一种单端反激式多路输出IGBT驱动电源设计(完整版)实用资料

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一种单端反激式多路输出IGBT驱动电源设计（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）一种单端反激式多路输出IGBT驱动电源设计作者:葛黄徐,杨仁刚,唐云峰作者单位:中国农业大学信息与电气工程学院,北京100083相似文献(10条1.期刊论文王明炎单端反激式开关电源高频变压器设计-中国科技信息2021(4随着电子技术的发展,对电源小型化的要求越来越高.开关电源以体积小、重量轻、用材少、效率高等特点逐步成为电子工程师首选对象;而单端反激式开关电源在小功率开关电源中结构最为简单,且易于实现多电压输出.本文详细叙述了单端反激式开关电源中高频变压器的设计原理,并给出具体设计示例.2.期刊论文林晓伟.LINXiaowei单端反激开关电源原理与设计-电子工程师2007,33(5单端反激开关电源具有输出纹波小、输出稳定、体积小、重量轻、效率高以及具有良好的动态响应性能等许多优点,被广泛应用在小功率开关电源的设计中.UC3842是Unitorde公司推出的电流型脉宽调制器,该调制器单端输出,可以直接驱动双极型功率管或场效应管,适用于无工频变压器的20W~80W的小功率开关电源的设计.文中介绍了利用该集成芯片实现的具有双闭环电流(外回路和内回路反馈系统的单端反激开关电源的原理和设计方法.3.期刊论文高普辉.邵菊香单端反激式开关电源的恒压输出条件及实验验证-西南民族大学学报(自然科学版2004,30(3结合课题,对单端反激式开关电源的工作原理进行了分析,对其恒压和恒流两种工作状态进行了研究,最后得到了单端反激式开关电源工作在恒压输出状态的条件,实验的结果与理论完全吻合.4.学位论文郝利兵单端反激式开关电源的研制-分析、仿真与设计、硬开关与软开关2000该论文分为四章:第一章首先对开关变换器进行了概述,论述了电力电子技术领域中功率变换器的发展,对开关电源和直流变换器进行了分类,概述了功率变换器的基本知识;第二章论述了单端反激变换器的工作原理,分析了其三种工作状态,最后总结了单端反激变换器的优缺点;第三章介绍作者按某工程技术要求设计制作一台200W、有三路不同参电压及功率输出的开关电源的设计过程,具体计算了各个电路元件参数,并检测了各项技术性能指标;第四章就零电压转换(ZVT软开关技术在单端反激变换器中的实现进行了分析和论述.比较了各种软开关技术的优缺点,分析了ZVT-PWM单端反激变换器的基本电路稳态运行阶段和主要变量波形,以及主、副开关管脉宽控制波形的时序,并利用电路仿真软件对所做工作进行了计算机仿真分析,最后,用硬件实现了零电压转换(ZCT软开关单端反激变换器.5.期刊论文潘腾.林明耀.李强基于TOP224Y芯片的单端反激式开关电源-电力电子技术2003,37(2介绍了一种采用TOP224Y智能集成芯片实现的开关电源.根据TOP224Y的特性给出了单端反激式开关电源的工程设计方法.对外围电路的设计进行了分析和讨论,并在实验基础上进一步提出了改进电路性能的方法.6.会议论文杨月婷.董峰一种单端反激开关电源的谐振软开关技术的研究2005本文研究了一种单端反激拓扑、完全能量传递方式开关电源的谐振软开关技术,该技术不但可降低开关损耗,而且实现了漏感能量回收,效率比硬开关提高5﹪,并有可能使反激拓扑应用于较大功率的电源.另外通过该技术可降低电源的干扰,提高电源的带宽、功率和电源的EMC性能,达到开关电源洁净的目的.本文还通过谐振条件的分析,设计了一种基于通用芯片的可行的控制方式.7.期刊论文曲泰元.邱瑞昌.QUTai-yuan.QIURui-chang基于FA13844的单端反激式开关电源设计-通信电源技术2007,24(6介绍了一种采用FA13844电流型PWM控制芯片实现的多路输出单端反激式开关电源,根据设计要求给出了该电源的设计步骤及电路参数,并对其性能进行了实验,结果表明该电源具有较高的可靠性和稳定性,且输出纹波小.8.