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多路双管正激直流电源设计解析

文章来源:稳压电源公司,时间:2017-09-19 09:22    点击量:

    在中等容量的直流电源中,双管正激变换器有比较明显的优势,它克服了单管正激变换器开关管电压应力过高的缺点,而且不需要特殊隔离变压器磁复位直流电源电路.更重要的是,与全桥变换器和半桥变换器相比,其在结构上有抗桥臂直通的优点,因此已成为应用最为普遍的直流电源电路拓扑结构.本文设计了一种采用UC3844控制的多路直流电源输出双管正激直流电源.

多路双管正激直流电源设计解析
    UC3844是一种电流调制的PWM控制器,实现电压电流双闭环控制,芯片内阻较大(30kD),启动电流小(小于l mA),因此在高压输入时仍然可以使用大电阻分压来进行启动,直接采用隔离变压器直流电源输出端反馈,控制直流电源电路简单,直流电源电路直流电源输出采用LM350调整电压精度.

    1 变换器工作原理本文设计的变换器直流电源输出功率200W,开关频率为50kHz,工作范围400~600V,直流电源输出4路分别为24V、+12V和5 V.

    图1是变换器的原理图,主直流电源电路是双管正激变换器,开关管S1和S2跳同时导通,能量通过高频隔离变压器传输到直流电源输出侧,经整流直流电源输出给负载;开关管关断时,隔离变压器能量通过续流二极管D1和 D2回馈到输人端,隔离变压器磁芯复位.

    多路双管正激直流电源设计解析S1和S2采用功率 MOSFET 作为功率开关管.开关管与瞬态电压抑制器( TVS )并联,可靠保护开关管. R3 、C2、 D9 构成高频隔离变压器原边缓冲直流电源电路,用以限制开关管漏极因高频隔离变压器的漏感而可能产生的尖峰电压, D9 选用超快恢复二极管,恢复时间为 75ns .隔离变压器原边的直流输入电压、原边绕组的感应电压以及由隔离变压器的漏感而产生的尖峰电压.

    三者叠加在一起,其值可能超过 MOSFET 的额定电压,所以必须在开关管的 D-S极之间增加钳位直流电源电路和吸收直流电源电路,用以保护功率 MOSFET 不被损坏. R1,R2、C1、D3 与 R4、R5、C3、D4.构成了两个开关管的缓冲直流电源电路, D3 和 D4 选用超快恢复管,其最大反向耐压值为 700V ,恢复时间为 30ns.

    直流电源输出部分采用半波加续流二极管整流,二极管选用超快恢复 MUR820 ,额定值为 8A200V ,恢复时间为 30ns .

    2 隔离变压器工作原理UC3844电流 PWM 模式集成控制芯片广泛用于中、小功率的 DC/DC直流电源, UC3844 内部主要由 5 . 0V 基准电压源、振荡器、降压器、电流检测比较器、 PWM 锁存器、高增益 E/A 误差放大器和用于驱动功率 MOSFET的大电流推挽直流电源输出直流电源电路等构成,启动/关闭电压阂值为 16V/ 10V ,直流电源输出最大占空比为 50 % ,工作频率 0~500 kHz ,驱动能力达±1A .

    UC3844 典型外围直流电源电路如图 2 所示. UC3844 的内阻大约 30KΩ,它的启动电压可以由主直流电源电路输人电压经过 R1、R2、R3、R(芯片内阻)分压而得到,由图 2 可以知道, A 点电压的计算公式为UC3844 的启动电压为 16V ,式中 R =30KΩ , R2 = 20KΩ, R4 = 4 . 7KΩ,可计算出,当 R1=300KΩ 时, Vcc =400V 直流电源电路开始工作. UC3844 启动时电流不到 1mA ,启动过程中电阻 R1所消耗的功率 PPRI大约为在双管正激变换器中,两开关管是同步的,因此采用隔离变压器分两路来同时给开关管驱动信号,接线如图 3 所示. UC3844 正常工作时的直流电源和电压反馈由主隔离变压器的反馈绕组提供;除此之外,通过小电阻对开关管电流进行采样,作为 UC3844的电流反馈信号. UC3844 直流电源输出驱动脉冲为15 V , 直流电源输出电流可到 IA ,考虑到隔离变压器及元件的压降,隔离变压器设计为升压型,变比为16:18,直流电源输出端采用15 V稳压管对驱动信号进行稳压.

    3 调整电压精度传统的UC3844用于反激变换器采用离线式结构,这种方式直流电源电路简单,整个补偿网络只由PI直流电源电路构成,参数选择简便.但是由于反馈不直接从直流电源输出电压取样,所以直流电源输出电压仍有很大的纹波,一般为±2%,负载变化时,直流电源输出电压变化大、响应慢,不适用于精度要求高或负载变化大的场合.在精度要求较高的时候,则要通过稳压来调整直流电源输出精度.本文借助于可调三端稳压器LM350来满足精度要求.LM350最大直流电源输出电流可以达到3 A,电压调整范围为1.2-33 V,图4为LM350的典型应用图,直流电源输出电压计算式为:

    其中IADJ=50μA,R1=240Ω,通过调整可调电阻尺 来对直流电源输出稳压值进行调节.直流电源电路中直流电源输出滤波电容C2的存在,LM350对输人到LM350的电压纹波非常敏感,因此在输人端增加旁路电容C1来削弱输人电压纹波的影响.

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