《RCD箝位反激变换器的设计与实现 (1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《RCD箝位反激变换器的设计与实现 (1)（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2002年10月 第5期 通 信 电源 技术 T ele com Pow er Te chn olo 乡 es 发才研穷 RCD 箱位反激变换器的设计与实现 T h “加i g n a n dR e al i z a t io no fRC DCla l n 州 F吵a c k助nver t e r 陈家洗 C he nJi aguang 南京航空航天大学 2 1 001 6 南京 N a n ji n gU niversityo fA er on a u sties D 创 20 02 一 0 7 一 0 4收稿 图1 R CD 箱位反激变换器 电路拓扑 然而 , 籍位电路参数对反激变换器的
2、性能有 重要影响 。 不同 R 、 C 值的籍位电容电压波形如 图2所示 。 图2(a ) 中 , C 取值较大 , C上电压缓慢 通信电 源 技术 2( X )2年10月 上升 , 副边反激过冲小 , 变压器原边能量不能迅速 传递到副边 ; 图2(b ) 中 , R 、 C值合适 , C上电压在 开关管截止瞬间冲上去 , 然后二极管 D 截止 , 电 容C通过电阻 R 放电 , 到功率管开通瞬间 , C 上 电压应放到接近(刃 1/ 刀2)U 。 ; 图2( e )中 , 五 、 C 均 偏小 , C上电压在管子截止瞬间冲上去 , 然后因为 RC时间常数小 , C上电压很快放电到等于(N l
3、/ N Z )u 。, 此时RcD籍位电路将成为反激变换器的 死负载 , 消耗储存在变压器中的能量 , 效率降低 。 定时电容C T 充电 , 振荡器的工作频率f为 : f 二 1 . 72 R Tx C T (l) 门 飞 几几介 介介介介介介 卜卜/ / / 卜二 - - -Lz子 子卜交二 二 八八 。 人人1二 二 r r r r r 卜诬 习习r一一卜双; ; ; 八八八八八八 了了 曰曰曰区 口口 图2不同R 、 C值时箱位电容 电压波形 2 . 2U C3 843 电流控制型脉宽调制器 英国 Un i tr o de 公司电流控 制型 I C芯片 UC3 843 , 为单端输出式
4、脉宽调制器 。 芯片有 8个 引脚 , 外电路接线简单 , 所用元器件少 , 且性能优 越 , 成本低 , 驱动电平非常适合于 M0 5场效应管 。 2 . 2 . 1U C3843控制器内部方框图 U C384 3控制器的内部方框图如图3示 。 8 脚为内部供外用的基准电压 , 带载能力为5 0 m A ; 7脚为芯片工作电压 , 变化范围为 S V 3 4 V , 具 有过压保护和欠压锁定功能; 4脚接 R T , c T , 确定 锯齿波频率; 5脚接地; 2脚电压反馈; 3脚电流检 测; l脚误差放大器补偿端 , 通过 内部 E/ A 误差 放大器构成电压电流双闭环 ; 6脚为推挽输出
5、端 , 可提供大电流图腾柱输出 , 输出电流达I A 。 图4 UC3 843电路的斜坡补偿和振荡频率的设! 2 . 2 . 3 误差放大器的补偿 uC3843的误差放大器同相输人端接在 内部 十 2 . 5v基准电压上 , 反相输人端接受外部控 制 信号 , 其输出端可外接 R C 网络 , 然后接到反相输 人端 。 在使用过程中 , 可改变R 、 C的取值来改变 放大器的闭环增益和频率响应 。 RC补偿网络接 在芯片 1脚和2 脚之间 , 误差放大器补偿网络可 以稳定这种电流控制型PwM 。 2 . 2 . 4 电流检测和限制 电流检测电路如图 5所示 。 正常运行 时 , 检 测电阻 R