会议论文彭力.李剑.康勇.陈坚电流控制型单端反激式开关电源的研究1999分析了电流控制型单端反激式开关电源的工作原理,介绍了UC3842的主要功能,给出了实验结果。实验结果表晚,该电路具有控制简单、工作频率恒定、可靠性高的优点。9.学位论文吴胜益基于TOPSwitch-Ⅱ的单端反激式开关电源的研究2006随着电力电子技术的发展,电力电子设备与人们的工作、生活关系日益密切,而任何电子设备都离不开可靠的电源。进入90年代,开关电源相继进入各种电子、电器设备的应用领域,如程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等。当今开关电源正向着集成化、智能化、绿色化的方向发展,高度集成、功能强大的单片开关电源代表着当今开关电源发展的主流方向。本论文分为五章:第一章介绍了开关电源的发展史、分类及其发展趋势,同时还介绍了开关电源常用的几种控制方法,在比较了电流控制和电压控制两种模式特点的基础上,重点阐述了电流型控制开关电源的工作原理和优点。最后讲述了本课题的研究意义和工作内容。第二章首先讲述了电流型反激式开关电源的工作原理,其次,介绍了峰值电流型控制方法的优缺点,最后介绍了专用的电流型控制芯片——TOPSwitch-Ⅱ的内部结构及其工作原理。第三章在分析开关电源工作在断续状态下的基础上,推出了电流型反激式单输出开关电源系统的稳态数学模型。为以下的电路设计、分析、计算其稳态和动态性能下的一些参数提供有力的依据。第四章围绕着电流型反激式开关电源的设计和实现进行了研究。从理论和实验两方面较为深入地研究了单片集成开关稳压电源的特性,并介绍了电流型单端反激式开关电源的设计方法。依据给定的技术参数,进行了主电路元器件的选型,并确定了电源各部分电路的结构,并进行了电路实验。第五章给出了电源的试验波形,分析了电源输出纹波产生的机理,并提出了一些降低纹波的有效方法和措施。文章的最后对所做的工作和取得的结论进行了总结。10.期刊论文季海涛.陈松立.王琳.毛苏闽.汪定军基于UC3842的单端反激式电源设计-电工技术2021(10以电源芯片UC3842为核心,设计了一种具有宽电压输入,恒流和恒压2种工作模式输出的单端反激式开关电源.试验结果验证该开关电源具有电压调整率和效率高的特点,是一种性能良好的开关电源.授权使用:沈阳市情报所(systi007,授权号:457926cb-8481-4cb1-bd10-9ea900f76529下载时间:2021年3月17日万方数据用于大功率LED驱动的单端反激恒流源设计所设计的电路为单端反激拓扑.采用双电流环对输出电流进行控制.输出端电路含有必要的开路限压保护,即过载保护,使功率电路器件免受损坏。考虑到电路成本。采用精密小电阻进行采样.虽然整个电路的效率会有所下降,但电路成本降低了不少。控制框图如图3所示。输出电流检测信号经PI调节后.输出的误差信号经光耦隔离后作为电流检测比较器的给定,将其与电感电流相比较。输出的比较信号经PWM比较器后形成PWM波.用以控制开关管的开关的状态,这样就形成了双电流环控制。外电流环在保证输出恒定电流稳定精度的情况下.内电流环通过检测电感电流.更快地提高系统的动态性能和响应速度,实现输出端电流恒定。暑誊,弱警嗽嬲网7给定,rⅨ人器比较器l时钟ll卞>砸回协蒿I}{L————————一1塑当皇垫丝型l旦凡’f图3控制框图图4出示实际电路原理图。电路稳态工作情况下.当输出端突然开路,或输出端开路状态下输入端突然加电时.输出端电压会突然跳高,此时会击穿稳压管Vz2,将输出端电压箝位在该稳压二极管的额定电压下。从而避免了电路器件的损坏。实现了开路限压保护功能。当带载超过额定输出电压时,电压亦被箝位在该稳压管的额定电压下,此时电路处于大范围的稳定工作范围内。如果输出端接大于额定输出电压的大功率LED作为负载。则表现为单个大功率LED发光亮度下降。删T矾‘U巳撒vz:强非鄂占+2.5V图4实际电路原理图4部分重要参数设计设定实验样机的输出恒定电流为0.8A。额定功率为36W。额定输出电压为45V。Vz2的额定稳压值为48V。