单端反激开关电源原理与设计.pdf

单端反激开关电源原理与设计林晓伟(国电南瑞科技股份XXXX省XX市210061)0引言近年来随着电源技术的飞速发展开关稳压电源正朝着小型化、高频化、继承化的方向发展高效率的开关电源已经得到越来越广泛的应用。单端反激式变换器以其电路简单、可以高效提供直流输出等许多优点特别适合设计小功率的开关电源。本文简要介绍了Unitorde公司生产的电流型脉宽调制器UC3842介绍了该芯片在单端反激式开关电源中的应用对电源电路进行了具体分析。利用本文所述的方法设计的小功率开关电源已经应用在国电南瑞科技股份XX工业控制分公司自主研发的分散控制系统GKS-9000中运行状况良好各项指标均符合实际工程的要求。1反激式开关电源基本原理单端反激开关电源采用了稳定性很好的双环路反馈(输出直流电压隔离取样反馈外回路和初级线圈充磁峰值电流取样反馈内回路)控制系统就可以通过开关电源的PWM(脉冲宽度调制器)迅速调整脉冲占空比从而在每一个周期内对前一个周期的输出电压和初级线圈充磁峰值电流进行有效调节达到稳定输出电压的目的。这种反馈控制电路的最大特点是：在输入电压和负载电流变化较大时具有更快的动态响应速度自动限制负载电流补偿电路简单。反激电路适应于小功率开关电源其原理图如图1所示。下面分析在理想空载的情况下电流型PWM的工作情况。与电压型的PWM比较电流型PWM又增加了一个电感电流反馈环节。图中：A1为误差放大器；A2为电流检测比较器；U2为RS触发器；Uf为输出电压Uo的反馈取样该反馈取样与基准电压Uref通过误差放大器A1产生误差信号Ue(该信号也是A2的比较箝位电压)。设场效应管Q1导通则电感电流iL以斜率Ui／L线性增长L为T1的原边电感电感电流在无感电阻R1上采样u1=R1iL该采样电压被送入电流检测比较器A2与来自误差放大器的Ue进行比较当u1>Ue时A2输出高电平送到RS触发器U2的复位端则两输入或非门U1输出低电平并关断Q1；当时钟输出高电平时或非门U1始终输出低电平封锁PWM在振荡器输出时钟下降的同时或非门U1的两输入均为低电平则Q1被打开。因此从上面的分析可以看出电流型PWM信号的上升沿由振荡器时钟信号的下降沿决定而PWM的下降沿则由电感电流的陷值信号和来自误差放大器的误差信号共同决定其工作时序如图2所示。单端反激式开关电源以主开关管的周期性导通和关断为主要特征。开关管导通时变压器一次侧线圈内不断储存能量；而开关管关断时变压器将一次侧线圈内储存的电感能量通过整流二极管给负载供电直到下一个脉冲到来开始新的周期。开关电源中的脉冲变压器起着非常重要的作用：一是通过它实现电场-磁场-电场能量的转换为负载提供稳定的直流电压；二是可以实现变压器功能通过脉冲变压器的初级绕组和多个次级绕组可以输出多路不同的直流电压值为不同的电路单元提供直流电量；三是可以实现传统电源变压器的电隔离作用将热地与冷地隔离避免触电事故保证用户端的安全。2反激式开关电源设计开关电源设计中最重要的环节就是反馈回路的设计反馈回路设计的好坏直接决定了开关电源的精度和稳定性能。前面已经介绍了单端反激开关电源采用的是双环路反馈。以下将介绍利用电流型PWM芯片UC3842设计开关电源的两种反馈回路时需要注意的一些问题。2.1输出直流电压隔离取样反馈外回路UC3842是一种高性能的固定频率电流型脉宽集成控制芯片是专为离线式直流变换电路设计的。其主要优点是电压调整率可以达到0.01％工作频率高达500kHz启动电流小于1mA外围元件少。它适合做20W～80W的小型开关电源。其工作温度为0℃～70℃最高输入电压30V最大输出电流1A能驱动双极型功率管和MOSFET。UC384