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高输入电压单端反激式开关电源设计关键问题
[发布时间]:2011年8月11日 [来源]:电子技术应用 [点击率]:8296
【导读】: 单端反激式开关电源不需要输出滤波电感,体积小巧,无需高压续流二极管,变压器原副边电气隔离,电路拓扑简单、成本低、性能稳定[1-3],广泛用于小功率直流电源设计中,如工业变频驱动设备的供电电源[4]...

        基于TL431的电压反馈电路如图3所示。TL431电路功能为:当输出电压VO1经过R1和R2的分压小于TL431的参考电压Vref (=2.5V)时,TL431输出的电压将近似等于VO1,此时光耦器件不导通,光耦输出为高电平,不影响UC3844的脉宽输出;反之,如果输出电压VO1的分压超过Vref,则TL431输出约为2 V,此时光耦器件导通,输出为低电平,封锁UC3844的输出。如图3所示。

       根据UC3844的闭环控制特点,电流环为内环,直接限制了器件的导通时间,其开启与关断应灵敏及时,否则可能导致器件瞬间过流损坏,故相应电路的滤波时间常数取值应比较小。而电压闭环为外环控制,且由于副边充电电容的滤波作用,电压变化较为缓慢,不需做快速调节,因此相应的时间常数可取大一些。

       此外,除了通过从副边引出一个附加电源绕组经整流滤波后给UC3844供电外,还需要从直流母线引出一条额外的回路给充电电容。因为上电时开关管尚未工作,需要直接通过直流母线给电容充电,使得UC3844供电电压大于16 V,UC3844才能开始工作,此后再由附加电源绕组给UC3844供电。一般上电几秒钟后UC3844应工作,因此需要合理设置充放电时间常数,由于电容仅给UC3844供电,负载较轻,且上电充电电流较小,电容容值不需太大,通常小于100 ?滋F。由于VDC电压较高,设计时应考虑器件的绝缘耐压问题,可以对预充电回路采用多个电阻串联实现。

        3 开关变压器设计 

        开关变压器是开关电源设计的重点与难点。开关变压器的参数可按照常用反激式变压器的设计步骤进行计算[1],但也应考虑高输入电压下的特殊情况,特别是要保证器件的耐压问题、高匝数比的问题及初始线圈匝数多的问题。 为了保证变压器工作于断续模式下,设计断续模式下反激式开关变压器,应保证开关管导通时间小于最大导通时间:

        其中,VO为反馈绕组电压,Np为原边绕组匝数,Nsm为反馈绕组匝数,T为开关周期, (VO+1)(Np/Nsm)为反激电压。开关器件所承受电压为反激电压与母线电压之和,并且还应留出10%以上的裕度。母线电压最高为1 300 V,若取反激电压为160 V,则器件最高电压为1 460 V,有240 V的裕量。把反激电压和Vdcmin=500 V代入式(1)可得Tonmax=0.24 T。

       变压器原边电感Lm计算如下为:

        为了增大安匝数,变压器需要开气隙,但应尽量减少漏感,以减轻缓冲回路的压力。可增加一个TVS二极管以保证器件安全。4 实验波形 按照本开关变压器的设计方法,本设计最终完成的开关变压器规格的输入电压为500 V~1 300 V,反馈绕组输出电压为5 V,多路绕组输出电压分别为+15 V、-15 V,四路26 V及辅助电源绕组+16 V,采用IGBT模块IXGH6N170A,PQ35/35磁芯,开关调制信号的频率为25 kHz。开关管UDS与IDS波形如图4所示,通道1为UDS波形,通道3为IDS波形。其中母线电压为500 V,反激电压为200 V,电压通过高压探头获得,电流信号则通过电流钳获得。该图显示了反激式开关电源各阶段运行情况。

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