隨著現代工業的不斷發展,對電源裝置的性能、效率、重量等提出了更高的要求,常規的線性電源已經不能滿足要求。開關電源采用高頻脈寬調制控制技術, 具有性能好、效率高、體積小、重量輕、噪音低、穩壓范圍寬等特點。本文介紹了一個應用在工業大功率電源中,作為輔助電源的大范圍輸入、多路輸出的高頻開關電源。
主電路采用雙管反激功率變換電路,反激電路的一個優點就是能夠較簡單的從一個電源得到多個輸出。輸入電壓較高為600V,如果采用單管的方式,在MOSFET關斷的瞬間會承受(3-4)倍輸入電壓Vin,這樣對MOSFET的電壓要求高,因而造價比較昂貴,采用雙管就能避免這個問題。中二極管D19、 D31起鉗位的作用,把過剩的能量反饋回電源中,并在MOSFET關斷的瞬間把電壓鉗位在Vin,這樣對元器件的要求較低,實現起來比較容易。工作中通過控制芯片產生PWM,驅動電路以PWM方式激勵MOSFET,開關管以同步的方式開通關斷,從而將輸入電壓Vin變換成高頻方波交流電壓。腳注改為小寫正體
變壓器的設計是整個電路的關鍵之一。在設計變壓器時,原邊電感量不能太大,并且磁心中要增加氣隙,否則會出現電流上升率小、導通時間短、電流上升值不大,導致電路沒有能力傳遞所需功率。同時,在設計變壓器時必須認真考慮變壓器的磁飽和瞬時效應。在瞬變負載情況下,當輸入電壓較高而負載電流較小時,如果負載電流突然增加,則控制電路會立即加寬輸出脈沖寬度來提供補充功率。這樣,輸入電壓和脈沖寬度同時變為最大,即使只是一個短暫的時間,但變壓器也會出現飽和,引起失控和故障。這就要求變壓器設計時應按高輸入電壓、寬脈沖進行設計。
PWM脈沖形成及閉環穩壓
為了獲得好的電壓調整率、負載調整率及系統穩定性,本設計采用電流型控制芯片UC3844,其最大占空比為50%,啟動電壓16V,具有過壓保護和欠壓鎖定功能。其基本工作過程如下:首先,輸出電壓被反饋網絡降壓,然后把這個反饋電壓送入誤差放大器,使之與基準電壓相比較而產生一個誤差電壓信號。脈寬調制部分接收這個誤差電壓并且把它與功率變壓器的電流相比較,并轉化為合適的占空比去控制輸出部分功率脈沖調制的數量。圖2中R16與C14決定系統的工作頻率,在誤差放大器輸出1腳與反饋2腳之間所接C11、 C12、 R5起到補償作用,D2、 D3、 C5、 C6 、R6使UC3844能夠實現軟起動,時間由C5、 C5決定,啟動電阻R3由IC啟動電流決定,。腳注改為小寫正體
擇驅動電路時,首先考慮MOSFET開關電壓上升和
下降時間完全取決于驅動電路移走柵極電荷的速度,因此選擇低阻抗大電流的驅動,以便使MOSFET能更快開關并減小開關損耗。其次要避免當控制電壓在開和關之間變換時不會產生過沖電流。根據上述考慮,選用射極跟隨互補雙極驅動,然后通過一個高頻脈沖變壓器驅動兩路MOSFET 以便隔離 對于開關電源,隔離技術和抗干擾技術是至關重要的。光耦合器的主要優點是單向傳輸信號,輸入端與輸出端完全實現了電氣隔離,抗干擾能力強,使用壽命長,傳輸效率高。所以,本設計采用光耦隔離作為返饋回路, 該電路利用輸出電壓分壓后與TL431構成的基準電壓比較,通過光電耦合器TLP521-1中二極管-三極管的電流變化去控制UC3844的返饋腳,從而改變PWM寬度,達到穩定輸出電壓的目的。參數的確定:根據經驗先選取If的電流為0.4mA,R126為330Ω,R125為10kΩ,Rr2為1kΩ的可調電阻,V3為15V,Vr為431,其基準電壓2.5V,則R124=(V3/Vr-1)R125=50(kΩ)。