控制芯片UC3842方框图如图5所示。由接在管脚8的电阻尺,和接管脚4的耦合电容cT决定电路的工作频率,这里采用100kHz。因电路隔离需要。UC3842内部的误差放大器悬空不使用。当电路的输入端刚加电时。为了使电路缓慢起振而设计了电容c7,为使cT不过多地影响电路的工作频率,选用100pF的贴片电容。赋剁黔翟l垮秘瓷堑!b整r弋E:I罐眦翊镣皇古耐葛蕞妻‰辫输出/a:lK■i电流检测比较器朴偿1(2一一……。—盐矿……………一图5UC3842典型方框图设计变压器时[51.选择EE28L型磁芯,中心柱磁路有效面积A,176.32mm2,饱和磁感应强度在100℃时为320mT。因电路工作频率为100kHz,暂设占空比为0.4,则开关管导通时间ton=(1/100xO.4---4¨s。单相交流整流采用电容滤波.直流电压不会超过交流输入电压有效值的1.4倍,也不小于1.2倍。输入端经整流滤波后直流母线电压最小值U,面=220x1.2=264V。这里取交流磁感应强度的变化幅值AB。=0.1T。计算初级匝数:忙畿=蔷器=138.4匝(1¨r丽一丽丽丽丽“叩1出¨7取初级匝数139匝。输出额定电压为45V时,设二极管和绕组的压降为1.0V.则初级每匝伏数为㈣=264/139=1.9V/匝,输出端的次级绕组匝数Ⅳ5.(45+1.0/1.9=24.2匝,取25匝。设计反馈环路参数:R剪=68kl'l,R3l_5.6kD,R32=O.25Q(精度10%。额定输出电流设定为0.8A时,Pl调节器参数为:R萨1.1kQ,CIr--o.2斗F。5实验结果图6示出实验波形。如图6b所示,电压波形呈围绕零电平的毛刺状电压.这主要是受电路动态特性和开关频率影响所致。痤>虮≤聋蝗>妄oo巴、St/(5vs/格(a开天竹鞭动波形It.L.I.‘.i.t/(5us,格(cPI渊节器输出端波形建>Eoo21≈盎毫《>g:≥0一I●.▲l--LI.上Ljr下fTrTT。1t/(5ps/格(bPI调节器输入端波形tl(2.5ms/格(d输出电流¨动时波形tl(5us,格t/(5tas/格(e滢定时输出电压和电流波形(f稳定时输出电压和电流放大波形图6实验结果万方数据弟43卷弟7期电力电子技术V01.43No.72021年7月PowerElectronicsJuly,2021如图6c所示,电压波形是具有一定幅值的高电机的制作验证了设计的正确性和可行性,对推广大平,以实现近似线性PI调节,该波形验证了分析的功率LED的应用,使其跻身通用照明领域,节省能正确性和负反馈环路设计的合理性。输出电流启动源及保护环境等具有一定的工程应用价值。时波形如图6d所示。虽然在电路启动过程中电流有一定的过冲,需经过约5m。后才进入稳定状态。但参考文献它不会对大功率LED构成威胁.因为过冲的时间很[11YKCheng,KWECheng・GenendStudyforusingLED幻短,而大功率LED能短时间耐受几倍于自身额定电=epke删竺ntLigll。ingD::“。e8臀Ho眦.K0竺:20062n:流的过冲,这样的过冲是为了保证整个电路的快速篆=嚣慧n.17ee3.170n≯“慨咖1c8sy咖脚and动态响应特性。由图6e,f所示输出端电流波形可以【2】瘩基敏,周疤癌,纪爱华.LED驱动电路设计与应用【M】.北看出,电路有很好的恒流效果,波形中的高频毛刺可京:人民邮电出版社。2006.通过在输出端并联大的高频瓷片电容进一步减小,[31KMorihori,YIshizuka,HMatsuo.ConsiderationofADrive但对于大功率LED这样的负载来说。高频毛刺不会CircuitforLEDwithConstant-currentControLIEICETechni-对LED构成威胁,可利用它来驱动大功率LED。calReportEE2004-68(2005-02[R1・2005:13—19・.6结论【4】M船ah岫Nishika啪,Yoichilshi叫ka,HimfumiMalsuo・etaL聂计字一种由220V,soHz交流电直接供电的:=:::=。竺cC。