單端反激式開關(guān)電源驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)

單端反激式開關(guān)電源驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)

1關(guān)變換器電路目前，高效高頻開關(guān)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的線性調(diào)節(jié)和壓電源，并在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛應(yīng)用。廣義地說,凡用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān),將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)換成另一形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換器電路。其中,轉(zhuǎn)變時用自動控制閉環(huán)穩(wěn)定輸出并有保護(hù)環(huán)節(jié)的則稱為開關(guān)電源。開關(guān)電源一般由兩部分組成:一是功率主回路,二是驅(qū)動控制電路。驅(qū)動控制電路的目的是,調(diào)節(jié)開關(guān)電源占空比,使輸出電壓基本上不隨負(fù)載變化或不隨輸入電壓變化而變化。這種方法實(shí)質(zhì)上是對半導(dǎo)體功率器件的導(dǎo)通脈寬進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制,稱為脈寬調(diào)制法(Pulse-WidthModulation,縮寫為PWM)。本文主要利用脈寬調(diào)制式控制芯片3844設(shè)計(jì)單端反激式開關(guān)電源的驅(qū)動電路,同時提出了一種新型的閉環(huán)反饋穩(wěn)壓方法,給出了實(shí)際電路設(shè)計(jì)并進(jìn)行了仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2變壓器磁激式變換器工作原理單端反激式變換器又稱電感儲能式變換器,圖1和圖2分別為其工作原理簡圖以及原邊副邊電流波形示意圖。當(dāng)高壓開關(guān)管Q被PWM脈沖激勵而導(dǎo)通時,直流輸入電壓施加到高頻變壓器T的原邊繞組上,變壓器原邊電流ILP線性增大,同時變壓器次級繞組上感應(yīng)出的電壓使整流管D反向偏置而阻斷,電源能量以磁能形式存儲在電感中。當(dāng)開關(guān)管Q截止時,原邊繞組兩端電壓極性反向,副邊繞組上的電壓極性顛倒,使D導(dǎo)通,副邊電流ILs線性減小,儲存在變壓器中的能量釋放給負(fù)載。單端反激式變換器通常采用加氣隙來解決變壓器磁芯的磁復(fù)位問題,因而可增大電源的輸出功率,減少變壓器磁芯損耗,進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。此外,這種工作方式能較好地消除來自電網(wǎng)的干擾,降低輸出紋波。所以它在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。3過流保護(hù)電路UC3844是一種單端輸出電流型控制器,其內(nèi)部框圖如圖3所示。1腳為補(bǔ)償端子,外接RC網(wǎng)絡(luò)可補(bǔ)償誤差放大器的頻率響應(yīng)。2腳是電壓反饋端,取樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端,與2.5V的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,產(chǎn)生誤差電壓。3腳為電流檢測輸入腳,外接過流檢測電阻,可構(gòu)成過流保護(hù)電路,當(dāng)3腳電壓等于或高于1V時,電流檢測比較器輸出高電平,復(fù)位PWM鎖存器,從而關(guān)閉輸出脈沖。4腳外接定時電阻和電容,用以確定振蕩器的工作頻率為。6腳為輸出端,采用圖騰柱式輸出,輸出平均電流為200mA,最大電流為1A,能直接驅(qū)動雙極型功率管或VMOS管?？刂破鲀?nèi)部有5V精密基準(zhǔn)電壓,其啟動電壓為16V,關(guān)閉電壓為10V。6V的啟動與關(guān)閉差值可有效防止電路在門限值電壓附近工作時產(chǎn)生振蕩。UC3844的最大的優(yōu)點(diǎn)就是外圍元件少,外電路裝配簡單,且成本低,適用于20~100W小功率開關(guān)電源的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)。4新型閉環(huán)反饋試驗(yàn)開關(guān)電源驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)如圖4所示(含功率主回路)。功率主電路采用反激變換器的方式。變壓器原邊有兩個繞組,TG1H是開關(guān)繞組,用于電能量的傳輸。TG1G是輔助繞組,用于輔助能量的提供,給驅(qū)動電路供電。此電路給UC3844提供16V的啟動電壓以及12V左右的正常工作電壓。驅(qū)動電路主要由TL431、TLP181、LF353、UC3844及一些外圍電路組成。開關(guān)電源的單路輸出電壓設(shè)計(jì)為15V。15V反饋電壓經(jīng)過分壓電路,得到2.5V電壓經(jīng)過同向跟隨器進(jìn)入LF353的負(fù)輸入端。同時,反饋電壓經(jīng)過TL431穩(wěn)壓后接到LF353的正向輸入端作為基準(zhǔn)電壓。根據(jù)LF353的特性,當(dāng)檢測到的電壓和基準(zhǔn)電壓不同時,LF353的輸出電壓就會發(fā)生跳變。經(jīng)過設(shè)計(jì),當(dāng)檢測到的開關(guān)電源輸出電壓比15V小時,LF353輸出高電平,光耦TLP181截止;反之,當(dāng)檢測到值超過15V,LF353輸出低電平,光耦TLP181導(dǎo)通。這里實(shí)際上給出了一種新型的閉環(huán)反饋穩(wěn)壓方法。利用Multisim7對這部分電路進(jìn)行仿真,LF353在不同反饋電壓下的輸出電壓分別如圖5和圖6所示。由圖3和圖4可知,UC3844管腳4連接的電容上的鋸齒波先和內(nèi)部參考電平進(jìn)行比較,輸出占空比一樣的PWM波,即鎖存器“置位”信號。在“置位”信號的下降沿,與非門被封鎖,輸出高電平。當(dāng)光耦截止時,三極管Q1也截止,給C3充電。C3電容上電壓和電流反饋輸入值進(jìn)行比較,輸出鎖存器“復(fù)位”信號。這信號為高電平時,輸出信號為低。隨著電容積分過程的建立,輸出信號的占空比慢慢增大,使輸出電壓慢慢增長,相當(dāng)于電壓外環(huán)。當(dāng)反饋電壓超過參考值時,光耦導(dǎo)通,將會給C3電容放電,其控制過程與上面所述相反,此時輸出電壓將降低。因此,電壓環(huán)是外環(huán)控制,電流環(huán)是內(nèi)環(huán)控制。在輸出補(bǔ)償沒外接的話,即相當(dāng)于不加電壓環(huán)時,只是內(nèi)部1.0mA電流源提供的電流經(jīng)R,2R分流,轉(zhuǎn)變成電壓量,并經(jīng)1.0V穩(wěn)壓管,輸入到電流檢測比較器,這樣建立的電流環(huán)在穩(wěn)定狀態(tài)時是占空比恒定的內(nèi)環(huán)。當(dāng)加入了電壓環(huán)后,由電壓量轉(zhuǎn)變的電流參考值就會隨著電壓的變化而改變電流的參考值,這樣相當(dāng)于雙環(huán)控制。5uc394中的齒輪波采用Multisim7對驅(qū)動電路進(jìn)行仿真,結(jié)果如圖7和圖8所示。圖7顯示的是連接到UC3844管腳4的電容上的鋸齒波電壓。圖8顯示UC3844輸出的高頻脈沖波?？梢?驅(qū)動電路中,UC3844輸出頻率約為25kHz的高頻脈沖送至開關(guān)電源主電路上的功率開關(guān)管,幅值為12V,滿足驅(qū)動功率管的要求。6高頻脈沖送至功率管對開關(guān)電源驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)果分別如圖9、圖10、圖11所示。UC3844啟動后,芯片輸出幅值為10.2V、頻率為25kHz的高頻脈沖送至功