在中等容量的直流電源中,雙管正激變換器有比較明顯的優勢,它克服了單管正激變換器開關管電壓應力過高的缺點,而且不需要特殊隔離變壓器磁復位直流電源電路.更重要的是,與全橋變換器和半橋變換器相比,其在結構上有抗橋臂直通的優點,因此已成為應用最為普遍的直流電源電路拓撲結構.本文設計了一種采用UC3844控制的多路直流電源輸出雙管正激直流電源.
UC3844是一種電流調制的PWM控制器,實現電壓電流雙閉環控制,芯片內阻較大(30kD),啟動電流小(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行啟動,直接采用隔離變壓器直流電源輸出端反饋,控制直流電源電路簡單,直流電源電路直流電源輸出采用LM350調整電壓精度.
1 變換器工作原理本文設計的變換器直流電源輸出功率200W,開關頻率為50kHz,工作范圍400~600V,直流電源輸出4路分別為24V、+12V和5 V.
圖1是變換器的原理圖,主直流電源電路是雙管正激變換器,開關管S1和S2跳同時導通,能量通過高頻隔離變壓器傳輸到直流電源輸出側,經整流直流電源輸出給負載;開關管關斷時,隔離變壓器能量通過續流二極管D1和 D2回饋到輸人端,隔離變壓器磁芯復位.
多路雙管正激直流電源設計解析S1和S2采用功率 MOSFET 作為功率開關管.開關管與瞬態電壓抑制器( TVS )并聯,可靠保護開關管. R3 、C2、 D9 構成高頻隔離變壓器原邊緩沖直流電源電路,用以限制開關管漏極因高頻隔離變壓器的漏感而可能產生的尖峰電壓, D9 選用超快恢復二極管,恢復時間為 75ns .隔離變壓器原邊的直流輸入電壓、原邊繞組的感應電壓以及由隔離變壓器的漏感而產生的尖峰電壓.
三者疊加在一起,其值可能超過 MOSFET 的額定電壓,所以必須在開關管的 D-S極之間增加鉗位直流電源電路和吸收直流電源電路,用以保護功率 MOSFET 不被損壞. R1,R2、C1、D3 與 R4、R5、C3、D4.構成了兩個開關管的緩沖直流電源電路, D3 和 D4 選用超快恢復管,其最大反向耐壓值為 700V ,恢復時間為 30ns.
直流電源輸出部分采用半波加續流二極管整流,二極管選用超快恢復 MUR820 ,額定值為 8A200V ,恢復時間為 30ns .
2 隔離變壓器工作原理UC3844電流 PWM 模式集成控制芯片廣泛用于中、小功率的 DC/DC直流電源, UC3844 內部主要由 5 . 0V 基準電壓源、振蕩器、降壓器、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動功率 MOSFET的大電流推挽直流電源輸出直流電源電路等構成,啟動/關閉電壓閡值為 16V/ 10V ,直流電源輸出最大占空比為 50 % ,工作頻率 0~500 kHz ,驅動能力達±1A .
UC3844 典型外圍直流電源電路如圖 2 所示. UC3844 的內阻大約 30KΩ,它的啟動電壓可以由主直流電源電路輸人電壓經過 R1、R2、R3、R(芯片內阻)分壓而得到,由圖 2 可以知道, A 點電壓的計算公式為UC3844 的啟動電壓為 16V ,式中 R =30KΩ , R2 = 20KΩ, R4 = 4 . 7KΩ,可計算出,當 R1=300KΩ 時, Vcc =400V 直流電源電路開始工作. UC3844 啟動時電流不到 1mA ,啟動過程中電阻 R1所消耗的功率 PPRI大約為在雙管正激變換器中,兩開關管是同步的,因此采用隔離變壓器分兩路來同時給開關管驅動信號,接線如圖 3 所示. UC3844 正常工作時的直流電源和電壓反饋由主隔離變壓器的反饋繞組提供;除此之外,通過小電阻對開關管電流進行采樣,作為 UC3844的電流反饋信號. UC3844 直流電源輸出驅動脈沖為15 V , 直流電源輸出電流可到 IA ,考慮到隔離變壓器及元件的壓降,隔離變壓器設計為升壓型,變比為16:18,直流電源輸出端采用15 V穩壓管對驅動信號進行穩壓.
3 調整電壓精度傳統的UC3844用于反激變換器采用離線式結構,這種方式直流電源電路簡單,整個補償網絡只由PI直流電源電路構成,參數選擇簡便.但是由于反饋不直接從直流電源輸出電壓取樣,所以直流電源輸出電壓仍有很大的紋波,一般為±2%,負載變化時,直流電源輸出電壓變化大、響應慢,不適用于精度要求高或負載變化大的場合.在精度要求較高的時候,則要通過穩壓來調整直流電源輸出精度.本文借助于可調三端穩壓器LM350來滿足精度要求.LM350最大直流電源輸出電流可以達到3 A,電壓調整范圍為1.2-33 V,圖4為LM350的典型應用圖,直流電源輸出電壓計算式為:
其中IADJ=50μA,R1=240Ω,通過調整可調電阻尺 來對直流電源輸出穩壓值進行調節.直流電源電路中直流電源輸出濾波電容C2的存在,LM350對輸人到LM350的電壓紋波非常敏感,因此在輸人端增加旁路電容C1來削弱輸人電壓紋波的影響.
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