新型多功能反激式开关电源设计.Stamped.doc

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新型多功能反激式开关电源设计
张厚升,赵艳雷
(山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博255049
摘要:以峰值电流型PWM控制芯片UC3842为核心设计了一种新型多功能反激式开关稳压电源,该电源具有6路直流隔离电压输出。介绍了其工作原理和外围电路设计。为了满足电磁兼容性和安全性要求,设计了EMI抑制电路。详细介绍了一种新型变压器绕组缓冲电路的设计方法,着重介绍了反激式变换器的变压器设计过程,包括齐纳箝位电压的计算、实际占空比的计算、电感值的计算、磁芯的选择、各路输出绕组匝数的确定以及气隙的计算。实现了对输出电压的负反馈调节及各种保护机制。实验结果表明,该开关稳压电源具有稳压性能优良,纹波小,电压调整率、负载调整率高,体积小,质量轻,电磁兼容性好等优点。
关键词:开关电源;反激式变换器;UC3842;缓冲电路;变压器中图分类号:TM464文献标识码:B文章编号:1006-6047(202101-0113-05收稿日期:2021-05-16;修回日期:2021-11-04基金项目:国家自然科学基金资助项目(50807034

电力自动化设备
ElectricPowerAutomationEquipment
Vol.31No.1

Jan.2021
第31卷第1期2021年1月
随着全球能源危机和环境污染问题的日益严重,开发利用清洁的可再生能源势在必行。风力发电并网系统、光伏发电并网系统成为研究热点。而这些并网系统的正常工作往往需要给其主控系统、通信系统等功能模块提供多路稳定的隔离直流电源。另外在变频器、适配器、医疗仪器等精密电子系统,各类电器及仪表中的直流电源等功率等级较小的场合,也广泛使用了小功率电源。开关电源由于具有效率高、体积小等诸多优点,近年来在这些领域得到了越来越多的应用。
由于反激变换器的电路拓扑简单,输出与输入电气隔离,能高效提供多组直流输出,升降压范围宽,因此在中小功率场合得到广泛应用[1]。本文利用反激变换器的特点,基于UC3842设计了一种新型多功能隔离型反激式开关电源,能提供6路工作电源,还能自适应输入电压波动,随着输入电压的变化能自动调节PWM输出来保证输出电压的稳定。
1设计要求
多功能反激式开关电源设计要求为风力发电并网系统提供驱动电压,为光耦、继电器、控制芯片等提供工作电源。具体指标如下:输入为交流90~250V(正常220V;输出为2路20V/0.5A输出、1路15V/0.6A给UC3842供电、2路15V/1A输出、1路12V/1A输出、1路5V/1A输出,反馈绕组无后级线性调整器,其余各路输出后级均有线性调节器;开关频率为40kHz,总输出功率为76W,效率为85%。
2控制芯片选择
多功能反激式开关电源选用美国Unitrode公司
生产的高性能单端输出式电流控制型脉宽调制器
UC3842[2]作为控制芯片,其内部结构如图1所示,该
芯片可专门用于控制占空比适应负载变化造成的输出电压变化,具有电流反馈和电压反馈双环控制的特点,负载调整率好,除具有输入端过压保护与输出端过流保护功能之外,还设有欠压锁定电路,因此,电路稳定可靠,比较适合该电源的应用场合。
具有8脚双列直插封装的UC3842芯片各引脚功能如下。1脚(COMP:误差放大器的输出端,用于环路补偿。2脚(UFB:误差放大器的反相输入端,通常通过一个电阻分压器连至开关电源输出,起电压反馈作用。3脚(ISEN:电流取样端。流过开关管的电流被检测电阻转换为电压信号并被送入此脚,用来控制PWM锁存器,调整输出电压大小。并且当该脚电压超过1V时,UC3842关闭输出脉冲,从而保护开关管不致因过流而损坏。4脚(RT/CT:振荡器。外接RT、CT定时元件,通过电阻RT连接至参考输出引脚8以及电容CT连接至地,使振荡器频率和最大输出占空比可调,振荡频率为f=1.72/(RTCT,工作频率可达500kHz。5脚(GND:控制电路和电源的公
URT/UREFVmA
图1UC3842的内部结构图
Fig.1InternalstructureofUC3842.
第31卷
电力自动化设备

共地。6脚(OUT:推挽输出放大器的输出端,为图腾柱式输出,可直接驱动功率管MOSFET的栅极。驱动电流的平均值可达200mA,最大可达1A峰值电流。7脚(Ucc:电源输入端。外接电源电压Ucc,UC3842的开启电压为16V,关断电压为10V,其内部有一个34V的稳压管,可以保证内部电路工作在34V以下。该电源电压经内部基准电压电路的作用产生5V基准电压,作为UC3842的内部电源使用,并经衰减得到2.5V电压作为内部比较器的基准电压。8脚(UREF:参考输出引