高频开关式直流稳压电源的单端反激设计

高频开关式直流稳压电源的单端反激设计

1、体积小、重量小电源是能源电子技术的重要领域。其中，高频开关直压电源具有效率高、体积小、重量轻等特点，获得了广泛应用。开关电源的控制电路可以分为电压控制型和电流控制型,前者是一个单闭环电压控制系统,系统响应慢,很难达到较高的线形调整率精度,后者,较电压控制型有不可比拟的优点。2、流型脉宽调制器本文采用单端反激式。所谓单端,是指高频变压器的磁芯仅工作在磁滞回线的一侧,并且只有一个输出端。所谓反激,是指开关功率管导通时,后级整流二极管截止,电能将储存在高频变压器的初级电感线圈中;当开关功率管关断时,后级整流二极管导通,初级线圈上的电能通过磁芯的藕合传输给次级绕组,并经过后级整流二极管输出。UC3842简介。UC3842是国内应用比较广泛的一种电流控制型脉宽调制器。所谓电流型脉宽调制器是按反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈电流的信号与误差放大器输出信号进行比较,从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环、电流环双环系统,因此,无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高,是比较理想的控制器。同时,UC3842是单电源供电,带电流正向补偿,单路调制输出的集成芯片,主要用于高频中小容量开关电源,用它构成的电路在驱动开关管时,通常将误差比较器的反向输入端通过反馈电路经电阻分压得到的信号与内部2.5V基准进行比较,误差比较器的输出端与反向输入端用RC元件接成补偿网络,误差比较器的输出端与电流采样电压进行比较,从而控制PWM序列的占空比,达到电路稳定的目的。它主要包括高频振荡、误差比较、欠压锁定、电流取样比较、脉宽调制锁存等功能电路。芯片工作起动电压是16V,关闭电压是10V,6V的起动与关闭电压差可有效防止电路在阀值电压附近工作而引起的振荡。芯片起动电流为1mA,所以,芯片可以对高压用电阻降压起动,待起动完成后由馈电绕组供电。还提供5V的基准电压,带载能力50mA。在UC3842的输入端与地之间,还有34V的稳压管,一旦输入端出现高压,该稳压管就被反向击穿,将供电电压钳位于34V,保护芯片不致损坏。如图所示为开关电源的电路。3、供电工作原理3.1桥式流的ds-d4交流电(AC110～220V/50Hz)由J2-1进入,经过R2送至由D1-D4组成的桥式整流,并由C1滤波,把交流电变换为直流电(当输入交流电110V时,整流后的直流为155V左右,当输入交流电220V时,整流后的直流为300V左右),图1。3.2u402v-c3接通输入电源VIN后,电流ig通过启动电阻R5给电容C3,C11充电,当C3,C11电压达到UC3842启动电压门槛值16V时,UC3842开始工作并提供驱动脉冲,由6端输出推动开关管Q1工作,输出信号为高低电压脉冲。高电压脉冲期间,开关功率管Q1导通,电流通过变压器初级绕组NP,同时把能量储存在变压器中。根据同名端标识情况,此时变压器各路副边没有能量输出。当6脚输出的高电平脉冲结束时,开关功率管Q1截止,根据楞次定律,变压器初级绕组NP为维持电流不变,产生下正上负的感生电动势,此时其他边各路二极管导通,向外提供能量。同时辅助绕组Nb向UC3842供电。UC3842启动工作后,C3,C11为UC3842提供稳定的工作电压VCC,VCC通过R9,R19,光耦817,R8组成的分压取样电路,电压通过2脚被反馈到UC3842内部的误差放大器并和基准电压比较得到误差电压Vr;同时在取样电阻R3上建立的电压也被反馈到UC3842电流测定比较器的同相输入端,这个检测电压和误差电压Vr相比较,产生脉冲宽度可调的驱动信号,用来控制开关功率管Q1的导通和关断时间,以决定高频变压器的通断状态,从而达到输出稳压的目的。考虑到VCC及Vref上的噪声电压也会影响输出的脉冲宽度,因此,在UC3842的脚7和脚8上分别接有消噪电容C3,C11和C10。R7是开关功率管Q1的栅极限流电阻。3.3rcd束位电路吸收箝位电路由C2,R20,R4和D6组成,Q1截止后,由于变压器存在漏感,而漏感能量不能通过变压器耦合到NS绕组释放,如果没有RCD箝位电路,漏感中的能量将会在Q1关断瞬间转移到Q1极间电容和电路中的其它杂散电容中,此时Q1集电极将会承受较高的开关应力,若加上RCD箝位电路,漏感中的大部分能量将在Q1关断瞬间转移到箝位电路的箝位电容C2上,然后这部分能量被箝位电阻R20,R4消耗,这样就大大减少了开关管的电压应力。3.4光催化作用发挥当负载变化或其它因素引起输出电压VO变高,通过R6和R13、VR2组成的电压取样电路和C9加速电容,TL431控制端1电压会高于它基准电压2.5V,这时通过TL431的电流增加,加在光耦发光二极管的电压也增大,光耦发光增强,光耦C-E极间电阻变小,UC3842的2脚电压升高,促使片内对PWM比较器进行调节,减少占空比,通过Q1D-S极电流变小,变压器储能减少,输出电压降低。反之,VO变低,通过R6和R13、VR2组成的电压取样电路和C9加速电容,TL431控制端1电压会高于它基准电压2.5V,这时通过TL431的电流减弱,加在光耦发光二极管的电压也变小,光耦发光减弱,光耦C-E极间电阻变大,UC38422脚电压降低,促使片内对PWM比较器进行调节,增大占空比,通过Q1D-S极电流变大,变压器储能增加,输出电压升高。3.5滤波电容c7的特性当Q1关断时,初级绕组NP变成下正上负,NS上正下负,D7导通,存储在变压器中的能量通过D7供应给负载同时给电容C7充电。在开关管Q1导通时,变压器是不给负载供电的,这时只能靠电容给负载供电,C7越大,储存的能量就越多,供应同样的负载,电压下降就越少,换言之,输出电压就越稳定,所以C7越大越好。在选取滤波电容时,还要考虑它的耐压,耐压一定要比输出电压高,最好是留有一定的耐压余地。R7是假负载,释放掉滤波电容C7的部分能量,起到改善电路间歇振荡的效果。R7的阻值小,对改善电路间歇振荡效果比较好,但太小会增加无用的功耗,降低电路效率,它的阻值大小一般根据经验或电路调试确定。由于开关电源的工作频率都比较高,所以D7采用响应速度比较快的肖特基整流二极管,在选原件时除了要考虑响应速度外,还要考虑它的额定工作电流,一般要比额定电流大3倍以上,除此还要考虑它的耐压,因为开关管Q1导通时,初级绕组NP上的电压(上正下负)基本上是输入电压,NS也感应了对应的比例电压(下正上负),再加上滤波电容C7的电压,所以整流肖特基二极管的反向耐压必须大于两者的和,并留有一定的余量。4、静接合器如果由于某种原因,输出端短路而产生过流,开关管Q1的漏极电流将大幅度上升,R3两端的电压上升,UC3842的脚3上的电压也上升。当该脚的电压超过正常值0.3V达到1V时,UC3842的PWM比较器输出高电平,使PWM锁存器复位,关闭输出。这时,UC3842的脚6无输出,Q1截止,从而保护了电路。5、dm