6、 S 的峰值电压 由内部误差放大器控制 , 满足 15 = U e 一 1 . 4V 3 R s (2) L L L 。J JMD D D 一一丁: : : 击击 卜卜卜 履履履履履履履履履履履履履履履履履履 平平桨愁愁愁愁愁 。. 月一 布布布口目 盯L L L 圈3 UC3 84 3 芯片内部方框图 2 . 2 . 2 振荡频率的设置 如图4 , uC3843 芯片8脚和4脚之间接 R T , 4脚和5脚之间接CT , 8脚S V 基准电源经 R T 给 图5 电流检测和限制 式(2 ) 中 , U c 为误差放大器 的输出电压 , 15 为检 测电流 。 U C3843 的内部电流测定比
7、较器反相输 人端 箱位电压 为 Iv , 最大 限制电流 15 = I V/ R S。 在R S 和 3脚之间 , 常用 R 、 C组成一小 的滤波器 , 用于抑制功率管开通时产生的电流尖 峰 , 其时间常数近似等于电流尖峰持续时间(通常 为几百纳秒) 。 2 . 2 . 5UC3843电路的斜坡补偿 UC3 843是电流控制型芯片 , 当占空比 D 大 于50%时 , 由于次谐振荡及电感电流上升率平坦 , 第5期 陈家洗 RCD 籍位反激变换器的设计与实现 十,.以 姗 .十尽 :斟 一.铆+断. 左平一一 容易引起不稳定 , 这时应考虑用斜坡补 偿的方法来改善其工作特性 。 斜坡补 偿有两
8、种方法 , 一种是在误差电压 u E 处加上斜坡补偿 , 另一种是在采样 电压 u s 处加上斜坡补偿 。 这里采用在采样 电压 U S 处加上斜坡补偿 , 将补偿斜坡 加在采样电阻 R S 的感应电压上 , 再与 平滑的误差 电压进行比较 。 这种 补偿 能有效的防止谐波振荡现象 , 使电路工 作稳定 。 补偿斜坡由振荡器获得 , 调整 . . .1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 健健健健 1 1 1 、 洲洲 蕊 . .
9、. 波波波波 . 卜一 . 卜一 , , l l l 铃铃铃铃铃铃 已 , , , , , , t t t 蕊蕊蕊蕊蕊蕊蕊 。 幸幸 种一 一一 二二 丁丁丁丁丁丁 . . . 。 l l l l l l l l l l l l l l l l l 了 . R l 阻值大小可改变补偿斜坡的上升率 。 如图 4 所示 。 3 储能式变压器的设计 单端反激式变压器是一种以隔离方式传输能 量的电抗器 。 电感电流连续模式和电感电流断续 模式时 , 变压器的铁芯工作状态不同 , 变压器的设 计是不一样的 。 这里把变压器设计工作于电感电 流连续模式 。 电流临界连续时原边电感 : L lmi。= =
10、氛 i。T 息 Nm a x Zp o m 、 。 Ts v (3) 式(3 )中 , u im in 为变压器原边输人 的最小直流电 压 , T , 为开关周期 , 尸 。 为输出功率 , 专为 变换效 率 。 储能式变压器磁芯气隙为 : 占= 脚P 。Ts ZK刀seB Zx 10 一8(4) 式(4)中 , B 为铁芯工作磁感应强度 , S。为铁芯截 面积 , K 为最小输出功率与额定输出功率之比 。 原边绕组匝数为 , 1二 丫 熟而 (5) 原 、副边 绕组匝数比为 N 1 T oNmo U imin 几 “ = 瓦 二 ( T 一 T oNm。) ( U 二+ U D ) (6)
11、式(6 )中 , u D 为输出整流二极管压降 、 u o Z 为副边 绕组 N : 输出电压 。 同理可求得其它匝 比 。 4 电路组成 逆变器辅助开关电源电路组成 , 如图 6所示 。 220V50H zA C 经 EMI 滤波 、 整 流后 得 到 图6 逆变器辅助开关电源电路组成 2 7 0v DC , 再经 R cD 籍位的反激变换器变换成六 路输出 + 15VDC(0 . 8A) 、 一 15V DC(O . 15A) 、 + 5V DC(0 . 2A) , + 4 x 25VDC(0 . OSA) , 电流 控制芯片 u c 3843 由自馈电绕组 N S 供电 。 R 1 0是
