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一种新颖的单端反激式隔离开关稳压电源的设计及应用
http://www.dykf.com  2014-1-19  电源开发网
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1引言

在大功率开关电源中,经常需要几组隔离电源对控制、开关管的门极驱动和保护电路进行单独供电。简单实用,性能可靠的隔离稳压电源将是开关电源可靠运行、性能优良的保证。正因如此,我们选择了UC3842PWM控制器作为隔离开关稳压电源的核心器件,并力求电源简单实用、性能可靠。

2UC3842PWM控制器简介UC3842是一种高性能的固定频率电流型控制器,单端输出,可直接驱动双极型晶体管和MOSFET,具有管脚数量少、外围电路简单、安装与调试简便、性能优良、价格低廉等优点。能通过高频变压器与电网隔离,适于构成无工频变压器的(20~50)W小功率开关电源。由于器件设计巧妙,构成电路所需的元件极少,非常符合“适用、够用、好用”的原则。在一些只有直流电压供电的场合,更是起着不可或缺的作用,有着很好的应用前景。

其内部电路主要有以下性能:

最高开关频率可达500kHz。

采用图腾柱输出电路,能够提供大电流输出,输出电流可达1A,可直接对双极型晶体管和MOSFET进行驱动。

内部有高稳定度的基准电压源,典型值为5.0V,

允许有±0.1V的偏差。温度系数为0.2mV/℃

稳压性能好。其电压调整率可达0.01%/V,能同第二代线性集成稳压器相媲美。启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。

带锁定的PWM,可以进行逐个脉冲的电流限制。

具有内部可调整的参考电源,可以进行欠压锁定。

图1为UC3842PWM控制器的内部结构框图。其内部基准电路产生+5V基准电压作为UC3842内部电源,经衰减得2.5V电压作为误差放大器基准,并可作为电路输出5V/50mA的电源。振荡器产生方波振荡,振荡频率取决于外接定时元件,接在4脚与8脚之间的电阻R与接在4脚与地之间的电容C共同决定了振荡器的振荡频率,f=1.8/RC。反馈电压由2脚接误差放大器反相端。1脚外接RC网络以改变误差放大器的闭环增益和频率特性;6脚输出驱动开关管的方波为图腾柱输出。3脚为电流检测端,用于检测开关管的电流,当3脚电压≥1V时,UC3842就关闭输出脉冲,保护开关管不至于过流损坏。UC3842PWM控制器设有欠压锁定电路,其开启阈值为16V,关闭阈值为10V。正因如此,可有效地防止电路在阈值电压附近工作时的振荡。

图1UC3842的内部结构框图

图2单端反激式开关电源电路原理图

图3单端反激式开关电源实际电路原理图 

图4原、副边绕组电压波形

图5UC38424脚和6脚波形

图6检测电阻的电流波形

3单端反激式隔离开关稳压电源的原理与设计

图2为单端反激式隔离开关电源电路原理图。当开关管V导通时,变压器原边电压近似为输入电压,但副边因整流管反偏而无电流流过,变压器储存磁场能量。当开关管V关断时,各线圈电压反向,整流管正向导通,变压器储存的能量通过整流管向负载释放。单端变压器必须满足的一个条件是要保证磁通复位,即变压器工作磁通必须在每个周期都回到原来的位置,否则将导致磁芯经过多个周期后逐渐达到饱和而烧毁开关管。

图3为单端反激式隔离开关电源实际电路原理图。由于大功率电源中有+24V的直流电压,所以本电源的输入电压取为24V。7815经一发光二极管抬升电位后启动UC3842工作,反馈线圈12的电压整流后经取样电阻分压回送到UC3842的误差放大器反向端来调整驱动脉冲宽度,从而改变输出电压。根据实际给定的定时元件的数值,UC3842的工作频率为166.7kHz。R4=0.5Ω为电流检测电阻,其上的检测信号经低通滤波器后与斜率补偿信号相加送到UC3842的3脚,当开关管流过的电流超过2A时,UC3842关断,从而保护了开关管不致损坏。采用斜率补偿后,电路在任何占空比条件下也变得稳定。与开关管并联的电容C4是为了消除开关管的尖峰电压。变压器采用印刷电路板变压器,不需要人工绕线,简化了变压器的制作过程,同时使整个电源的体积减小,使线圈之间完全耦合(见图4),并能根据需要很方便地增加或减少输出的组数。变压器变比为1,原边线圈和副边线圈成对叠放(为耦合得更好),再加上一组反馈线圈。由此来保证输出多组隔离的24V稳定电压。

4实验分析及结论

图5为UC3842的4脚三角波振荡波形(Ch1)和6脚驱动开关管的方波(Ch2),图6为检测电阻(R4)的电流波形。图4为原、副边绕组电压波形,这是轻载条件下的波形,振荡是由高频变压器和C4谐振引起的,加载后,振荡幅度将明显减小,不影响整个系统的性能。这些波形及其测试值与理论上的波形及计算值基本符合。此开关电源已应用于15kW直流稳压开关电源中,试验证明完全符合预定的性能指标要求。

来源:电源技术应用  作者:吴勇军 刘…  点击:  录入:admin
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