一种多路输出反激式开关电源的设计

一种多路输出反激式开关电源的设计

电流型dm开关的特点近年来，随着供电技术的快速发展，开关的稳压电源已经朝着高频和商品化的方向发展。高频开关稳压电源与线性电源相比,具有如下的优点:(1)效率高;(2)体积小、重量轻;(3)稳压范围广;(4)性能灵活,驱动能力强;(5)可靠性高,当开关损坏时,也不会有危及负载的高电压出现。而传统的开关电源普遍采用电压型PWM技术。电流型PWM是近年兴起的新技术,与电压型PWM比较,电流型PWM开关电源具有更好的电压和负载调整率,系统的稳定性和动态特性得以明显改善,特别是其内在的限流能力和并联均流能力可以使控制电路简单可靠。目前,小功率开关电源正从电压控制模式向电流控制模式方向转化。本文给出了一种用于电机控制的新型多输出反激电源的设计。该设计基于UC3842高性能电流型PWM控制器。电压反馈和电流反馈双闭环串级结构,使输出电压能够很好地稳定,电压调整率和负载调整率都较高。1氧漂系统中小型企业电流型PWM控制系统框图如图1所示。该系统采用电流电压双闭环串级控制结构。内环是电流环,外环是电压环。控制原理是:给定的电压Ug与从输出反馈回的电压Ur进行比较,得到的电压误差经电压调节器输出作为另一个给定的电压信号Ue。该信号与经电阻采样反映电流变化的信号Us进行比较,输出一个占空比可调节的PWM脉冲信号,从而使得输出的电压信号V0保持恒定。2反冲态矩阵基于u42的多路输出2.1反激式变换器UC3842是由美国UNIRODE公司生产。此IC具有引脚少(8脚)、外接元件少、接线简单、可靠性高、成本极低等优点。UC3842是电流控制型脉宽调制器,通常用于单端反激式变换器,输出功率限制在100W以下。该芯片主要有以下性能:(1)可调整振荡器的放电电流以产生精确的占空比;(2)最高开关频率可达500kHz;(3)带锁定的PWM,可以实现逐个脉冲的电流限制;(4)具有内部可调整的参考电源,可以进行欠压锁定;(5)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MOSFET进行驱动;(6)带滞环的欠压锁定电路可有效地防止电路在闭值电压附近工作时的振荡;(7)起动电流和工作电流低,启动电流小于1mA,正常工作电流为15mA。2.2反激式开关电路如图2所示,Ql导通时,绕组Np的电流线性增长,电感储能增加,能量存贮在变压器一次侧,此时,由于二次侧各路整流二极管反向偏置,故能量不能传到变压器的二次侧。Ql关断时,绕组Np的电流通路被切断,变压器的绕组极性反向,输出整流二极管正向偏置,变压器中的磁场能量通过绕组N2和VD向输出端释放,能量传输到输出电容器中。在反激电路中,变压器起着储能元件的作用,相当于一对耦合电感。反激式开关电路可以工作于电流连续和不连续两种模式。电路工作于连续模式时:电路工作在不连续模式下时:可见输出电压值与负载RL的方根成正比,在负载开路的情况下,输出电压出现飘升。为避免输出电压随负载漂移,需引入反馈补偿环节。本文基于UC3842控制芯片,采用电流电压双闭环串级控制结构,能够很好地解决该问题。2.3u404启动电路图3所示多路输出开关电源是专为电机控制设计的。主电路采用单端反激式变换电路。220V交流输入电压经桥式整流、电容滤波变为直流后,供给单端反激式变换电路。反激式变换电路结构具有电气隔离,易于多路输出,外接元器件少,可靠性高等优点。其中12V/0.2A、24V/1A、±15V/0.5A的输出绕组分别为UC3842、继电器和其它模拟电路供电。5V/2A输出是重要的一路输出信号,它除了用于稳压外,还为电机控制用的数字板电源提供5V电源。下面从三个部分来阐述电路的工作过程:(1)UC3842的启动R3为UC3842AN的启动电阻,UC3842AN的启动电压为16V,当7脚的输入电压高于34V时,UC3842AN内部的稳压管将电压稳定在34V。