時(shí),整流后的直流為155V左右,當(dāng)輸入交流電220V時(shí),整流后的直流為300V左右),圖1。3.2u402v-c3接通輸入電源VIN后,電流ig通過啟動(dòng)電阻R5給電容C3,C11充電,當(dāng)C3,C11電壓達(dá)到UC3842啟動(dòng)電壓門檻值16V時(shí),UC3842開始工作并提供驅(qū)動(dòng)脈沖,由6端輸出推動(dòng)開關(guān)管Q1工作,輸出信號為高低電壓脈沖。高電壓脈沖期間,開關(guān)功率管Q1導(dǎo)通,電流通過變壓器初級繞組NP,同時(shí)把能量儲(chǔ)存在變壓器中。根據(jù)同名端標(biāo)識(shí)情況,此時(shí)變壓器各路副邊沒有能量輸出。當(dāng)6腳輸出的高電平脈沖結(jié)束時(shí),開關(guān)功率管Q1截止,根據(jù)楞次定律,變壓器初級繞組NP為維持電流不變,產(chǎn)生下正上負(fù)的感生電動(dòng)勢,此時(shí)其他邊各路二極管導(dǎo)通,向外提供能量。同時(shí)輔助繞組Nb向UC3842供電。UC3842啟動(dòng)工作后,C3,C11為UC3842提供穩(wěn)定的工作電壓VCC,VCC通過R9,R19,光耦817,R8組成的分壓取樣電路,電壓通過2腳被反饋到UC3842內(nèi)部的誤差放大器并和基準(zhǔn)電壓比較得到誤差電壓Vr;同時(shí)在取樣電阻R3上建立的電壓也被反饋到UC3842電流測定比較器的同相輸入端,這個(gè)檢測電壓和誤差電壓Vr相比較,產(chǎn)生脈沖寬度可調(diào)的驅(qū)動(dòng)信號,用來控制開關(guān)功率管Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,以決定高頻變壓器的通斷狀態(tài),從而達(dá)到輸出穩(wěn)壓的目的。考慮到VCC及Vref上的噪聲電壓也會(huì)影響輸出的脈沖寬度,因此,在UC3842的腳7和腳8上分別接有消噪電容C3,C11和C10。R7是開關(guān)功率管Q1的柵極限流電阻。3.3rcd束位電路吸收箝位電路由C2,R20,R4和D6組成,Q1截止后,由于變壓器存在漏感,而漏感能量不能通過變壓器耦合到NS繞組釋放,如果沒有RCD箝位電路,漏感中的能量將會(huì)在Q1關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到Q1極間電容和電路中的其它雜散電容中,此時(shí)Q1集電極將會(huì)承受較高的開關(guān)應(yīng)力,若加上RCD箝位電路,漏感中的大部分能量將在Q1關(guān)斷瞬間轉(zhuǎn)移到箝位電路的箝位電容C2上,然后這部分能量被箝位電阻R20,R4消耗,這樣就大大減少了開關(guān)管的電壓應(yīng)力。3.4光催化作用發(fā)揮當(dāng)負(fù)載變化或其它因素引起輸出電壓VO變高,通過R6和R13、VR2組成的電壓取樣電路和C9加速電容,TL431控制端1電壓會(huì)高于它基準(zhǔn)電壓2.5V,這時(shí)通過TL431的電流增加,加在光耦發(fā)光二極管的電壓也增大,光耦發(fā)光增強(qiáng),光耦C-E極間電阻變小,UC3842的2腳電壓升高,促使片內(nèi)對PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié),減少占空比,通過Q1D-S極電流變小,變壓器儲(chǔ)能減少,輸出電壓降低。反之,VO變低,通過R6和R13、VR2組成的電壓取樣電路和C9加速電容,TL431控制端1電壓會(huì)高于它基準(zhǔn)電壓2.5V,這時(shí)通過TL431的電流減弱,加在光耦發(fā)光二極管的電壓也變小,光耦發(fā)光減弱,光耦C-E極間電阻變大,UC38422腳電壓降低,促使片內(nèi)對PWM比較器進(jìn)行調(diào)節(jié),增大占空比,通過Q1D-S極電流變大,變壓器儲(chǔ)能增加,輸出電壓升高。3.5濾波電容c7的特性當(dāng)Q1關(guān)斷時(shí),初級繞組NP變成下正上負(fù),NS上正下負(fù),D7導(dǎo)通,存儲(chǔ)在變壓器中的能量通過D7供應(yīng)給負(fù)載同時(shí)給電容C7充電。在開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),變壓器是不給負(fù)載供電的,這時(shí)只能靠電容給負(fù)載供電,C7越大,儲(chǔ)存的能量就越多,供應(yīng)同樣的負(fù)載,電壓下降就越少,換言之,輸出電壓就越穩(wěn)定,所以C7越大越好。在選取濾波電容時(shí),還要考慮它的耐壓,耐壓一定要比輸出電壓高,最好是留有一定的耐壓余地。R7是假負(fù)載,釋放掉濾波電容C7的部分能量,起到改善電路間歇振蕩的效果。R7的阻值小,對改善電路間歇振蕩效果比較好,但太小會(huì)增加無用的功耗,降低電路效率,它的阻值大小一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或電路調(diào)試確定。由于開關(guān)電源的工作頻率都比較高,所以D7采用響應(yīng)速度比較快的肖特基整流二極管,在選原件時(shí)除了要考慮響應(yīng)速度外,還要考慮它的額定工作電流,一般要比額定電流大3倍以上,除此還要考慮它的耐壓,因?yàn)殚_關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí),初級繞組NP上的電壓(上正下負(fù))基本上是輸入電壓,NS也感應(yīng)了對應(yīng)的比例電壓(下正上負(fù)),再加上濾波電容C7的電壓,所以整流肖特基二極管的反向耐壓必須大于兩者的和,并留有一定的余量。4、靜接合器如果由于某種原因,輸出端短路而產(chǎn)生過流,開關(guān)管Q1的漏極電流將大幅度上升,R3兩端的電壓上升,UC3842的腳3上的電壓也上升。當(dāng)該腳的電壓超過正常值0.3V達(dá)到1V時(shí),UC3842的PWM比較器輸出高電平,使PWM鎖存器復(fù)位,關(guān)閉輸出。這時(shí),UC3842的腳6無輸出,Q1截止,從而保護(hù)了電路。5、dm