【正文】 一側(cè)。從以上電路分析可以看出， S 導(dǎo)通時(shí)，次級(jí)繞組無(wú)電流； S截止時(shí)，次級(jí)繞組有電流，這就是“反激”的含義。在反激變換器中， 變壓器 還可以發(fā)揮電感的左右，由于變壓器 磁芯 處于直流偏磁狀態(tài)，為防磁飽和要加入氣隙，漏感較大。因此，反激變換器是對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)非常重要 ,電力電子技術(shù)研究人員對(duì)此進(jìn)行了大量的研究。整個(gè)開(kāi)關(guān)電源的性能會(huì)受到很大影響，比如輸出功率降低，損耗加大，使用壽命縮短，容易出現(xiàn)故障等等。因此，反激式變壓器開(kāi)關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度比較低，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也比較小，且成本也要降低。 開(kāi)關(guān)電源一般由功率主回路、控制回路和輔助電源組成。例如在離線式開(kāi)關(guān)電源中，如果其內(nèi)部的輔助電源和功率主回路輸入共地，那么就需要用光耦或變壓器來(lái)對(duì)輸出電壓采樣信號(hào)進(jìn)行隔離。 (1)獨(dú)立型：輔助電源獨(dú)立于功率主回路。它是用普通的矽鋼片低頻變壓器降壓之后，再經(jīng)過(guò)四只二極管全波整流，經(jīng)過(guò)平滑濾波后輸入到三端穩(wěn)壓器 7815輸入端。用兩只無(wú)極性的高頻電容，先并串聯(lián)兩只限流電阻，然后從電網(wǎng)電壓中取得低頻脈動(dòng)電壓。 第三種方法：由自激式開(kāi)關(guān)變換器構(gòu)成非常輕巧的輔助電源，可以方便地產(chǎn)生輔助電源。非獨(dú)立型的特點(diǎn)是輔助電源與主變換器息息相關(guān)。這是一個(gè)由 UC3844構(gòu)成的反激式小型開(kāi)關(guān)電源，它的輔助電源由主變換器變壓器一個(gè)繞組提供。如此反復(fù)，直至芯片正常工作所需的輔 助電源電壓建立后，電源才正常工作。 UC3844 是一種電流型單端輸出式 PWM 控制芯片 ,它主要由高頻振蕩、誤差比較、電流取樣比較、脈寬調(diào)制鎖存、欠壓鎖定、過(guò)壓保護(hù)等功能電路組成。當(dāng)輸入電壓低于 10V 的時(shí)候 ,芯片會(huì)被暫時(shí)鎖定 ,控制器此時(shí)停止工作。 PWM 信號(hào)的上升沿由振蕩器決定 ,下降沿由功率開(kāi)關(guān)管電流和輸出電壓共同決定。變頻器技術(shù)是一種 新興的環(huán)保型技術(shù) ,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，變頻器技術(shù)得到前所未有的廣泛應(yīng)用。 隨著科技的不斷進(jìn)步，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們開(kāi)始在變頻調(diào)速上提高要求，而異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)速方面是很大缺陷。隨著工農(nóng)業(yè)中電機(jī)應(yīng)用的普及，有著良好的調(diào)速性能的通用變頻器應(yīng)用范圍廣、需求量大，這就為研究通用變頻器的模塊化、系統(tǒng)化提供了很好的前景。要求： 多路輸出之間無(wú)電磁干擾； 不論負(fù)基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 16 載如何變化，各路輸出的電壓都要穩(wěn)定，不能有大的波動(dòng)； 整個(gè)開(kāi)關(guān)電源不能發(fā)射出過(guò)大的干擾信號(hào)，避免影響變頻器的正常工作； 要求其體積盡可能小，成本低廉，維修容易。 U C 3 8 44C 1R 1 D 2D 1C 2R 2C 3D 335218476C4R3R 4O 2M O S F E TC 5R 5R 6V 1G N DV 2G N DV 3G N DD 4D 6D 7D 8D 9 圖 21 主電路主要結(jié)構(gòu)圖 主要器件介紹 PC817 PC817 是 一個(gè)比較常用 的光電耦合器 ,內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 22所示，其中腳 1為陽(yáng)極，腳2為陰極，腳 3 為發(fā)射極，腳 4 為集電極。