芯片启动后,变压器有耦合输出,12V供电绕组有12V输出,由D5、D6、D7、C26、C23、C24构成的电路为UC3842AN提供正常工作时的电压。(2)开关脉冲的生成UC3842芯片4脚和8脚间接时间电阻R12,4脚和5脚接时间电容C33,8脚5V基准电压经R12给C33充电,振荡工作频率KHZ,C33单位为(μF,R12单位为KΩ。采样电阻R17上的电压反映了变压器T1原边绕组上的电流大小。当开关管Q1导通时,R17上的电流逐渐增大,它上面的压降增加,通过R13将这个电压反馈到芯片3脚,该电压与电流比较器的另一端进行比较,当这个压降达到一定值时,锁存器复位,开关管截止。正常运行时,R17的峰值电压由误差放大器控制,满足:I为检测电流,Ue为误差放大器的输出电压,UC3842的内部电流感应比较器反向输入端箝位为1V,因此最大限制电流为。为了抑制开关管Q1导通时产生的电流尖峰,该电路设计了由R13、C32组成的滤波器,其时间常数近似等于电流尖峰持续时间,约为几百纳秒。(3)占空比调节变压器5V输出通过三端可调稳压管TL431和光耦H11A1以电压反馈的形式反馈到UC3842的2脚。当5V输出绕组的电压大于5V时,加在三端可调稳压管上的参考电压升高,流过光耦器件H11A1中二极管的电流增大,三极管上的电流也相应地增大,即UC3842的2脚电压升高,误差放大器输出电压降低,占空比减小,流过开关管的峰值电流减小,使得输出电压降低。5V输出电压小于5V时的情况与述过程正好相反。3主要电路参数的设计3.1开关管保护电路在反激变换器中,由于高频变压器兼作储能电感用,因而气隙大,漏感亦较大。一方面,会产生开关管关断时很高的电压尖峰,另一方面,整流二极管反向恢复会引起开关管开通时的电流尖峰。为了解决这个问题,本设计采用R18、C36、D15构成的无源箝位电路消除电路中存在的漏感。该电路简单方便,容易实现,在小功率的情况下能达到较好的抑制效果。当开关管Q1关断时,变压器漏感能量转移到电容C36上然后电阻R18将这部分能量消耗掉。Q1导通过程中,电容C36没有放电到零,那么Q1的漏源电压上升的一段时间内,电容不起作用,有利于反激过冲。(2)开关管保护电路R16、D14、C35构成的开关管保护电路可以消除开关管漏源间产生的反峰电压。Q1关断时,Q1上电流下降,变压器漏感会阻止电流减小,一部分电流继续流过Q1,另一部分通过D14对C35充电。C35的存在减缓了漏源间电压的上升。C35越大,漏源间电压上升得越慢,这样可以降低开关管的损耗。在选用续流二极管D14时,选择了肖特基二极管。这种二极管在峰值电流为3A时,导通电压通常很小。3.2ccm模式下的器设计单端反激式变压器可工作在电流连续模式(CCM)和电流不连续模式(DCM)。在不同的工作模式下,变压器的设计是不一样的。这里将变压器设计在工作于CCM模式下。根据开关管导通时的伏秒数应等于关断时的伏秒数,可推导出原边匝数与副边匝数比为:其中α为额定工作状态时的工作比。UP1为变压器的输入电压,220V交流输入电压经整流滤波后得到约300V高压,所以UP1取300V,UP1为5V绕组输出电压。单端反激式开关电源变压器的临界电感:Lmin为临界电感,T为UC3842的工作周期。通常,反激式开关电源变压器初级电感。4带载电源测试对设计的电路进行实验,并得出了实验波形和测试数据。通过实验5V为一路的输出纹波,测得峰值为30mV。可以看出,该电源5V稳压效果好,且纹波不超过0.6%。表1和表2为该开关电源空载和带载测试结果,其中5V带载3Ω,?15V分别带载30Ω,24V带载15Ω。实验表明该开关电源纹波小,负载调整率高,稳压效果好。5rcd吸收回路变量特性本文作者的创新点:利用UC3842设计制作的多路输出单端反激式开关电源具有良好的性能指标,动态响应快,频率响应特