摘要:本文介紹了600V輸入多路輸出高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案，主電路采用雙管反激功率變換電路，控制電路采用電流型PWM控制技術(shù)
關(guān)鍵詞：雙管反激變換器 電流型PWM控制 射極跟隨互補(bǔ)雙極驅(qū)動(dòng) 光耦隔離反饋
1 引言
　　隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電源裝置的性能、效率、重量等提出了更高的要求,常規(guī)的線性電源已經(jīng)不能滿足要求，開關(guān)電源采用高頻脈寬調(diào)制控制技術(shù), 具有性能好、效率高、體積小、重量輕、噪音低、穩(wěn)壓范圍廣等特點(diǎn)，本文介紹了一個(gè)應(yīng)用在工業(yè)大功率電源中，作為輔助電源的大范圍輸入多路輸出的高頻開關(guān)電源。

 
2 主電路

 
　　主電路的選擇：主電路采用雙管反激功率主電路，首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求有多路輸出，所以選擇反激方式，反激的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠較簡(jiǎn)單的從一個(gè)電源得到多個(gè)輸出，其次輸入電壓較高為600V，如果采用單管的方式，在MOSFET關(guān)斷的瞬間會(huì)承受3-4倍輸入電壓VIN，這樣對(duì)MOSFET的電壓要求高，隨之造價(jià)就比較昂貴！采用雙管就能避免這個(gè)問題,圖1中二極管D19 D31起鉗位的作用，把過剩的能量反饋回電源中，并在MOSFET關(guān)斷的瞬間把電壓鉗位在VIN里，這樣對(duì)元器件的要求較低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易！工作中通過控制芯片產(chǎn)生PWM，驅(qū)動(dòng)電路以PWM方式激勵(lì)MOSFET，開關(guān)管以同步的方式開通關(guān)斷，從而將輸入電壓VIN變換成高頻方波交流電壓。變壓器的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路的關(guān)鍵之一。在設(shè)計(jì)變壓器時(shí),原邊電感量不能太大,并且磁心中要增加氣隙,否則會(huì)出現(xiàn)電流上升率小、導(dǎo)通時(shí)間短、電流上升值不大,導(dǎo)致電路沒有能力傳遞所需功率。同時(shí),在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)必須認(rèn)真考慮變壓器的磁飽和瞬時(shí)效應(yīng)。在瞬變負(fù)載情況下,當(dāng)輸入電壓較高而負(fù)載電流較小時(shí),如果負(fù)載電流突然增加,則控制電路會(huì)立即加寬輸出脈沖寬度來(lái)提供補(bǔ)充功率。這樣,輸入電壓和脈沖寬度同時(shí)變?yōu)樽畲?即使只是一個(gè)短暫的時(shí)間,但變壓器也會(huì)出現(xiàn)飽和,引起失控和故障。這就要求變壓器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按高輸入電壓、寬脈沖進(jìn)行設(shè)計(jì)
3 控制電路

 

（1）PWM脈沖形成及閉環(huán)穩(wěn)壓

　　為了獲得好的電壓調(diào)整率 負(fù)載調(diào)整率 及系統(tǒng)穩(wěn)定性 本設(shè)計(jì)采用電流型控制芯片UC3844，其最大占空比為50%，啟動(dòng)電壓16V，具有過壓保護(hù)和欠壓鎖定功能。其基本工作過程如下：
首先，輸出電壓被反饋網(wǎng)絡(luò)降壓，然后把這個(gè)反饋電壓送入誤差放大器，使之與基準(zhǔn)電壓相比較而產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓信號(hào)。脈寬調(diào)制部分拾取這個(gè)誤差電壓并且把它與功率變壓器的電流相比較并轉(zhuǎn)化為合適的占空比去控制輸出部分功率脈沖調(diào)制的數(shù)量。圖2中R16與C14決定系統(tǒng)的工作頻率，在誤差放大器輸出1腳與反饋2腳之間所接C11 C12 R5起到補(bǔ)償作用，D2 D3 C5 C6 R6使UC3844能夠?qū)崿F(xiàn)軟起動(dòng)，時(shí)間由C5 C6決定，啟動(dòng)電阻R3由IC啟動(dòng)電流決定，UC3844結(jié)構(gòu)框圖見圖3

（2）驅(qū)動(dòng)電路

　　驅(qū)動(dòng)形式的選擇，首先MOSFET開關(guān)電壓上升和下降時(shí)間完全取決于驅(qū)動(dòng)電路移走柵極電荷的速度，因此選擇低阻抗大電流的驅(qū)動(dòng)，以便使MOSFET能更快開關(guān)并減小開關(guān)損耗，其次要避免當(dāng)控制電壓在開和關(guān)之間變換時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過沖電流，根據(jù)上述選用射極跟隨互補(bǔ)雙極驅(qū)動(dòng)，然后通過一個(gè)高頻脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)兩路MOSFET 以便隔離 具體電路如圖4

　　圖4中R153 R154對(duì)IC提供電流限制保護(hù)，雙反串聯(lián)穩(wěn)壓二極管是用來(lái)對(duì)功率MOSFET的柵源電壓過高保護(hù), 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值為+ 12V,R155 R156是用來(lái)降低漏源阻抗。
（3）反饋電路

 

　　對(duì)于開關(guān)電源，隔離技術(shù)和抗干擾技術(shù)是至關(guān)重要的，光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)是單向傳輸信號(hào)，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。所以本設(shè)計(jì)采用光耦隔離作為反饋回路, 該電路利用輸出電壓分壓后與TL431構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓比較，通過光電耦合器TLP521-1二極管－三極管的電流變化去控制UC3844的反饋腳，從而改變PWM寬度，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。參數(shù)的確定，例：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先選取If的電流為0.4mA，R126為330，R125為10K，Rr2為1K的可調(diào)電阻，U3為15V，Ur為431基準(zhǔn)電壓2.5V，則R124=（U3/Vr-1）R125=50K，
4 結(jié)論
　　本電源采用電流型PWM控制芯片UC3844設(shè)計(jì)，其具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,頻率響應(yīng)特性好，精度高，電壓調(diào)節(jié)范圍寬,紋波小,系統(tǒng)穩(wěn)定,能很好地滿足工業(yè)電源的要求。
主要技術(shù)指標(biāo)：
輸入：直流400-630V
輸出：5V/0.8A 15V/0.4A 15V/0.5A 15V/0.6A 20V/2A
電源效率：85%
變壓器變比：原邊/副邊 100/3 4 5 5 6
參考文獻(xiàn)
[1 ] 張占松,蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì). 北京:電子工業(yè)
出版社,1998
[2 ]Raymond A.Mack,Jr.著 謝運(yùn)祥等譯. 開關(guān)電源入門. 北京：人民郵電出版社，2007