它能夠傳輸連續(xù)變化的電流信號(hào)或模擬電壓，這樣，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，改變光敏晶體管的導(dǎo)通程度，輸出的電壓或電流也不同。它的輸出電壓可以任意地設(shè)為從 到 36V 范圍內(nèi)的任何值，只用兩個(gè)電阻就可以辦到。由運(yùn)放特性可知，只有當(dāng) REF 端的電壓十分接近 VI時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的電流通過(guò)，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過(guò)三極管，電流會(huì)從 1100mA 逐漸變化。當(dāng) R1 和 R2 的阻值確定時(shí)，兩者對(duì) Vo 分壓，并且引入反饋， Vo 增大導(dǎo)致反饋量增大。雙極型功率管是具有功率輸出能力的雙極、結(jié)型晶體管（ BJT）。由于它存在二次擊穿現(xiàn)象，因此只能用在安全工作區(qū)以內(nèi)，這就使實(shí)際功耗必須大大低于器件的最大允許功耗。650V ，因此開(kāi)關(guān)功率管應(yīng)能承受 650V以上的高壓。在設(shè)計(jì)時(shí)，我們不僅要考慮工作中頻率、輸入和輸出電壓、主電路的形式、轉(zhuǎn)換功率容量，還要考慮繞組繞制的方式、空間大小、散熱方式、工作環(huán)境、鐵芯材料和形狀和成本等多種方面的因素。 變壓器的初級(jí)電感量為 : Lp=Vin(max) Dmax/(Ipk f)= mH 式中： Vin(max)為交流電壓的最小值經(jīng)過(guò)整流后得到的直流電壓的數(shù)值，取 350V； Dmax 為最大占空比，取 ； f為工作頻率， UC3844 的振蕩工作頻率由引腳 4與引腳 8 之間所接定時(shí)電阻 RT、引腳 4 與地之間所接定時(shí)電容 CT 設(shè)定。 其中 Sj=CD， C為舌寬； D為磁心厚度， Pm 單位為 W。 通過(guò)計(jì)算得知， EER28 型磁芯的 21 . 1 2 c m0 . 9 91 . 1 4Sj ??? ，符合我們所需的要求。 相對(duì)導(dǎo)磁率從應(yīng)盡可能選得大一些，以避免由于喂制磁充尺寸和線徑，以及銅損和鐵損引起磁芯溫升過(guò)高。繞組兩端的有效值電壓為 20V 時(shí)，經(jīng)整流濾波后可獲得大約 16V 的直流電源，開(kāi)始向 UC3844 供電。 Uo=15V 時(shí)， 匝）（）（ 4 ?? ???? 實(shí)際取 4 匝。 反激變換器在工作于 CCM 模式下電流應(yīng)力、外特性、原邊電感量及反向恢復(fù)問(wèn)題的分析。 SRDCC 1N 2N 1T 1D 2C fR LU i n+ 圖 27 緩沖電路 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 27 每當(dāng)開(kāi)關(guān)管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，在變壓器的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓和感應(yīng)電壓。 按 RC 時(shí)間常數(shù)為 toff(min)來(lái)計(jì)算電阻 R 值，即 R=(min)/C 102= kΩ 取 15 kΩ 電阻消耗功率為： 25 1 cCVP? f= 式中： Vc 為整流 后的直流電壓 350V； f為工作頻率 60 kHz。驅(qū)動(dòng)電路，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)功率放大電路，從而滿足負(fù)載額定功率使得負(fù)載可以正常工作，從而可 以響應(yīng)微弱的輸入信號(hào)，所以對(duì)于不同的負(fù)載就需要不同的驅(qū)動(dòng)電路，但實(shí)質(zhì)是一樣的，比如 LED 驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，繼電器驅(qū)動(dòng)電路，揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路等。