onns呐ta,田nt盖兰:I:=:=恒流源,分析了电路的恒流原理并设计了电流负反盱Elee帅ni。。2006.20(3:72”3lj馈回路,利用反激拓扑开关变换器来实现恒流源的【5】张占松,蔡宣三.开关电源的原理与设计(修订版【M】.北设计。该恒流源可以用来驱动大功率LED,实验样京:电子工业出版社.2007.万方数据用于大功率LED驱动的单端反激恒流源设计作者:李大伟,邓翔,杨善水,LIDa-wei,DENGXiang,YANGShan-shui作者单位:南京航空航天大学,江苏,南京,210016刊名:电力电子技术英文刊名:POWERELECTRONICS年,卷(期:2021,43(7参考文献(5条1.张占松;蔡宣三开关电源的原理与设计20072.MasahiroNishikawa;YoichiIshizuka;HirofumiMatsuoAnLEDDriveCircuitwithConstant-output-currentControlandConstant-luminanceControl2006(033.KMorihori;YIshizuka;HMatsuoConsiderationofADriveCircuitforLEDwithConstant-currentControLIEICETechnicalReportEE2004-68(2005-0220054.周志敏;周纪海;纪爱华LED驱动电路设计与应用2006收稿日期:20210112作者简介:任怡静(1982,女,山西闻喜人,硕士研究生,研究方向为星载DC/DC变换器。文章编号:10093664(202103002503设计应用一种正激有源箝位驱动电路拓扑任怡静,王卫国,郭祖佑(兰州物理研究所,甘肃兰州730000摘要:采用有源箝位复位方式能够有效提高变换器的效率,然而箝位开关管的增加提高了控制电路的难度,文章中设计了一种简单的驱动电路,解决了开关管之间的延时问题,实验结果证实该方案有效提高了变换器的效率。关键词:有源箝位;驱动电路;复位;效率中图分类号:TN79文献标识码:AAForwardDrivenCircuitTopologyonanActiveClampRENYijing,WANGWeiguo,GUOZuyou(LanzhouInstituteofPhysics,Lanzhou730000,ChinaAbstract:Theresetmodeofactiveclampcanimprovetheefficiencyofforwardconverter,butitmakesthewholecontrolsectionmoredifficultybecauseoftheadditionoftheclampedswitches.Inthispaper,anewdrivencircuitwasdesigned,theproblemthatdelaytimebetweentwoswitchesissolvedbythisnewmethod.Thetestresultsverifythatthismethodcanimprovetheefficiencyofforwardconverter.Keywords:activeclamp;drivencircuit;reset;efficiency0引言由于正激变换器具有电路拓扑简单,输入输出电气隔离,电压升、降范围宽,易于多路输出等优点,因此被广泛应用于中小功率电源变换场合。但正激变换器需要附加电路来实现变压器的磁复位,否则变压器磁芯将达到饱和而影响电路无法正常运行。正激变换器的磁复位方式有很多种,包括第三绕组复位技术、RCD复位技术、LCD复位技术、有源箝位技术和谐振复位技术。与传统的复位技术比较[1],有源箝位技术有许多优点:无需另加复位措施,可实现变压器磁芯的自动磁复位;并可以使激磁电流正负方向流通,使磁芯在磁化曲线第一及第三象限运行,提高了磁芯利用率,但它的缺点是控制电路复杂。1电路原理图1为有源箝位变换器原理框图。如图1所示,PWM控制电路、延时电路的选用和设计是有效驱动主开关与箝位开关,并进一步实现有源箝位复位技术的关键所在。