多路雙管正激直流電源設(shè)計
2017-6-13 10:29:24??????點(diǎn)擊：
引言
在中等容量的開關(guān)直流電源中，雙管正激直流電源變換器有比較明顯的優(yōu)勢，它克服了單管正激直流電源變換器開關(guān)管直流電源電壓應(yīng)力過高的缺點(diǎn)，而且不需要特殊變壓器磁復(fù)位直流電源電路設(shè)計。更重要的是，與全橋直流電源變換器和半橋直流電源變換器相比，其在結(jié)構(gòu)上有抗橋臂直通的優(yōu)點(diǎn)，因此已成為應(yīng)用最為普遍的直流電源電路設(shè)計拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本文設(shè)計了一種采用UC3844控制的多路輸出雙管正激開關(guān)直流電源。UC3844是一種直流電源電流調(diào)制的PWM控制器，實(shí)現(xiàn)直流電源電壓直流電源電流雙閉環(huán)控制，芯片內(nèi)阻較大(30kD)，啟動直流電源電流小(小于l mA)，因此在高壓輸入時仍然可以使用大電阻分壓來進(jìn)行啟動，直接采用變壓器輸出端反饋，控制直流電源電路設(shè)計簡單，直流電源電路設(shè)計輸出采用LM350調(diào)整直流電源電壓精度。
1 直流電源變換器工作原理
本文設(shè)計的直流電源變換器輸出功率200W，開關(guān)頻率為50kHz，工作范圍400～600V，輸出4路分別為24V、+12V和5 V。
圖1是直流電源變換器的原理圖，主直流電源電路設(shè)計是雙管正激
直流電源變換器，開關(guān)管S1和S2跳同時導(dǎo)通，能量通過高頻變壓器傳輸?shù)捷敵鰝?cè)，經(jīng)整流輸出給負(fù)載；開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器能量通過續(xù)流二極管D1和 D2回饋到輸人端，變壓器磁芯復(fù)位。
S1和S2采用功率 MOSFET 作為功率開關(guān)管。開關(guān)管與瞬態(tài)直流電源電壓抑制器（ TVS ）并聯(lián)，可靠保護(hù)開關(guān)管。 R3 、C2、 D9 構(gòu)成高頻變壓器原邊緩沖直流電源電路設(shè)計，用以限制開關(guān)管漏極因高頻變壓器的漏感而可能產(chǎn)生的尖峰直流電源電壓， D9 選用超快恢復(fù)二極管，恢復(fù)時間為 75ns 。變壓器原邊的直流輸入直流電源電壓、原邊繞組的感應(yīng)直流電源電壓以及由變壓器的漏感而產(chǎn)生的尖峰直流電源電壓，三者疊加在一起，其值可能超過 MOSFET 的額定直流電源電壓，所以必須在開關(guān)管的 D-S極之間增加鉗位直流電源電路設(shè)計和吸收直流電源電路設(shè)計，用以保護(hù)功率 MOSFET 不被損壞。 R1，R2、C1、D3 與 R4、R5、C3、D4。構(gòu)成了兩個開關(guān)管的緩沖直流電源電路設(shè)計， D3 和 D4 選用超快恢復(fù)管，其最大反向耐壓值為 700V ，恢復(fù)時間為 30ns。
輸出部分采用半波加續(xù)流二極管整流，二極管選用超快恢復(fù) MUR820 ，額定值為 8A200V ，恢復(fù)時間為 30ns 。
直流電源變換器工作原理
UC3844直流電源電流 PWM 模式集成控制芯片廣泛用于中、小功率的 DC/DC開關(guān)直流電源， UC3844 內(nèi)部主要由 5 . 0V 基準(zhǔn)直流電源電壓源、振蕩器、降壓器、直流電源電流檢測比較器、 PWM 鎖存器、高增益 E/A 誤差放大器和用于驅(qū)動功率 MOSFET的大直流電源電流推挽輸出直流電源電路設(shè)計等構(gòu)成，啟動／關(guān)閉直流電源電壓閡值為 16V/ 10V ，輸出最大占空比為 50 % ，工作頻率 0~500 kHz ，驅(qū)動能力達(dá)±1A 。
UC3844 典型外圍直流電源電路設(shè)計如圖 2 所示。 UC3844 的內(nèi)阻大約 30KΩ，它的啟動直流電源電壓可以由主直流電源電路設(shè)計輸人直流電源電壓經(jīng)過 R1、R2、R3、R（芯片內(nèi)阻）分壓而得到，由圖 2 可以知道， A 點(diǎn)直流電源電壓的計算公式為
