電流連續(xù)模式下單端反激變換器的設(shè)計

電流連續(xù)模式下單端反激變換器的設(shè)計

0開關(guān)穩(wěn)壓電源電路開關(guān)壓源的核心部分是一個直流變換器，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部功率損失小、轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量輕。高頻功率場效應(yīng)管的采用,以及新型拓?fù)浼夹g(shù)和集成更多控制和監(jiān)視功能的小型PWM集成芯片的出現(xiàn)大大減小了電源的體積。開關(guān)穩(wěn)壓電源工作頻率基本在50KHZ以上,是線性穩(wěn)壓電源工作頻率的1000倍以上,使得開關(guān)電源濾波效率大大提高。隨著電子技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展,開關(guān)穩(wěn)壓電源在儀器儀表、計算機(jī)、通信、醫(yī)療儀器等方面得到了越來越多的廣泛應(yīng)用,發(fā)揮了不可取代的巨大作用。按功率開關(guān)的連接方式劃分,開關(guān)穩(wěn)壓電源分為單端正激式開關(guān)電源電路、單端反激式開關(guān)電源電路、推挽式開關(guān)電源電路。本文采用單端反激式開關(guān)穩(wěn)壓電源電路并在電感電流連續(xù)導(dǎo)電模式工作,同時采用高性能固定頻率電流模式控制器UC3842驅(qū)動開關(guān)管,并通過電流電壓反饋網(wǎng)絡(luò)使得輸出更精準(zhǔn)。在理論分析同時通過仿真軟件saber進(jìn)行了驗證。1采樣電壓變誤識別如圖1所示電路的工作原理如下。該電路輸出接負(fù)反饋閉環(huán)的采樣電壓Vom與參考電壓比較,產(chǎn)生的誤差信號控制Q1的導(dǎo)通時間,是輸出采樣電壓在負(fù)載變化和輸入電壓變化時跟隨參考電壓變化。圖中所示變壓器為反激變換器類型。2腳控制及顯示電路UC3842各管腳功能說明如圖3所示,各管腳功能為:(1)腳誤差放大器輸出,可用于環(huán)路補(bǔ)償。(2)腳誤差放大器反相輸入,通常通過分壓電阻器連至電源輸出。(3)腳電流取樣,一個正比于電感器電流的電壓接至此輸入,脈寬調(diào)制器用此信號控制開關(guān)的導(dǎo)通。(4)腳調(diào)節(jié)Rt、Ct參數(shù)值使振蕩器頻率和最大輸出占空比可調(diào)。工作頻率可達(dá)500kHZ。(5)腳控制電路和電源公共地。(6)腳直接驅(qū)動功率MOSFET柵極,高達(dá)1A的峰值電流經(jīng)此管腳拉和灌。(7)腳控制集成電路的正電源,有欠壓、過壓鎖定功能。(8)腳參考輸出,通過電阻Rt向電容Ct提供充電電流,典型值為5V。工作原理:7腳接通直流電源之后,內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生+5V基準(zhǔn)電壓,電容Ct由+5V基準(zhǔn)電壓通過Rt充電,充至約2.8V再由內(nèi)部電流宿放電至1.2V,充放電如此循環(huán)形成鋸齒波。鋸齒波經(jīng)由內(nèi)部振蕩器形成矩形時鐘脈沖。本文中選Rt為5K、Ct為2.2nf,由f=1.72/RtCt得f約為150kHZ.2腳接入電壓反饋輸入信號與+5V產(chǎn)生的2.5V基準(zhǔn)電壓經(jīng)誤差放大器比較后由1腳輸出,同時送至電流比較器反相輸入端與3腳輸入的反激變壓器初級電流采樣信號相比較,比較結(jié)果作為脈寬調(diào)制鎖存器的復(fù)位信號(高電平有效)。當(dāng)3腳檢測電壓大于1V時鎖存器復(fù)位,輸出低電平直至下一個脈沖下降沿到來輸出高電平。本文中2管腳接地,電壓采樣信號直接接至1管腳,縮短了反應(yīng)時間同時采用可調(diào)穩(wěn)壓管TL431和光電耦合器OPB871實(shí)現(xiàn)了電氣隔離減少了電磁干擾。3漏感主機(jī)器輸放口本文以80w的常用輸入(90VAC~270VAC)齊納管吸收漏感能量,選MOSFET額定電壓為600V,開關(guān)頻率為150KHZ,設(shè)計輸出5V.1A,12V.2A的反激變換器。3.1齊納管zd1的穩(wěn)定值vz和等效輸出電壓vo3.2自治比n3.3占空比d3.4u3000電流傾斜中心值二次電流斜坡中心值為Il=Io/(1-D)=16/0.438≈36.53A,二次電流斜坡中心值為Ilr=Il/n=36.53/22.86≈1.60A,峰值開關(guān)電流Ipk=(1+r/2)×Ilr=1.25×1.6=2A,r為電流紋波率設(shè)計離線變壓器時,考慮降低損耗、減小體積等原因,通常將r設(shè)定為0.5左右。3.5鐵氧體材料細(xì)度鐵氧體材料是功率變壓器最常用的軟磁材料,它電阻率較高、價格較低、渦流損耗較低,本文選用PC40材質(zhì)的鐵氧體材料。Ve=0.7×(2+r)2×Pin/r/f=0.7×2.52×114.2/0.5/150=6.66cm3,在EI型磁芯規(guī)格及參數(shù)表中查出EI-35磁芯,其有效面積Ae=1.01cm2,等效長度Le=6.71cm則可得體積為Ve=Ae×Le=1.01×6.71=6.777cm3。3.6連接3.7氣距長度為l4電壓采樣及反饋電路反激變換器總電路圖如圖4所示,輸入220V交流電壓經(jīng)整流二極管整流后,通過電容C4濾波得到約310V直流,通過電阻r10、r11分壓給UC3842的7腳供電。穩(wěn)壓管zd1通過二極管D3跨接在變壓器一次側(cè)用于吸收一次側(cè)未耦合到二次側(cè)的電感能量,避免在開關(guān)關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓高峰,保護(hù)了開關(guān)管。電阻r2為電流反饋電阻,當(dāng)UC3842的3腳電壓高于1V時振蕩器停震保護(hù)功率管。電壓采樣及反饋電路由r5、r6、r7、r8、R5,R6,光耦、三端可調(diào)穩(wěn)壓管tl431組成。當(dāng)輸出電壓升高時,輸出電壓經(jīng)r5及r6分壓得到的采樣電壓也升高,穩(wěn)壓值也升高,流過光耦中發(fā)光二極管中的電流減小,導(dǎo)致流過光電三極管中的電流減小,誤差放大器的增益變大,導(dǎo)致UC3842腳6輸出驅(qū)動信號的占空比變小,輸出電壓下降,達(dá)到穩(wěn)壓的目的。當(dāng)輸出電壓降低時,誤差放大器的增益變小,輸出的開關(guān)信號占空比變大,最終使輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定的值。圖中VOUT1、VOUT2分別為12V、5V輸出。仿真結(jié)果如圖5所示,曲線a、b分別為為12V、5V輸出,c、d為相對應(yīng)的輸出電流2A、1A,曲線e為UC3842PWM輸出波形,f為決定振蕩器頻率的鋸齒波,頻率為150KHZ,曲線g為PWM芯片產(chǎn)生的5V基準(zhǔn)電壓,曲線h為電流采樣電阻r2的采樣電流。5關(guān)變換器測試本文基于高性能、固定頻率、電流模式控制器U