图2中,由电容Cc与箝位开关管Q2构成箝位网络,Q1为主开关管,Cs为Q1的结电容。在主开关关断期间,箝位电容将主开关漏-源电压箝在一定数值水平上,基本保持不变,从而避免了主开关上过大的电压应力。电路运行过程中,箝位开关Q2能够实现零电压开通和关断、主开关Q1可以获得零电压关断和低电压开通,进一步减少了开关管的开通损耗和关断损耗。然而,由于电路增加了箝位开关,因此,控制、驱动电路也相应变得复杂。本方案综合航天器件的可靠性以及多年的使用经验,设计了一种新的驱动电路。图1有源箝位变换器原理框图图2有源箝位正激变换器原理图2驱动电路的基本原理及设计2.1微分电路微分电路如图3(a所示。微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波,此电路的输出波形只反映波形的突变部分,即只有输入波形发生突变的瞬间才有输出。而对恒定部分则没有输出。输出的尖脉冲的宽度与RC有关,RC越小,尖脉冲波形越尖,反之则宽。注意,此电路的RC必须远远小于输入波形的宽度,否则就失去了波形变换的作用,变为一般的RC耦合电路了,一般RC小于或等于输入波形宽度的1/10就可以了。图3微分电路及其波形2.2驱动原理图如图4所示,PWM芯片的输出直接用来驱动主开关管,另外,通过微分电路对PWM芯片输出波形转换后,可以在Q2的栅-源两端得到与Q1栅-源之间互补的波形。当PWM输出为高电平时,二极管D3截止,D4导通,辅助电源电压通过回路R4、D4、Q3,此时,Q3的集电极为低电平,Q2栅-源也为低电平;当PWM输出为低电平时,D3导通,D4截止,则辅助电源电压12V直接通过电阻R5加到Q3集电极上,Q2栅-源之间为高电平。这样,实现了主开关管和箝位开关管的互补驱动。图4主开关管与箝位开关管的驱动原理图当方波电压加在微分电路的两端(输入端时,电容C上的电压开始因充电而增加,而流过电容C的电流则随着充电电压的上升而下降。电流经过微分电路(R、C的规律可用下面的公式来表达[3]:i=Re-(1式中,I为充电电流(A;U为输入信号电压(V;R为电路电阻值(;C为电路电容值(F;e为自然对数常数(2.71828;t为信号电压作用时间(s。对电路的说明:开关管Q2选取输入电容较小的N沟道MOSFET,输入电容值直接影响到对Q2的有效驱动。电容C3可调节主开关和箝位开关之间的延时时间。2.3关键参数设计2.3.1功率变压器设计开关电源变压器的性能好坏,不仅影响变压器本身的发热和效率,而且还会影响到高频开关电源的技术性能和可靠性。所以在设计和制作过程中,对磁芯材料的选择,磁芯线圈的结构以及绕制工艺都要进行考虑。设计选用Magnetics公司的RM5型PC40磁芯。变压器原边绕组匝数为:Np=(Udc-1dmaxAeBf108(2式中,Udc为最小直流输入电压(V;f为工作频率(Hz;dmax为最大占空比;Ae为磁芯有效面积(cm2;B为磁通变换量(Gs。计算所需导线直径时,应考虑趋肤效应的影响,当导线直径大于2倍趋肤深度时,应尽可能采用多股导线并绕。2.3.2占空比d的设计主开关Q1的电压应力为Uds=Ui+Uc=i1-d=od(1-d(3式中,N为变压器匝比;Uo为变换器输出电压。在相同的N、Uo下,当输入电源电压Ui增大时,占空比d减小,主开关Q1电压应力变化不大,如图5所示。图5功率开关电压应力与占空比关系2.3.3箝位电容的选取箝位电容的值由箝位电压纹波UC决定。图2中的CC越大,UC越小,主开关Q1电压应力越小,但对电源电压或负载变化时的变换器状态相应速度也变慢。设计时,取UC/UC!10%。2.4实验结果实验基本电路图见图2,实验过程中选取的参数如下:Ui=28VDC;UO=5VDC;输出功率PO=15W;C2=1F;主变压器匝比为9:5;开关频率为178.4kHz;控制电路采用PWM芯片UC1843A,输出隔离反馈使用芯片UC1901。实验结果表明,与传统RCD复位技术相比较,有源箝位复位技术实验测得的电路效率提高了1.8%。图6为微分电路的输出波形,图7为开关管Q1、Q2的栅-源电压波形。波形与理论分析基本一致