一種新穎的單端反激式隔離開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

一種新穎的單端反激式隔離開關(guān)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1引言

在大功率開關(guān)電源中，經(jīng)常需要幾組隔離電源對(duì)控制、開關(guān)管的門極驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路進(jìn)行單獨(dú)供電。簡單實(shí)用，性能可靠的隔離穩(wěn)壓電源將是開關(guān)電源可靠運(yùn)行、性能優(yōu)良的保證。正因如此，我們選擇了UC3842PWM控制器作為隔離開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心器件，并力求電源簡單實(shí)用、性能可靠。

2UC3842PWM控制器簡介UC3842是一種高性能的固定頻率電流型控制器，單端輸出，可直接驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管和MOSFET，具有管腳數(shù)量少、外圍電路簡單、安裝與調(diào)試簡便、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。能通過高頻變壓器與電網(wǎng)隔離，適于構(gòu)成無工頻變壓器的（20～50）W小功率開關(guān)電源。由于器件設(shè)計(jì)巧妙，構(gòu)成電路所需的元件極少，非常符合“適用、夠用、好用”的原則。在一些只有直流電壓供電的場合，更是起著不可或缺的作用，有著很好的應(yīng)用前景。

其內(nèi)部電路主要有以下性能：

?最高開關(guān)頻率可達(dá)500kHz。

?采用圖騰柱輸出電路，能夠提供大電流輸出，輸出電流可達(dá)1A，可直接對(duì)雙極型晶體管和MOSFET進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

?內(nèi)部有高穩(wěn)定度的基準(zhǔn)電壓源，典型值為5.0V，

允許有±0.1V的偏差。溫度系數(shù)為0.2mV/℃

?穩(wěn)壓性能好。其電壓調(diào)整率可達(dá)0.01％/V,能同第二代線性集成穩(wěn)壓器相媲美。啟動(dòng)電流小于1mA，正常工作電流為15mA。

?帶鎖定的PWM，可以進(jìn)行逐個(gè)脈沖的電流限制。

?具有內(nèi)部可調(diào)整的參考電源，可以進(jìn)行欠壓鎖定。

圖1為UC3842PWM控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。其內(nèi)部基準(zhǔn)電路產(chǎn)生＋5V基準(zhǔn)電壓作為UC3842內(nèi)部電源，經(jīng)衰減得2.5V電壓作為誤差放大器基準(zhǔn)，并可作為電路輸出5V/50mA的電源。振蕩器產(chǎn)生方波振蕩，振蕩頻率取決于外接定時(shí)元件，接在4腳與8腳之間的電阻R與接在4腳與地之間的電容C共同決定了振蕩器的振蕩頻率，f=1.8/RC。反饋電壓由2腳接誤差放大器反相端。1腳外接RC網(wǎng)絡(luò)以改變誤差放大器的閉環(huán)增益和頻率特性；6腳輸出驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的方波為圖騰柱輸出。3腳為電流檢測端，用于檢測開關(guān)管的電流，當(dāng)3腳電壓≥1V時(shí)，UC3842就關(guān)閉輸出脈沖，保護(hù)開關(guān)管不至于過流損壞。UC3842PWM控制器設(shè)有欠壓鎖定電路，其開啟閾值為16V，關(guān)閉閾值為10V。正因如此，可有效地防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)的振蕩。

圖1UC3842的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

圖2單端反激式開關(guān)電源電路原理圖

圖3單端反激式開關(guān)電源實(shí)際電路原理圖

圖4原、副邊繞組電壓波形

圖5UC38424腳和6腳波形

圖6檢測電阻的電流波形

3單端反激式隔離開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理與設(shè)計(jì)

圖2為單端反激式隔離開關(guān)電源電路原理圖。當(dāng)開關(guān)管V導(dǎo)通時(shí)，變壓器原邊電壓近似為輸入電壓，但副邊因整流管反偏而無電流流過，變壓器儲(chǔ)存磁場能量。當(dāng)開關(guān)管V關(guān)斷時(shí)，各線圈電壓反向，整流管正向?qū)ǎ儔浩鲀?chǔ)存的能量通過整流管向負(fù)載釋放。單端變壓器必須滿足的一個(gè)條件是要保證磁通復(fù)位，即變壓器工作磁通必須在每個(gè)周期都回到原來的位置，否則將導(dǎo)致磁芯經(jīng)過多個(gè)周期后逐漸達(dá)到飽和而燒毀開關(guān)管。

圖3為單端反激式隔離開關(guān)電源實(shí)際電路原理圖。由于大功率電源中有＋24V的直流電壓，所以本電源的輸入電壓取為24V。7815經(jīng)一發(fā)光二極管抬升電位后啟動(dòng)UC3842工作，反饋線圈12的電壓整流后經(jīng)取樣電阻分壓回送到UC3842的誤差放大器反向端來調(diào)整驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，從而改變輸出電壓。根據(jù)實(shí)際給定的定時(shí)元件的數(shù)值，UC3842的工作頻率為166.7kHz。R4=0.5Ω為電流檢測電阻，其上的檢測信號(hào)經(jīng)低通濾波器后與斜率補(bǔ)償信號(hào)相加送到UC3842的3腳，當(dāng)開關(guān)管流過的電流超過2A時(shí)，UC3842關(guān)斷，從而保護(hù)了開關(guān)管不致?lián)p壞。采用斜率補(bǔ)償后，電路在任何占空比條件下也變得穩(wěn)定。與開關(guān)管并聯(lián)的電容C4是為了消除開關(guān)管的尖峰電壓。變壓器采用印刷電路板變壓器，不需要人工繞線，簡化了變壓器的制作過程，同時(shí)使整個(gè)電源的體積減小，使線圈之間完全耦合（見圖4），并能根據(jù)需要很方便地增加或減少輸出的組數(shù)。變壓器變比為1，原邊線圈和副邊線圈成對(duì)疊放（為耦合得更好），再加上一組反饋線圈。由此來保證輸出多組隔離的24V穩(wěn)定電壓。

4實(shí)驗(yàn)分析及結(jié)論

圖5為UC3842的4腳三角波振蕩波形（Ch1）和6腳驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的方波（Ch2），圖6為檢測電阻（R4）的電流波形。圖4為原、副邊繞組電壓波形，這是輕載條件下的波形，振蕩是由高頻變壓器和C4諧振引起的，加載后，振蕩幅度將明顯減小，不影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。這些波形及其測試值與理論上的波形及計(jì)算值基本符合。此開關(guān)電源已應(yīng)用于15kW直流穩(wěn)壓開關(guān)電源中，試驗(yàn)證明完全符合預(yù)定的性能指標(biāo)要求。