原邊主電路向其供電時(shí)需加限流電阻，考慮芯片的發(fā)熱和散熱水平條件，其值取為 80kΩ /5W，在輸出端與穩(wěn)壓管相連接處串入二極管，用于防止輸出電壓不穩(wěn)定時(shí)，超高電壓直接進(jìn)入穩(wěn)壓二極管，致其燒壞。腳 6 為芯片輸出端，用限流電阻限流后負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)功率MOSFET，在腳 6 處并聯(lián)一支 15V 的穩(wěn)壓二極管，用于保護(hù)功率 MOSFET。電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)后 ,電路中自饋線圈上的高頻電壓經(jīng)過(guò) VD C3 整流濾波 ,開(kāi)始作為UC3844 的電壓進(jìn)行工作。所以，電容 C2 的容量和質(zhì)量的選取非常重要。 R3可以限制最大輸出電流，因?yàn)榉逯惦娏饔呻娮?R3 檢測(cè)，這里上端采樣電阻 Rf 取為 2kΩ，下端電流檢測(cè)電阻 R3。輸出電壓增大的話，經(jīng)電阻分壓后，得到的取樣電壓若大于 ，流過(guò) TL431的電流逐漸增強(qiáng)，其陰極電壓下降，光耦原邊二極管開(kāi)始發(fā)光，使得開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間逐漸減少，用這種方法降低了輸出電壓。例如 UC3842，它是一個(gè)與 UC3844相同的 電流控制型器件 ,它的最大缺點(diǎn)是當(dāng)占空比 D大于 50%時(shí) ,電路不能穩(wěn)定工作 ,此時(shí)必須進(jìn)行斜坡補(bǔ)償。在 UC3844或者 UC3842的誤差放大器輸出端，用一負(fù)斜率電壓疊加上去，合成的參考電壓在 PWM比較，以此調(diào)節(jié)芯片的占空比，其最終目的是穩(wěn)定輸出。加了坡度補(bǔ)償 ， 即使占空比小于 50%,電路性能也能得到改善。基準(zhǔn)交點(diǎn)為 A 點(diǎn)，他表示了某一時(shí)刻占空比≥ 50%時(shí)的電流連續(xù)模式下的開(kāi)關(guān)切換。擾動(dòng)的變化如圖中的 2I??所示，由此得出 2I?? 1I? ，上面的分析得出即使在占空比≥ 50。 若此時(shí)引進(jìn) M為基準(zhǔn)，進(jìn)行比較切換。所以，在開(kāi)關(guān)電源調(diào)節(jié)過(guò)程中均能保持平均電流不變， 使輸出電壓和電流穩(wěn)定。因此，當(dāng)尖峰電流模式占空比大于 50%時(shí) ,經(jīng)過(guò)一個(gè)周期會(huì)將擾動(dòng)信號(hào)擴(kuò)大，導(dǎo)致電路工作不穩(wěn)定。本章節(jié)介 紹了斜坡補(bǔ)償?shù)念愋秃驮?，為與 UC3844 相似的同系列產(chǎn)品更換有一定作用。價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 30 U C 3 8 4 48354612 7C 5R 1C 6R 5C 4R 4R 6R 3V 1V o c 圖 210 UC3844 電流反饋 電壓反饋電路設(shè)計(jì) 電壓反饋電路采用三端可控基準(zhǔn)源 TL431 反饋誤差電壓，放大誤差電壓，用來(lái)驅(qū)動(dòng)PC817 的發(fā)光二極管，然后反饋電 壓進(jìn)入處在電源高壓端的光耦副邊三極管，再輸入到UC3844 的腳 1腳 2的誤差放大器，進(jìn)而調(diào)整 MOSFET 開(kāi)關(guān)管的通斷時(shí)間。 電路圖如圖： U C 3 8 4 4V 1C 2C 3V D 1N 1C 4R 1 2N 2N 0R 1C 1V D 2 圖 29 控制與啟動(dòng)電路 電流反饋電路設(shè)計(jì) UC3844 采用的是峰值電流控制模式，腳 3是電流比較器同相輸入端，在電路中用于輸入取樣電流信號(hào)，由 R3， Rf 以及腳 3組成。所以初 級(jí)繞組電容的放電時(shí)間一般要大于 UC3844 輸出脈沖的高電平持基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 29 續(xù)時(shí)間。然后經(jīng) R2 降壓后，向 UC3844 提供 +16V 啟動(dòng)電壓。