UC3844 的啟動直流電源電壓為 16V ，式中 R =30KΩ , R2 = 20KΩ, R4 = 4 . 7KΩ，可計算出，當(dāng) R1=300KΩ 時， Vcc =400V 直流電源電路設(shè)計開始工作。 UC3844 啟動時直流電源電流不到 1mA ，啟動過程中電阻 R1所消耗的功率 PPRI大約為
在雙管正激直流電源變換器中，兩開關(guān)管是同步的，因此采用變壓器分兩路來同時給開關(guān)管驅(qū)動信號，接線如圖 3 所示。 UC3844 正常工作時的直流電源和直流電源電壓反饋由主變壓器的反饋繞組提供；除此之外，通過小電阻對開關(guān)管直流電源電流進(jìn)行采樣，作為 UC3844的直流電源電流反饋信號。 UC3844 輸出驅(qū)動脈沖為15 V , 輸出直流電源電流可到 IA ，考慮到變壓器及元件的壓降，變壓器設(shè)計為升壓型，變比為16：18，輸出端采用15 V穩(wěn)壓管對驅(qū)動信號進(jìn)行穩(wěn)壓。
3 調(diào)整直流電源電壓精度
傳統(tǒng)的UC3844用于反激直流電源變換器采用離線式結(jié)構(gòu)，這種方式直流電源電路設(shè)計簡單，整個補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)只由PI直流電源電路設(shè)計構(gòu)成，參數(shù)選擇簡便。但是由于反饋不直接從輸出直流電源電壓取樣，所以輸出直流電源電壓仍有很大的紋波，一般為±2％，負(fù)載變化時，輸出直流電源電壓變化大、響應(yīng)慢，不適用于精度要求高或負(fù)載變化大的場合。在精度要求較高的時候，則要通過穩(wěn)壓來調(diào)整輸出精度。本文借助于可調(diào)三端穩(wěn)壓器LM350來滿足精度要求。LM350最大輸出直流電源電流可以達(dá)到3 A，直流電源電壓調(diào)整范圍為1.2-33 V，圖4為LM350的典型應(yīng)用圖，輸出直流電源電壓計算式為：
其中IADJ=50μA，R1=240Ω，通過調(diào)整可調(diào)電阻尺 來對輸出穩(wěn)壓值進(jìn)行調(diào)節(jié)。直流電源電路設(shè)計中輸出濾波電容C2的存在，LM350對輸人到LM350的直流電源電壓紋波非常敏感，因此在輸人端增加旁路電容C1來削弱輸人直流電源電壓紋波的影響。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
實(shí)驗(yàn)直流電源電路設(shè)計參數(shù)：對應(yīng)于輸人400~600V，而輸出直流電源電壓24V、±12V、5 V，主變壓器原副邊變比為75：6、3、1，由于本文設(shè)計的反饋是24 V支路繞組反饋，其它支路的采用LM350對輸出穩(wěn)壓。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所列，實(shí)驗(yàn)波形如圖5 圖8所示。
5 結(jié)語
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計用UC3844控制的多路輸出雙管正激直流電源變換器具有穩(wěn)定性好。使用大電阻分壓來調(diào)整直流電源電路設(shè)計啟動直流電源電壓值，控制直流電源電路設(shè)計簡單可靠，實(shí)用性強(qiáng)，適用于寬范圍直流電源電壓輸人場合。同時為適合不同的精度要求，設(shè)計了兩種方案，一種是精度要求較低時直接由變壓器整流輸出，另一種是精度較高時采用三端穩(wěn)壓管LM350進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試，兩種方案可以滿足不同場合需求。
表1實(shí)測數(shù)據(jù)比較
|
測試項(xiàng)目 |
輸出紋波 |
輸出紋波 |
調(diào)整率 |
調(diào)整率 |
|
測試條件 |
未采用 LM350 |
采用 LM350 |
未采用 IJW350 |
采用 F.M350 |
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24V支路 |
1% |
<0.5% |
A=1.2V 5% |
A=200mV 0.8% |
|
±I2V支路 |
1% |
<0.4% |
A=1V 8% |
A=120mV 1.2% |
|
5V支路 |
1% |
<0.3% |
A=300mV 6% |
A=50mV
1.2% |
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