12、 电流检测电阻 , R 1 2是斜坡补偿电阻 。 5 逆变器辅助开关电源试验 逆变器辅助开关电源设计实例 : 额定输出功 率 20W , 输人电压 220V 士10% 50 H z AC , 六路输 出分 别 为 + 15 VD C (0 . 8A ) 、 一 15V DC (0 . 15 A) 、 + 5V DC(0 . 2 A) , + 4 x 25VD C(0 . 05 A ) , 开关频率为 3 0 kH z , 储能式变压器磁芯选用 铁 氧体 R ZK BDGu30 、 绕组匝数 刃 ,/ 刃 2/ 浑3/ N 4/ N S/ N 7/ N S/ N g= 284 /5/ 12/12
13、/ 12/22/22/ 22左2 , 最大占空 比0 . 6 , 临界连续时输出功率为 1/ 6 额定功率 , 籍位电阻取为6 8 kn , 籍位电容取 为2 . 2 n F高频瓷电容 , 籍位二极管取 为 肖特基二 极管 M u Rllo , 整流二极管 n 3 、 氏 、 D: 选用肖特 基二极管I N 5819 , D : 选用肖特基二极管 IN5 822 , D g 、 D I。、D 小D 12选用 肖特基二极管SR 10 8 。 逆变器辅助开关电源试验波形 , 如图 7所示 。 图7( a )是功率管 T v 的驱动电压 u G s和漏源 电压 u Ds波形 , 其关断电压尖峰得到有
14、效抑制 ; 图7( b ) 是变压器原边 N l 的电流波形 , 变压器工作于 电 感电流连续模式 ; 图 7( C )电流检测 电阻R l 。上 电 压波形及采用斜坡补偿后 U C3843 的3脚采样信 号电压波形 , 斜坡补偿后采样信号电压上升率高 于电流检测电阻 R l 。上 电压上 升率 , 提高了电路 的抗干扰能力 。 试验结果证实了理论分析的正确 性 。 图7中横坐标为 1“s / 格 。 (下转第6页) 通信电 源 技术 20 ( )2 年 1 0 月 开开始始 初初始化化 将将大于24 0 V V V 计计 数单元十l l l 消消大于2四计数单元元 计计算出调整t t t 和
15、和 调整标志志 写写写写写写写写写写入愉出出 发发出告普信号号号控制寄存器器 清清 大于24 0v计数单元元 电压各采集 8次只需要2m s , 而交流电每个周 期为20 m s。 所以每采集一次延时 1 m s , 满足一 个周期采集8次求平均值的要求 , 然后根据前面 2 . 3节介绍的计算公式 , 算出确定的值 , 并判断 大于 “0, , 还是小于 “0,。 如果大于 “0, , , 置标 志为 “ 1 ”, 否则置标志位为 “O”。 然后将算出的 值和标志进行装配 , 送入输出控制寄存器 , 实现 输出电压调整控制 。 图4 电压调整程序流程 出过压(超过 24 0V )或欠压 ,
16、如果采集多次都 是过压或欠压 , 说明电路出故障 , 就发出告警信 号 。 否则连续采集8次取平均值 。 ADCO80 8 采 集一次只要 10 0 拌s , 加上指令时间 , 对输人输出 4 结束语 该系统如采用带有数据采集通道的单片机 , 可简化电路的设计 , 降低成本 , 并提高系统的可 靠性 。 这种方法调整的电压比较宽 , 输人 电压可 以从16 0 v 一 28 0V , 误差只有 2% , 应变时间 2 0 m s一 8 0 m s , 稍加改动可实现对三相交流电的 调整与控制 。 参考文献 1何立 民 . 单片机应用系统设计系统配置与接口技术北京 : 北 京航空航天大学 出版 , 2000 (上接第3页) 知知 . . . 几几 才才下下心才才 扛扛扛 扮叶叶 门月 确 月 一 呀 !卜 Clll 驱动电压 (SV/格) CHZ 漏源电压 (200 V/格) 变压器原边电流( 0 . IA / 格) ( a )功率管V T驱动电压与 漏源 电压 (b变压器