腳 1 及腳 2 為 UC3844 內(nèi)部電壓比較器的輸出端和輸入端，它們之間接一個(gè) 15 kΩ的電阻構(gòu)成比例調(diào)節(jié)器。 用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行穩(wěn)壓，同時(shí)并聯(lián)值為 10uF 的電解電容用于濾波。 驅(qū)動(dòng)電路和控制電路設(shè)計(jì) UC3844 內(nèi)部主要由 基準(zhǔn)電壓源、用來(lái)調(diào)節(jié)占空比的振蕩器、電流測(cè)定比較器、誤差放大器、降壓器、 PWM 鎖存器和適用于驅(qū)動(dòng)功率管 MOSFET 的電流推挽輸出電路等部件構(gòu)成。為此，在電路中加入 RCD 緩沖電路，用于吸收尖峰電壓。抑制開(kāi)關(guān)應(yīng)力的辦法有兩種，即耗散過(guò)電壓，和減小漏電感。假如磁場(chǎng)集中于氣隙處而未向外部泄露，則 B ?? ? 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 25 這里去 B=500mT，把 N1=53， Is= 代入可得 ??? 保留余量，每邊可留出 1mm 的氣隙。 二次繞組 N3回路中可以使用肖特基整流二極管， U≈ ， Uo=5V，故 ? ? ? ? 3 ?? ??? 鑒于當(dāng)輸出電流 Io達(dá)到 5A 時(shí)，在輸出電阻及繞組的銅阻上均會(huì)產(chǎn)生壓降，會(huì)果斷輸出電壓的跌落，因此應(yīng)適當(dāng)增加 N3的匝數(shù)，以提升 UO 。 fAeB p k2 D m a xU I m inR211N ??? ???????? ?? 根據(jù)下表，我們查得數(shù)據(jù)可知，高頻變壓器 EER28 磁心有效面積 Ae = 此通報(bào)和密度 B= 帶入數(shù)據(jù)得到 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 24 211N 34 ?????? ???????? ?? 確定自饋繞組 Ns 和二次繞組的匝數(shù) 一旦一次繞組確定之后，利用下式即可計(jì)算 N2， N3 的 匝數(shù) ? ?? ?D m a xU I m in D m a x1Uf0U1NN ??? 式中 oU —— 繞組 N2（或 N3）兩端的電壓； FU —— 輸出整流二極管的正向壓降。 傳輸變壓器有效體積 v的計(jì)算公式如下： 基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 23 0 e m a x2m a xLILV B??? ? ?? ILamx最大負(fù)載電流‘ L：變壓器次級(jí)繞組的電感量； 0? ：空氣的導(dǎo)磁率。設(shè)開(kāi)關(guān)電源的效率η =85% 則高頻變壓器的額定輸入功率 P1=Po/η =，設(shè)計(jì)高頻變壓器時(shí)留出一點(diǎn)余量，可取 Pm=50W。 這里取 f 為 60 kHz。 G N DM O S F E T 圖 26 開(kāi)關(guān)電源的變壓器部分 如圖 26， MOSFET 功率開(kāi)關(guān)管因?yàn)?PWM 脈沖激勵(lì)開(kāi)始導(dǎo)通，變壓器的原邊繞組上開(kāi)始流入直流輸入電壓，變壓器次級(jí)繞組上感應(yīng)出的電壓使整流二極管阻斷，此時(shí)電源能量以磁能形式存儲(chǔ)在電感里；當(dāng) MOSFET 開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，原邊繞組兩端電壓反向開(kāi)始給基于 UC3844 通用變頻器輔助電源的研究設(shè)計(jì) 21 原邊繞組回路施加電壓，副邊繞組上的電壓極性隨之顛倒，這時(shí)候輸出端的整流二極管開(kāi)通通，儲(chǔ)存在變壓器中的電壓釋放給負(fù)載電路，完成電流的輸出。這里采用型號(hào)為 2SK2611 的 MOS 管，其漏源間能承受最高電壓 900V，最大漏極電流 9A，最大漏極耗散功率 150W，導(dǎo)通電阻 Rds = ，完全能滿足要求，但是在 使用過(guò)程中必須加合適的散熱器，并使用硅脂涂層。由于單端反激式開(kāi)關(guān)電源中所產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì) e=170V ，繞組漏感造成的尖峰電壓Ul187。目前大量使用的 PNP